(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面を第一導電型層、他方の面を第二導電型層としてなる光電変換部と、前記第一導電型層を覆うように配された第一パッシベーション層および前記第二導電型層を覆うように配された第二パッシベーション層と、前記第一導電型層上に配された第一電極および前記第二導電型層上に配された第二電極と、を少なくとも備えた太陽電池であって、
前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層は、同じ構成元素からなり、前記構成元素として、金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素と、酸素および／または窒素とを含み、かつ、前記金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素の組成比が、前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層において異なる、ことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記金属元素および半金属元素が、以下の元素群αであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記元素群αは、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびストロンチウム（Ｓｒ）である。
【請求項３】
前記第一導電型層をｎ型半導体層、前記第二導電型層をｐ型半導体層とした場合、
前記第一パッシベーション層は正の固定電荷を、前記第二パッシベーション層は負の固定電荷を、それぞれ有することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＨｆとＡｌとＯから構成される場合、ＨｆとＡｌとの比においてＡｌが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｈｆの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＨｆとＹとＯから構成される場合、ＨｆとＹとの比においてＨｆが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｙの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＡｌとＹとＯから構成される場合、ＡｌとＹとの比においてＡｌが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｙの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記光電変換部が、無機半導体、有機半導体または化合物半導体からなる結晶である、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記光電変換部が、無機半導体、有機半導体または化合物半導体からなる薄膜である、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池のパッシベーション膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用したクリーンエネルギー生成技術として、太陽電池には近年一層多くの期待が集まっている。
結晶またはアモルファスのシリコンを用いた太陽電池の一般的な構成は、例えば結晶シリコンを基板とした場合は、当該基板中にドナーまたはアクセプターとなる不純物をそれぞれ、一方の側と他方の側にドーピングすることによりｐｎ接合を形成し、各導電型層に電極を設けたものが挙げられる。
【０００３】
太陽電池の低コスト化のためにシリコン基板には薄型化が求められているが、この際、表面再結合速度を低減することが重要となる。
特許文献１には、ｐｎ接合を形成したシリコン基板表面において、ｐ型層およびｎ型層の上に異なる元素からなるパッシベーション膜をそれぞれ形成することによって、表面再結合速度を減少させ、変換効率を高めた太陽電池が開示されている。具体的には、シリコン基板の片面にｐ型層およびｎ型層からなるｐｎ接合を形成し、ｐ型層上に酸化珪素膜または酸化アルミニウム膜からなる第１パッシベーション膜、ｎ型層上に窒化珪素膜からなる第２パッシベーション膜を形成することによって変換効率を高めている。
【０００４】
