WO2023190142A1 - Semiconductor device, solar cell, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

The present invention addresses the problem of providing a semiconductor device, a solar cell, and a method for manufacturing a semiconductor device, wherein cost reduction can be achieved with a simple configuration. A semiconductor device resolving the problem comprises: a crystalline silicon layer 10 having a first surface and a second surface on the reverse side from the first surface; a titanium oxide film 11 disposed in contact with the first surface or the second surface of the crystalline silicon layer 10; and a metal electrode 14 disposed in contact with the surface of the titanium oxide film and serving as a positive electrode. In addition, a semiconductor device manufacturing method resolving the problem comprises the steps of: forming a titanium oxide film 11 on a crystalline silicon layer 10; subjecting the titanium oxide film 11 to a hydrogen plasma treatment; and forming a metal electrode 14 as a positive electrode directly on the surface of the titanium oxide film 11.

Description

半導体デバイスおよび太陽電池並びに半導体デバイスの製造方法Semiconductor device, solar cell, and method for manufacturing semiconductor device
 本発明は、半導体デバイスおよび太陽電池並びに半導体デバイスの製造方法に関し、例えば、太陽電池を構成する半導体デバイスおよびその製造技術に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a solar cell, and a method for manufacturing a semiconductor device, and for example, to a technique that is effective when applied to a semiconductor device that constitutes a solar cell and a manufacturing technique thereof.
 非特許文献1には、水素を添加したアモルファスシリコンからなるバッファ層上に形成された酸化チタン膜(TiOx膜)が、作製条件などに依存して電子選択膜または正孔選択膜として機能することが記載されている。 Non-Patent Document 1 states that a titanium oxide film (TiOx film) formed on a buffer layer made of hydrogen-doped amorphous silicon functions as an electron-selective film or a hole-selective film depending on the manufacturing conditions. is listed.
 そして、例えば、近年では、キャリア選択性を有するキャリア選択膜の開発が進められている。良好な正孔選択性と良好なパッシベーション特性とを兼ね備える正孔選択膜を得るために、特許文献1には、サーマル原子層堆積法によって結晶シリコンの表面に直接酸化チタン膜を形成し、当該酸化チタン膜に対して水素プラズマ処理を実施して、酸化チタン膜上に透光性電極(ITO電極)を形成し、さらに酸素が存在する雰囲気でアニールを実施するという製法が記載されている。 For example, in recent years, development of carrier selective membranes having carrier selectivity has been progressing. In order to obtain a hole-selective film that has both good hole selectivity and good passivation properties, Patent Document 1 discloses that a titanium oxide film is formed directly on the surface of crystalline silicon by thermal atomic layer deposition, and the titanium oxide film is A manufacturing method is described in which a titanium film is subjected to hydrogen plasma treatment, a light-transmitting electrode (ITO electrode) is formed on the titanium oxide film, and further annealing is performed in an atmosphere containing oxygen.
 また、非特許文献2においても、前記特許文献1と同様に、結晶シリコンの表面に酸化チタン膜をもうけ、さらにその表面にITO電極を形成し、ITO電極の表面に金属を配置する構造を、正極側に用いることが記載されている。 Also, in Non-Patent Document 2, similarly to Patent Document 1, a structure is described in which a titanium oxide film is formed on the surface of crystalline silicon, an ITO electrode is further formed on the surface, and a metal is placed on the surface of the ITO electrode. It is described that it is used for the positive electrode side.
国際公開第2021/010127号International Publication No. 2021/010127
 このような構成を用いて、半導体デバイスを実用化させるためには、結晶シリコンの表面に他にも何層もの膜を積層しなければならず、製造工程が複雑になる、コストがかかるなどの問題があった。 In order to commercialize a semiconductor device using such a configuration, many other layers must be stacked on the surface of crystalline silicon, which complicates the manufacturing process and increases costs. There was a problem.
 そこで、本発明の課題は、簡素な構成で、低コスト化が図れる、半導体デバイスおよび太陽電池並びに半導体デバイスの製造方法の提供である。 Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device, a solar cell, and a method for manufacturing a semiconductor device that has a simple configuration and can reduce costs.
 一実施の形態における半導体デバイスは、第1面およびその裏面の第2面を有する結晶性シリコン層と、前記結晶性シリコン層の第1面または第2面に接して設けられた酸化チタン膜と、前記酸化チタン膜の表面に接して設けられ、正極となる金属電極と、を備えるものである。 In one embodiment, a semiconductor device includes a crystalline silicon layer having a first surface and a second surface on the back surface thereof, and a titanium oxide film provided in contact with the first surface or the second surface of the crystalline silicon layer. and a metal electrode that is provided in contact with the surface of the titanium oxide film and serves as a positive electrode.
 また、一実施の形態における太陽電池は、前記半導体デバイスを備えるものである。 Furthermore, a solar cell in one embodiment includes the semiconductor device.
 さらに、一実施の形態における半導体デバイスの製造方法は、結晶性シリコン層上に酸化チタン膜を形成する工程と、前記酸化チタン膜に対して水素プラズマ処理を行う工程と、正極となる金属を酸化チタン膜表面に直接形成する工程と、を備えるものである。 Furthermore, a method for manufacturing a semiconductor device in one embodiment includes a step of forming a titanium oxide film on a crystalline silicon layer, a step of performing hydrogen plasma treatment on the titanium oxide film, and a step of oxidizing a metal that will become a positive electrode. The method includes a step of forming the titanium film directly on the surface of the titanium film.
 一実施の形態によれば、簡素な構成であり、製造コストの低減も実現できる半導体デバイスおよび太陽電池並びに半導体デバイスの製造方法を提供できる。 According to one embodiment, it is possible to provide a semiconductor device, a solar cell, and a method for manufacturing a semiconductor device that have a simple configuration and can reduce manufacturing costs.
図1(A)は、本実施形態のキャリア選択型太陽電池セルの模式的なデバイス構造を示す図であり、図1(B)は、比較例のキャリア選択型太陽電池セルの模式的なデバイス構造を示す図である。FIG. 1(A) is a diagram showing a schematic device structure of a carrier-selective solar cell of this embodiment, and FIG. 1(B) is a diagram showing a schematic device structure of a carrier-selective solar cell of a comparative example. It is a figure showing a structure. 本実施形態のキャリア選択型太陽電池の製造工程を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the manufacturing process of the carrier selection type solar cell of this embodiment. キャリア選択型太陽電池セルの電流電圧特性を示すグラフである。1 is a graph showing current-voltage characteristics of a carrier-selective solar cell. 図4(A)および図4(B)は、酸化チタン膜と接触する金属材料が太陽電池性能に及ぼす影響を調べるためのデバイス構造を示す図である。FIG. 4(A) and FIG. 4(B) are diagrams showing a device structure for investigating the influence of a metal material in contact with a titanium oxide film on solar cell performance. 酸化チタン膜と接触する金属材料を変えた場合の太陽電池性能を示したグラフであり、短絡電流密度を示す図である。It is a graph showing the solar cell performance when the metal material in contact with the titanium oxide film is changed, and is a diagram showing the short circuit current density. 酸化チタン膜と接触する金属材料を変えた場合の太陽電池性能を示したグラフであり、開放電圧を示す図である。It is a graph showing the solar cell performance when the metal material in contact with the titanium oxide film is changed, and is a diagram showing the open circuit voltage. 酸化チタン膜と接触する金属材料を変えた場合の太陽電池性能を示したグラフであり、曲線因子を示す図である。It is a graph showing the solar cell performance when the metal material in contact with the titanium oxide film is changed, and is a diagram showing the fill factor. 酸化チタン膜と接触する金属材料を変えた場合の太陽電池性能を示したグラフであり、変換効率を示す図である。It is a graph showing the solar cell performance when the metal material in contact with the titanium oxide film is changed, and is a diagram showing the conversion efficiency. 入射光の波長と外部量子効率との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the wavelength of incident light and external quantum efficiency. p型結晶シリコン層を有するデバイスのデバイス構造と、受光面及び非受光面の外観写真である。It is a device structure of a device having a p-type crystalline silicon layer, and an external photograph of a light-receiving surface and a non-light-receiving surface. n型結晶シリコン層を有するデバイスのデバイス構造と、受光面及び非受光面の外観写真である。2 is a photograph of the device structure of a device having an n-type crystalline silicon layer, and the appearance of a light-receiving surface and a non-light-receiving surface. 図8(A)は、図7Aの金属膜の種類を変えた場合のフォトルミネッセンス(PL)発光像であり、図8(B)は、図7Bの金属膜の種類を変えた場合のPL発光像である。8(A) is a photoluminescence (PL) emission image when the type of metal film in FIG. 7A is changed, and FIG. 8(B) is a PL emission image when the type of metal film in FIG. 7B is changed. It is a statue. 実施形態のキャリア選択型太陽電池セル(p型結晶シリコン層)(図9(A))と比較例のキャリア選択型太陽電池セル(図9(B)-(D))の模式的なデバイス構造を示す図である。Schematic device structures of the carrier selective solar cell (p-type crystal silicon layer) of the embodiment (FIG. 9(A)) and the carrier selective solar cell of the comparative example (FIGS. 9(B)-(D)) FIG. 実施形態(図10(A))と比較例(図10(B))のキャリア選択型太陽電池セルの入射光の波長と外部量子効率との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the wavelength of incident light and the external quantum efficiency of carrier selective solar cells of the embodiment (FIG. 10(A)) and the comparative example (FIG. 10(B)). 実施形態のキャリア選択型太陽電池セル(n型結晶シリコン層)(図11(A))と比較例のキャリア選択型太陽電池セル(図11(B)-(D))の模式的なデバイス構造を示す図である。Schematic device structures of the carrier selective solar cell (n-type crystal silicon layer) of the embodiment (FIG. 11(A)) and the carrier selective solar cell of the comparative example (FIGS. 11(B)-(D)) FIG. 実施形態(図12(A))と比較例(図12(B))のキャリア選択型太陽電池セルの入射光の波長と外部量子効率との関係を示すグラフである。12 is a graph showing the relationship between the wavelength of incident light and the external quantum efficiency of the carrier selective solar cells of the embodiment (FIG. 12(A)) and the comparative example (FIG. 12(B)). 図13(A)および図13(B)は、別の実施形態1のキャリア選択型太陽電池セルの模式的なデバイス構造を示す図である。13(A) and 13(B) are diagrams showing a typical device structure of a carrier selective solar cell according to another embodiment 1. FIG. 別の実施形態1のキャリア選択型太陽電池の製造工程を説明するフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a carrier selective solar cell according to another embodiment 1. FIG. 別の実施形態2のキャリア選択型太陽電池セルの模式的なデバイス構造を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a schematic device structure of a carrier selective solar cell according to another embodiment 2. FIG. 別の実施形態2のキャリア選択型太陽電池の製造工程を説明するフローチャートである。12 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a carrier selective solar cell according to another embodiment 2. FIG. 一般的に市販されているPERC型太陽電池セルの構造を示す図である。1 is a diagram showing the structure of a PERC type solar cell that is generally commercially available.
 図1(A)には、本実施形態のキャリア選択型太陽電池セルの模式的なデバイス構造を示し、図1(B)には、比較例のキャリア選択型太陽電池セルの模式的なデバイス構造を示す。なお、本明細書中、キャリア選択型太陽電池セルを単に太陽電池セルまたはデバイスという場合がある。
 図1(A)に示すデバイス構造と図1(B)に示すデバイス構造は、図1(A)に示すデバイス構造では酸化チタン膜(TiOx膜)11と金属電極14とが直接接しているのに対して、図1(B)に示すデバイス構造では、酸化チタン膜11と金属電極14との間に透光性電極23(ITO電極)が存在する点で相違するが、それ以外の点では同じ構造である。キャリア選択型太陽電池は、光吸収体(一般的には単一導電型の半導体)を挟むように正孔選択膜と電子選択膜とを形成し、正孔選択膜を介して正孔電流を取り出すとともに、電子選択膜を介して電子電流を取り出すことにより、太陽電池として動作させるものである。
FIG. 1(A) shows a schematic device structure of a carrier-selective solar cell of this embodiment, and FIG. 1(B) shows a schematic device structure of a carrier-selective solar cell of a comparative example. shows. Note that in this specification, a carrier-selective solar cell may be simply referred to as a solar cell or a device.
The device structure shown in FIG. 1(A) and the device structure shown in FIG. 1(B) differ from each other in that in the device structure shown in FIG. On the other hand, the device structure shown in FIG. 1(B) is different in that a transparent electrode 23 (ITO electrode) is present between the titanium oxide film 11 and the metal electrode 14, but other than that, the device structure shown in FIG. They have the same structure. A carrier-selective solar cell has a hole-selective film and an electron-selective film sandwiched between a light absorber (generally a semiconductor of a single conductivity type), and conducts a hole current through the hole-selective film. At the same time, the electron current is extracted through an electron selective membrane, thereby operating as a solar cell.
