(57)【要約】  半導体基板の裏面の少なくとも一部の領域上に形成されたｉ型非晶質層と、半導体基板の受光面の少なくとも一部の領域上に形成されたｉ型非晶質層と、を備え、受光面には電極が設けられず、裏面には電極が設けられ、ｉ型非晶質層の単位面積当たりの電気抵抗がｉ型非晶質層の単位面積当たりの電気抵抗より小さい光電変換装置とする。
2012132758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成された非晶質半導体膜からなる第１パッシベーション層と、
前記半導体基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成された非晶質半導体膜からなる第２パッシベーション層と、
を備え、
前記第２表面側には電極が設けられず、前記第１表面側には電極が設けられる光電変換装置であって、
前記第１パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗が前記第２パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗より小さい。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記第１パッシベーション層の膜厚は、前記第２パッシベーション層の膜厚より薄い。
【請求項３】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記第１パッシベーション層の水素含有率は、前記第２パッシベーション層の水素含有率より低い。
【請求項４】
光電変換装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成された非晶質半導体膜からなる第１パッシベーション層と、
前記半導体基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成された非晶質半導体膜からなる第２パッシベーション層と、
を備え、
前記第２表面側には電極が設けられず、前記第１表面側には電極が設けられる光電変換装置であって、
前記第２パッシベーション層の光の吸収量は、前記第１パッシベーション層の光の吸収量より小さい。
【請求項５】
請求項４に記載の光電変換装置であって、
前記第２パッシベーション層の膜厚は、前記第１パッシベーション層の膜厚より薄い。
【請求項６】
請求項４に記載の光電変換装置であって、
前記第２パッシベーション層の水素含有率は、前記第１パッシベーション層の水素含有率より高い。
【請求項７】
光電変換装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成され、第１の導電型の第１の非晶質半導体層と、
前記半導体基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成され、第１の導電型の第２の非晶質半導体層と、
を備え、
前記第２表面側のみに電極が設けられ、
前記第１の非晶質半導体層は、前記第２の非晶質半導体層よりドーパント濃度が高い。
【請求項８】
光電変換装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成され、第１の導電型の第１の非晶質半導体層と、
前記半導体基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成され、第１の導電型の第２の非晶質半導体層と、
を備え、
前記第２表面側のみに電極が設けられ、
前記第１の非晶質半導体層は、前記第２の非晶質半導体層より水素含有率が低い。
【請求項９】
請求項７に記載の光電変換装置であって、
前記第１の非晶質半導体層及び前記第２の非晶質半導体層は、ｎ型アモルファスシリコン層である。
【請求項１０】
請求項８に記載の光電変換装置であって、
前記第１の非晶質半導体層及び前記第２の非晶質半導体層は、ｎ型アモルファスシリコン層である。
【請求項１１】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記第１パッシベーション層の一部の領域上に形成された第１の導電型のアモルファスシリコン層と、
前記第１パッシベーション層の前記一部の領域外の少なくとも一部の領域に形成された前記第１の導電型と逆導電型のアモルファスシリコン層と、
を備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１２】
光電変換装置の製造方法であって、
半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に非晶質半導体膜からなる第１パッシベーション層を形成する第１の工程と、
前記第１の工程後、前記半導体基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に非晶質半導体膜からなる第２パッシベーション層を形成する第２の工程と、
前記第２の工程後、前記第１表面側のみに電極を形成する第３の工程と、
を備え、
前記第１パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗を、前記第２パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗より小さく形成する。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第１パッシベーション層の膜厚は、前記第２パッシベーション層の膜厚より薄くなるように形成する。
【請求項１４】
請求項１２に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第１パッシベーション層の水素含有率は、前記第２パッシベーション層の水素含有率より低くなるように形成する。
【請求項１５】
光電変換装置の製造方法であって、
半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に非晶質半導体膜からなる第１パッシベーション層を形成する第１の工程と、
前記半導体基板の前記第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に非晶質半導体膜からなる第２パッシベーション層を形成する第２の工程と、
前記第２工程後、前記第１表面側のみに電極を形成する第３の工程と、
を備え、
