(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有する単結晶シリコン基板と、
前記単結晶シリコン基板の光入射側と反対側において前記単結晶シリコン基板の表面に接して設けられ、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有し、かつ、非晶質相からなる膜を少なくとも含み、一断面視において複数配列された第１の非晶質膜と、
前記一断面視で、前記単結晶シリコン基板の面内方向において前記第１の非晶質膜に隣接するとともに前記単結晶シリコン基板の光入射側と反対側の面と前記単結晶シリコン基板の端面とに接して設けられ、前記第１の導電型を有し、かつ、非晶質相からなる第２の非晶質膜とを備え、
前記一断面視で、前記第１の非晶質膜と前記第２の非晶質膜とが交互にそれぞれ複数配置されており、前記単結晶シリコン基板の光入射側と反対側の面の両端部に前記第２の非晶質膜が配置されるとともに、前記両端部から前記単結晶シリコン基板の端面に連なるように前記第２の非晶質膜が配置されている、光電変換素子。
【請求項２】
前記第１の非晶質膜は、前記単結晶シリコン基板の表面に接して設けられ、前記第２の導電型を有し、かつ、非晶質相からなる第３の非晶質膜のみからなる、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記単結晶シリコン基板は、ｎ型単結晶シリコンからなり、
前記第２の非晶質膜は、ｎ型アモルファスシリコンからなり、
前記第３の非晶質膜は、ｐ型アモルファスシリコンからなる、請求項２に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記単結晶シリコン基板は、ｐ型単結晶シリコンからなり、
前記第２の非晶質膜は、ｐ型アモルファスシリコンからなり、
前記第３の非晶質膜は、ｎ型アモルファスシリコンからなる、請求項２に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記第１の非晶質膜は、
前記単結晶シリコン基板の表面に接して設けられ、ノンドープかつ非晶質相からなる第３の非晶質膜と、
前記第３の非晶質膜上に設けられ、前記第２の導電型を有し、かつ、非晶質相からなる第４の非晶質膜とを含む、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記単結晶シリコン基板は、ｎ型単結晶シリコンからなり、
前記第２の非晶質膜は、ｎ型アモルファスシリコンからなり、
前記第３の非晶質膜は、ｉ型アモルファスシリコンからなり、
前記第４の非晶質膜は、ｐ型アモルファスシリコンからなる、請求項５に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記単結晶シリコン基板は、ｐ型単結晶シリコンからなり、
前記第２の非晶質膜は、ｐ型アモルファスシリコンからなり、
前記第３の非晶質膜は、ｉ型アモルファスシリコンからなり、
前記第４の非晶質膜は、ｎ型アモルファスシリコンからなる、請求項５に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光電変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バックコンタクト型の太陽電池は、従来、受光面側にあったｐｎ接合および電極を裏面側に形成することで、受光面側の電極による影を無くし、受光量を増やして変換効率を向上させるものである。
【０００３】
そして、ｐｎ接合を形成する方法として、結晶シリコンの裏面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってｐ型アモルファスシリコンおよびｎ型アモルファスシリコンを堆積する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−８０８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された太陽電池においては、電子および正孔が光励起される単結晶シリコンの端面が非晶質シリコンによって覆われていないため、単結晶シリコンの端面におけるキャリアの再結合損失が著しく増加するという問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、変換効率を向上可能な光電変換素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の実施の形態による光電変換素子は、単結晶シリコン基板と、第１および第２の非晶質膜とを備える。単結晶シリコン基板は、第１の導電型を有する。第１の非晶質膜は、単結晶シリコン基板の光入射側と反対側において単結晶シリコン基板の表面に接して設けられ、第１の導電型と反対の第２の導電型を有し、かつ、非晶質相からなる膜を少なくとも含む。第２の非晶質膜は、切断面において前記第１の非晶質膜が複数配列されて見える断面視で、単結晶シリコン基板の面内方向において第１の非晶質膜に隣接するとともに単結晶シリコン基板の光入射側と反対側の面と単結晶シリコン基板の端面とに接して設けられ、第１の導電型を有し、かつ、非晶質相からなる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の実施の形態による光電変換素子においては、単結晶シリコン基板の光入射側と反対側の表面は、第１および第２の非晶質膜によって覆われ、単結晶シリコン基板の端面は、第２の非晶質膜によって覆われる。その結果、単結晶シリコン基板中で光励起されたキャリア（電子および正孔）の一方は、第１の非晶質膜による単結晶シリコン基板のパッシベーション効果によって単結晶シリコン基板と第１の非晶質膜との界面における再結合が抑制されて第１の非晶質膜へ到達し易くなり、単結晶シリコン基板中で光励起されたキャリア（電子および正孔）の他方は、第２の非晶質膜による単結晶シリコン基板のパッシベーション効果によって単結晶シリコン基板と第２の非晶質膜との界面および単結晶シリコン基板の端面における再結合が抑制されて第２の非晶質膜へ到達し易くなる。そして、短絡光電流および曲線因子が改善される。
【０００９】
従って、バックコンタクト型の光電変換素子の変換効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態による光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す光電変換素子の製造方法を示す第１の工程図である。
【図３】図１に示す光電変換素子の製造方法を示す第２の工程図である。
【図４】図１に示す光電変換素子の製造方法を示す第３の工程図である。
【図５】この発明の実施の形態による他の光電変換素子の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１２】
この明細書において、「非晶質相」とは、シリコン（Ｓｉ）原子等がランダムに配列された状態を言う。また、アモルファスシリコンを「ａ−Ｓｉ」と表記するが、この表記は、実際には、水素（Ｈ）原子が含まれていることを意味する。アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ）、アモルファスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ）、アモルファスシリコンスズ（ａ−ＳｉＳｎ）、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）およびアモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）についても、同様に、Ｈ原子が含まれていることを意味する。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態による光電変換素子の構成を示す断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による光電変換素子１００は、ｎ型単結晶シリコン基板１と、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ（ｎは３以上の整数）と、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１と、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１と、電極４１〜４ｎ，５１〜５ｎ−１と、酸化膜６と、反射防止膜７とを備える。
【００１４】
ｎ型単結晶シリコン基板１は、例えば、（１００）の面方位および０．１〜１．０Ω・ｃｍの比抵抗を有する。また、ｎ型単結晶シリコン基板１は、例えば、１００〜３００μｍの厚みを有し、好ましくは、１００〜２００μｍの厚みを有する。
【００１５】