 図1(A)および図1(B)において、キャリア選択型太陽電池セル100、200は、結晶シリコン層10を有する。この結晶シリコン層10は、例えば、ホウ素(B)などのp型不純物が導入されたp型シリコン層から構成されている。そして、結晶シリコン層10の表面(第2主面)は、ランダムテクスチャ構造が形成されている。一方、結晶シリコン層10の裏面(第1主面)は、平坦面となっている。 In FIGS. 1(A) and 1(B), carrier selective solar cells 100 and 200 have a crystalline silicon layer 10. This crystalline silicon layer 10 is composed of, for example, a p-type silicon layer into which a p-type impurity such as boron (B) is introduced. A random texture structure is formed on the surface (second main surface) of the crystalline silicon layer 10. On the other hand, the back surface (first main surface) of the crystalline silicon layer 10 is a flat surface.
 そして、本実施形態のキャリア選択型太陽電池セル100においては、図1(A)に示すように、結晶シリコン層10の裏面には、結晶シリコン層10に直接接触するように正孔選択膜11が形成されている。また、図1(A)に示すように、結晶シリコン層10の表面には、結晶シリコン層10に直接接触するように電子選択膜12が形成されている。すなわち、結晶シリコン層10は、正孔選択膜11と電子選択膜12とに挟まれている。このとき、正孔選択膜11は、酸化チタン膜から構成されている。これに対し、電子選択膜12は、例えば、水素を含むアモルファスシリコン膜や電子選択性を有する酸化チタン膜から構成されるが、本実施の形態においては、特に限定されるものではない。 In the carrier selective solar cell 100 of this embodiment, as shown in FIG. is formed. Further, as shown in FIG. 1A, an electron selection film 12 is formed on the surface of the crystalline silicon layer 10 so as to be in direct contact with the crystalline silicon layer 10. That is, the crystalline silicon layer 10 is sandwiched between the hole selection film 11 and the electron selection film 12. At this time, the hole selection film 11 is made of a titanium oxide film. On the other hand, the electron selection film 12 is made of, for example, an amorphous silicon film containing hydrogen or a titanium oxide film having electron selectivity, but is not particularly limited in this embodiment.
 そして、図1(A)に示すように、電子選択膜12上には、透光性電極13が配置されている。この透光性電極13は、少なくとも太陽光に含まれる可視光に対して透光性を有し、かつ、導電性を有する透光性膜から構成されている。一方、酸化チタン膜である正孔選択膜11と接触するように金属電極14が配置されている。金属電極14は正孔選択膜11の一部に接していればよいが、金属電極形成プロセスの簡便性の観点から、正孔選択膜11の全面に接している方が好ましい。そして、この金属電極14は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、白金(Pt)などの金属材料から形成されている。例えば、仕事関数の比較的大きい金、銀、銅などの膜を金属電極14に適用すると、太陽電池の開放電圧や変換効率を高める効果があるため、好適である。また、金属材料は、二種類以上の金属からなる合金や積層膜であってもよい。例えば、コストの高いAgは必要最低限の膜厚とし、残りはAlなどの安価な金属を積層するようにしてもよい。 As shown in FIG. 1(A), a light-transmitting electrode 13 is arranged on the electron selection film 12. The light-transmitting electrode 13 is made of a light-transmitting film that is transparent to at least visible light contained in sunlight and has electrical conductivity. On the other hand, a metal electrode 14 is arranged so as to be in contact with the hole selection film 11 which is a titanium oxide film. Although it is sufficient that the metal electrode 14 is in contact with a part of the hole selection membrane 11, it is preferable that the metal electrode 14 be in contact with the entire surface of the hole selection membrane 11 from the viewpoint of simplicity of the metal electrode formation process. The metal electrode 14 is made of a metal material such as aluminum (Al), titanium (Ti), silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), or platinum (Pt). There is. For example, it is preferable to apply a film of gold, silver, copper, or the like, which has a relatively large work function, to the metal electrode 14 because it has the effect of increasing the open-circuit voltage and conversion efficiency of the solar cell. Further, the metal material may be an alloy or a laminated film made of two or more types of metals. For example, the film thickness of expensive Ag may be set to the minimum required thickness, and the rest may be laminated with an inexpensive metal such as Al.
 以上のように構成されているキャリア選択型太陽電池セル100では、例えば、透光性電極13の上方からキャリア選択型太陽電池セル100に光が入射される。すると、この光は、透光性を有する透光性電極13と、透光性を有する電子選択膜12(例えば、アモルファスシリコン膜)とを透過して、結晶シリコン層10に入射する。そして、結晶シリコン層10に入射された光のうち、シリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光によって、結晶シリコン層10の価電子帯から伝導帯に電子が励起される。この結果、結晶シリコン層10の内部には、電子正孔対が形成される。対生成された電子と正孔のうち、正孔(h+)は、正孔選択膜11である酸化チタン膜を通過して金属電極14に達する。一方、対生成された電子と正孔のうち、電子(e)は、電子選択膜12を通過して透光性電極13に達する。これにより、透光性電極13と金属電極14との間に電位差が生じる。つまり、キャリア選択型太陽電池セル100に光が照射されると、透光性電極13と金属電極14との間に起電力が生じる。そして、透光性電極13には銀膜などの金属電極16が形成されており、光が透過する領域を確保するためにグリッド状に加工されている。したがって、正極となる金属電極14と負極となるグリッド状金属電極16との間に負荷を接続すると、前記起電力によって、負荷を駆動することができる。このようにして、キャリア選択型太陽電池セル100が動作する。また、グリッド状金属電極16は、透光性電極13を突き抜けて電子選択膜12と接していてもよい。 In the carrier-selective solar cell 100 configured as described above, light is incident on the carrier-selective solar cell 100 from above the transparent electrode 13, for example. Then, this light passes through the light-transmitting electrode 13 having light-transmitting properties and the electron-selective film 12 having light-transmitting properties (for example, an amorphous silicon film), and enters the crystalline silicon layer 10 . Of the light incident on the crystalline silicon layer 10, electrons are excited from the valence band to the conduction band of the crystalline silicon layer 10 by light having optical energy larger than the band gap of silicon. As a result, electron-hole pairs are formed inside the crystalline silicon layer 10. Of the pair of electrons and holes generated, the hole (h+) passes through the titanium oxide film, which is the hole selection film 11, and reaches the metal electrode 14. On the other hand, among the pair-generated electrons and holes, electrons (e ) pass through the electron selection film 12 and reach the transparent electrode 13 . This creates a potential difference between the transparent electrode 13 and the metal electrode 14. That is, when the carrier selective solar cell 100 is irradiated with light, an electromotive force is generated between the transparent electrode 13 and the metal electrode 14. A metal electrode 16 such as a silver film is formed on the transparent electrode 13, and is processed into a grid shape to ensure a region through which light can pass. Therefore, when a load is connected between the metal electrode 14 serving as the positive electrode and the grid-shaped metal electrode 16 serving as the negative electrode, the load can be driven by the electromotive force. In this manner, the carrier selective solar cell 100 operates. Furthermore, the grid-shaped metal electrode 16 may penetrate through the transparent electrode 13 and be in contact with the electron selective membrane 12 .
 なお、結晶シリコン層10の表面は平坦面でもよいが、図1(A)に示すキャリア選択型太陽電池セル100では、結晶シリコン層10の表面にランダムテクスチャ構造が形成されている。これにより、キャリア選択型太陽電池セル100においては、ランダムテクスチャ構造に起因する反射低減効果と光閉じ込め効果によって、変換効率を向上することができる。なお、結晶シリコン層10の表面と裏面の両方にランダムテクスチャ構造を形成してもよい。 Although the surface of the crystalline silicon layer 10 may be a flat surface, in the carrier selective solar cell 100 shown in FIG. 1(A), a random texture structure is formed on the surface of the crystalline silicon layer 10. Thereby, in the carrier selective solar cell 100, the conversion efficiency can be improved due to the reflection reduction effect and light confinement effect resulting from the random texture structure. Note that a random texture structure may be formed on both the front and back surfaces of the crystalline silicon layer 10.
 次に、図1(A)に示すキャリア選択型太陽電池セル100の製造方法について説明する。図2には、キャリア選択型太陽電池セル100の製造工程を説明するフローチャートを示す。
 まず、結晶シリコン層10となるp型シリコン基板を準備する。このシリコン基板は、例えば、(100)面を表面とし、比抵抗率が2Ωcmであり、かつ、厚さが280μmである。次に、シリコン基板の片面(面1、図1(A)の下側の面)にシリコン窒化膜(SiNx膜)をプラズマ援用化学気相堆積法(プラズマCVD)により約140nm製膜する(S1)。続いて、シリコン基板のもう片方の面(面2、図1(A)の上側の面)に対して、異方性エッチングを施すことにより、シリコン基板にランダムテクスチャ構造を形成する(S2)。この時、面1に形成したSiNx膜はエッチング溶液の保護膜として働き、面2にのみランダムテクスチャ構造を形成することができる。なお、実施形態においては、分かりやすいように、面1は、非受光側の面、面2は、受光側の面のことをいう。
Next, a method for manufacturing the carrier selective solar cell 100 shown in FIG. 1(A) will be described. FIG. 2 shows a flowchart illustrating the manufacturing process of the carrier selective solar cell 100.
First, a p-type silicon substrate that will become the crystalline silicon layer 10 is prepared. This silicon substrate has, for example, a (100) plane as a surface, a specific resistivity of 2 Ωcm, and a thickness of 280 μm. Next, a silicon nitride film (SiNx film) with a thickness of approximately 140 nm is formed on one side of the silicon substrate (Side 1, the lower side in FIG. 1A) by plasma-assisted chemical vapor deposition (plasma CVD) (S1 ). Next, the other surface of the silicon substrate (surface 2, the upper surface in FIG. 1A) is anisotropically etched to form a random texture structure on the silicon substrate (S2). At this time, the SiNx film formed on surface 1 acts as a protective film for the etching solution, and a random texture structure can be formed only on surface 2. In the embodiment, for the sake of clarity, surface 1 refers to the surface on the non-light-receiving side, and surface 2 refers to the surface on the light-receiving side.
 その後、SiNx膜を希フッ酸で除去する(S3)。これらのプロセスにより結晶シリコン層10の片面だけランダムテクスチャ構造を形成することができるが、より産業的な方法として両面に一旦ランダムテクスチャ構造を形成したのち片面の結晶シリコン層10をエッチングすることでも同等の基板を作成することができる。これは裏面における再結合損失を低減する手法で、一般的なPERC(Passivated Emitter Rear Cell)型構造の太陽電池(図17)でも使用されている。 After that, the SiNx film is removed with dilute hydrofluoric acid (S3). Although it is possible to form a random texture structure on only one side of the crystalline silicon layer 10 using these processes, it is also possible to form a random texture structure on both sides once and then etching the crystalline silicon layer 10 on one side as a more industrial method. It is possible to create a board for This is a method for reducing recombination loss on the back surface, and is also used in solar cells with a general PERC (Passivated Emitter Rear Cell) structure (FIG. 17).
 次に、シリコン基板(結晶シリコン層10)を洗浄した後、希フッ酸を使用することにより、シリコン基板の面1と面2に形成されている自然酸化膜を除去する(S4)。その後、シリコン基板の面2にパッシベーション特性の良好な電子選択膜12を形成する(S5)。ここで、パッシベーション特性の良好な電子選択膜12は、例えば、水素を添加した真性アモルファスシリコン膜と水素を添加したn型アモルファスシリコン膜の積層膜(a-Si:H i-n層膜)から構成することができる。膜の厚さは10nm以下である。水素を添加した真性アモルファスシリコン膜と水素を添加したn型アモルファスシリコン膜は、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用することにより形成することができる。このとき、水素を添加した真性アモルファスシリコン膜は、パッシベーション膜として機能する一方、水素を添加したn型アモルファスシリコン膜は、電子選択膜として機能する。この結果、水素を添加した真性アモルファスシリコン膜と水素を添加したn型アモルファスシリコン膜の積層膜は、パッシベーション特性の良好な電子選択膜となる。 Next, after cleaning the silicon substrate (crystalline silicon layer 10), the natural oxide film formed on surfaces 1 and 2 of the silicon substrate is removed by using dilute hydrofluoric acid (S4). Thereafter, an electron selective film 12 with good passivation properties is formed on the surface 2 of the silicon substrate (S5). Here, the electron selective film 12 with good passivation properties is made of, for example, a laminated film (a-Si:H i-n layer film) of an intrinsic amorphous silicon film doped with hydrogen and an n-type amorphous silicon film doped with hydrogen. Can be configured. The thickness of the film is 10 nm or less. The hydrogen-doped intrinsic amorphous silicon film and the hydrogen-doped n-type amorphous silicon film can be formed, for example, by using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. At this time, the hydrogen-doped intrinsic amorphous silicon film functions as a passivation film, while the hydrogen-doped n-type amorphous silicon film functions as an electron selection film. As a result, the laminated film of the hydrogen-doped intrinsic amorphous silicon film and the hydrogen-doped n-type amorphous silicon film becomes an electron-selective film with good passivation properties.