前記第２パッシベーション層の光の吸収量を、前記第１パッシベーション層の光の吸収量より小さく形成する。
【請求項１６】
請求項１５に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第２パッシベーション層の膜厚を、前記第１パッシベーション層の膜厚より薄く形成する。
【請求項１７】
請求項１５に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第２パッシベーション層の水素含有率を、前記第１パッシベーション層の水素含有率より高く形成する。
【請求項１８】
請求項１２に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第１パッシベーション層の一部の領域上に第１の導電型のアモルファスシリコン層を形成する工程と、
前記第１パッシベーション層の前記一部の領域外の少なくとも一部の領域に前記第１の導電型と逆導電型のアモルファスシリコン層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面接合型の光電変換装置及び光電変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システム等の発電効率を高めるために様々なタイプの光電変換装置が考え出されている。特許文献１には、半導体基板の受光面の反対側（裏面側）にｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域が形成された裏面接合型の光電変換装置が提案されている。【０００３】
裏面接合型の光電変換装置は、受光面側には電極を設けず、裏面側のみに電極が設けられるので、有効受光面積を増加させることができ、発電効率を高めることができる。また、光電変換セル間の接続を裏面側のみで行えるので、幅広の配線材を用いることができる。したがって、配線部分における電圧降下や電力損失を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２００２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、裏面接合型の光電変換装置では、半導体基板内で光電変換によって生じたキャリアを裏面に設けられた電極で効率的に収集する必要がある。【０００６】
また、裏面接合型の光電変換装置では、受光面からキャリア発生部となる半導体基板まで光を効率的に導く必要があり、受光面から半導体基板の表面までの光の吸収をできるだけ低減することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光電変換装置であって、半導体基板と、半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成された非晶質半導体膜からなる第１パッシベーション層と、半導体基板の第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成された非晶質半導体膜からなる第２パッシベーション層と、を備え、第２表面側には電極が設けられず、第１表面側には電極が設けられる光電変換装置であって、第１パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗が第２パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗より小さい。【０００８】
本発明は、光電変換装置であって、半導体基板と、半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成された非晶質半導体膜からなる第１パッシベーション層と、半導体基板の第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成された非晶質半導体膜からなる第２パッシベーション層と、を備え、第２表面側には電極が設けられず、第１表面側には電極が設けられる光電変換装置であって、第２パッシベーション層の光の吸収量は、第１パッシベーション層の光の吸収量より小さい。【０００９】
本発明は、光電変換装置であって、半導体基板と、半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成され、第１の導電型の第１の非晶質半導体層と、半導体基板の第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成され、第１の導電型の第２の非晶質半導体層と、を備え、第２表面側のみに電極が設けられ、第１の非晶質半導体層は、第２の非晶質半導体層よりドーパント濃度が高い。【００１０】
本発明は、光電変換装置であって、半導体基板と、半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に形成され、第１の導電型の第１の非晶質半導体層と、半導体基板の第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に形成され、第１の導電型の第２の非晶質半導体層と、を備え、第２表面側のみに電極が設けられ、第１の非晶質半導体層は、第２の非晶質半導体層より水素含有率が低い。【００１１】
本発明は、光電変換装置の製造方法であって、半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に非晶質半導体膜からなる第１パッシベーション層を形成する第１の工程と、第１の工程後、半導体基板の第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に非晶質半導体膜からなる第２パッシベーション層を形成する第２の工程と、第２の工程後、第１表面側のみに電極を形成する第３の工程と、を備え、第１パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗を、第２パッシベーション層の単位面積当たりの電気抵抗より小さく形成する。【００１２】
本発明は、光電変換装置の製造方法であって、半導体基板の第１表面の少なくとも一部の領域上に非晶質半導体膜からなる第１パッシベーション層を形成する第１の工程と、半導体基板の第１表面と反対の第２表面の少なくとも一部の領域上に非晶質半導体膜からなる第２パッシベーション層を形成する第２の工程と、第２工程後、第１表面側のみに電極を形成する第３の工程と、を備え、第２パッシベーション層の光の吸収量を、第１パッシベーション層の光の吸収量より小さく形成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、半導体基板内で光電変換によって生じたキャリアを裏面に設けられた電極で効率的に収集することができる光電変換装置及び光電変換装置の製造方法を提供することができる。【００１４】