ｎ型非晶質膜１１，１ｎの各々は、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側の面とｎ型単結晶シリコン基板１の端面とに接して設けられる。ｎ型非晶質膜１２〜１ｎ−１の各々は、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側の面に接して設けられる。この場合、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎは、ｎ型単結晶シリコン基板１の面内方向において所望の間隔で配置される。そして、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎの各々は、例えば、ｎ型アモルファスシリコン（ｎ型ａ−Ｓｉ）からなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。また、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎの各々におけるリン（Ｐ）濃度は、例えば、５×１０１９ｃｍ−３である。
【００１６】
ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１は、ｎ型単結晶シリコン基板１の面内方向においてそれぞれｎ型非晶質膜１１〜１ｎ−１に隣接するとともにｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側の面に接して設けられる。そして、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１の各々は、ｉ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。
【００１７】
ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１は、それぞれ、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１に接してｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１上に形成される。そして、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１の各々は、ｐ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、１０ｎｍである。また、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１の各々におけるボロン（Ｂ）濃度は、例えば、５×１０１９ｃｍ−３である。
【００１８】
ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１およびｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１は、図１の紙面に垂直な方向において同じ長さを有する。また、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１は、ｎ型単結晶シリコン基板１の面内方向において、それぞれ、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１の幅と同じ幅を有する。そして、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１の全体の面積がｎ型単結晶シリコン基板１の面積に占める割合である面積占有率は、６０〜９３％であり、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎの全体の面積がｎ型単結晶シリコン基板１の面積に占める割合である面積占有率は、５〜２０％である。
【００１９】
このように、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１の面積占有率をｎ型非晶質膜１１〜１ｎの面積占有率よりも大きくするのは、ｎ型単結晶シリコン基板１中で光励起された電子および正孔がｐｉｎ接合（ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１／ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１／ｎ型単結晶シリコン基板１）によって分離され易くし、光励起された電子および正孔の発電への寄与率を高くするためである。
【００２０】
電極４１〜４ｎは、それぞれ、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎに接してｎ型非晶質膜１１〜１ｎ上に形成される。電極５１〜５ｎ−１は、それぞれ、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１に接してｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１上に形成される。そして、電極４１〜４ｎ，５１〜５ｎ−１の各々は、例えば、銀（Ａｇ）からなる。
【００２１】
酸化膜６は、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面に接してｎ型単結晶シリコン基板１上に形成される。そして、酸化膜６は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなり、膜厚は、例えば、１０〜１００ｎｍである。
【００２２】
反射防止膜７は、酸化膜６に接して酸化膜６上に形成される。そして、反射防止膜７は、例えば、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）からなり、膜厚は、例えば、１０〜１００ｎｍである。
【００２３】
図２〜図４は、それぞれ、図１に示す光電変換素子１００の製造方法を示す第１〜第３の工程図である。
【００２４】
光電変換素子１００の製造方法について説明する。光電変換素子１００は、プラズマ装置を主に用いてプラズマＣＶＤ法によって製造される。
【００２５】
プラズマ装置は、仕込室と、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３と、取出室と、整合器と、ＲＦ電源とを備える。仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室は、直線的に配置されている。そして、仕込室と反応室ＣＢ１との間、反応室ＣＢ１と反応室ＣＢ２との間、反応室ＣＢ２と反応室ＣＢ３との間、および反応室ＣＢ３と取出室との間は、仕切バルブで仕切られている。また、仕込室から反応室ＣＢ１、反応室ＣＢ２、反応室ＣＢ３および取出室へ単結晶シリコン基板を順次搬送する搬送機構がプラズマ装置に備えられている。
【００２６】
仕込室は、加熱機構と排気機構とを備える。加熱機構は、単結晶シリコン基板を所定の温度に昇温する。排気機構は、仕込室内のガスを排気し、仕込室の到達圧力を、例えば、１×１０−５Ｐａ以下に設定する。
【００２７】
反応室ＣＢ１〜ＣＢ３の各々は、平行平板電極と、加熱機構と、排気機構とを備える。加熱機構は、単結晶シリコン基板を所定の温度に昇温する。排気機構は、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３内のガスを排気し、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３の到達圧力を、例えば、１×１０−５Ｐａ以下に設定する。平行平板電極は、整合器を介してＲＦ電源に接続される。
【００２８】
取出室は、排気機構を備える。排気機構は、取出室内のガスを排気し、取出室の到達圧力を、例えば、１×１０−５Ｐａ以下に設定する。
【００２９】
仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室の各排気機構は、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプからなる。ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプは、ターボ分子ポンプが仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室に最も近くなるように、それぞれ、仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室に直列的に連結されている。そして、各排気機構は、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプによって、それぞれ、仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室内のガスを排気し、またはメカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプによって、それぞれ、仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室内のガスを排気する。
【００３０】
ＲＦ電源は、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を整合器を介して反応室ＣＢ１〜ＣＢ３の平行平板電極に印加する。
【００３１】
光電変換素子１００の製造が開始されると、ｎ型単結晶シリコン基板１をエタノール等で超音波洗浄して脱脂し、その後、ｎ型単結晶シリコン基板１をフッ酸中に浸漬してｎ型単結晶シリコン基板１の表面に形成された自然酸化膜を除去するとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面を水素で終端する（図２の工程（ａ）参照）。