 なお、本実施形態では、ヘテロ接合型太陽電池で一般的に使用されているアモルファスシリコン膜をパッシベーション特性の良好な電子選択膜12として使用している。ただし、これに限らず、本実施の形態におけるパッシベーション特性の良好な電子選択膜12は、アモルファスシリコン膜以外の膜から構成することもできる。例えば、本実施形態におけるパッシベーション特性の良好な電子選択膜12として、PERC型太陽電池で知られるような電子選択膜を用いてもよい。すなわち、面2の受光面にリン(P)を拡散したn型シリコン層とSiNx膜などのパッシベーション膜、銀(Ag)などの金属電極のポイントコンタクトを組み合わせることでアモルファスシリコン膜の電子選択膜と同じような機能を具備させることができる。 Note that in this embodiment, an amorphous silicon film commonly used in heterojunction solar cells is used as the electron selective film 12 with good passivation properties. However, the present invention is not limited to this, and the electron selective film 12 with good passivation properties in this embodiment may be made of a film other than an amorphous silicon film. For example, as the electron selective film 12 with good passivation properties in this embodiment, an electron selective film known from PERC solar cells may be used. That is, by combining an n-type silicon layer in which phosphorus (P) is diffused on the light-receiving surface of surface 2, a passivation film such as a SiNx film, and a point contact of a metal electrode such as silver (Ag), an amorphous silicon film can be used as an electron-selective film. Similar functions can be provided.
 続いて、再び、シリコン基板(結晶シリコン層10)に対して希フッ酸を使用することにより、面1の自然酸化膜を除去する(S6)。その後、シリコン基板の非受光面である面1に正孔選択膜11である酸化チタン膜を形成する(S7)。酸化チタン膜は、サーマル原子層堆積法で形成される。なお、本実施形態では、原子層堆積装置にオックスフォードインストゥルメンツ社のFLexALを用いている。このとき、チタンのプリカーサには、TTIP(Titanium isopropoxide)が使用され、かつ、酸素源には水蒸気(HO)が使用される。本実施形態では、1サイクル当たりのTTIPのドーズ時間を1.2秒とし、水は1.2秒のドーズを3回繰り返している。また酸化チタンの成膜温度は120-350℃の範囲としている。このALDサイクルを128回繰り返すことによって、シリコン基板の表面に約5nmの厚さを有する酸化チタン膜が形成される。 Next, by using dilute hydrofluoric acid again on the silicon substrate (crystalline silicon layer 10), the natural oxide film on surface 1 is removed (S6). Thereafter, a titanium oxide film, which is the hole selection film 11, is formed on surface 1, which is the non-light-receiving surface of the silicon substrate (S7). The titanium oxide film is formed by thermal atomic layer deposition. In this embodiment, FLexAL manufactured by Oxford Instruments is used as the atomic layer deposition apparatus. At this time, TTIP (Titanium isopropoxide) is used as a titanium precursor, and water vapor (H 2 O) is used as an oxygen source. In this embodiment, the TTIP dose time per cycle is 1.2 seconds, and the water dose of 1.2 seconds is repeated three times. Further, the film forming temperature of titanium oxide is set in the range of 120-350°C. By repeating this ALD cycle 128 times, a titanium oxide film having a thickness of about 5 nm is formed on the surface of the silicon substrate.
 次に、シリコン基板(結晶シリコン層10)の表面に酸化チタン膜を形成した後、酸化チタン膜の表面に対して水素プラズマを照射する水素プラズマ処理を60分以内の範囲で実施する(S8)。本実施形態では、水素プラズマは上記の原子層堆積装置に付随する誘導結合プラズマ源を用いて、水素流量50sccm、圧力10Pa、放電電力600Wの条件で生成している。なお、水素プラズマ処理時間を短くする目的で、基板トレイにも放電電力15Wを印加している。
 その後、面2の電子選択膜12の上に透光性電極13を例えばスパッタリング法で形成する(S9)。この透光性電極13は、少なくとも可視光に対して透光性を有し、例えば、厚さが60nm-150nmのインジウム-錫酸化物(ITO)から構成される。その後、オーブンにおいて180℃の温度で2時間のアニールを実施する(S10)。ここで、アニールは、減圧または大気中などの酸素を含む雰囲気中で行なわれる。このアニールは、ITO膜製膜時に生成するシリコンの欠陥を低減させる目的の他、酸化チタン膜(正孔選択膜11)に酸素を供給する目的で実施する。
Next, after forming a titanium oxide film on the surface of the silicon substrate (crystalline silicon layer 10), hydrogen plasma treatment is performed within 60 minutes to irradiate the surface of the titanium oxide film with hydrogen plasma (S8). . In this embodiment, hydrogen plasma is generated using an inductively coupled plasma source attached to the above-described atomic layer deposition apparatus under conditions of a hydrogen flow rate of 50 sccm, a pressure of 10 Pa, and a discharge power of 600 W. Note that, in order to shorten the hydrogen plasma treatment time, a discharge power of 15 W was also applied to the substrate tray.
Thereafter, the transparent electrode 13 is formed on the electron selective film 12 on the surface 2 by, for example, a sputtering method (S9). The light-transmitting electrode 13 is transparent to at least visible light and is made of, for example, indium-tin oxide (ITO) with a thickness of 60 nm to 150 nm. Thereafter, annealing is performed in an oven at a temperature of 180° C. for 2 hours (S10). Here, the annealing is performed in an atmosphere containing oxygen, such as under reduced pressure or in the atmosphere. This annealing is performed not only for the purpose of reducing silicon defects generated during the ITO film formation, but also for the purpose of supplying oxygen to the titanium oxide film (hole selection film 11).
 そして、面1の酸化チタン膜(正孔選択膜11)に、正極の金属電極14となる、厚さ約700nmの金属膜を直流放電マグネトロンスパッタリング法により形成する(S11)。金属膜には、例えば、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、白金(Pt)などの金属を単独でまたは複数用いてもよい。当該金属電極14を形成する際、異なる種類の金属膜を積層してもよいし、合金の金属膜を形成してもよい。このことは、他の実施形態にも共通する。なお、金属膜の形成方法は、他の方法でもよく、例えば、電子ビーム蒸着法や抵抗加熱蒸着法、スクリーン印刷法、電着法などを用いてもよい。その後、電子選択膜12の面2に形成されている透光性電極13の表面に、負極の金属電極16となる銀膜を直流マグネトロンスパッタリング法により形成する(S12)。なお、形成方法は、他の方法でもよく、例えば、電子ビーム蒸着法や抵抗加熱蒸着法、スクリーン印刷法、電着法などを用いてもよい。このとき、光の入射側に形成される銀膜は、光が透過する領域を確保するためにグリッド状に加工される。例えば、セル面積に占める銀膜の面積は約4%程度である。なお、p型シリコンを有するキャリア選択型太陽電池セル100のセル面積は電子選択膜12とp型シリコン(結晶シリコン層10)との接合が形成されているエミッタ側の面2の透光性電極13の面積で規定する。最後に、温度180℃、酸素を含む減圧雰囲気でアニールを行い(S13)、金属製膜時に生成するシリコンの欠陥を低減させる。なお、前記S10のアニールを省略し、S13のアニールだけ実施するようにしてもよい。ただし、前記S10のアニールを省略し、金属電極14を形成した後にのみ前記S13のアニール処理を施す場合は、雰囲気の酸素を、金属を通過させて酸化チタン膜に供給する必要がある。そのため、金属電極の種類や膜厚によって雰囲気の酸素濃度やアニール温度、アニール時間の調整が必要になる。
 なお、本実施形態では、作製した太陽電池を長期間保管する際に金属電極14が大気と触れることで生じる劣化を防ぐために、保護膜としてITOを20nm、金属電極14の上に成膜しているが、太陽電池の特性に影響を与えるものではないため、図1(A)や、図2のフローチャートには示していない。また、このことは、他の実施形態にも共通する。なお、実際の製品に用いる太陽電池はガラスや封止剤で封止するため、この保護膜は必要としない。
Then, a metal film with a thickness of about 700 nm, which will become the positive metal electrode 14, is formed on the titanium oxide film (hole selection film 11) on the surface 1 by DC discharge magnetron sputtering (S11). For example, metals such as aluminum (Al), titanium (Ti), silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), and platinum (Pt) may be used alone or in combination in the metal film. It's okay. When forming the metal electrode 14, different types of metal films may be laminated, or an alloy metal film may be formed. This is also common to other embodiments. Note that the metal film may be formed by other methods, such as electron beam evaporation, resistance heating evaporation, screen printing, electrodeposition, or the like. Thereafter, a silver film that will become the negative metal electrode 16 is formed on the surface of the transparent electrode 13 formed on the surface 2 of the electron selection film 12 by direct current magnetron sputtering (S12). Note that other forming methods may be used, such as electron beam evaporation, resistance heating evaporation, screen printing, electrodeposition, etc. At this time, the silver film formed on the light incident side is processed into a grid shape to ensure a region through which light passes. For example, the area of the silver film in the cell area is about 4%. Note that the cell area of the carrier selective solar cell 100 having p-type silicon is the translucent electrode on the emitter side surface 2 where the junction between the electron selective film 12 and the p-type silicon (crystalline silicon layer 10) is formed. It is defined by the area of 13. Finally, annealing is performed at a temperature of 180° C. in a reduced pressure atmosphere containing oxygen (S13) to reduce defects in silicon generated during metal film formation. Note that the annealing in S10 may be omitted and only the annealing in S13 may be performed. However, if the annealing in S10 is omitted and the annealing in S13 is performed only after forming the metal electrode 14, it is necessary to supply oxygen in the atmosphere to the titanium oxide film by passing through the metal. Therefore, it is necessary to adjust the oxygen concentration of the atmosphere, annealing temperature, and annealing time depending on the type and film thickness of the metal electrode.
In this embodiment, in order to prevent the metal electrode 14 from deteriorating due to contact with the atmosphere when storing the fabricated solar cell for a long period of time, a 20 nm thick ITO film is formed on the metal electrode 14 as a protective film. However, since it does not affect the characteristics of the solar cell, it is not shown in FIG. 1(A) or the flowchart of FIG. 2. This also applies to other embodiments. Note that this protective film is not necessary because solar cells used in actual products are sealed with glass or a sealant.
 以上のようにして、本実施形態におけるキャリア選択型太陽電池を製造することができる。そして、このように製造されたキャリア選択型太陽電池においては、シリコン基板(結晶シリコン層10)の表面に直接形成される酸化チタン膜(正孔選択膜11)が、良好な正孔選択性を有し、かつ、良好なパッシベーション特性を有する正孔選択膜となる。すなわち、本実施の形態では、(1)サーマル原子層堆積法によって結晶シリコン層の表面に直接酸化チタン膜を形成する点と、(2)酸化チタン膜に対して水素プラズマ処理を実施する点と、(3)酸化チタン膜を形成した後、酸素が存在する雰囲気でアニールを実施する点と、(4)酸化チタン膜の表面に銀などの電極を形成するという製法上の特徴点を有している。この結果、結晶シリコン層上に直接形成されている酸化チタン膜が良好な正孔選択性を有し、かつ、良好なパッシベーション特性を有する正孔選択膜となる。また、酸化チタン膜と金属電極との間に透光性電極を形成しないことで、簡素な構成となり、製造工程の短縮や製造コストの低減が図れると共に、ITO電極の原料となるインジウム(In)などの希少金属の消費を抑制できるというメリットを有する。 As described above, the carrier selective solar cell of this embodiment can be manufactured. In the carrier selective solar cell manufactured in this way, the titanium oxide film (hole selective film 11) formed directly on the surface of the silicon substrate (crystalline silicon layer 10) has good hole selectivity. This results in a hole-selective film having the same properties and good passivation properties. That is, in this embodiment mode, (1) a titanium oxide film is directly formed on the surface of a crystalline silicon layer by thermal atomic layer deposition, and (2) a hydrogen plasma treatment is performed on the titanium oxide film. , (3) After forming the titanium oxide film, annealing is performed in an atmosphere where oxygen exists, and (4) an electrode made of silver or the like is formed on the surface of the titanium oxide film. ing. As a result, the titanium oxide film formed directly on the crystalline silicon layer becomes a hole selective film having good hole selectivity and good passivation properties. In addition, by not forming a transparent electrode between the titanium oxide film and the metal electrode, the structure is simple, shortening the manufacturing process and reducing manufacturing costs. It has the advantage of suppressing the consumption of rare metals such as.