本発明は、受光面から半導体基板内へ光を効率的に導入できる光電変換装置及び光電変換装置の製造方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態における光電変換装置の裏面側平面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における光電変換装置の断面図である。
【図３】第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す図である。
【図７】第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す図である。
【図８】第１の実施の形態におけるプラズマ化学気相成長法を説明する模式図である。
【図９】第２の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第１の実施の形態＞
本発明の実施の形態における光電変換装置１００は、図１の裏面側平面図及び図２の断面図に示すように、半導体基板１０、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｎ型非晶質層１２ｎ、透明保護層１４、ｉ型非晶質層１６ｉ、ｎ型非晶質層１６ｎ、ｉ型非晶質層１８ｉ、ｐ型非晶質層１８ｐ、絶縁層２０、電極層２２及び電極部２４（２４ｎ，２４ｐ），２６（２６ｎ，２６ｐ）を含んで構成される。
【００１７】
なお、図２は、図１のＸ方向に沿った断面の一部を示したものである。また、図１では、電極部２４（２４ｎ，２４ｐ），２６（２６ｎ，２６ｐ）の領域を明確に示すために、それぞれ異なる角度のハッチングを施している。
【００１８】
また、本実施の形態における各図は模式的に記載したものであり、実際の寸法、寸法の比率等は現実のものと異なる。また、各図相互間の寸法の比率等が異なる場合もある。また、以下の説明では、光電変換装置１００の光が入射される側を受光面と示し、受光面と反対側を裏面と示す。
【００１９】
以下、図３〜図７を参照しつつ、光電変換装置１００の製造工程と共に光電変換装置１００の構造についても説明する。
【００２０】
ステップＳ１０では、半導体基板１０の表面及び裏面の洗浄を行う。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、ガリウム砒素基板（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。半導体基板１０は、受光面１０ａと裏面１０ｂとを備える。以下の説明では、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。
【００２１】
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）等の異方性エッチング溶液を用いて、半導体基板１０の受光面１０ａ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。
【００２２】
ステップＳ１２では、半導体基板１０の裏面１０ｂ上にｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎを形成する。なお、ｉ型非晶質層１６ｉは、半導体基板１０の裏面１０ｂの少なくとも一部を覆うパッシベーション層の一部を構成する。
【００２３】
ｉ型非晶質層１６ｉは、真性な非晶質半導体膜からなる層である。具体的には、ｉ型非晶質層１６ｉ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。ｉ型非晶質層１６ｉは、ｎ型非晶質層１２ｎ，１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐよりも膜中のドーパント濃度が低くされる。
【００２４】
ｉ型非晶質層１６ｉの膜厚は、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の裏面１０ｂ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。例えば、０．１ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好適である。
【００２５】
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。具体的には、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よりも膜中のドーパント濃度が高くされる。例えば、ｎ型非晶質層１６ｎは、ｎ型のドーパントの濃度を１×１０21／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し、一方で光電変換装置１００の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くすることが好適である。例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
【００２６】
ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等によって形成することができる。ｉ型非晶質層１２ｉは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを平行平板電極等に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の製膜面に供給することによって形成することができる。ｎ型非晶質層１６ｎは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスにフォスフィン（ＰＨ3）等を添加し、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の製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、ケイ素含有ガスを水素（Ｈ2）によって希釈することで、その希釈率に応じて形成されるｉ型非晶質層１６ｉやｎ型非晶質層１６ｎの膜質を変化させることができる。