【００３２】
ｎ型単結晶シリコン基板１の洗浄が終了すると、酸化炉に入れ、例えば、酸素雰囲気中で９７５℃の温度で、１０分間、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面を熱酸化し、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面に酸化膜６を形成する（図２の工程（ｂ）参照）。
【００３３】
その後、酸化膜６／ｎ型単結晶シリコン基板１をスパッタ装置に入れ、スパッタリングによって反射防止膜７（＝Ｓｉ３Ｎ４）を酸化膜６上に形成する（図２の工程（ｃ）参照）。
【００３４】
反射防止膜７の形成後、ｎ型単結晶シリコン基板１の反射防止膜７が形成された面と反対側の面およびｎ型単結晶シリコン基板１の端面に形成された酸化膜をフッ酸によって除去するとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１の端面および表面を水素で終端する。
【００３５】
ｎ型単結晶シリコン基板１の端面および表面を水素で終端すると、ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７をプラズマ装置の仕込室の基板ホルダー上に配置する。
【００３６】
そして、仕込室の排気機構は、１×１０−５Ｐａ以下に仕込室内のガスを排気し、仕込室の加熱機構は、ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７の温度を２００℃に設定するように基板ホルダーを加熱する。また、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３の加熱機構も、ｎ型単結晶シリコン基板１等の温度を２００℃に設定するように基板ホルダーを加熱する。
【００３７】
ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７の温度が２００℃に達すると、仕込室と反応室ＣＢ１との間の仕切バルブが開けられ、ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７は、仕込室から反応室ＣＢ１へ搬送される。
【００３８】
ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１およびｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１を形成するときの材料ガスの流量を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0005956742.tif 000002
【００４０】
ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７が反応室ＣＢ１へ搬送されると、２０ｓｃｃｍのシラン（ＳｉＨ４）ガスと、１５０ｓｃｃｍの水素（Ｈ２）ガスと、水素希釈された５０ｓｃｃｍのホスフィン（ＰＨ３）ガスとを反応室ＣＢ１に流し、反応室ＣＢ１の圧力を６．５Ｐａ〜３３０Ｐａの範囲に設定する。そして、ＲＦ電源は、８〜４０ｍＷ／ｃｍ２の範囲のＲＦパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。これによって、反応室ＣＢ１内でプラズマが発生し、ｎ型ａ−Ｓｉからなるｎ型非晶質膜１０がｎ型単結晶シリコン基板１の表面および端面に堆積される（図２の工程（ｄ）参照）。なお、水素希釈されたＰＨ３ガスの濃度は、０．２％である。
【００４１】
ｎ型ａ−Ｓｉからなるｎ型非晶質膜１０は、Ｈ２ガスによるＳｉＨ４ガスの希釈率をｎ型ａ−Ｓｉが微結晶化しない範囲においてできる限り高くし、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面にのみｎ型ａ−Ｓｉを形成する場合よりも反応圧力およびＲＦパワーを低くし、ｎ型ａ−Ｓｉの堆積に寄与する活性種のｎ型単結晶シリコン基板１上でのマイグレーションを確保して形成される。これによって、ｎ型非晶質膜１０がｎ型単結晶シリコン基板１の表面および端面に形成される。
【００４２】
ｎ型非晶質膜１０の膜厚が１０ｎｍになると、反応室ＣＢ１の平行平板電極へのＲＦパワーの印加を停止するとともに、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスおよびＰＨ３ガスの反応室ＣＢ１への供給を停止し、排気機構によって１×１０−５Ｐａ以下に反応室ＣＢ１を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、ｎ型非晶質膜１０／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７を反応室ＣＢ１から取出室へ搬送し、ｎ型非晶質膜１０／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７を室温まで冷却した後、取り出す。
【００４３】
その後、スピンコートによってレジストをｎ型非晶質膜１０の表面および端面に塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン２０を形成する（図２の工程（ｅ）参照）。
【００４４】
そして、レジストパターン２０をマスクとしてドライエッチングによってｎ型非晶質膜１０の一部をエッチングする。これによって、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎが形成される（図３の工程（ｆ）参照）。
【００４５】
引き続いて、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎの表面および端面とｎ型単結晶シリコン基板１の表面にスピンコートによってレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン３０を形成する（図３の工程（ｇ）参照）。
【００４６】
そして、レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７をプラズマ装置の仕込室に入れ、仕込室を１×１０−５Ｐａ以下に排気するとともに、レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７を２００℃に加熱する。
【００４７】
そして、レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７が仕込室から反応室ＣＢ２へ搬送される。
【００４８】
レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７が反応室ＣＢ２へ搬送されると、１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと、１００ｓｃｃｍのＨ２ガスとを反応室ＣＢ２に流し（表１参照）、反応室ＣＢ２の圧力を１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲に設定する。そして、ＲＦ電源は、１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲のＲＦパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。これによって、反応室ＣＢ２内でプラズマが発生し、ｉ型ａ−Ｓｉからなるｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１がｎ型単結晶シリコン基板１の表面に堆積されるとともに、ｉ型ａ−Ｓｉからなるｉ型非晶質膜４０がレジストパターン３０上に堆積される（図３の工程（ｈ）参照）。
【００４９】
ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１，４０の膜厚が１０ｎｍになると、反応室ＣＢ２の平行平板電極へのＲＦパワーの印加を停止するとともに、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの反応室ＣＢ２への供給を停止し、排気機構によって１×１０−５Ｐａ以下に反応室ＣＢ２を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１，４０／レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７を反応室ＣＢ２から反応室ＣＢ３へ搬送する。
【００５０】
ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１，４０／レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７が反応室ＣＢ３へ搬送されると、２ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと、４２ｓｃｃｍのＨ２ガスと、水素希釈された１２ｓｃｃｍのジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスとを反応室ＣＢ３に流し（表１参照）、反応室ＣＢ３の圧力を１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲に設定する。そして、ＲＦ電源は、１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲のＲＦパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。これによって、反応室ＣＢ３内でプラズマが発生し、ｐ型ａ−Ｓｉからなるｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１がそれぞれｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１上に堆積されるとともに、ｐ型ａ−Ｓｉからなるｐ型非晶質膜５０がｉ型非晶質膜４０上に堆積される（図３の工程（ｉ）参照）。なお、水素希釈されたＢ２Ｈ６ガスの濃度は、例えば、０．１％である。