しかしながら、異なる構成元素（元素組成）を有するパッシベーション膜をｐ型層およびｎ型層を覆うようにそれぞれ形成するためには、異なる成膜装置を使用する必要があり、製造コストが高価になる問題がある。例えば、酸化珪素膜の成膜には９００℃の酸素雰囲気下でシリコン基板を加熱処理するオーブン装置が必要であり、窒化珪素膜の成膜にはプラズマＣＶＤ装置が必要であり、酸化アルミニウムの成膜には蒸着装置が必要である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、単一の成膜装置によって、同じ構成元素からなるパッシベーション膜を２つの導電型層上に形成することにより、変換効率の向上を図った太陽電池の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に記載の太陽電池は、一方の面を第一導電型層、他方の面を第二導電型層としてなる光電変換部と、前記第一導電型層を覆うように配された第一パッシベーション層および前記第二導電型層を覆うように配された第二パッシベーション層と、前記第一導電型層上に配された第一電極および前記第二導電型層上に配された第二電極と、を少なくとも備えた太陽電池であって、前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層は、同じ構成元素からなり、前記構成元素として、金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素と、酸素および／または窒素とを含み、かつ、前記金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素の組成比が、前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層において異なる、ことを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の太陽電池は、請求項１において、前記金属元素および半金属元素が、以下の元素群αであることを特徴とする。
前記元素群αは、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびストロンチウム（Ｓｒ）である。
本発明の請求項３に記載の太陽電池は、請求項１または２において、前記第一導電型層をｎ型半導体層、前記第二導電型層をｐ型半導体層とした場合、前記第一パッシベーション層は正の固定電荷を、前記第二パッシベーション層は負の固定電荷を、それぞれ有することを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の太陽電池は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＨｆとＡｌとＯから構成される場合、ＨｆとＡｌとの比においてＡｌが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｈｆの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜である、ことを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の太陽電池は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＨｆとＹとＯから構成される場合、ＨｆとＹとの比においてＨｆが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｙの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜である、ことを特徴とする。
本発明の請求項６に記載の太陽電池は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＡｌとＹとＯから構成される場合、ＡｌとＹとの比においてＡｌが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｙの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜である、ことを特徴とする。
本発明の請求項７に記載の太陽電池は、請求項１〜６のいずれか一項において、前記光電変換部が、無機半導体、有機半導体または化合物半導体からなる結晶である、ことを特徴とする。
本発明の請求項８に記載の太陽電池は、請求項１〜７のいずれか一項において、前記光電変換部が、無機半導体、有機半導体または化合物半導体からなる薄膜である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の太陽電池によれば、２つの導電型層上に、同じ構成元素からなるパッシベーション膜を形成するので、単一の装置で成膜することができる。
また、本発明の太陽電池によれば、当該パッシベーション膜と各導電型層の界面における表面再結合速度を低減することができる。この結果、本発明の太陽電池の変換効率を高められる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかる太陽電池の一例の概略構成図