【００２７】
具体的には、図８に示すように、ｉ型非晶質層１６ｉは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを、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の製膜面に供給することによって形成することができる。半導体基板１０は、基板ホルダ３０に固定され、接地電極３４に設置される。接地電極３４は、高周波電極３２と対向するように配置される。高周波電極３２には高周波電源３６が接続され、接地電極３４は接地される。このような状態において、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを供給しつつ、高周波電極３２へ高周波電源３６から高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマ３８が生成される。このプラズマ３８から半導体基板１０の表面に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。
【００２８】
なお、本実施の形態において非晶質層は、微結晶半導体膜を含む。微結晶半導体膜は、非晶質半導体中に結晶粒が析出している膜である。結晶粒の平均粒径は、これに限定されるものではないが、１ｎｍ以上８０ｎｍ以下程度であると推定されている。
【００２９】
ステップＳ１４では、半導体基板１０の受光面１０ａ上にｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎを形成する。ｉ型非晶質層１２ｉは、半導体基板１０の受光面１０ａの少なくとも一部を覆うパッシベーション層を構成する。
【００３０】
ｉ型非晶質層１２ｉは、真性な非晶質半導体膜からなる層である。具体的には、ｉ型非晶質層１２ｉ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。ｉ型非晶質層１２ｉは、ｎ型非晶質層１２ｎ，１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐよりも膜中のドーパント濃度が低くされる。
【００３１】
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の受光面１０ａ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。例えば、０．２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
【００３２】
ｎ型非晶質層１２ｎ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。具体的には、ｎ型非晶質層１２ｎ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１２ｎは、ｉ型非晶質層１２ｉよりも膜中のドーパント濃度が高くされる。例えば、ｎ型非晶質層１２ｎは、ｎ型のドーパントの濃度を１×１０21／ｃｍ3以上とすることが好適である。ｎ型非晶質層１２ｎの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光電変換装置１００の受光面付近で発生したキャリアが電極層２２まで移動可能となるような程度に厚くすることが好適である。例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
【００３３】
ｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等によって形成することができる。具体的には、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎと同様に、ｉ型非晶質層１２ｉは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを、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の製膜面に供給することによって形成することができる。ｎ型非晶質層１２ｎは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスにフォスフィン（ＰＨ3）等を添加し、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の製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、ケイ素含有ガスを水素（Ｈ2）によって希釈することで、その希釈率に応じて形成されるｉ型非晶質層１２ｉやｎ型非晶質層１２ｎの膜質を変化させることができる。
【００３４】
ステップＳ１６では、ｎ型非晶質層１２ｎ上に透明保護層１４が形成される。透明保護層１４は、反射防止膜としての機能と光電変換装置１００の受光面の保護膜としての機能を有する。透明保護層１４は、導電性であってもよいし、絶縁性であってもよい。透明保護層１４は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の透明絶縁材料や酸化錫、酸化インジウム錫等の透明導電材料とすることができる。透明保護層１４の膜厚は、その材料の屈折率等に応じて、付与しようとする反射防止特性となるように適宜設定することが好適である。透明保護層１４は、例えば、８０ｎｍ以上１μｍ以下とすることが好適である。
【００３５】
透明保護層１４は、適用する原料を含むターゲットを用いたスパッタリング法や適用する原料の元素を含むガスを用いた化学気相成長法（ＣＶＤ）等を用いて形成することができる。
【００３６】
なお、透明保護層１４は、以下の工程においてエッチングされない材料及び組成とすることが好適である。もし、以下の工程においてエッチングされた場合には、ｎ型非晶質層１２ｎ上に透明保護層１４を再度形成してもよい。
【００３７】