 なお、サーマル原子層堆積法などの原子層堆積法で酸化チタン膜を成膜すると、酸化チタン膜と結晶シリコン層との間の界面にシリコン元素(Si)とチタン元素(Ti)と酸素元素(O)と含む膜(厚さ約1nm)が形成されるが、この膜は自然に形成されるものであり、酸化チタン膜と同一視できるものである。また、結晶シリコン層10となるシリコン基板として、n型シリコン層を用いてもよい。例えば、リン(P)などのn型不純物が導入されたn型シリコン層である。 Note that when a titanium oxide film is formed by an atomic layer deposition method such as a thermal atomic layer deposition method, silicon element (Si), titanium element (Ti), and oxygen element ( A film (about 1 nm thick) containing O) is formed, but this film is naturally formed and can be regarded as the same as a titanium oxide film. Furthermore, an n-type silicon layer may be used as the silicon substrate that becomes the crystalline silicon layer 10. For example, it is an n-type silicon layer into which an n-type impurity such as phosphorus (P) is introduced.
 (太陽電池の性能評価1)
 上記した方法(図2)により、キャリア選択型太陽電池セル100(図1(A))を製造した。また、比較例1として、酸化チタン膜と金属電極との間に透光性電極23を有するキャリア選択型太陽電池セル200(図1(B))を製造した。なお、比較例1のキャリア選択型太陽電池セル200は、図2のS9において、酸化チタン膜側(面1側)にも透光性電極13と同様の透光性電極23を形成した以外は、キャリア選択型太陽電池セル100と同様の方法により製造した。なお、p型シリコン基板として、TOPSIL社製ボロンドープFZシリコンウェーハ(厚さ約280μm、面方位(100)、抵抗率 約4Ωcm)を用い、金属電極14には銀(三菱マテリアル株式会社製)を用い、厚さを約700nmとした。また、電子選択膜12(アモルファスシリコン膜)の膜厚は、約10nm、酸化チタン膜(正孔選択膜11)の膜厚は、約5nm、透光性電極13(ITO電極)の膜厚は、約70nmとした。
(Solar cell performance evaluation 1)
A carrier selective solar cell 100 (FIG. 1(A)) was manufactured by the method described above (FIG. 2). Further, as Comparative Example 1, a carrier selective solar cell 200 (FIG. 1(B)) having a light-transmitting electrode 23 between a titanium oxide film and a metal electrode was manufactured. Note that the carrier selective solar cell 200 of Comparative Example 1 has the same structure as the light-transmitting electrode 23 on the titanium oxide film side (surface 1 side) in step S9 of FIG. , was manufactured by the same method as carrier selective solar cell 100. A boron-doped FZ silicon wafer manufactured by TOPSIL (thickness: approximately 280 μm, plane orientation (100), resistivity: approximately 4 Ωcm) was used as the p-type silicon substrate, and silver (manufactured by Mitsubishi Materials Corporation) was used for the metal electrode 14. , the thickness was about 700 nm. The thickness of the electron selective film 12 (amorphous silicon film) is approximately 10 nm, the thickness of the titanium oxide film (hole selective film 11) is approximately 5 nm, and the thickness of the transparent electrode 13 (ITO electrode) is approximately 10 nm. , about 70 nm.
 図3には、キャリア選択型太陽電池セル100の電流電圧特性を示す。
 ここで、図3において、実線は、キャリア選択型太陽電池セル100の電流電圧特性を示し、破線は、比較例1のキャリア選択型太陽電池セル200の電流電圧特性を示している。太陽電池セルの電流電圧特性の測定にはケースレー社製ソースメーター2400を使用した。また、光源にはXe、ハロゲンの2つのランプからなるソーラーシミュレーター(株式会社WACOM製)を使用し、air mass1.5 global、100mW/cmの基準太陽光を太陽電池セルに照射した。
 キャリア選択型太陽電池セル100によれば、酸化チタン膜11と金属電極14との間に透光性電極を有しなくても、電圧が0.54V未満において、比較例1のキャリア選択型太陽電池セル200と同等の性能を有することが確認できた。また、電圧が0.54V以上では、逆に、キャリア選択型太陽電池セル100の方が、比較例1のキャリア選択型太陽電池セル200よりも性能が向上することがわかる。したがって、キャリア選択型太陽電池セル100によれば、性能が良好であるとともに、簡素な構成で、製造工程も複雑とならず、製造コストの低コスト化も実現できる。
FIG. 3 shows the current-voltage characteristics of the carrier selective solar cell 100.
Here, in FIG. 3, the solid line indicates the current-voltage characteristic of the carrier-selective solar cell 100, and the broken line indicates the current-voltage characteristic of the carrier-selective solar cell 200 of Comparative Example 1. A Keithley Sourcemeter 2400 was used to measure the current-voltage characteristics of the solar cell. In addition, a solar simulator (manufactured by WACOM Corporation) consisting of two lamps, Xe and halogen, was used as a light source, and the solar cell was irradiated with standard sunlight of 100 mW/cm 2 at an air mass of 1.5 global.
According to the carrier selective solar cell 100, even if the titanium oxide film 11 and the metal electrode 14 do not have a translucent electrode, the carrier selective solar cell of Comparative Example 1 can be used at a voltage of less than 0.54 V. It was confirmed that the battery cell had the same performance as battery cell 200. Moreover, it can be seen that when the voltage is 0.54 V or more, the performance of the carrier-selective solar cell 100 is conversely improved over that of the carrier-selective solar cell 200 of Comparative Example 1. Therefore, according to the carrier selective solar cell 100, the performance is good, the structure is simple, the manufacturing process is not complicated, and the manufacturing cost can be reduced.
 一般的に、半導体装置において、特許文献1の図14や非特許文献2の図1に示されているように、結晶シリコンの正孔選択膜(酸化チタン膜)と金属電極との間には、ITO電極が配置されている。非特許文献2においては、ITO電極を製膜した後にアニールを行っているが、ITO電極がない条件でアニールを行うと太陽電池などの性能が極端に低下することが記載されている。これは酸化チタン膜をアニールする際、雰囲気から酸化チタン膜に供給される酸素が多すぎると、酸化チタン膜の電気抵抗またはそれと接するシリコンやITOとの界面の接触抵抗が高くなるためである。ITO電極膜は酸化チタン膜に供給する酸素の量を調整する役割を担うものと報告されている。したがって、酸化チタン膜を正孔選択膜として使用し、ある程度の性能を実現するためには、ITO電極の使用は必須であると想定されていた。しかしながら、本実施形態によれば、ITO電極がない場合であっても、ITO電極がある場合と同等以上の性能が出せることを確認できた。これは、金属電極を構成する金属の導電率が、ITOのそれより十分高く、たとえアニール中の酸化チタン膜への酸素の供給が過剰であっても、少なくとも金属と酸化チタンとの接触抵抗がITOと酸化チタンのそれに比べて低く保たれることに起因しているものと考えられる。 Generally, in a semiconductor device, as shown in FIG. 14 of Patent Document 1 and FIG. 1 of Non-Patent Document 2, there is a gap between a crystalline silicon hole selective film (titanium oxide film) and a metal electrode. , ITO electrodes are arranged. In Non-Patent Document 2, annealing is performed after forming an ITO electrode, but it is stated that if annealing is performed in the absence of an ITO electrode, the performance of solar cells and the like will be extremely degraded. This is because when the titanium oxide film is annealed, if too much oxygen is supplied from the atmosphere to the titanium oxide film, the electrical resistance of the titanium oxide film or the contact resistance of the interface with silicon or ITO in contact with it increases. It has been reported that the ITO electrode film plays a role in adjusting the amount of oxygen supplied to the titanium oxide film. Therefore, in order to use a titanium oxide film as a hole-selective film and achieve a certain level of performance, it was assumed that the use of an ITO electrode would be essential. However, according to the present embodiment, it was confirmed that even when there is no ITO electrode, performance equivalent to or higher than when there is an ITO electrode can be obtained. This is because the conductivity of the metal constituting the metal electrode is sufficiently higher than that of ITO, and even if the supply of oxygen to the titanium oxide film during annealing is excessive, at least the contact resistance between the metal and titanium oxide is This is thought to be due to the fact that it is kept lower than that of ITO and titanium oxide.
 (金属電極材料の検討1)
 次に、図4(A)および図4(B)に示すキャリア選択型太陽電池セル110、120を用いて、酸化チタン膜と接触する金属材料が太陽電池性能に及ぼす影響を調べた。図4(A)のキャリア選択型太陽電池セル110は、図1(A)に示すキャリア選択型太陽電池セル100の、正孔選択膜11(酸化チタン膜)と第1の金属電極18(銀膜)との間に、第2の金属電極17(50nm)を挟んだ構造である。すなわち、金属電極14が、銀膜からなる第1の金属電極18と第2の金属電極17との二重構造になっているものである。第2の金属電極17の材料として、アルミニウム、チタン、銀、銅、ニッケル、金、白金の7種類の金属を用いた。なお、これらの金属は、入手できる範囲でできるだけ高純度なものを使用した。また、第2の金属電極17は、下記のようにして形成した。
(Study of metal electrode materials 1)
Next, using carrier selective solar cells 110 and 120 shown in FIGS. 4(A) and 4(B), the influence of the metal material in contact with the titanium oxide film on solar cell performance was investigated. The carrier-selective solar cell 110 in FIG. 4(A) has a hole-selective film 11 (titanium oxide film) and a first metal electrode 18 (silver It has a structure in which a second metal electrode 17 (50 nm) is sandwiched between the two metal electrodes (film). That is, the metal electrode 14 has a double structure of a first metal electrode 18 and a second metal electrode 17 made of a silver film. As materials for the second metal electrode 17, seven types of metals were used: aluminum, titanium, silver, copper, nickel, gold, and platinum. Note that these metals were used as highly pure as possible within the available range. Further, the second metal electrode 17 was formed as follows.
 図2のフローチャートにおいて、上記方法のS11で、上述の銀膜(当該構成では、第1の金属電極18となる銀膜)を形成する前に、厚さ約50nmの第2の金属電極17を電子ビーム真空蒸着により形成した。すなわち、面1の正孔選択膜11(酸化チタン膜)上に、金属電極を形成する工程を2回行った。ただし、第2の金属電極17のうち、銀と銅については直流マグネトロンスパッタリング法で形成した。ここで銀と銅を電子ビーム真空蒸着とは異なる手法で金属電極を形成した理由は単に実験装置の都合によるものであり、金属電極の形成手法の違いが太陽電池特性に及ぼす影響は金属の種類が及ぼす影響に比べると十分小さい。 In the flowchart of FIG. 2, in S11 of the above method, before forming the above-mentioned silver film (in this configuration, the silver film that becomes the first metal electrode 18), a second metal electrode 17 with a thickness of about 50 nm is formed. It was formed by electron beam vacuum evaporation. That is, the step of forming a metal electrode on the hole selection film 11 (titanium oxide film) on the surface 1 was performed twice. However, among the second metal electrodes 17, silver and copper were formed by direct current magnetron sputtering. Here, the reason why the metal electrodes were formed using a method different from electron beam vacuum evaporation for silver and copper was simply due to the convenience of the experimental equipment. This is sufficiently small compared to the influence of
 また、図4(B)のキャリア選択型太陽電池セル120は、図4(A)のキャリア選択型太陽電池セル110の結晶シリコン層10を、p型シリコン層からn型シリコン層(TOPSIL社製リンドープFZシリコンウェーハ、厚さ約280μm、面方位(100)、抵抗率 約3Ωcm)に代えたものである。この場合も上記キャリア選択型太陽電池セル110と同様に、正孔選択膜11(酸化チタン膜)と第1の金属電極18(銀膜)との間に第2の金属電極17(50nm)を挟んだ。このキャリア選択型太陽電池セル120の製造方法は、上記したp型シリコン層を有する太陽電池セル110の製造方法と、シリコン層の種類が異なる点以外は同様の方法である。ただし、太陽電池面積を規定するために、p型シリコン基板を有する太陽電池セル110では接合(エミッタ)がある受光面側の電極をパターニングし、n型シリコン層を有する太陽電池では接合(エミッタ)がある非受光面側の電極をパターニングしている点は異なる。これは実験用の小面積太陽電池セルを複数同一基板上に作製するための技法であり、実際の結晶シリコン太陽電池の製品ではシリコン基板の全面が一つの太陽電池セルとなるためこのような電極のパターニングは必要としない。 Further, the carrier selective solar cell 120 in FIG. 4(B) has a structure in which the crystalline silicon layer 10 of the carrier selective solar cell 110 in FIG. 4(A) is changed from a p-type silicon layer to an n-type silicon layer (manufactured by TOPSIL). This is a phosphorus-doped FZ silicon wafer, approximately 280 μm thick, (100) plane orientation, and approximately 3 Ωcm resistivity. In this case as well, like the carrier selective solar cell 110, a second metal electrode 17 (50 nm) is provided between the hole selective film 11 (titanium oxide film) and the first metal electrode 18 (silver film). Sandwiched. The method for manufacturing this carrier selective solar cell 120 is the same as the method for manufacturing the solar cell 110 having a p-type silicon layer described above, except that the type of silicon layer is different. However, in order to define the solar cell area, in the solar cell 110 having a p-type silicon substrate, the electrode on the light-receiving surface side where the junction (emitter) is located is patterned, and in the solar cell having an n-type silicon layer, the junction (emitter) is patterned. The difference is that the electrodes on the non-light-receiving surface are patterned. This is a technique for fabricating multiple small-area experimental solar cells on the same substrate, and in actual crystalline silicon solar cell products, the entire surface of the silicon substrate becomes one solar cell, so such electrodes are used. No patterning is required.