【図２】試料薄膜Ｓ１のＣ−Ｖ特性を示すグラフ
【図３】試料薄膜の概略構成図
【図４】試料薄膜Ｓ１のキャリアライフタイムを示すグラフ
【図５】試料薄膜Ｓ２のＣ−Ｖ特性を示すグラフ
【図６】試料薄膜Ｓ２のキャリアライフタイムを示すグラフ
【図７】試料薄膜Ｓ２のμ−ＰＣＤマッピング
【図８】試料薄膜Ｓ３のＣ−Ｖ特性を示すグラフ
【図９】試料薄膜Ｓ４の組成―Ｖfb特性を示すグラフ
【図１０】本発明にかかる太陽電池の一例の概略構成図
【図１１】本発明にかかる太陽電池のパッシベーション膜の形成に用いうる成膜装置の一例の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１１】
本発明にかかる太陽電池の実施形態例として、図１に示す概略構成図のように、一方の面を第一導電型層１、他方の面を第二導電型層２としてなる光電変換部と、第一導電型層１を覆うように配された第一パッシベーション層３および第二導電型層２を覆うように配された第二パッシベーション層４と、第一導電型層１上に配された第一電極５および第二導電型層２上に配された第二電極６と、を少なくとも備えた太陽電池１０が挙げられる。
【００１２】
第一パッシベーション層３の第一電極５に対応する位置は開口しており、第一電極５と第一導電型層１とが導通している。同様に、第二パッシベーション層４の第二電極６に対応する位置は開口しており、第二電極６と第二導電型層２とが導通している。
【００１３】
太陽電池１０において、第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４は、同じ構成元素からなる。
前記構成元素は、金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素と、酸素および／または窒素とを含み、かつ、前記金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素の組成比が、前記第一パッシベーション層および前記第二パッシベーション層において異なる。
【００１４】
本発明の太陽電池において、前記金属元素および半金属元素が以下の元素群αであることが好ましい。当該パッシベーション膜と各導電型層の界面における表面再結合速度をより低減することができる。
【００１５】
前記元素群αは、アルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ランタン（Ｌａ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびストロンチウム（Ｓｒ）である。
【００１６】
第一パッシベーション層３と第二パッシベーション層４とは、各層を構成する元素は同じであるが、その元素組成比が異なるために、各層の有する固定電荷が異なるものとなる。
固定電荷は、元素組成比を調整することで制御できる。つまり、パッシベーション層３，４の固定電荷を導電型層１，２の固定電荷と反対の固定電荷とすることによって、各導電型層における表面再結合速度を低減し、当該太陽電池の変換効率を高められる。
【００１７】
すなわち、第一導電型層１がｎ型半導体層である場合、第一パッシベーション層３は正の固定電荷とすれば、第一導電型層１と第一パッシベーション層３との界面における表面再結合速度を低減できるので、好ましい。この結果、光起電力によって生じる電子を、第一導電型層１からより効率的に、第一電極５に取り出せる。
【００１８】
第二導電型層２がｐ型半導体層である場合、第二パッシベーション層４は負の固定電荷とすれば、第二導電型層２と第二パッシベーション層４との界面における表面再結合速度を低減できるので、好ましい。この結果、光起電力によって生じる正孔を、第二導電型層２からより効率的に、第二電極６に取り出せる。
【００１９】
前記元素群αのうち、特にアルミニウム（Ａｌ）、イットリウム（Ｙ）、ハフニウム（Ｈｆ）の中から２つの元素を選択し、元素組成比を調整することが好ましい。第一パッシベーション層３と第二パッシベーション層４が有する固定電荷をそれぞれ正と負に制御することがより容易にできる。
【００２０】
本発明にかかる太陽電池において、第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４の膜厚は特に制限されず、例えば４ｎｍ〜３０ｎｍの範囲の膜厚とすればよい。
【００２１】
以下では、本発明にかかる太陽電池を、第一導電型層１がｎ型半導体層であり、第二導電型層２がｐ型半導体層である場合を説明するが、本発明はこれに限定されない。つまり、本発明にかかる太陽電池は、第一導電型層１がｐ型半導体層であり、第二導電型層２がｎ型半導体層であってもよい。
一般に、太陽電池は半導体の一種であるから、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド(Ｖfb)が観測されることは周知である。本発明にかかる太陽電池のＣ−Ｖ特性のグラフにおいても同様にフラットバンド(Ｖfb)が観測される。