ステップＳ１８では、ｎ型非晶質層１６ｎ上に絶縁層２０が形成される。絶縁層２０は、ｎ型非晶質層１６ｎの裏面側の表面とｉ型非晶質層１８ｉの受光面側の表面が接触しないように設けられる。絶縁層２０は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。絶縁層２０は、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の絶縁材料とすることができる。絶縁層２０は、特に窒化ケイ素より構成されていることが好適である。また、絶縁層２０は、水素を含んでいることが好適である。絶縁層２０の膜厚は、例えば、８０ｎｍ以上１μｍ以下とすることが好適である。
【００３８】
絶縁層２０は、適用する原料を含むターゲットを用いたスパッタリング法や適用する原料の元素を含むガスを用いた化学気相成長法（ＣＶＤ）等を用いて形成することができる。
【００３９】
ステップＳ２０では、絶縁層２０がエッチングされる。具体的には、絶縁層２０のうち、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐが形成される領域上の部分を除去するようにエッチングを行う。例えば、スクリーン印刷法やインクジェット法により絶縁層２０を残す領域上にレジストＲ１を塗布し、絶縁層２０を除去する領域が露出するようにし、レジストＲ１が塗布されていない領域の絶縁層２０をエッチングする。絶縁層２０が酸化ケイ素、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素からなる場合には、エッチング液として例えばフッ化水素酸水溶液（ＨＦ水溶液）を用いることができる。その後、レジストＲ１を除去する。
【００４０】
ステップＳ２２では、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎがエッチングされる。具体的には、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎのうち、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐが形成される領域上の部分を除去するようにエッチングを行う。
【００４１】
絶縁層２０をマスクとして、絶縁層２０から露出しているｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎをアルカリ性のエッチング液を用いてエッチングする。エッチング液は、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む水溶液を用いることができる。これにより、半導体基板１０の裏面１０ｂのうち、絶縁層２０で覆われていない領域を露出させる。
【００４２】
ステップＳ２４では、半導体基板１０の裏面１０ｂ側にｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐが形成される。ｉ型非晶質層１８ｉは、半導体基板１０の裏面１０ｂの少なくとも一部を覆うパッシベーション層の少なくとも一部を構成する。
【００４３】
ｉ型非晶質層１８ｉは、真性な非晶質半導体膜からなる層である。具体的には、ｉ型非晶質層１８ｉ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。ｉ型非晶質層１８ｉは、ｎ型非晶質層１２ｎ，１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐよりも膜中のドーパント濃度が低くされる。
【００４４】
ｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は、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の裏面１０ｂ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。例えば、０．１ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好適である。
【００４５】
ここで、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚の少なくとも一方は、ｉ型非晶質層１２ｉの膜厚よりも薄くすることが好適である。ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は、例えば、製膜時における製膜時間、製膜時の基板温度、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度や水素希釈率、プラズマへ供給する高周波電力等を調整することによって変化させることができる。一般的には、他の条件が同じであれば、製膜時における製膜時間を長くする、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度を高くする、原料ガス中の水素希釈率を低くする及びプラズマへ供給する高周波電力を高くするのいずれかによって、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は厚くなる傾向を示す。
【００４６】
ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚は、透過断面電子顕微鏡観察（ＴＥＭ）等で測定することができる。膜厚に分布がある場合には、平均膜厚で比較すればよい。
【００４７】
また、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜中の水素含有率の少なくとも一方は、ｉ型非晶質層１２ｉの水素含有率よりも低くすることが好適である。ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの水素含有率は、例えば、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度や水素希釈率、製膜時における基板温度、プラズマへ供給する高周波電力等を調整することによって変化させることができる。一般的には、他の条件が同じであれば、製膜時の基板温度を高くする、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度を高くする、原料ガス中の水素希釈率を低くする及びプラズマへ供給する高周波電力を高くするのいずれかによって、ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの水素含有率は低くなる傾向を示す。
【００４８】