 その結果を図5A-図5D、および図6に示す。図5A-図5Dにおいて、各グラフは、第2の金属電極17の種類ごとに測定した結果を示しており、各金属の元素記号の下の数字は、その金属の仕事関数を示している。金属の仕事関数は出典1(H.B. Michaelson, Journal of Applied Physics 48, 4729 (1977).)を参照した。なお、出典1に記載のAgの仕事関数は非常に小さく、文献により大きく異なることから、Agの仕事関数は出典2(R.P. Winch, Phys. Rev. 37, 1269 (1931).)を参照した。また、図5Aは、短絡電流密度(Jsc)を示し、図5Bは、開放電圧(Voc)を示し、図5Cは、曲線因子(FF)を示し、図5Dは、変換効率(Eff)を示している。各グラフにおいて、丸印(各金属のグラフの左側に図示)がp型シリコン層を有するデバイス110の場合であり、三角印(各金属のグラフの右側に図示)がn型シリコン層を有するデバイス120の場合を示している。また、丸印と三角印の右側には、丸印と三角印の範囲を箱ひげ図で示しており、ゼロに最も近い箱の境界線は25%点を表し、ゼロから最も遠い箱の境界は75%点を表す。また、箱の上と下にあるひげ(エラーバー)は、それぞれ90%点と10%点を示す。さらに、図6には、各第2の金属電極17による、入射光の波長と外部量子効率との関係を示す。図5A-図5Dの太陽電池性能については、電流電圧特性を図3の場合と同様の条件で測定し、当該電流電圧特性からJsc、Voc、FF、Effの各パラメーターを抽出した。図6の外部量子効率スペクトルの測定には分光計器株式会社製CEP-97を使用し、air mass1.5 global,100mW/cmの無変調白色バイアス光とメカニカルチョッパーで変調(82Hz)した単色光を試料に照射し、単色光の照射で生成する変調光電流をロックイン検出することで計測した。 The results are shown in FIGS. 5A to 5D and FIG. 6. 5A to 5D, each graph shows the results of measurement for each type of second metal electrode 17, and the number below the element symbol of each metal indicates the work function of that metal. For the work functions of metals, Reference 1 (HB Michaelson, Journal of Applied Physics 48, 4729 (1977)) was referred to. Note that the work function of Ag described in Source 1 is very small and varies greatly depending on the literature, so Reference 2 (RP Winch, Phys. Rev. 37, 1269 (1931)) was referred to for the work function of Ag. Further, FIG. 5A shows the short circuit current density (Jsc), FIG. 5B shows the open circuit voltage (Voc), FIG. 5C shows the fill factor (FF), and FIG. 5D shows the conversion efficiency (Eff). ing. In each graph, the circle mark (shown on the left side of each metal's graph) is for a device 110 having a p-type silicon layer, and the triangle mark (shown on the right side of each metal graph) is for a device 110 having an n-type silicon layer. 120 is shown. In addition, to the right of the circle and triangle marks, the range of the circle and triangle marks is shown in a boxplot.The border of the box closest to zero represents the 25% point, and the border of the box furthest from zero represents the 25% point. represents the 75% point. Also, the whiskers (error bars) above and below the box indicate the 90% point and 10% point, respectively. Further, FIG. 6 shows the relationship between the wavelength of incident light and the external quantum efficiency of each second metal electrode 17. Regarding the solar cell performance in FIGS. 5A to 5D, the current-voltage characteristics were measured under the same conditions as in FIG. 3, and the parameters Jsc, Voc, FF, and Eff were extracted from the current-voltage characteristics. The external quantum efficiency spectrum in Figure 6 was measured using CEP-97 manufactured by Bunko Keiki Co., Ltd., using air mass 1.5 global, unmodulated white bias light of 100 mW/cm 2 and monochromatic light modulated by a mechanical chopper (82 Hz). The sample was irradiated with monochromatic light, and the modulated photocurrent generated by the irradiation was measured by lock-in detection.
 金属電極に用いる金属としては、仕事関数が4.2eV(アルミニウムの仕事関数)以上の金属が適している。ここで、図5Aを参照すると、第2の金属電極17の材料として、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、金、白金、を用いた場合に、高い短絡電流密度を得ることができることがわかる。また、図5B-図5Dから、第2の金属電極17の材料として、銀、銅、ニッケル、金、白金を用いた場合に、開放電圧、曲線因子(銅を除く)、変換効率の全てにおいて高い数値が得られ、太陽電池の性能がよいことがわかる。特に、開放電圧と変換効率については、第2の金属電極17の材料として、これらの中で仕事関数が比較的小さいアルミニウムやチタンを用いた場合に比べて、仕事関数が比較的大きい銀、ニッケル、金、白金、銅を用いた場合の方が、効果が顕著であった。特に正孔選択性を反映する開放電圧や太陽電池の性能の重要な指標となる変換効率は、正孔選択膜11である酸化チタン膜に接する金属(金属電極14)の仕事関数に依存することを示しているといえる。 As the metal used for the metal electrode, a metal with a work function of 4.2 eV or more (the work function of aluminum) is suitable. Here, referring to FIG. 5A, it can be seen that a high short-circuit current density can be obtained when aluminum, silver, copper, nickel, gold, or platinum is used as the material of the second metal electrode 17. Furthermore, from FIGS. 5B to 5D, when silver, copper, nickel, gold, or platinum is used as the material for the second metal electrode 17, all of the open circuit voltage, fill factor (excluding copper), and conversion efficiency are A high value was obtained, indicating that the solar cell has good performance. In particular, with regard to open circuit voltage and conversion efficiency, silver and nickel, which have a relatively large work function, are used as the material for the second metal electrode 17, compared to aluminum and titanium, which have a relatively small work function. The effect was more pronounced when gold, platinum, and copper were used. In particular, the open-circuit voltage, which reflects hole selectivity, and the conversion efficiency, which is an important index of solar cell performance, depend on the work function of the metal (metal electrode 14) in contact with the titanium oxide film, which is the hole-selective film 11. It can be said that this shows that
 また、第2の金属電極17の材料として、銅を用いた場合も、上記したように、短絡電流密度、開放電圧において高い数値が得られた。なお、曲線因子は若干低いものの、その原因はアニール(S13)であることが分かっている。実際にアニール処理(S13)を単純に省略するだけで曲線因子を0.05-0.08程度改善することができ、変換効率は図5Dに記載の数値より約1-2%向上させることができる。レアメタルの使用削減の観点から、銅も好適である。 Also, when copper was used as the material for the second metal electrode 17, high values were obtained for short circuit current density and open circuit voltage, as described above. Note that although the fill factor is slightly low, it is known that the cause is the annealing (S13). In fact, by simply omitting the annealing process (S13), the fill factor can be improved by about 0.05-0.08, and the conversion efficiency can be improved by about 1-2% from the values shown in Figure 5D. can. Copper is also suitable from the viewpoint of reducing the use of rare metals.
 また、図6からは、900nm-1200nmの波長を有する近赤外領域の入射光の外部量子効率に関して、銀、銅(長波長側で一部銀と重なっている)、金が高い値を示すことがわかる。太陽電池には、太陽光の短波長(紫外線)から長波長(赤外線)の広範囲の波長の光が吸収されるが、結晶シリコン層は、波長の長い近赤外線や赤外線の光は吸収されにくく、これら長波長の入射光は結晶シリコン層から一番外側の金属電極14に達する。ここで、金属電極14の反射率が低いと、長波長光はそのまま吸収されてしてしまうが、金属電極14の反射率が高いと、長波長光が反射されて再び結晶シリコン層に吸収されるため、外部量子効率および変換効率の向上に寄与する。例えば、非特許文献3の図5に示されるように、金、銀、銅などの金属は、近赤外領域(波長900-1200nm)で反射率が高く、空気中・室温(25℃)時での反射率は90%以上である。特に、この結果によれば、波長1000nm以上の近赤外領域の感度が第2の金属電極17の種類に依存し、銀、銅、金など近赤外領域で反射率が高い金属を選ぶことで高い感度が得られることを示しているといえる。したがって、本実施形態のキャリア型態様電池セル100(図1(A))の金属電極14に銀、銅、金を使用することは外部量子効率および変換効率の向上に有効であるといえる。特に、銅は金、銀に比べて低コストであり、レアメタル削減の観点からも好ましい。 Furthermore, from FIG. 6, silver, copper (partially overlapped with silver on the long wavelength side), and gold exhibit high values regarding the external quantum efficiency of incident light in the near-infrared region with a wavelength of 900 nm to 1200 nm. I understand that. Solar cells absorb sunlight over a wide range of wavelengths, from short wavelengths (ultraviolet rays) to long wavelengths (infrared rays), but crystalline silicon layers are difficult to absorb the long wavelengths of near-infrared and infrared light. These long wavelength incident lights reach the outermost metal electrode 14 from the crystalline silicon layer. Here, if the reflectance of the metal electrode 14 is low, the long wavelength light will be absorbed as is, but if the reflectance of the metal electrode 14 is high, the long wavelength light will be reflected and absorbed into the crystalline silicon layer again. This contributes to improving external quantum efficiency and conversion efficiency. For example, as shown in Figure 5 of Non-Patent Document 3, metals such as gold, silver, and copper have high reflectance in the near-infrared region (wavelength 900-1200 nm), and in air at room temperature (25°C). The reflectance is 90% or more. In particular, according to this result, the sensitivity in the near-infrared region with a wavelength of 1000 nm or more depends on the type of the second metal electrode 17, and it is recommended to select a metal with high reflectance in the near-infrared region, such as silver, copper, or gold. This shows that high sensitivity can be obtained. Therefore, it can be said that using silver, copper, and gold for the metal electrode 14 of the carrier type battery cell 100 (FIG. 1(A)) of this embodiment is effective in improving external quantum efficiency and conversion efficiency. In particular, copper is less expensive than gold and silver, and is preferable from the perspective of reducing rare metals.
 (金属電極材料の検討2)
 さらに、酸化チタン膜と接触する金属材料が太陽電池性能に及ぼす影響に関して、図4のデバイスのPL(Photoluminescence)発光についても調べた。金属材料は、上記した7種類の金属を用いた。
(Study of metal electrode materials 2)
Furthermore, the PL (Photoluminescence) emission of the device shown in FIG. 4 was also investigated regarding the influence of the metal material in contact with the titanium oxide film on the solar cell performance. The seven types of metals described above were used as the metal materials.