【００２２】
＜ＨｆとＡｌとＯから構成されるパッシベーション層＞
第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＨｆとＡｌとＯから構成される場合、ＨｆとＡｌとの比においてＡｌが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｈｆの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜であることが好ましい。
このような薄膜では、例えば第一パッシベーション層３におけるＡｌとＨｆとの組成比をＡｌ＜Ｈｆとすることによって、当該第一パッシベーション層３の固定電荷を正側に大きくすることができる。同様に、例えば第二パッシベーション層４では、Ａｌ＞Ｈｆとすることによって、当該第二パッシベーション層４の固定電荷を負側に大きくすることができる。
【００２３】
前記ＨｆとＡｌとＯから構成される第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４としては、例えばアルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏｘ）とハフニウム酸化物（ＨｆＯｙ）とをそれぞれ特定の割合で混在させた薄膜が挙げられる。ここで、前記酸化物の組成式におけるOの下付き文字ｘおよびｙは、それぞれ独立に任意の正の数である。
この場合、前記「Ａｌが主体の組成域」とは、「Ａｌ２Ｏｘが主体の組成域」を意味する。また、前記「Ｈｆの割合を増すにつれ、」とは、「ＨｆＯｙの割合を増すにつれ、」を意味する。
このような薄膜は、例えばＡｌ２Ｏ３からなるターゲットおよびＨｆＯ２からなるターゲットを使用したＰＬＤ法（Pulsed Laser Deposition法）、またはスパッタ法、ＣＶＤ法等によって成膜することができる。
【００２４】
第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４における、Ａｌ２ＯｘとＨｆＯｙとの組成比は、例えば図２に示すＣ−Ｖ特性のグラフにおけるＶfbのシフトする程度に基づいて、所望の割合に設定することができる。
【００２５】
図２のＣ−Ｖ特性グラフは、図３に示す構成の試料薄膜Ｓ１のＰ１〜Ｐ５の位置で測定して得られたデータをプロットしたものである。また、得られたデータを表１に示す。
前記試料薄膜Ｓ１は、ＳｉＯ２薄膜を形成したシリコン基板（p−Si）上に、Ａｌ２Ｏｘ１００％の領域（Ｐ１）〜ＨｆＯｙ１００％の領域（Ｐ５）へ、２つの化合物の組成比が漸次変化するように形成されたものである。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
試料薄膜Ｓ１は、可動マスクとＡｌ２Ｏ３からなるターゲット（Target A）およびＨｆＯ２からなるターゲット（Target Ｂ）を使用した、コンビナトリアルＰＬＤ成膜法によって形成できる。
具体的には、酸素雰囲気下（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）、シリコン基板温度を３００℃とし、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、エネルギー密度０．５Ｊ／ｃｍ２）を、ＨｆＯ２（ターゲット純度９８％）およびＡｌ２Ｏ３（ターゲット純度９９．９９％）に対して、繰り返し周波数５Ｈｚで照射し、組成傾斜膜として形成する方法が例示できる。
【００２８】
その後、Ｐｔからなるゲート電極を、直径０．１ｍｍの円形マスクを使用して、高さ５０ｎｍとなるように、マグネトロンスパッタ法（アルゴン雰囲気：３．６ｃｍ３／ｍｉｎ）で形成すればよい。
【００２９】
図３は試料薄膜の概略構成図を示し、シリコン基板（p−Si）上のＳｉＯ２上に試料薄膜Ｓ１を設け、さらにその上にゲート電極を等間隔にＰ１〜Ｐ５の５箇所設けたものである。試料薄膜Ｓ１は、コンビナトリアルＰＬＤ成膜法により薄膜を形成しているため、図３においては試料薄膜Ｓ１上の左側（Ｐ１）がＡ（Ａｌ２Ｏｘ）１００％であり、右側（Ｐ５）がＢ（ＨｆＯｙ）１００％となっている。したがって、Ｐ２ではＡ：Ｂ組成比＝７５：２５、Ｐ３ではＡ：Ｂ組成比＝５０：５０、Ｐ４ではＡ：Ｂ組成比＝２５：７５となっている。なお、ゲート電極を設けたのは試料薄膜Ｓ１のＣ−Ｖ特性を測定するためである。
【００３０】
図２のＣ−Ｖ特性グラフでは、膜中の固定電荷を反映してヒステリシスが存在する。Ｐ１（Ａｌ２Ｏｘ１００％）では膜中の負の固定電荷に対応してＶfbが正の値を持つ。Ｐ２〜Ｐ４では、ＨｆＯｙの組成比が増すにつれてＶfbが負の方向へシフトしている。
Ｐ４のＶfbは、Ｐ５のＶfbよりも負の方向にシフトしている。