【００５１】
ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１，５０の膜厚が１０ｎｍになると、反応室ＣＢ３の平行平板電極へのＲＦパワーの印加を停止するとともに、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスおよびＢ２Ｈ６ガスの反応室ＣＢ３への供給を停止し、排気機構によって１×１０−５Ｐａ以下に反応室ＣＢ３を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１，５０／ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１，４０／レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７を反応室ＣＢ３から取出室へ搬送し、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１，５０／ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１，４０／レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７を室温まで冷却する。
【００５２】
ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１，５０／ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１，４０／レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７が室温まで冷却されると、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１，５０／ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１，４０／レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７を取出室から取り出し、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１，５０／ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１，４０／レジストパターン３０／ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ／ｎ型単結晶シリコン基板１／酸化膜６／反射防止膜７のレジストパターン３０を除去する。
【００５３】
これによって、ｉ型非晶質膜４０およびｐ型非晶質膜５０がリフトオフによって除去され、ｎ型非晶質膜１１，１２がｎ型単結晶シリコン基板１の表面および端面に接して形成され、ｎ型非晶質膜１２〜１ｎ−１およびｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１がｎ型単結晶シリコン基板１の表面に接して形成され、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１がそれぞれｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１上に形成される（図４の工程（ｊ）参照）。
【００５４】
その後、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎおよびｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１上にスピンコートによってレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングし、レジストパターン６０を形成する（図４の工程（ｋ）参照）。
【００５５】
そして、レジストパターン６０をマスクとしてＡｇを蒸着またはスパッタリングによってｎ型非晶質膜１１〜１ｎおよびｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１上に形成し、レジストパターン６０を除去する。これによって、電極４１〜４ｎおよび電極５１〜５ｎ−１がそれぞれｎ型非晶質膜１１〜１ｎおよびｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１上に形成され、光電変換素子１００が完成する（図４の工程（ｌ）参照）。
【００５６】
太陽光が反射防止膜７側から光電変換素子１００に照射されると、反射防止膜７は、太陽光の反射を低減して太陽光をｎ型単結晶シリコン基板１中へ導く。そして、ｎ型単結晶シリコン基板１中で電子および正孔が光励起される。
【００５７】
光励起された電子および正孔は、ｎ型単結晶シリコン基板１と酸化膜６との界面に到達してもｎ型単結晶シリコン基板１と酸化膜６との界面において再結合し難く、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎおよびｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１側へ拡散する。このように、酸化膜６は、光励起された電子および正孔がｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面で再結合するのを抑制する。
【００５８】
そして、光励起された電子および正孔は、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎおよびｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１側へ拡散し、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１／ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１／ｎ型単結晶シリコン基板１（＝ｐｉｎ接合）による内部電界によって分離され、正孔は、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１およびｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１を介して電極５１〜５ｎ−１へ到達し、電子は、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎを介して電極４１〜４ｎへ到達する。
【００５９】
電極４１〜４ｎへ到達した電子は、電極４１〜４ｎと電極５１〜５ｎ−１との間に接続された負荷を介して電極５１〜５ｎ−１へ到達し、正孔と再結合する。
【００６０】
このように、光電変換素子１００は、ｎ型単結晶シリコン基板１中で光励起された電子および正孔をｎ型単結晶シリコン基板１の裏面（＝酸化膜６および反射防止膜７が形成されたｎ型単結晶シリコン基板１の表面と反対側の面）から取り出すバックコンタクト型の光電変換素子である。
【００６１】
上述したように、光電変換素子１００においては、ｎ型単結晶シリコン基板１の端面は、ｎ型非晶質膜１１，１ｎ（＝ｎ型ａ−Ｓｉ）によって覆われ、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面（酸化膜６が形成された表面と反対側の表面）は、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ（＝ｎ型ａ−Ｓｉ）およびｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１（＝ｉ型ａ−Ｓｉ）によって覆われている。
【００６２】
その結果、ｎ型単結晶シリコン基板１中で光励起された正孔は、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１（＝ｉ型ａ−Ｓｉ）によるｎ型単結晶シリコン基板１のパッシベーション効果によってｎ型単結晶シリコン基板１とｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１との界面において再結合し難くなり、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１およびｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１を介して電極５１〜５ｎ−１へ到達し易くなる。
【００６３】