 図7Aには、p型結晶シリコン層10を有するデバイス130のデバイス構造(Front emitter)と、作製した試料の外観写真((左下)受光面および(右下)非受光面)を示す。図7Bには、n型結晶シリコン層10を有するデバイス140のデバイス構造(Rear emitter)と試料の外観写真((左下)受光面および(右下)非受光面)を示す。試料の外観写真は、50mm×50mmの結晶シリコン基板の上に大きさ約10mm×10mmのデバイスを上段3個、中段3個、下段1個(残り2個は評価用サンプル)の合計7個のデバイスを配置したときの受光面および非受光面の写真である。すなわち、評価用サンプル2個を含めた合計9個のデバイスを50mm×50mmの平面上に3×3に配列した試料を、上から撮った写真と下から撮った写真である。p型結晶シリコン層を有するデバイス130とn型結晶シリコン層を有するデバイス140の構造は、結晶シリコン層10以外は同じである。ただし受光面の透光性電極(ITO電極)13および非受光面の金属電極14のパターンが異なる。これは前述の通り、小面積太陽電池の面積を規定する目的のためであり、p型結晶シリコン層を有するデバイス130では、接合がある受光面側のITO膜13をパターニングし、n型シリコン層を有するデバイス140では接合がある非受光面側の金属電極14をパターニングしている。
 図8(A)は、図7Aの第2の金属電極17の種類を変えた場合のPL発光像であり、図8(B)は、図7Bの第2の金属電極17の種類を変えた場合のPL発光像である。PL発光像は株式会社ITES製PVX1000+POPLI-Λを使用し、励起光には波長850nm、出力15Wのレーザーを、検出器には高感度シリコンCCDカメラを用いた。図8(A)および図8(B)は、各試料の受光面から励起光を照射し、受光面からPL発光像を撮影したものである。PL発光像は光照射により生成した電子・正孔対が輻射再結合する際に出る発光の強度分布を計測することを原理としているが、欠陥を介した非輻射再結合の割合が多くなると輻射再結合の割合が減り、発光が弱くなる。つまり、これらのPL発光像では、明るい部分が、キャリアライフタイムが長く、暗い部分が短いことを示しており、酸化チタン膜に接する金属によって明暗が異なることがわかる。例えば、アルミニウムやチタンを接触させた場合、PL発光は弱くなることから、接触する金属によって酸化チタン膜のパッシベーション特性が異なることを示している。そしてこのPL発光の明るさ(パッシベーション性能の度合い)と図5A-図5Dの太陽電池特性を見比べると、PL発光が暗いアルミニウムやチタンでは開放電圧が低く、PL発光が明るい銀、銅、ニッケル、金、白金では開放電圧が高いことがわかる。つまり、酸化チタン膜に接触する金属の種類によって裏面のパッシベーション特性が影響を受け、これが特に太陽電池の開放電圧を左右していることが明らかとなった。
FIG. 7A shows the device structure (Front emitter) of the device 130 having the p-type crystalline silicon layer 10 and an external photograph of the prepared sample ((lower left) light-receiving surface and (lower right) non-light-receiving surface). FIG. 7B shows a device structure (rear emitter) of the device 140 having the n-type crystalline silicon layer 10 and an external photograph of the sample ((lower left) light-receiving surface and (lower right) non-light-receiving surface). The external photo of the sample shows a total of 7 devices, 3 on the top, 3 on the middle, and 1 on the bottom (the remaining 2 are samples for evaluation), each measuring approximately 10mm x 10mm, on a 50mm x 50mm crystalline silicon substrate. These are photographs of the light-receiving surface and non-light-receiving surface when the device is placed. That is, these are photographs taken from above and from below of a sample in which a total of nine devices, including two evaluation samples, were arranged in a 3x3 arrangement on a 50 mm x 50 mm plane. The structures of the device 130 having a p-type crystalline silicon layer and the device 140 having an n-type crystalline silicon layer are the same except for the crystalline silicon layer 10. However, the patterns of the light-transmitting electrode (ITO electrode) 13 on the light-receiving surface and the metal electrode 14 on the non-light-receiving surface are different. As mentioned above, this is for the purpose of defining the area of a small-area solar cell.In the device 130 having a p-type crystalline silicon layer, the ITO film 13 on the light-receiving surface side where the junction is formed is patterned, and the n-type silicon layer is In the device 140 having the above structure, the metal electrode 14 on the non-light-receiving surface side where the junction is located is patterned.
8(A) is a PL emission image when the type of second metal electrode 17 in FIG. 7A is changed, and FIG. 8(B) is a PL emission image when the type of second metal electrode 17 in FIG. 7B is changed. This is a PL emission image of the case. For the PL emission image, PVX1000+POPLI-Λ manufactured by ITES Co., Ltd. was used, a laser with a wavelength of 850 nm and an output of 15 W was used as the excitation light, and a highly sensitive silicon CCD camera was used as the detector. 8(A) and FIG. 8(B) show PL emission images taken from the light-receiving surface of each sample by irradiating excitation light from the light-receiving surface. The principle of PL emission imaging is to measure the intensity distribution of light emitted when electron-hole pairs generated by light irradiation undergo radiative recombination, but if the proportion of non-radiative recombination through defects increases, radiation The rate of recombination decreases and the emission becomes weaker. That is, in these PL emission images, bright parts indicate long carrier lifetimes and dark parts indicate short carrier lifetimes, and it can be seen that the brightness differs depending on the metal in contact with the titanium oxide film. For example, when aluminum or titanium is brought into contact, the PL emission becomes weaker, indicating that the passivation characteristics of the titanium oxide film differ depending on the metal in contact. Comparing the brightness of this PL emission (degree of passivation performance) and the solar cell characteristics shown in Figures 5A to 5D, we find that aluminum and titanium, which have dark PL emission, have a low open circuit voltage, while silver, copper, and nickel, which have bright PL emission, have a low open circuit voltage. It can be seen that gold and platinum have high open circuit voltages. In other words, it has become clear that the type of metal in contact with the titanium oxide film affects the passivation characteristics of the backside, and that this particularly affects the open-circuit voltage of the solar cell.
 そして、特に非受光面側の金属電極14をパターンニングしたn型結晶シリコン層を有するデバイス140のPL発光像から、仕事関数の低い金属(アルミニウム、チタン)と酸化チタン膜との接触では、金属接触部分でのみPL発光が顕著に弱いことがわかる。すなわち、この場合は、アルミニウムやチタンと酸化チタンが接触した部分でのみ太陽電池裏面のパッシベーション特性が低下し、再結合損失が大きくなることを示している。一方、仕事関数の高い金属(銀、銅、ニッケル、金、白金)と酸化チタン膜との接触では、金属接触部分でのPL発光が強いことがわかる。特に近赤外領域の反射率の高い銀、金、銅などの金属の場合では発光の明るさが顕著に現われている。正孔選択膜11である酸化チタンは、負の固定電荷を有するため、電界効果によりパッシベーション特性を有すると考えられているが、仕事関数の低い金属と酸化チタンが接触すると結晶シリコン層10に誘起される電界が弱くなり、金属製膜側の面(裏面)のキャリア再結合割合が増加するものと推測される。 In particular, from the PL emission image of the device 140 having an n-type crystalline silicon layer in which the metal electrode 14 on the non-light-receiving surface side is patterned, it is clear that when a metal with a low work function (aluminum, titanium) and a titanium oxide film come into contact, the metal It can be seen that the PL emission is significantly weak only at the contact area. That is, in this case, the passivation characteristics of the back surface of the solar cell deteriorate only at the portion where aluminum or titanium and titanium oxide come into contact, and the recombination loss increases. On the other hand, it can be seen that when a metal with a high work function (silver, copper, nickel, gold, platinum) contacts a titanium oxide film, PL light emission is strong at the metal contact portion. In particular, in the case of metals such as silver, gold, and copper, which have high reflectance in the near-infrared region, the brightness of the emitted light is remarkable. Since titanium oxide, which is the hole-selective film 11, has a negative fixed charge, it is thought to have passivation properties due to the electric field effect. However, when titanium oxide comes into contact with a metal with a low work function, It is presumed that the electric field applied thereto becomes weaker and the carrier recombination rate on the surface (back surface) on the metal film side increases.
 (太陽電池の性能評価2)
 さらに、キャリア選択型太陽電池セル100(図1(A))と他の構造を有するキャリア選択型太陽電池セル(比較例2-4)との太陽電池性能の評価を行った。図9(A)には、キャリア選択型太陽電池セル(p型結晶シリコン層を有するデバイス)100のデバイス構造を示し、図9(B)-(D)には、それぞれ比較例2-4のキャリア選択型太陽電池セル210、220、230のデバイス構造を示す。なお、図9(A)のデバイス構造は、図1(A)に示すものと同じであるため、説明は省略する。そして、図9(B)は正孔選択膜15としてi型とp型アモルファスシリコン膜の積層膜(a-Si:H i-p層膜 16nm厚)を用い、透光性電極(ITO電極)23および金属電極14を積層したヘテロ接合太陽電池セル210のデバイス構造であり、図9(C)は、図9(B)の構造から裏面のITO電極23を取り除いた構造の太陽電池セル220のデバイス構造であり、図9(D)は、裏面のITO電極23や正孔選択膜15がない構造の太陽電池セル230のデバイス構造である。
 図9(B)に示す太陽電池セル210は、図2に示す製造工程においてS7とS8の工程を、ヘテロ接合型太陽電池の正孔選択膜に置換えたものである。具体的にはi型(膜厚:8nm)とp型アモルファスシリコン膜(膜厚:8nm)をプラズマCVDにより積層したもの(a-Si:H i-p層膜)を正孔選択膜15として製造した。そして、S9においては、電子選択膜12にITO電極13を形成するのと続けて、正孔選択膜15にもITO電極23をスパッタリング法で形成した。また、図9(C)に示す太陽電池セル220は、図9(B)に示すデバイスの製造工程から、正孔選択膜15側へのITO電極23の成膜工程を省くことで、製造した。さらに、図9(D)に示す太陽電池セル230は、図2に示す製造工程から、S7とS8の成膜工程を省くことで、製造した。
(Solar cell performance evaluation 2)
Furthermore, the solar cell performance of the carrier selective solar cell 100 (FIG. 1(A)) and the carrier selective solar cell having another structure (Comparative Example 2-4) was evaluated. FIG. 9(A) shows the device structure of a carrier selective solar cell (device having a p-type crystalline silicon layer) 100, and FIGS. 2 shows device structures of carrier selective solar cells 210, 220, and 230. Note that the device structure in FIG. 9(A) is the same as that shown in FIG. 1(A), so a description thereof will be omitted. In FIG. 9B, a laminated film of i-type and p-type amorphous silicon films (a-Si:H i-p layer film, 16 nm thick) is used as the hole selection film 15, and a transparent electrode (ITO electrode) is used. 9(C) is a device structure of a heterojunction solar cell 210 in which ITO electrodes 23 and metal electrodes 14 are laminated, and FIG. FIG. 9D shows a device structure of a solar cell 230 without the ITO electrode 23 or hole selection film 15 on the back surface.
A solar cell 210 shown in FIG. 9(B) is obtained by replacing steps S7 and S8 in the manufacturing process shown in FIG. 2 with a hole-selective membrane of a heterojunction solar cell. Specifically, an i-type (film thickness: 8 nm) and a p-type amorphous silicon film (film thickness: 8 nm) are laminated by plasma CVD (a-Si:H i-p layer film) as the hole selective film 15. Manufactured. Then, in S9, following the formation of the ITO electrode 13 on the electron selection film 12, the ITO electrode 23 was also formed on the hole selection film 15 by sputtering. Furthermore, the solar cell 220 shown in FIG. 9(C) was manufactured by omitting the step of forming the ITO electrode 23 on the hole selection film 15 side from the manufacturing process of the device shown in FIG. 9(B). . Furthermore, the solar cell 230 shown in FIG. 9(D) was manufactured by omitting the film forming steps S7 and S8 from the manufacturing process shown in FIG.
 表1には、キャリア選択型太陽電池セル100と比較例2-4のキャリア選択型太陽電池セル(p型結晶シリコン層を有するデバイス)210、220、230の光照射下(air mass1.5 global,100mW/cm)の太陽電池性能を示し、図10(A)および図10(B)には、実施形態と比較例の入射光の波長と外部量子効率との関係を示す。なお、図10(B)は、図10(A)の長波長側の拡大図である。これらの図については、図3および図6と同様の装置を用いて同様の条件で測定したものである。 Table 1 shows the carrier-selective solar cell 100 and the carrier-selective solar cells (devices having a p-type crystal silicon layer) 210, 220, and 230 of Comparative Example 2-4 under light irradiation (air mass 1.5 global , 100 mW/cm 2 ), and FIGS. 10(A) and 10(B) show the relationship between the wavelength of incident light and the external quantum efficiency of the embodiment and the comparative example. Note that FIG. 10(B) is an enlarged view of FIG. 10(A) on the long wavelength side. These figures were measured using the same apparatus as in FIGS. 3 and 6 under the same conditions.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
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 表1からもわかるように、変換効率は、比較例2(高)、実施形態、比較例3、比較例4(低)の順に高い結果となった。比較例2のキャリア選択型太陽電池セル210は、一般的に市販されているものであり、金属電極14の内側にITO電極23が存在するものである。ITO電極23の存在により、実施形態のデバイスに比べてわずかに高い変換効率を示すが、キャリア選択型太陽電池セル100はITO電極がない他の比較例3-4のキャリア選択型太陽電池セル220、230に比べると、変換効率が高いことがわかる。特に、パッシベーション特性に優れたアモルファスシリコンからなるバッファ層(正孔選択膜15)を有する比較例3のキャリア選択型太陽電池セル220よりも性能が高いことが確認されたことで、実用的であるといえる。一般的に、アモルファスシリコンはシラン(SiH)に代表される特定高圧ガスを使用して形成されるが、これらのガスは安全に使用できるように設備投資や維持費が大きくなる傾向がある。そのため、アモルファスシリコンをより安価で安全なプロセスで形成できる酸化チタンに置換えることは産業的に意義が大きい。 As can be seen from Table 1, the conversion efficiency was highest in the order of Comparative Example 2 (high), Embodiment, Comparative Example 3, and Comparative Example 4 (low). The carrier selective solar cell 210 of Comparative Example 2 is generally commercially available, and has an ITO electrode 23 inside the metal electrode 14. Due to the presence of the ITO electrode 23, the carrier selective solar cell 100 exhibits a slightly higher conversion efficiency than the device of the embodiment, but the carrier selective solar cell 100 is different from the carrier selective solar cell 220 of Comparative Example 3-4, which does not have an ITO electrode. , 230, the conversion efficiency is higher. In particular, it has been confirmed that the performance is higher than that of the carrier selective solar cell 220 of Comparative Example 3, which has a buffer layer (hole selective film 15) made of amorphous silicon with excellent passivation properties, and is therefore practical. It can be said. Generally, amorphous silicon is formed using a specific high-pressure gas such as silane (SiH 4 ), but these gases tend to require large equipment investment and maintenance costs in order to be used safely. Therefore, it is of great industrial significance to replace amorphous silicon with titanium oxide, which can be formed using a cheaper and safer process.