ｉ型非晶質層１２ｉ、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの水素含有率は、反跳散乱法（ＥＲＤＡ）、フーリエ変換型赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）等を用いて測定することができる。膜中での水素含有量の分布がある場合には、空間的な平均値で比較すればよい。
【００４９】
ｐ型非晶質層１８ｐ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。具体的には、ｐ型非晶質層１８ｐ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１８ｐは、ｉ型非晶質層１８ｉよりも膜中のドーパント濃度が高くされる。例えば、ｐ型非晶質層１８ｐは、ｐ型のドーパントの濃度を１×１０21／ｃｍ3以上とすることが好適である。ｐ型非晶質層１８ｐの膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光電変換装置１００の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くすることが好適である。例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
【００５０】
ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等によって形成することができる。具体的には、ｉ型非晶質層１８ｉは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを、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の製膜面に供給することによって形成することができる。ｐ型非晶質層１８ｐは、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスにジボラン（Ｂ2Ｈ6）等を添加し、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の製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、ケイ素含有ガスを水素（Ｈ2）によって希釈することで、その希釈率に応じて形成されるｉ型非晶質層１８ｉやｐ型非晶質層１８ｐの膜質を変化させることができる。
【００５１】
ステップＳ２６では、絶縁層２０上を覆うｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐの一部を除去する。
【００５２】
具体的には、スクリーン印刷法やインクジェット法によりｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐを残す領域上にレジストＲ２を塗布し、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐを除去する領域が露出するようにし、レジストＲ２をマスクとしてｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐをエッチングする。エッチングには、アルカリ性のエッチング液を用いることができる。例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む水溶液を用いることができる。その後、レジストＲ２を除去する。
【００５３】
また、ペースト状のエッチングペーストや粘度が調整されたエッチングインクをｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐを除去する領域に塗布して、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐをエッチングしてもよい。エッチングペーストやエッチングインクは、スクリーン印刷法やインクジェット法で所定のパターンに塗布することができる。
【００５４】
ステップＳ２８では、絶縁層２０がエッチングされる。具体的には、ステップＳ２６において一部が除去されたｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐをマスクとして、エッチング剤を用いて絶縁層２０の露出部をエッチングにより除去する。ここでは、絶縁層２０に対するエッチング速度がｐ型非晶質層１８ｐに対するエッチング速度よりも大きなエッチング剤を使用する。例えば、エッチング剤には、フッ化水素酸水溶液（ＨＦ）等を用いることができる。これにより、ｉ型非晶質層１８ｉ及びｐ型非晶質層１８ｐから露出している絶縁層２０のみが選択的にエッチングされ、その領域においてｎ型非晶質層１６ｎが露出される。
【００５５】
ステップＳ３０では、ｎ型非晶質層１６ｎ及びｐ型非晶質層１８ｐ上に電極層２２が形成される。電極層２２は、電極部２４を形成するためのシード層となる。電極層２２は、透明導電膜２２ａと、金属を含む導電層２２ｂと、の積層構造とすることが好適である。透明導電膜２２ａは、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＴｉＯ2、ＺｎＯ等とすることができる。導電層２２ｂは、銅（Ｃｕ）等の金属や合金とすることができる。透明導電膜２２ａ及び導電層２２ｂは、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）や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。
【００５６】
ステップＳ３２では、電極層２２を分断する。電極層２２が形成された領域のうち、絶縁層２０上に形成された領域の一部を除去して、ｎ型非晶質層１６ｎに電気的に接続された電極層２２とｐ型非晶質層１８ｐに電気的に接続された電極層２２とに分断する。電極層２２の分断は、レジストＲ３を用いたパターニング技術により行うことができる。パターニングには、塩化第二鉄（ＦｅＣｌ3）と塩酸（ＨＣｌ）を用いたエッチングを適用することができる。電極層２２の分断後、レジストＲ３は除去する。
【００５７】
ステップＳ３４では、電極層２２が残された領域上に電極部２４が形成される。電極部２４は、電解めっき法により金属層を形成することにより形成することができる。電極部２４は、例えば、銅（Ｃｕ）からなる電極部２４ａと、錫（Ｓｎ）からなる電極部２４ｂとを順次積層することにより形成することができる。電極部２４は、これに限定されるものでなく、金、銀等の他の金属、他の導電性材料、又はそれらの組み合わせとしてもよい。電極層２２に電位を印加しつつ電解メッキ法で適用することにより、電極層２２が残された領域上のみに電極部２４が形成される。