また、ｎ型単結晶シリコン基板１中で光励起された電子は、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ（＝ｎ型ａ−Ｓｉ）によるｎ型単結晶シリコン基板１のパッシベーション効果によってｎ型単結晶シリコン基板１の端面および表面において再結合し難くなり、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎを介して電極４１〜４ｎへ到達し易くなる。特に、ｎ型単結晶シリコン基板１とｎ型非晶質膜１１〜１ｎとの間には、ｉ型非晶質膜が挿入されていないので、光励起された電子に対する直列抵抗が低くなり、光励起された電子は、ｉ型非晶質膜がｎ型単結晶シリコン基板１とｎ型非晶質膜１１〜１ｎとの間に挿入されている場合に比べ、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎを介して電極４１〜４ｎへ到達し易くなる。
【００６４】
従って、短絡光電流Ｉｓｃおよび曲線因子ＦＦが向上し、光電変換素子１００の変換効率を向上できる。
【００６５】
また、光電変換素子１００においては、ｎ型非晶質膜１１，１ｎがｎ型単結晶シリコン基板１の面内方向における両端部に配置されている。そして、ｎ型非晶質膜１１，１ｎの導電型は、ｎ型単結晶シリコン基板１の導電型と同じである。また、ｎ型非晶質膜１１，１ｎ（＝ｎ型ａ−Ｓｉ）の光学バンドギャップは、約１．７ｅＶであり、ｎ型単結晶シリコン基板１の光学バンドギャップは、約１．１ｅＶである。更に、ｎ型非晶質膜１１，１ｎ（＝ｎ型ａ−Ｓｉ）の活性化エネルギーは、約０．２ｅＶであり、ｎ型単結晶シリコン基板１の活性化エネルギーは、０．１４〜０．１９ｅＶである。従って、ｎ型単結晶シリコン基板１とｎ型非晶質膜１１，１ｎとの接合は、ヘテロ接合を構成し、ｎ型非晶質膜１１，１ｎの伝導帯端は、ｎ型単結晶シリコン基板１の伝導帯端よりもエネルギー的に低く、ｎ型非晶質膜１１，１ｎの価電子帯端は、ｎ型単結晶シリコン基板１の価電子帯端よりもエネルギー的に高い。
【００６６】
その結果、正孔に対する電界がｎ型単結晶シリコン基板１／ｎ型非晶質膜１１，１ｎ界面に存在し、光励起された正孔（少数キャリア）は、ｎ型単結晶シリコン基板１／ｎ型非晶質膜１１，１ｎ界面近くへ拡散しても単結晶シリコン基板１／ｎ型非晶質膜１１，１ｎ界面に存在する電界によってｎ型単結晶シリコン基板１の面内方向における内周部側へ移動され、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１へ到達し易くなる。
【００６７】
即ち、ｎ型非晶質膜１１，１ｎをｎ型単結晶シリコン基板１の面内方向における両端部に配置することによって、光電変換素子１００における少数キャリアである正孔がｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１へ到達し易くなり、光電変換素子１００の変換効率を向上できる。
【００６８】
従って、光電変換素子１００においては、ｎ型単結晶シリコン基板１と同じ導電型であるｎ型非晶質膜１１，１ｎをｎ型単結晶シリコン基板１の両端部に配置することを特徴とする。
【００６９】
図５は、この発明の実施の形態による他の光電変換素子の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態による光電変換素子は、図５に示す光電変換素子２００であってもよい。
【００７０】
図５を参照して、光電変換素子２００は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１と、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎと、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１と、ｎ型非晶質膜１３１〜１３−１と、電極１４１〜１４ｎ，１５１〜１５ｎ−１と、酸化膜６と、反射防止膜７とを備える。
【００７１】
ｐ型単結晶シリコン基板１０１は、例えば、（１００）の面方位および０．１〜１．０Ω・ｃｍの比抵抗を有する。また、ｐ型単結晶シリコン基板１０１は、例えば、１００〜３００μｍの厚みを有し、好ましくは、１００〜２００μｍの厚みを有する。
【００７２】
ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎの各々は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の光入射側と反対側の面とｐ型単結晶シリコン基板１０１の端面とに接して設けられる。ｐ型非晶質膜１１２〜１１ｎ−１の各々は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の光入射側と反対側の面に接して設けられる。この場合、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎは、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の面内方向において所望の間隔で配置される。そして、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎの各々は、例えば、ｐ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。また、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎの各々におけるＢ濃度は、例えば、５×１０１９ｃｍ−３である。
【００７３】
ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の面内方向においてそれぞれｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎ−１に隣接するとともにｐ型単結晶シリコン基板１０１の光入射側と反対側の面に接して設けられる。そして、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１の各々は、ｉ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。
【００７４】
ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１は、それぞれ、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１に接してｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１上に形成される。そして、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１の各々は、ｎ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、１０ｎｍである。また、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１の各々におけるＰ濃度は、例えば、５×１０１９ｃｍ−３である。
【００７５】
電極１４１〜１４ｎは、それぞれ、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎに接してｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎ上に形成される。電極１５１〜１５ｎ−１は、それぞれ、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１に接してｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１上に形成される。そして、電極１４１〜１４ｎ，１５１〜１５ｎ−１の各々は、例えば、Ａｇからなる。
【００７６】
ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎ、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１およびｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１は、図５の紙面に垂直な方向において同じ長さを有する。また、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の面内方向において、それぞれ、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１の幅と同じ幅を有する。そして、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１の全体の面積がｐ型単結晶シリコン基板１０１の面積に占める割合である面積占有率は、６０〜９３％であり、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎの全体の面積がｐ型単結晶シリコン基板１０１の面積に占める割合である面積占有率は、５〜２０％である。
【００７７】