 また、図10に示すように、近赤外波長領域の外部量子効率は、キャリア選択型太陽電池セル100が一番高く、光吸収ロスが一番少ないことがわかる。特に、キャリア選択型太陽電池セル100は、長波長側の感度が高く、このことは、比較例2-4の太陽電池セル210、220、230と比べると、顕著であった。上記したように、長波長光は結晶シリコン層に吸収されにくいが、キャリア選択型太陽電池セル100によれば、長波長光も有効に利用されており、変換効率の向上効果が高いものであるといえる。なお、比較例2のITO電極23を配置した太陽電池セル210において、長波長側の感度が低かった要因としては、ITO電極23が近赤外の波長域で、自由電子吸収に起因して完全に透明ではないことによる吸収損失が生じたことが考えられる。 Further, as shown in FIG. 10, it can be seen that the carrier selective solar cell 100 has the highest external quantum efficiency in the near-infrared wavelength region, and the light absorption loss is the lowest. In particular, the carrier-selective solar cell 100 had high sensitivity on the long wavelength side, which was remarkable compared to the solar cells 210, 220, and 230 of Comparative Example 2-4. As described above, long-wavelength light is difficult to be absorbed by the crystalline silicon layer, but according to the carrier selective solar cell 100, long-wavelength light is also effectively used, and the effect of improving conversion efficiency is high. It can be said. In addition, the reason why the sensitivity on the long wavelength side was low in the solar cell 210 in which the ITO electrode 23 of Comparative Example 2 is arranged is that the ITO electrode 23 has a low sensitivity in the near-infrared wavelength region due to free electron absorption. It is thought that absorption loss occurred due to the lack of transparency.
 (太陽電池の性能評価3)
 キャリア選択型太陽電池セル100の結晶シリコン層をn型結晶シリコン層としたキャリア選択型太陽電池セル150を準備して、太陽電池性能の評価を行った。なお、キャリア選択型太陽電池セル150は、結晶シリコン層をn型結晶シリコン層とした以外は、上記のキャリア選択型太陽電池セル100と同様であるため、詳しい説明は省略する。また、比較例5-7についても、比較例2-4とそれぞれ対応しており、結晶シリコン層をn型結晶シリコン層とした以外は同様であるため、説明は省略する。図11(A)には、キャリア選択型太陽電池セル(n型結晶シリコン層を有するデバイス)150のデバイス構造を示し、図11(B)-(D)には、それぞれ比較例5-7のキャリア選択型太陽電池セル240、250、260のデバイス構造を示す。表2には、キャリア選択型太陽電池セル150と比較例5-7のキャリア選択型太陽電池セル(n型結晶シリコン層を有するデバイス)の光照射下(air mass1.5 global,100mW/cm)の太陽電池性能を示し、図12(A)および図12(B)には、実施形態と比較例の入射光の波長と外部量子効率との関係を示す。なお、図12(B)は、図12(A)の長波長側の拡大図である。
(Solar cell performance evaluation 3)
A carrier selective solar cell 150 was prepared in which the crystalline silicon layer of the carrier selective solar cell 100 was an n-type crystalline silicon layer, and the solar cell performance was evaluated. Note that the carrier selective solar cell 150 is the same as the carrier selective solar cell 100 described above, except that the crystalline silicon layer is an n-type crystalline silicon layer, so a detailed description thereof will be omitted. Further, Comparative Example 5-7 also corresponds to Comparative Example 2-4, and is the same except that the crystalline silicon layer is an n-type crystalline silicon layer, so a description thereof will be omitted. FIG. 11(A) shows the device structure of a carrier selective solar cell (device having an n-type crystalline silicon layer) 150, and FIGS. 2 shows device structures of carrier selective solar cells 240, 250, and 260. Table 2 shows the carrier selective solar cell 150 and the carrier selective solar cell of Comparative Example 5-7 (device having an n-type crystalline silicon layer) under light irradiation (air mass 1.5 global, 100 mW/cm 2 ), and FIGS. 12(A) and 12(B) show the relationship between the wavelength of incident light and the external quantum efficiency of the embodiment and the comparative example. Note that FIG. 12(B) is an enlarged view of FIG. 12(A) on the long wavelength side.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
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 表2からもわかるように、変換効率は、比較例5(高)、実施形態、比較例6、比較例7(低)の順に高い結果となった。比較例5のキャリア選択型太陽電池セル240は、一般的に市販されているものであり、キャリア選択型太陽電池セル150はそれに匹敵する変換効率が得られた。比較例6は比較例5の太陽電池セルの裏面ITO電極23を取り除いたものであり、裏面にITO電極23を用いないもの同士の比較ではキャリア選択性太陽電池セル150の優位性が高く示された。比較例7の変換効率は顕著に低いが、これはn型シリコン層に対して正孔選択膜(接合・エミッタ)を表面と裏面のいずれにも形成されていないことに起因する。この比較から、酸化チタンが優れた正孔選択性を示すことが明らかである。 As can be seen from Table 2, the conversion efficiency was highest in the order of Comparative Example 5 (high), Embodiment, Comparative Example 6, and Comparative Example 7 (low). The carrier-selective solar cell 240 of Comparative Example 5 is generally commercially available, and the carrier-selective solar cell 150 had a conversion efficiency comparable to that. Comparative Example 6 is a solar cell of Comparative Example 5 in which the back ITO electrode 23 is removed, and a comparison of the solar cells without the ITO electrode 23 on the back side clearly shows the superiority of the carrier-selective solar cell 150. Ta. The conversion efficiency of Comparative Example 7 is significantly low, but this is due to the fact that no hole selection film (junction/emitter) is formed on either the front or back surface of the n-type silicon layer. From this comparison, it is clear that titanium oxide exhibits excellent hole selectivity.
 さらに、図12に示すように、近赤外波長領域の外部量子効率は、キャリア選択型太陽電池セル150が一番高く、光吸収ロスが一番少ないことがわかる。これらの結果から、上記キャリア選択型太陽電池セルは、結晶シリコン層がn型の場合でもp型の場合でも、同様に、外部量子効率の向上効果が高いことが確認された。 Further, as shown in FIG. 12, it can be seen that the carrier selective solar cell 150 has the highest external quantum efficiency in the near-infrared wavelength region, and the light absorption loss is the lowest. From these results, it was confirmed that the above-mentioned carrier-selective solar cell has a similar effect of improving external quantum efficiency regardless of whether the crystalline silicon layer is of n-type or p-type.
 (別の実施形態1)
 図13(A)および図13(B)には、別の実施形態1に係るキャリア選択型太陽電池セル160(図13(A))、およびキャリア選択型太陽電池セル170(図13(B))の模式的なデバイス構造を示す。また、図14には、キャリア選択型太陽電池セル160の製造工程を説明するフローチャートを示す。なお、図2のフローチャートと重複している部分については、詳しい説明は省略する。
(Another Embodiment 1)
13(A) and 13(B) show a carrier selective solar cell 160 (FIG. 13(A)) and a carrier selective solar cell 170 (FIG. 13(B)) according to another embodiment 1. ) shows a schematic device structure. Further, FIG. 14 shows a flowchart illustrating the manufacturing process of the carrier selective solar cell 160. Note that detailed explanations of parts that overlap with the flowchart of FIG. 2 will be omitted.
 図13(A)に示すキャリア選択型太陽電池セル160の製造方法について説明する。まず、結晶シリコン層10となるp型シリコン基板を準備する。そして、シリコン基板の両面(面1と面2)に対して、異方性エッチングを施すことにより、シリコン基板にランダムテクスチャ構造を形成する(S21)。次に、シリコン基板を洗浄した後、希フッ酸を使用することにより、シリコン基板の面1と面2に形成されている自然酸化膜を除去する(S22)。続いて、シリコン基板の面2に、n層35(n:n型半導体。+は高濃度を示す)を形成する(S23)。n層の形成は、例えばn型ドーパントのリンを含むPOClを原料として用い、p型結晶シリコン層にリンを熱拡散することで得られる。 A method for manufacturing carrier selective solar cell 160 shown in FIG. 13(A) will be described. First, a p-type silicon substrate that will become the crystalline silicon layer 10 is prepared. Then, by performing anisotropic etching on both surfaces (Surface 1 and Surface 2) of the silicon substrate, a random texture structure is formed on the silicon substrate (S21). Next, after cleaning the silicon substrate, the natural oxide film formed on surfaces 1 and 2 of the silicon substrate is removed by using dilute hydrofluoric acid (S22). Subsequently, an n + layer 35 (n: n-type semiconductor; + indicates high concentration) is formed on the surface 2 of the silicon substrate (S23). The n + layer can be formed, for example, by using POCl 3 containing phosphorus as an n-type dopant as a raw material and thermally diffusing phosphorus into the p-type crystalline silicon layer.
 そして、シリコン基板の両面にシリコン窒化膜(SiNx膜)33をプラズマ援用化学気相堆積法(プラズマCVD)により約80nm製膜する(S24)。その後、スクリーン印刷によりn層35の表面に、負極の金属電極16となる銀膜(グリッド状)を形成する(S25)。このとき、銀膜は、例えばスクリーン印刷により形成する。そして、オーブンにおいて500℃以上の温度でアニールを実施する(S25)。このとき、金属電極16の銀膜がSiNx膜33を拡散・貫通(ファイヤースルー)させることで銀膜がn層35に接触し負極を形成する。続いて、シリコン基板の片方の面(面1、図13下側の面)に対して、片面エッチングを施すことにより、平坦化して、洗浄する(S26)。そして、シリコン基板の非受光面である面1に正孔選択膜11である酸化チタン膜を形成する(S27)。酸化チタン膜は、サーマル原子層堆積法で形成される。その後、酸化チタン膜の表面に対して水素プラズマを照射する水素プラズマ処理を60分以内の範囲で実施し(S28)、オーブンにおいて180℃の温度で2時間のアニールを実施する(S29)。ここで、アニールは、低真空中または大気中などの酸素を含む雰囲気中で行なわれる。 Then, silicon nitride films (SiNx films) 33 are formed to a thickness of about 80 nm on both sides of the silicon substrate by plasma-assisted chemical vapor deposition (plasma CVD) (S24). Thereafter, a silver film (grid shape) that will become the negative metal electrode 16 is formed on the surface of the n + layer 35 by screen printing (S25). At this time, the silver film is formed by screen printing, for example. Then, annealing is performed in an oven at a temperature of 500° C. or higher (S25). At this time, the silver film of the metal electrode 16 diffuses and penetrates (fires through) the SiNx film 33, so that the silver film contacts the n + layer 35 and forms a negative electrode. Subsequently, one surface of the silicon substrate (surface 1, the lower surface in FIG. 13) is flattened by single-sided etching and cleaned (S26). Then, a titanium oxide film, which is the hole selection film 11, is formed on surface 1, which is the non-light-receiving surface of the silicon substrate (S27). The titanium oxide film is formed by thermal atomic layer deposition. Thereafter, a hydrogen plasma treatment is performed to irradiate the surface of the titanium oxide film with hydrogen plasma for up to 60 minutes (S28), and annealing is performed in an oven at a temperature of 180° C. for 2 hours (S29). Here, the annealing is performed in a low vacuum or in an atmosphere containing oxygen, such as the atmosphere.