【００３１】
試料薄膜Ｓ１の表面におけるキャリアライフタイムを測定した結果を図４に示す。
【００３２】
図２および図４の結果から、ｎ型導電層上の第一パッシベーション層３におけるＡｌ２ＯｘとＨｆＯｙとの組成比は、
Ａｌ２Ｏｘ：ＨｆＯｙ＝５０：５０〜９９．９：０．１が好ましく、
Ａｌ２Ｏｘ：ＨｆＯｙ＝６０：４０〜９０：１０がより好ましく、
Ａｌ２Ｏｘ：ＨｆＯｙ＝６０：４０〜７５：２５がさらに好ましい。
上記範囲の組成比とすることにより、当該第一パッシベーション層３における表面再結合速度を低減し、当該太陽電池の変換効率を高められる。
【００３３】
また、図２および図４の結果から、ｐ型導電層上の第二パッシベーション層４におけるＡｌ２ＯｘとＨｆＯｙとの組成比は、
Ａｌ２Ｏｘ：ＨｆＯｙ＝５０：５０〜０．１：９９．９が好ましく、
Ａｌ２Ｏｘ：ＨｆＯｙ＝４０：６０〜１０：９０がより好ましく、
Ａｌ２Ｏｘ：ＨｆＯｙ＝４０：６０〜２５：７５がさらに好ましい。
上記範囲の組成比とすることにより、当該第二パッシベーション層４における表面再結合速度を低減し、当該太陽電池の変換効率を高められる。
【００３４】
上記範囲の組成比を有する、Ａｌ、Ｈｆ、Ｏからなる第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４をそれぞれ形成することによって、本発明にかかる太陽電池１０の変換効率を高めることができる。
当該第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４は、前述のＰＬＤ法によって形成できる。この際、例えば図１１に示す成膜装置が適用可能である。
【００３５】
図１１に示す、本発明にかかる太陽電池のパッシベーション膜の形成に用いる成膜装置６０では、エキシマレーザー５１をTargetA５２またはTargetB５３に照射してプルーム５４を発生させる。光電変換部５７（基板）の一方の面をプルーム５４側に向けて、可動マスク５５を光電変換部５７とプルーム５４との間に挿入し、可動マスク５５の開口部５６の動きを制御することによって、光電変換部５７の一方の面に第一パッシベーション層を形成できる。次に、光電変換部５７の他方の面をプルーム５４側に向けることによって、第一パッシベーション層と同様の方法で、第二パッシベーション層を前記他方の面に形成できる。なお、図１１では、成膜室５８内の雰囲気は、真空ポンプＰ、ガス流入口Ｇ等により適宜調整される。基板温度の調整はヒーター（不図示）で調整される。
このような成膜装置を用いれば、ターゲットを交換し、可動マスクの動き（図中では両方矢印で示す）を制御することによって、同一の元素からなり、異なる元素組成比を有する第一パッシベーション層および第二パッシベーション層を、単一の成膜装置によって形成できる。
【００３６】
＜ＨｆとＹとＯから構成されるパッシベーション層＞
第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＨｆとＹとＯから構成される場合、ＨｆとYとの比においてＨｆが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｙの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜であることが好ましい。
このような薄膜では、例えば第一パッシベーション層３におけるＨｆとＹとの組成比をＨｆ＜Ｙとすることによって、当該第一パッシベーション層３の固定電荷を正側に大きくすることができる。同様に、例えば第二パッシベーション層４では、Ｈｆ＞Ｙとすることによって、当該第二パッシベーション層４の固定電荷を負側に大きくすることができる。
【００３７】
前記ＨｆとＹとＯから構成される第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４としては、例えばハフニウム酸化物（ＨｆＯｙ）とイットリウム酸化物（Ｙ２Ｏｚ）とをそれぞれ特定の割合で混在させた薄膜が挙げられる。ここで、前記酸化物の組成式におけるOの下付き文字ｙおよびｚは、それぞれ独立に任意の正の数である。
この場合、前記「Ｈｆが主体の組成域」とは、「ＨｆＯｙが主体の組成域」を意味する。また、前記「Ｙの割合を増すにつれ、」とは、「Ｙ２Ｏｚの割合を増すにつれ、」を意味する。
このような薄膜は、例えばＨｆＯ２からなるターゲットおよびＹ２Ｏ３からなるターゲットを使用したＰＬＤ法（Pulsed Laser Deposition法）、またはスパッタ法、ＣＶＤ法等によって成膜することができる。
【００３８】
第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４における、ＨｆＯｙとＹ２Ｏｚとの組成比は、例えば図５に示すＣ−Ｖ特性のグラフにおけるＶfbのシフトする程度に基づいて、所望の割合に設定することができる。
【００３９】