このように、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１の面積占有率をｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎの面積占有率よりも大きくするのは、ｐ型単結晶シリコン基板１０１中で光励起された電子および正孔がｐｉｎ接合（ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１／ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１／ｐ型単結晶シリコン基板１０１）によって分離され易くし、光励起された電子および正孔の発電への寄与率を高くするためである。
【００７８】
酸化膜６は、上述した材料からなり、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の光入射側の表面に接してｐ型単結晶シリコン基板１０１上に形成される。そして、酸化膜６の膜厚は、上述したとおりである。
【００７９】
反射防止膜７は、上述した材料からなり、酸化膜６に接して酸化膜６上に形成される。そして、反射防止膜７の膜厚は、上述したとおりである。
【００８０】
光電変換素子２００は、図２から図４に示す工程（ａ）〜工程（ｌ）と同じ工程に従って製造される。
【００８１】
この場合、工程（ｄ）において、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎ用のｐ型非晶質膜（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）が表１に示すガス流量および上述した反応圧力等を用いてプラズマＣＶＤ法によってｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面および端面に接して形成される。そして、工程（ｅ），（ｆ）において、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎがｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面および端面に接して形成され、ｐ型非晶質膜１１２〜１１ｎ−１がｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面に接して形成される。
【００８２】
また、工程（ｇ），（ｈ）において、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１（＝ｉ型ａ−Ｓｉ）が表１に示すガス流量を用いてプラズマＣＶＤ法によってｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面に接して形成され、工程（ｉ）において、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１（＝ｎ型ａ−Ｓｉ）が表１に示すガス流量を用いてプラズマＣＶＤ法によってそれぞれｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１に接して形成される。
【００８３】
更に、工程（ｋ），（ｌ）において、電極１４１〜１４ｎおよび電極１５１〜１５ｎ−１がそれぞれｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎおよびｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１に接して形成される。
【００８４】
太陽光が反射防止膜７側から光電変換素子２００に照射されると、反射防止膜７は、太陽光の反射を低減して太陽光をｐ型単結晶シリコン基板１０１中へ導く。そして、ｐ型単結晶シリコン基板１０１中で電子および正孔が光励起される。
【００８５】
光励起された電子および正孔は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１と酸化膜６との界面に到達してもｐ型単結晶シリコン基板１０１と酸化膜６との界面において再結合し難く、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎおよびｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１側へ拡散する。このように、酸化膜６は、光励起された電子および正孔がｐ型単結晶シリコン基板１０１の光入射側の表面で再結合するのを抑制する。
【００８６】
そして、光励起された電子および正孔は、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎおよびｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１側へ拡散し、ｐ型単結晶シリコン基板１０１／ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１／ｐ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１による内部電界によって分離され、電子は、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１およびｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１を介して電極１５１〜１５ｎ−１へ到達し、正孔は、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎを介して電極１４１〜１４ｎへ到達する。
【００８７】
電極１４１〜１４ｎへ到達した電子は、電極１４１〜１４ｎと電極１５１〜１５ｎ−１との間に接続された負荷を介して電極１５１〜１５ｎ−１へ到達し、正孔と再結合する。
【００８８】
このように、光電変換素子２００は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１中で光励起された電子および正孔をｐ型単結晶シリコン基板１０１の裏面（＝酸化膜６および反射防止膜７が形成されたｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面と反対側の面）から取り出すバックコンタクト型の光電変換素子である。
【００８９】
光電変換素子２００においては、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の端面は、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎ（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）によって覆われ、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の裏面（酸化膜６が形成された表面と反対側の表面）は、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎ（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）およびｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１（＝ｉ型ａ−Ｓｉ）によって覆われる。
【００９０】
その結果、ｐ型単結晶シリコン基板１０１中で光励起された電子は、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１（＝ｉ型ａ−Ｓｉ）によるｐ型単結晶シリコン基板１０１のパッシベーション効果によってｐ型単結晶シリコン基板１０１とｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１との界面において再結合し難くなり、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１およびｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１を介して電極１５１〜１５ｎ−１へ到達し易くなる。
【００９１】
また、ｐ型単結晶シリコン基板１０１中で光励起された正孔は、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎ（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）によるｐ型単結晶シリコン基板１０１のパッシベーション効果によってｐ型単結晶シリコン基板１０１の端面および表面において再結合し難くなり、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎを介して電極１４１〜１４ｎへ到達し易くなる。特に、ｐ型単結晶シリコン基板１０１とｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎとの間には、ｉ型非晶質膜が挿入されていないので、光励起された正孔に対する直列抵抗が低くなり、光励起された正孔は、ｉ型非晶質膜がｐ型単結晶シリコン基板１０１とｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎとの間に挿入されている場合に比べ、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎを介して電極１４１〜１４ｎへ到達し易くなる。
【００９２】