【００５８】
なお、ステップＳ３２における分断処理によって、図１に示すように、ｎ型非晶質層に電気的に接続された電極部２４ｎとｐ型非晶質層に電気的に接続された電極部２４ｐが形成される。これら電極部２４ｎ及び電極部２４ｐは、フィンガー電極となる。光電変換装置１００は、フィンガー電極となる電極部２４ｎ及び電極部２４ｐがｙ方向に延び、互いに櫛状に組み合わされるように構成される。また、複数の電極部２４ｎを接続する電極部２６ｎ、複数の電極部２４ｐを接続する電極部２６ｐを設ける。これら電極部２６ｎ及び２６ｐはバスバー電極となる。
【００５９】
以上のように、本実施の形態における光電変換装置１００を形成することができる。ここで、本実施の形態では、光電変換装置１００を形成する際に、受光面のｉ型非晶質層１２ｉよりも裏面のｉ型非晶質層１６ｉを先に形成する。図８に示すように、プラズマ化学気相成長法等では、製膜時に製膜面とは反対の面が基板ホルダ３０等に接触し、不純物等が付着したり、製膜時の加熱により酸化膜が形成されたりして汚染されるおそれがある。本実施の形態では、ｉ型非晶質層１２ｉよりもｉ型非晶質層１６ｉを先に形成することによって、ｉ型非晶質層１６ｉと半導体基板１０との界面、及びｉ型非晶質層１８ｉと半導体基板１０との界面がｉ型非晶質層１２ｉの製膜時に汚染されることを防ぎ、半導体基板１０とｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉとの接触抵抗を低減することができる。
【００６０】
また、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚をｉ型非晶質層１２ｉよりも薄くすることによって、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの単位面積当たりの電気抵抗をｉ型非晶質層１２ｉより小さくすることができる。これにより、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚方向の抵抗を低減することができる。
【００６１】
また、水素含有率を下げることにより抵抗率が下がる傾向を示すことから、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜中の水素含有率をｉ型非晶質層１２ｉよりも低くすることによって、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの単位面積当たりの電気抵抗をｉ型非晶質層１２ｉより小さくすることができる。これにより、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚方向の抵抗を低減することができる。
【００６２】
裏面接合型の光電変換装置では、裏面側のｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉがキャリアの経路となり、ｉ型非晶質層１２ｉはキャリアの経路にはならないので、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚方向の抵抗を小さくすることでキャリアの収集効率を高めることができる。一方、ｉ型非晶質層１２ｉの特性を従来から変更する必要はなく、受光面側での光吸収等に変わりはない。したがって、光電変換装置の発電効率を高めることができる。
【００６３】
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎをｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎより前に形成したが、逆の順に形成してもよい。すなわち、図９に示すように、ステップＳ１２においてｉ型非晶質層１２ｉ及びｎ型非晶質層１２ｎを形成し、ステップＳ１４においてｉ型非晶質層１６ｉ及びｎ型非晶質層１６ｎを形成するものとしてもよい。なお、特に説明のない構成及び製造方法については第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
このとき、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の受光面１０ａ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。例えば、０．１ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることが好適である。
【００６５】
また、ｉ型非晶質層１６ｉの膜厚は、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の裏面１０ｂ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。例えば、０．２ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることが好適である。
【００６６】
ここで、ｉ型非晶質層１２ｉの膜厚は、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜厚よりも薄くすることが好適である。
【００６７】
また、ｉ型非晶質層１２ｉの水素含有率は、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの膜中の水素含有率よりも高くすることが好適である。
【００６８】
以上のように、本実施の形態における光電変換装置１００を形成することができる。ここで、本実施の形態では、光電変換装置１００を形成する際に、裏面のｉ型非晶質層１６ｉよりも受光面のｉ型非晶質層１２ｉを先に形成する。本実施の形態では、ｉ型非晶質層１６ｉよりもｉ型非晶質層１２ｉを先に形成することによって、ｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉの製膜時にｉ型非晶質層１２ｉと半導体基板１０との界面が汚染されることを防ぐことができる。半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面近傍はキャリアの発生量が最も多い領域であり、半導体基板１０とｉ型非晶質層１２ｉとの界面での汚染が低減できることにより、キャリアの再結合を抑制し、光電変換効率を高めることができる。