図５が示す試料薄膜Ｓ２のＣ−Ｖ特性グラフは、図３に示す構成の試料薄膜Ｓ２のＰ１〜Ｐ５の位置で測定して得られたデータをプロットしたものである。また、得られたデータを表２に示す。
前記試料薄膜Ｓ２は、ＳｉＯ２薄膜を形成したシリコン基板上に、ＨｆＯｙ１００％の領域（Ｐ１）〜Ｙ２Ｏｚ１００％の領域（Ｐ５）へ、２つの化合物の組成比が漸次変化するように形成されたものである。
【００４０】
【表２】
0005487449.tif 000003
【００４１】
試料薄膜Ｓ２は、可動マスクとＨｆＯ２からなるターゲット（Target A）およびＹ２Ｏ３からなるターゲット（Target Ｂ）を使用した、コンビナトリアルＰＬＤ成膜法によって形成できる。
具体的には、酸素雰囲気下（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）、シリコン基板温度を３００℃とし、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、エネルギー密度０．５Ｊ／ｃｍ２）を、ＨｆＯ２（ターゲット純度９８．０％）に対しては繰り返し周波数５Ｈｚで、Ｙ２Ｏ３（ターゲット純度９９．９％）に対しては繰り返し周波数３Ｈｚで照射し、組成傾斜膜として形成する方法が例示できる。
その後、Ｐｔからなるゲート電極を、直径０．１ｍｍの円形マスクを使用して、高さ５０ｎｍとなるように、マグネトロンスパッタ法（アルゴン雰囲気：３．６ｃｍ３／ｍｉｎ）で形成すればよい。
【００４２】
図３は試料薄膜の概略構成図を示し、シリコン基板（p−Si）上のＳｉＯ２上に試料薄膜Ｓ２を設け、さらにその上にゲート電極を等間隔にＰ１〜Ｐ５の５箇所設けたものである。試料薄膜Ｓ２は、コンビナトリアルＰＬＤ成膜法により薄膜を形成しているため、図３においては試料薄膜Ｓ２上の左側（Ｐ１）がＡ（ＨｆＯｙ）１００％であり、右側（Ｐ５）がＢ（Ｙ２Ｏｚ）１００％となっている。したがって、Ｐ２ではＡ：Ｂ組成比＝７５：２５、Ｐ３ではＡ：Ｂ組成比＝５０：５０、Ｐ４ではＡ：Ｂ組成比＝２５：７５となっている。なお、ゲート電極を設けたのは試料薄膜Ｓ２のＣ−Ｖ特性を測定するためである。
【００４３】
図５のＣ−Ｖ特性グラフでは、膜中の固定電荷を反映してヒステリシスが存在する。Ｐ１（ＨｆＯｙ１００％）では膜中の負の固定電荷に対応してＶfbが正の値を持つ。Ｐ２〜Ｐ４ではＡｌ２Ｏ３、の組成比が増すにつれてＶfbが負の方向へシフトしている。
Ｐ４のＶfbは、Ｐ５のＶfbよりも負の方向にシフトしている。
【００４４】
試料薄膜Ｓ２の表面におけるキャリアライフタイムを測定した結果を図６に示す。
試料薄膜Ｓ２の上面から見た場合の、表面におけるμ‐ＰＣＤマッピングを図７に示す。
【００４５】
図５〜７の結果から、ｎ型導電層上の第一パッシベーション層３におけるＨｆＯｙとＹ２Ｏｚとの組成比は、
ＨｆＯｙ：Ｙ２Ｏｚ＝４０：６０〜０．１：９９．９が好ましく、
ＨｆＯｙ：Ｙ２Ｏｚ＝３０：７０〜１０：９０がより好ましく、
ＨｆＯｙ：Ｙ２Ｏｚ＝２５：７５〜１５：８５がさらに好ましい。
上記範囲の組成比とすることにより、当該第一パッシベーション層３における表面再結合速度を低減し、当該太陽電池の変換効率を高められる。
【００４６】
また、図５〜７の結果から、ｐ型導電層上の第二パッシベーション層４におけるＨｆＯｙとＹ２Ｏｚとの組成比は、
ＨｆＯｙ：Ｙ２Ｏｚ＝５０：５０〜９９．９：０．１が好ましく、
ＨｆＯｙ：Ｙ２Ｏｚ＝６０：４０〜９０：１０がより好ましく、
ＨｆＯｙ：Ｙ２Ｏｚ＝６５：３５〜７５：２５がさらに好ましい。
上記範囲の組成比とすることにより、当該第二パッシベーション層４における表面再結合速度を低減し、当該太陽電池の変換効率を高められる。
【００４７】
上記範囲の組成比を有する、Ｈｆ、Ｙ、Ｏからなる第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４をそれぞれ形成することによって、本発明にかかる太陽電池１０の変換効率を高めることができる。
当該第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４は、前述のＰＬＤ法によって形成できる。この際、例えば図１１に示す成膜装置が適用可能である。
【００４８】
＜ＡｌとＹとＯから構成されるパッシベーション層＞
第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４は、Ｃ−Ｖ特性のグラフにおいてフラットバンド（Vfb）が観測されるものであり、かつ、ＡｌとＹとＯから構成される場合、ＡｌとＹとの比においてＡｌが主体の組成域では、負の固定電荷に対応して前記Ｖfbが正の値をもち、Ｙの割合が増すにつれ、その組成域で前記Ｖfbが負の方向にシフトする薄膜であることが好ましい。