従って、短絡光電流Ｉｓｃおよび曲線因子ＦＦが向上し、光電変換素子２００の変換効率を向上できる。
【００９３】
また、光電変換素子２００においては、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎがｐ型単結晶シリコン基板１０１の面内方向における両端部に配置されている。そして、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎの導電型は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の導電型と同じである。また、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎ（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）の光学バンドギャップは、約１．７ｅＶであり、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の光学バンドギャップは、約１．１ｅＶである。更に、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎ（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）の活性化エネルギーは、約０．３ｅＶであり、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の活性化エネルギーは、０．１４〜０．１９ｅＶである。従って、ｐ型単結晶シリコン基板１０１とｐ型非晶質膜１１１，１１ｎとの接合は、ヘテロ接合を構成し、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎの伝導帯端は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の伝導帯端よりもエネルギー的に高く、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎの価電子帯端は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の価電子帯端よりもエネルギー的に低い。
【００９４】
その結果、電子に対する電界がｐ型単結晶シリコン基板１０１／ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎ界面に存在し、光励起された電子（少数キャリア）は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１／ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎ界面近くへ拡散してもｐ型単結晶シリコン基板１０１／ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎ界面に存在する電界によってｐ型単結晶シリコン基板１０１の面内方向における内周部側へ移動され、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１へ到達し易くなる。
【００９５】
即ち、ｐ型非晶質膜１１１，１１ｎをｐ型単結晶シリコン基板１０１の面内方向における両端部に配置することによって、光電変換素子２００における少数キャリアである電子がｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１へ到達し易くなり、光電変換素子２００の変換効率を向上できる。
【００９６】
従って、光電変換素子２００においても、ｐ型単結晶シリコン基板１０１と同じ導電型であるｐ型非晶質膜１１１，１１ｎをｐ型単結晶シリコン基板１０１の両端部に配置することを特徴とする。
【００９７】
なお、光電変換素子１００においては、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面（＝酸化膜６が形成された表面）がテクスチャ構造になっていてもよい。この場合、図２の工程（ａ）において、ｎ型単結晶シリコン基板１をエタノール等で超音波洗浄した後、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面をアルカリを用いて化学的に異方性エッチングし、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面をテクスチャ化する。その後、上述したようにフッ酸を用いて自然酸化膜を除去するとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面を水素で終端する。
【００９８】
光電変換素子２００において、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の光入射側の表面（＝酸化膜６が形成された表面）がテクスチャ構造になっている場合も同様である。
【００９９】
また、光電変換素子１００においては、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎは、ｎ型ａ−Ｓｉからなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎは、ｎ型アモルファスシリコンカーバイド（ｎ型ａ−ＳｉＣ）、ｎ型アモルファスシリコンオキサイド（ｎ型ａ−ＳｉＯ）、ｎ型アモルファスシリコンナイトライド（ｎ型ａ−ＳｉＮ）、ｎ型アモルファスシリコンスズ（ｎ型ａ−ＳｉＳｎ）、ｎ型アモルファスシリコンゲルマニウム（ｎ型ａ−ＳｉＧｅ）およびｎ型アモルファスゲルマニウム（ｎ型ａ−Ｇｅ）のいずれかからなっていてもよい。
【０１００】
更に、光電変換素子１００においては、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１は、ｉ型ａ−Ｓｉからなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１は、ｉ型ａ−ＳｉＣ、ｉ型ａ−ＳｉＯ、ｉ型ａ−ＳｉＮ、ｉ型ａ−ＳｉＳｎおよびｉ型ａ−ＳｉＧｅのいずれかからなっていてもよい。
【０１０１】
更に、光電変換素子１００においては、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１は、ｐ型ａ−Ｓｉからなると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１は、ｐ型ａ−ＳｉＣ、ｐ型ａ−ＳｉＯ、ｐ型ａ−ＳｉＮ、ｐ型ａ−ＳｉＳｎ、ｐ型ａ−ＳｉＧｅおよびｐ型ａ−Ｇｅのいずれかからなっていてもよい。
【０１０２】
即ち、光電変換素子１００においては、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎ、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１およびｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１は、それぞれ、表２に示す材料のいずれかからなっていてもよい。
【０１０３】
【表２】
0005956742.tif 000003
【０１０４】
この場合、ｎ型ａ−ＳｉＣは、ＳｉＨ４ガス、メタン（ＣＨ４）ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型ａ−ＳｉＯは、ＳｉＨ４ガス、酸素（Ｏ２）ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型ａ−ＳｉＮは、ＳｉＨ４ガス、アンモニア（ＮＨ３）ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型ａ−ＳｉＳｎは、ＳｉＨ４ガス、四塩化スズ（ＳｎＣｌ４）ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型ａ−ＳｉＧｅは、ＳｉＨ４ガス、ゲルマン（ＧｅＨ４）ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型ａ−Ｇｅは、ＧｅＨ４ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【０１０５】
また、ｉ型ａ−ＳｉＣは、ＳｉＨ４ガス、ＣＨ４ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｉ型ａ−ＳｉＯは、ＳｉＨ４ガス、Ｏ２ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｉ型ａ−ＳｉＮは、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｉ型ａ−ＳｉＳｎは、ＳｉＨ４ガス、ＳｎＣｌ４ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｉ型ａ−ＳｉＧｅは、ＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【０１０６】