【００６９】
また、ｉ型非晶質層１２ｉの膜厚をｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉよりも薄くすることによって、ｉ型非晶質層１２ｉにおける光の吸収量をｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉより小さくすることができる。これにより、受光面１０ａから半導体基板１０内へ届く光量がより大きくなり、光電変換効率を高めることができる。
【００７０】
また、水素含有率を高めることにより光の吸収率が下がる傾向を示すことから、ｉ型非晶質層１２ｉの膜中の水素含有率をｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉよりも高くすることによって、ｉ型非晶質層１２ｉにおける光の吸収量をｉ型非晶質層１６ｉ及びｉ型非晶質層１８ｉより小さくすることができる。これにより、受光面１０ａから半導体基板１０内へ届く光量がより大きくなり、光電変換効率を高めることができる。
【００７１】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態では、ｎ型非晶質層１６ｎとｎ型非晶質層１２ｎとのドーピング濃度を調整する。なお、特に説明のない構成及び製造方法については第１又は第２の実施の形態と同様である。
【００７２】
本実施の形態では、ｎ型非晶質層１６ｎのドーピング濃度は、ｎ型非晶質層１２ｎのドーピング濃度より高くすることが好適である。ｎ型非晶質層１２ｎ及びｎ型非晶質層１６ｎのドーピング濃度は、例えば、原料ガス中のケイ素含有ガスに対するドーパント含有ガスの混合率を調整することにより制御することができる。
【００７３】
ｎ型非晶質層１６ｎ及びｎ型非晶質層１２ｎのドーピング濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）等で測定することができる。膜中でのドーピング濃度に分布がある場合には、空間的（例えば深さ方向等）な平均値で比較すればよい。
【００７４】
また、ｎ型非晶質層１６ｎの水素含有率は、ｎ型非晶質層１２ｎの水素含有率よりも低くすることが好適である。ｎ型非晶質層１２ｎ及びｎ型非晶質層１６ｎの水素含有率は、例えば、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度や水素希釈率、製膜時における基板温度、プラズマへ供給する高周波電力等を調整することによって変化させることができる。一般的には、他の条件が同じであれば、製膜時の基板温度を低くする、原料ガス中のケイ素含有ガスの濃度を低くする、原料ガス中の水素希釈率を高くする及びプラズマへ供給する高周波電力を低くするのいずれかによって、ｎ型非晶質層１２ｎ及びｎ型非晶質層１６ｎの水素含有率は高くなる傾向を示す。
【００７５】
ｎ型非晶質層１６ｎ及びｎ型非晶質層１２ｎの水素含有率は、反跳散乱法（ＥＲＤＡ）、フーリエ変換型赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）等を用いて測定することができる。膜中での水素含有量の分布がある場合には、空間的な平均値で比較すればよい。
【００７６】
以上のように、本実施の形態における光電変換装置１００を形成することができる。ここで、ｎ型非晶質層１６ｎのドーピング濃度をｎ型非晶質層１２ｎのドーピング濃度より高くすることによって、同じ膜厚であればｎ型非晶質層１６ｎの膜厚方向の抵抗値をｎ型非晶質層１２ｎの膜厚方向の抵抗値より小さくすることができる。裏面接合型の光電変換装置では、裏面側のｎ型非晶質層１６ｎがキャリアの経路となり、受光面側のｎ型非晶質層１２ｎはキャリアの経路にはならないので、ｎ型非晶質層１６ｎの膜厚方向の抵抗を小さくすることで発電効率を高めることができる。
【００７７】
また、ドーピング濃度の増加に伴い光吸収量も増加するので、ｎ型非晶質層１２ｎのドーピング濃度をｎ型非晶質層１６ｎのドーピング濃度より低くすることによって、受光面側のｎ型非晶質層１２ｎによる光の吸収損失を低減することができる。
【００７８】
また、ｎ型非晶質層１６ｎの水素含有率をｎ型非晶質層１２ｎの水素含有率より低くすることによって、同じ膜厚であればｎ型非晶質層１６ｎの膜厚方向の抵抗値をｎ型非晶質層１２ｎの膜厚方向の抵抗値より小さくすることができる。これにより、光電変換装置１００での発電効率を高めることができる。
【００７９】
また、水素含有率の増加に伴いｎ型非晶質層のバンドギャップは大きくなり、光吸収率は低下する。ｎ型非晶質層１２ｎの水素含有率をｎ型非晶質層１６ｎの水素含有率より高くすることによって、受光面側のｎ型非晶質層１２ｎによる光の吸収損失を低減することができる。
【００８０】
なお、上記説明において、半導体基板１０、ｎ型非晶質層１２ｎ、ｎ型非晶質層１６ｎ、ｐ型非晶質層１８ｐのドーパントの極性を適宜入れ替えてもよい。例えば、ｎ型非晶質層１６ｎとｐ型非晶質層１８ｐとのそれぞれｐ型及びｎ型に入れ替えてもよいし、半導体基板１０の極性とｎ型非晶質層１２ｎをｐ型にしてもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０  半導体基板、１０ａ  受光面、１０ｂ  裏面、１２ｉ  ｉ型非晶質層、１２ｎ  ｎ型非晶質層、１４  透明保護層、１６ｉ  ｉ型非晶質層、１６ｎ  ｎ型非晶質層、１８ｉ  ｉ型非晶質層、１８ｐ  ｐ型非晶質層、２０  絶縁層、２２  電極層、２２ａ  透明導電膜、２２ｂ  導電層、２４  電極部、２４ａ  電極部、２４ｂ  電極部、２４ｎ  フィンガー電極部、２４ｐ  フィンガー電極部、２６ｎ  バスバー電極部、２６ｐ  バスバー電極部、３０  基板ホルダ、３２  高周波電極、３４  接地電極、３６  高周波電源、３８  プラズマ、１００  光電変換装置。
【図１】
2012132758.tif 000003
【図２】
2012132758.tif 000004
【図３】
2012132758.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2012132758.tif 000013
2012132758.tif 000014
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