このような薄膜では、例えば第一パッシベーション層３におけるＡｌとＹとの組成比をＡｌ＜Ｙとすることによって、当該第一パッシベーション層３の固定電荷を正側に大きくすることができる。同様に、例えば第二パッシベーション層４では、Ａｌ＞Ｙとすることによって、当該第二パッシベーション層４の固定電荷を負側に大きくすることができる。
【００４９】
前記ＡｌとＹとＯから構成される第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４としては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏｘ）と酸化イットリウム（Ｙ２Ｏｚ）とをそれぞれ特定の割合で混在させた薄膜が挙げられる。ここで、前記酸化物の組成式におけるOの下付き文字ｘおよびｚは、それぞれ独立に任意の正の数である。この場合、前記「Ａｌが主体の組成域」とは、「Ａｌ２Ｏｘが主体の組成域」を意味する。また、前記「Ｙの割合を増すにつれ、」とは、「Ｙ２Ｏｚの割合を増すにつれ、」を意味する。
このような薄膜は、例えばＡｌ２Ｏ３からなるターゲットおよびＹ２Ｏ３からなるターゲットを使用したＰＬＤ法（Pulsed Laser Deposition法）、またはスパッタ法、ＣＶＤ法等によって成膜することができる。
【００５０】
第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４における、Ａｌ２ＯｘとＹ２Ｏｚとの組成比は、例えば図８に示すＣ−Ｖ特性のグラフにおけるＶfbのシフトする程度に基づいて、所望の割合に設定することができる。
【００５１】
図８に示す試料薄膜Ｓ３のＣ−Ｖ特性グラフは、図３に示す構成の試料薄膜Ｓ３のＰ１〜Ｐ５の位置で測定して得られたデータをプロットしたものである。また、得られたデータを表３に示す。
前記試料薄膜Ｓ３は、ＳｉＯ２薄膜を形成したシリコン基板上に、Ａｌ２Ｏｘ１００％の領域（Ｐ１）〜Ｙ２Ｏｚ１００％の領域（Ｐ５）へ、２つの化合物の組成比が漸次変化するように形成されたものである。
【００５２】
【表３】
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【００５３】
試料薄膜Ｓ３は、可動マスクとＡｌ２Ｏ３からなるターゲット（Target A）およびＹ２Ｏ３からなるターゲット（Target Ｂ）を使用した、コンビナトリアルＰＬＤ成膜法によって形成できる。
具体的には、酸素雰囲気下（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）、シリコン基板温度を３００℃とし、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、エネルギー密度０．５Ｊ／ｃｍ２）を、Ａｌ２Ｏ３（ターゲット純度９９．９９％）に対しては繰り返し周波数５Ｈｚで、Ｙ２Ｏ３（ターゲット純度９９．９％）に対しては繰り返し周波数３Ｈｚで照射し、組成傾斜膜として形成する方法が例示できる。
【００５４】
本発明において、前記組成傾斜膜の形成後、熱処理を行ない、試料薄膜Ｓ４としてもよい。熱処理の方法としては例えば酸素雰囲気下のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理が挙げられる。ＰＬＤによって形成した前記組成傾斜膜は、酸素雰囲気にて成膜を行っているが、酸化物の組成が若干変化していることがある。特に、絶縁膜自体が酸素欠損状態になっていることが考えられ、前記ＲＴＡ処理によって、前記酸素欠損を補うことができる。
【００５５】
前記ＲＴＡの具体的な手段として、ＰＬＤによって形成した前記組成傾斜膜を酸素雰囲気（Ｎ２＋Ｏ２［５％］）の加熱炉の中に入れて１０分放置し、その後、７００℃で１分間の熱処理を行い、十分に加熱炉内が冷めた後に、熱処理後の組成傾斜膜を取り出し、試料薄膜Ｓ４とすればよい。
【００５６】
その後、Ｐｔからなるゲート電極を、直径０．１ｍｍの円形マスクを使用して、高さ５０ｎｍとなるように、マグネトロンスパッタ法（アルゴン雰囲気：３．６ｃｍ３／ｍｉｎ）で形成すればよい。
【００５７】
図３は試料薄膜の概略構成図を示し、シリコン基板（p−Si）上のＳｉＯ２上に試料薄膜Ｓ３を設け、さらにその上にゲート電極を等間隔にＰ１〜Ｐ５の５箇所設けたものである。試料薄膜Ｓ３は、コンビナトリアルＰＬＤ成膜法により薄膜を形成しているため、図３においては試料薄膜Ｓ１上の左側（Ｐ１）がＡ（Ａｌ２Ｏｘ）１００％であり、右側（Ｐ５）がＢ（Ｙ２Ｏｚ）１００％となっている。したがって、Ｐ２ではＡ：Ｂ組成比＝７５：２５、Ｐ３ではＡ：Ｂ組成比＝５０：５０、Ｐ４ではＡ：Ｂ組成比＝２５：７５となっている。なお、ゲート電極を設けたのは試料薄膜Ｓ３のＣ−Ｖ特性を測定するためである。
【００５８】
図８のＣ−Ｖ特性グラフでは、膜中の固定電荷を反映してヒステリシスが存在する。Ｐ１（Ａｌ２Ｏｘ１００％）では膜中の負の固定電荷に対応してＶfbが正の値を持つ。Ｐ２〜Ｐ４では、Ｙ２Ｏｚの組成比が増すにつれてＶfbが負の方向へシフトしている。