なお、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１としては、ｉ型ａ−Ｇｅも想定されるが、ｉ型ａ−Ｇｅは、ｎ型単結晶シリコン基板１よりも光学バンドギャップが小さいので、ｉ型ａ−Ｇｅをｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１として用いた場合、開放電圧Ｖｏｃの向上が困難である。光電変換素子１００においては、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１の光学バンドギャップが開放電圧Ｖｏｃを支配的に決定するからである。
【０１０７】
そこで、この発明の実施の形態においては、ｎ型単結晶シリコン基板１の光学バンドギャップよりも大きいｉ型ａ−ＳｉＣ，ｉ型ａ−ＳｉＯ，ｉ型ａ−ＳｉＮ，ｉ型ａ−Ｓｉ，ｉ型ａ−ＳｉＳｎ，ｉ型ａ−ＳｉＧｅをｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１として用いることにした。
【０１０８】
更に、ｐ型ａ−ＳｉＣは、ＳｉＨ４ガス、ＣＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型ａ−ＳｉＯは、ＳｉＨ４ガス、Ｏ２ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型ａ−ＳｉＮは、ＳｉＨ４ガス、ＮＨ３ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型ａ−ＳｉＳｎは、ＳｉＨ４ガス、ＳｎＣｌ４ガス、Ｂ２Ｈ６およびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型ａ−ＳｉＧｅは、ＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型ａ−Ｇｅは、ＧｅＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【０１０９】
更に、光電変換素子２００においては、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎは、ｐ型ａ−Ｓｉ以外に、ｐ型ａ−ＳｉＣ，ｐ型ａ−ＳｉＯ，ｐ型ａ−ＳｉＮ，ｐ型ａ−ＳｉＳｎ，ｐ型ａ−ＳｉＧｅ，ｐ型ａ−Ｇｅのいずれかからなっていてもよく、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１は、ｉ型ａ−Ｓｉ以外に、ｉ型ａ−ＳｉＣ，ｉ型ａ−ＳｉＯ，ｉ型ａ−ＳｉＮ，ｐ型ａ−ＳｉＳｎ，ｉ型ａ−ＳｉＧｅのいずれかからなっていてもよく、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１は、ｎ型ａ−Ｓｉ以外に、ｎ型ａ−ＳｉＣ，ｎ型ａ−ＳｉＯ，ｎ型ａ−ＳｉＮ，ｎ型ａ−ＳｉＳｎ，ｎ型ａ−ＳｉＧｅ，ｎ型ａ−Ｇｅのいずれかからなっていてもよい。
【０１１０】
即ち、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎ、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１およびｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１は、それぞれ、表３に示す材料のいずれかからなっていればよい。
【０１１１】
【表３】
0005956742.tif 000004
【０１１２】
そして、ｐ型ａ−ＳｉＣ等を形成するときの材料ガスは、上述したとおりである。また、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１としてのｉ型ａ−Ｇｅが除外されている理由も、上述したとおりである。
【０１１３】
更に、光電変換素子１００においては、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１を削除し、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１をｎ型単結晶シリコン基板１に接して形成してもよい。
【０１１４】
その結果、ｎ型単結晶シリコン基板１中で光励起された正孔に対する直列抵抗が低下し、光励起された正孔がｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１を介して電極５１〜５ｎ−１に到達し易くなる。従って、曲線因子ＦＦが向上し、光電変換素子１００の変換効率を更に向上できる。
【０１１５】
従って、光電変換素子１００は、ｎ型単結晶シリコン基板１と、ｎ型非晶質膜１１〜１ｎと、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１とを少なくとも備えていればよい。
【０１１６】
更に、光電変換素子２００においては、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１を削除し、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１をｐ型単結晶シリコン基板１０１に接して形成してもよい。
【０１１７】
その結果、ｐ型単結晶シリコン基板１０１中で光励起された電子に対する直列抵抗が低下し、光励起された電子がｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１を介して電極１５１〜１５ｎ−１に到達し易くなる。従って、曲線因子ＦＦが向上し、光電変換素子２００の変換効率を更に向上できる。
【０１１８】
従って、光電変換素子２００は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１と、ｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎと、ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１とを少なくとも備えていればよい。
【０１１９】
光電変換素子１００がｎ型単結晶シリコン基板１とｎ型非晶質膜１１〜１ｎと、ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１とを少なくとも備えていればよく、光電変換素子２００がｐ型単結晶シリコン基板１０１とｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎとｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１とを少なくとも備えていればよいので、この発明の実施の形態による光電変換素子は、第１の導電型を有する単結晶シリコン基板と、単結晶シリコン基板の光入射側と反対側において単結晶シリコン基板の表面に接して設けられ、第１の導電型と反対の第２の導電型を有し、かつ、非晶質相からなる膜（ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１またはｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１）を少なくとも含む第１の非晶質膜と、単結晶シリコン基板の面内方向において第１の非晶質膜に隣接するとともに単結晶シリコン基板の光入射側と反対側の面と単結晶シリコン基板の端面とに接して設けられ、第１の導電型を有し、かつ、非晶質相からなる第２の非晶質膜（ｎ型非晶質膜１１〜１ｎまたはｐ型非晶質膜１１１〜１１ｎ）とを備えていればよい。ここで、第１の非晶質膜は、単結晶シリコン基板がｎ型単結晶シリコン基板１である場合、ｉ型非晶質膜２１〜２ｎ−１／ｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１またはｐ型非晶質膜３１〜３ｎ−１からなり、単結晶シリコン基板がｐ型単結晶シリコン基板１０１である場合、ｉ型非晶質膜１２１〜１２ｎ−１／ｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１またはｎ型非晶質膜１３１〜１３ｎ−１からなる。
【０１２０】
光電変換素子が単結晶シリコン基板と第１の非晶質膜と第２の非晶質膜とを備えていれば、上述した機構によって、光電変換素子における小数キャリアが第１の非晶質膜へ到達し易くなり、光電変換素子における多数キャリアが第２の非晶質膜へ到達し易くなり、光電変換素子の変換効率を向上できるからである。
【０１２１】
なお、光電変換素子１００においては、ｎ型が第１の導電型であり、ｐ型が第１の導電型と反対の第２の導電型である。また、光電変換素子２００においては、ｐ型が第１の導電型であり、ｎ型が第１の導電型と反対の第２の導電型である。
【０１２２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
この発明は、光電変換素子に適用される。
【符号の説明】
【０１２４】
１，１０１  ｎ型単結晶シリコン基板、６  酸化膜、７  反射防止膜、１０，１１〜１ｎ，１３１〜１３ｎ−１  ｎ型非晶質膜、２１〜２ｎ−１，４０，１２１〜１２ｎ−１  ｉ型非晶質膜、２０，３０，６０  レジストパターン、３１〜３ｎ−１，５０，１１１〜１１ｎ  ｐ型非晶質膜、４１〜４ｎ，５１〜５ｎ−１，１４１〜１４ｎ，１５１〜１５ｎ−１  電極、１００，２００  光電変換素子。
【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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