 そして、面1の酸化チタン膜(正孔選択膜11)に、正極の金属電極14として、厚さ約700nmの金属膜(銀または銅などの第1電極18や第2電極17)を直流放電マグネトロンスパッタリング法により形成する(S30)。最後に、アニールを行い(S31)、金属製膜時に生成するシリコンの欠陥を低減させる。また、キャリア選択型太陽電池セル170は、結晶シリコン層10をn型シリコン基板に変えること以外は、図14に示す方法と同様の方法で製造できる。このようなデバイス構造のキャリア選択型太陽電池セルにおいても、他の実施形態のキャリア選択型太陽電池セルと同様の作用効果を奏する。このようにして得られたキャリア選択型セルは、図17に示す一般的に市販されているPERC型太陽電池300の裏面電極構造を簡素化することができるとともに性能改善効果も期待できる。すなわち、PERC型太陽電池では非受光面を酸化アルミニウム膜37などの絶縁物でパッシベーションする構造のため、金属とシリコンを接触させるコンタクトホールを形成する工程が必要であった。また、キャリア(正孔)が裏面の金属電極14に到達するまでの距離が長く、ウェーハの品質によっては性能低下につながる課題があった。また、シリコンと金属が接触する箇所(ポイントコンタクト部)でパッシベーションが施されておらず、金属とシリコンの接触に起因するキャリア再結合ロスが生じる課題があった。すなわち、別の実施形態1で得られるキャリア選択型セルは市販されているPERC型太陽電池のこれらの課題を解決することが可能となる。なお、このようなPERC型太陽電池では、シリコンと金属のオーミック接触を得るためやp層を形成するためにp型シリコン層に対してはアルミニウム電極が用いられるが、アルミニウムは銀に比べると反射率が低く裏面での光学ロスが大きいため、反射率が高い金属が選定できる上記の別の実施形態1がより好ましいといえる。 Then, a metal film (first electrode 18 and second electrode 17 made of silver or copper, etc.) with a thickness of about 700 nm is applied to the titanium oxide film (hole selection film 11) on surface 1 as the metal electrode 14 of the positive electrode by direct current discharge. It is formed by magnetron sputtering method (S30). Finally, annealing is performed (S31) to reduce silicon defects generated during metal film formation. Further, the carrier selective solar cell 170 can be manufactured by the same method as shown in FIG. 14 except that the crystalline silicon layer 10 is replaced with an n-type silicon substrate. A carrier selective solar cell having such a device structure also provides the same effects as the carrier selective solar cell of the other embodiments. The carrier selective cell thus obtained can simplify the back electrode structure of the generally commercially available PERC solar cell 300 shown in FIG. 17, and can also be expected to improve performance. That is, since the PERC type solar cell has a structure in which the non-light-receiving surface is passivated with an insulator such as the aluminum oxide film 37, a process of forming a contact hole for bringing metal and silicon into contact is required. Further, the distance for carriers (holes) to reach the metal electrode 14 on the back surface is long, which may lead to performance deterioration depending on the quality of the wafer. In addition, passivation is not applied at the point where silicon and metal come into contact (point contact area), and there is a problem in that carrier recombination loss occurs due to contact between metal and silicon. That is, the carrier selection type cell obtained in another embodiment 1 can solve these problems of commercially available PERC type solar cells. In addition, in such a PERC type solar cell, an aluminum electrode is used for the p-type silicon layer in order to obtain ohmic contact between silicon and metal and to form a p + layer, but aluminum has a lower electrode density than silver. Since the reflectance is low and the optical loss on the back surface is large, it can be said that the above-mentioned alternative embodiment 1, in which a metal with a high reflectance can be selected, is more preferable.
 (別の実施形態2)
 図15には、別の実施形態2に係るキャリア選択型太陽電池セル180の模式的なデバイス構造を示す。また、図16には、キャリア選択型太陽電池セル180の製造工程を説明するフローチャートを示す。なお、図2のフローチャートと重複している部分については、詳しい説明は省略する。このキャリア選択型太陽電池セル180は、他の実施形態のキャリア選択型太陽電池セルとは、正極側と負極側の構造が異なる点で相違する。すなわち、図15の図面上側が正極(面2)、下側が負極(面1)となる。
(Another Embodiment 2)
FIG. 15 shows a schematic device structure of a carrier selective solar cell 180 according to another embodiment 2. Further, FIG. 16 shows a flowchart illustrating the manufacturing process of the carrier selective solar cell 180. Note that detailed explanations of parts that overlap with the flowchart of FIG. 2 will be omitted. This carrier selection type solar cell 180 differs from the carrier selection type solar cells of other embodiments in that the structures of the positive electrode side and the negative electrode side are different. That is, the upper side of the drawing in FIG. 15 is the positive electrode (surface 2), and the lower side is the negative electrode (surface 1).
 キャリア選択型太陽電池セル180の製造方法について説明する。まず、結晶シリコン層10となるp型シリコン基板を準備する。そして、シリコン基板の両面(面1と面2)に対して、異方性エッチングを施すことにより、シリコン基板にランダムテクスチャ構造を形成する(S41)。次に、シリコン基板を洗浄した後、希フッ酸を使用することにより、シリコン基板の面1と面2に形成されている自然酸化膜を除去する(S42)。続いて、シリコン基板の面1(図15下側の面)に、酸化シリコン膜43およびa-Si n層膜を形成する(S43)。酸化シリコン膜43は例えば酸化性溶液にp型シリコン層を浸すことで得られる。また、a-Si n層膜は例えばプラズマCVDで形成することができる。さらに、シリコン基板の面2にシリコン窒化膜(SiNx膜)をプラズマCVDにより約140nm製膜する(S44)。そして、オーブンにおいて800℃以上の温度でアニールを実施する(S45)。アニールを行うことで、a-Si n層膜が結晶化して、poly-Si n層膜(多結晶シリコン層膜)45となる。
 その後、スクリーン印刷により負極の金属電極14となる、厚さ約700nmの金属膜を形成する(S46)。次に、シリコン基板の片方の面(面2、図15上側の面)に対して、SiNx膜の除去や洗浄を行った後(S47)、酸化チタン膜11を製膜する(S48)。その後の工程(S49―S52)は、図14のフローチャートと同様であるため、説明は省略する。なお、キャリア選択型太陽電池セル180は、他の実施形態1のキャリア選択型太陽電池セルとは、正極側と負極側の構造が異なるため、S51においては、光入射側である正極側の面2側に、銀膜または銅膜などグリッド状金属電極16を形成する。
 また、キャリア選択型太陽電池セル180のp型結晶シリコン層10をn型結晶シリコン基板に変えることで、上記と同様の方法でn型結晶シリコン層の太陽電池セルを製造できる。
A method for manufacturing carrier selective solar cell 180 will be described. First, a p-type silicon substrate that will become the crystalline silicon layer 10 is prepared. Then, by performing anisotropic etching on both surfaces (Surface 1 and Surface 2) of the silicon substrate, a random texture structure is formed on the silicon substrate (S41). Next, after cleaning the silicon substrate, the natural oxide film formed on surfaces 1 and 2 of the silicon substrate is removed by using dilute hydrofluoric acid (S42). Subsequently, a silicon oxide film 43 and an a-Si n layer film are formed on surface 1 (lower surface in FIG. 15) of the silicon substrate (S43). The silicon oxide film 43 can be obtained, for example, by immersing a p-type silicon layer in an oxidizing solution. Further, the a-Si n layer film can be formed by, for example, plasma CVD. Furthermore, a silicon nitride film (SiNx film) is formed to a thickness of about 140 nm on the surface 2 of the silicon substrate by plasma CVD (S44). Then, annealing is performed in an oven at a temperature of 800° C. or higher (S45). By performing the annealing, the a-Si n layer film is crystallized and becomes a poly-Si n layer film (polycrystalline silicon layer film) 45.
Thereafter, a metal film with a thickness of about 700 nm, which will become the metal electrode 14 of the negative electrode, is formed by screen printing (S46). Next, after removing and cleaning the SiNx film from one surface (surface 2, the upper surface in FIG. 15) of the silicon substrate (S47), a titanium oxide film 11 is formed (S48). The subsequent steps (S49-S52) are the same as those in the flowchart of FIG. 14, so their description will be omitted. Note that the carrier selective solar cell 180 has a different structure on the positive electrode side and the negative electrode side from the carrier selective solar cell of other embodiment 1, so in S51, the positive electrode side surface which is the light incident side A grid-shaped metal electrode 16 such as a silver film or a copper film is formed on the second side.
Furthermore, by replacing the p-type crystal silicon layer 10 of the carrier selective solar cell 180 with an n-type crystal silicon substrate, a solar cell with an n-type crystal silicon layer can be manufactured in the same manner as described above.
 本出願は、2022年3月30日出願の特願2022-056473号に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-056473 filed on March 30, 2022. All contents described in the application specification and drawings are incorporated herein by reference.
 本発明に係る発明によれば、太陽電池を用いる各種機器に利用可能性がある。 According to the invention according to the present invention, it can be used in various devices using solar cells.
10 結晶シリコン層
11 正孔選択膜(酸化チタン膜)
12 電子選択膜
13、23 透光性電極
14 金属電極
15 正孔選択膜
16 グリッド状金属電極
17 第2の金属電極
18 第1の金属電極
33 シリコン窒化膜
35 n
37 酸化アルミニウム膜
43 酸化シリコン膜
45 poly-Si n層膜
100、110、120、130、140、150、160、170、180 キャリア選択型太陽電池セル
200、210、220、230、240、250、260 キャリア選択型太陽電池セル(比較例)
300 一般的なPERC型太陽電池セル
 
10 Crystalline silicon layer 11 Hole selection film (titanium oxide film)
12 Electron selective membranes 13, 23 Transparent electrode 14 Metal electrode 15 Hole selective membrane 16 Grid-shaped metal electrode 17 Second metal electrode 18 First metal electrode 33 Silicon nitride film 35 N + layer 37 Aluminum oxide film 43 Oxidation Silicon film 45 Poly-Si n layer film 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180 Carrier selection solar cell 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260 Carrier selection solar cell Cell (comparative example)
300 General PERC type solar cell

Claims (9)

  1.  第1面およびその裏面の第2面を有する結晶性シリコン層と、
     前記結晶性シリコン層の第1面または第2面に接して設けられた酸化チタン膜と、
     前記酸化チタン膜の表面に接して設けられ、正極となる金属電極と、を備えることを特徴とする半導体デバイス。
    a crystalline silicon layer having a first surface and a second surface behind the first surface;
    a titanium oxide film provided in contact with the first surface or the second surface of the crystalline silicon layer;
    A semiconductor device comprising: a metal electrode that is provided in contact with the surface of the titanium oxide film and serves as a positive electrode.
  2.  前記酸化チタン膜と前記金属電極は、前記半導体デバイスの正極側の全面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the titanium oxide film and the metal electrode are formed on the entire surface of the positive electrode side of the semiconductor device.
  3.  前記酸化チタン膜は前記半導体デバイスの正極側の全面に形成されており、前記金属電極は、前記酸化チタン膜の一部に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイス。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the titanium oxide film is formed on the entire surface of the positive electrode side of the semiconductor device, and the metal electrode is laminated on a part of the titanium oxide film.
  4.  前記金属電極は、仕事関数が4.2eV以上の金属から形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体デバイス。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal electrode is made of a metal having a work function of 4.2 eV or more.
  5.  前記金属電極は、金、銀、銅から選択される少なくとも一種の金属から形成されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体デバイス。 4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal electrode is made of at least one metal selected from gold, silver, and copper.
  6.  前記金属電極は、波長範囲が900-1200nmの近赤外領域における空気中・室温の反射率が90%以上の金属から形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体デバイス。 Any one of claims 1 to 5, wherein the metal electrode is formed of a metal having a reflectance of 90% or more in air and at room temperature in a near-infrared region with a wavelength range of 900 to 1200 nm. The semiconductor device according to item 1.
  7.  請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体デバイスを備えることを特徴とする太陽電池。 A solar cell comprising the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6.
  8.  結晶性シリコン層上に酸化チタン膜を形成する工程と、
     前記酸化チタン膜に対して水素プラズマ処理を行う工程と、
     正極となる金属を酸化チタン膜表面に直接形成する工程と、を備えることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
    forming a titanium oxide film on the crystalline silicon layer;
    a step of performing hydrogen plasma treatment on the titanium oxide film;
    1. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of directly forming a metal to serve as a positive electrode on the surface of a titanium oxide film.
  9.  前記正極となる金属を酸化チタン膜表面に直接形成する工程の直前又は直後に、アニール処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体デバイスの製造方法。
     
    9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, further comprising the step of performing an annealing treatment immediately before or after the step of directly forming the metal to be the positive electrode on the surface of the titanium oxide film.
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