Ｐ４のＶfbは、Ｐ５のＶfbよりも負の方向にシフトしている。
【００５９】
図９に示す、試料薄膜Ｓ４の組成とＶfbの関係を示すグラフではＰ１〜Ｐ２の間で膜中の負の固定電荷に対応してＶfbが正の最大となり、Ｐ４付近で膜中の正の固定電荷に対応してＶfbが負の最大となっている。
また、図９の破線は電圧の掃引方向が正から負の場合のＶfbの値、実線は電圧の掃引方向が負から正の場合のＶfbの値を示す。
【００６０】
図８および図９の結果から、ｎ型導電層上の第一パッシベーション層３におけるＡｌ２ＯｘとＹ２Ｏｚとの組成比は、
Ａｌ２Ｏｘ：Ｙ２Ｏｚ＝４０：６０〜０．１：９９．９が好ましく、
Ａｌ２Ｏｘ：Ｙ２Ｏｚ＝３５：６５〜１０：９０がより好ましく、
Ａｌ２Ｏｘ：Ｙ２Ｏｚ＝３０：７０〜２０：８０がさらに好ましい。
上記範囲の組成比とすることにより、当該第一パッシベーション層３における表面再結合速度を低減し、当該太陽電池の変換効率を高められる。
【００６１】
また、図８および図９の結果から、ｐ型導電層上の第二パッシベーション層４におけるＡｌ２ＯｘとＹ２Ｏｚとの組成比は、
Ａｌ２Ｏｘ：Ｙ２Ｏｚ＝６０：４０〜９９．９：０．１が好ましく、
Ａｌ２Ｏｘ：Ｙ２Ｏｚ＝７０：３０〜９９．９：０．１がより好ましく、
Ａｌ２Ｏｘ：Ｙ２Ｏｚ＝８０：２０〜９０：１０がさらに好ましい。
上記範囲の組成比とすることにより、当該第二パッシベーション層４における表面再結合速度を低減し、当該太陽電池の変換効率を高められる。
【００６２】
上記範囲の組成比を有する、Ａｌ、Ｙ、Ｏからなる第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４をそれぞれ形成することによって、本発明にかかる太陽電池１０の変換効率を高めることができる。
当該第一パッシベーション層３および第二パッシベーション層４は、前述のＰＬＤ法によって形成できる。この際、例えば図１１に示す成膜装置が適用可能である。
【００６３】
本発明にかかる太陽電池の構成としては、図１０に示す太陽電池２０の構成も例示できる。図１０の太陽電池２０は、一方の面を第一導電型層１１、他方の面を第二導電型層１２としてなる光電変換部と、第一導電型層１１を覆うように配された第一パッシベーション層１３および第二導電型層１２を覆うように配された第二パッシベーション層１４と、第一導電型層１１上に配された第一電極５および第二導電型層１２上に配された第二電極１６と、を少なくとも備える。
第二導電型層１２の表面には、裏面電界効果を得るために第二導電型層と同じ導電型の不純物をドープした高濃度不純物拡散領域１７が設けられている。高濃度不純物拡散領域１７の表面には第二パッシベーション層１４が除かれた開口部があり、高濃度不純物拡散領域１７と第二電極１６とが直接コンタクトしている。
【００６４】
以上で説明した太陽電池１０，２０は、その光電変換部が、無機半導体、有機半導体または化合物半導体からなる結晶であってもよいし、無機半導体、有機半導体または化合物半導体からなる薄膜であってもよい。
例えば、第一導電型層１１が結晶シリコン基板にＰ（リン）をドープしたｎ型導電層であり、第二導電型層１２が結晶シリコン基板にＢ（ボロン）をドープしたｐ型導電層である場合が挙げられる。
以上に示した実施例においては、Ａｌ，Ｙ，およびＨｆから選ばれる２種の元素の酸化物を含むパッシベーション層を例示したが、本発明におけるパッシベーション膜はこれらに何ら限定されることなく、前記金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素の酸化物を含むものであってもよく、また、前記金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素の窒化物を含むものであってもよい。また、前記金属元素および半金属元素の中から選択される２つの元素の酸化物及び窒化物の両方を含むものであってもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…第一導電型層、２…第二導電型層、３…第一パッシベーション層、４…第二パッシベーション層、５…第一電極、６…第二電極、１０…太陽電池、１１…第一導電型層、１２…第二導電型層、１３…第一パッシベーション層、１４…第二パッシベーション層、１５…第一電極、１６…第二電極、１７…高濃度不純物拡散領域、２０…太陽電池、５１…エキシマレーザー、５２…TargetA、５３…TargetB、５４…プルーム、５５…可動マスク、５６…開口部、５７…光電変換部、５８…成膜室、P…真空ポンプ、G…ガス流入口、６０…成膜装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図７】
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