(57)【要約】  素子は、単結晶半導体から製造される。その半導体は、ｎ型半導体である。製造する素子は、第１表層に結晶構造の層を持ち、その層から変異層、中間層、バルク結晶基板により構成される。第１表層の結晶層の凹みの方向は、素子の表層郡の中で規則的に並んでいる。変異層または中間層には、真性半導体に相当する層が含まれる。また、単結晶半導体の表面に上記の第１表層を形成するが、基板のバルクは変化しないように熱処理する素子製造方法を提供する。この素子は、光電変換特性を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電素子の構成
一つあるいは複数の表面に、一つあるいは複数の光電構造を有する光電半導体、次に示す工程を実行して作製された一つあるいは複数の高電構造を有する半導体、
一片の半導体をエネルギー源に曝す工程、前記記載のエネルギー源が一片の半導体の一部を熱する工程と、
一片の半導体をエネルギー源に曝すことを終了する工程、前記記載の暴露工程と終了工程は、一片の半導体から一つあるいは複数の表面に、一つあるいは複数の光電構造を有する光電半導体を作製する。
【請求項２】
次に示す工程を実施して作製された請求項１に記載の光電素子、
光電半導体の下面が低い伝導率である光電素子を作製する工程を実施した光電素子、前記記載の低い伝導率は光電素子から作製された光電セルの出力を低い伝導率を持たないセルより向上させる。
【請求項３】
次に示す工程を実施して作製された請求項１に記載の光電素子、
次に示すいずれかの工程を実施して光電半導体の下面を処理した光電素子、
下面の表層を物理的に除去
下面の表層にシリサイドの形成
下面の表層にイオンインプランテーション
【請求項４】
次に示す工程を実施して作製された請求項１に記載の光電素子、
次に示すいずれかの工程を実施して前記記載の暴露工程と前記記載の終了工程前に一片の半導体に保護処理した光電素子、
一片の半導体下面に熱処理により形成される高伝導率層を防ぐために、前記記載の下面に保護膜を形成する工程
一片の半導体の一つの表面にエネルギー源を集中させる工程、前記記載の集中は、前記記載の表面以外の表面を光電構造に変える目的の温度まで上昇することを防ぐ
暴露工程において蓄熱材料上に一片の半導体を設置する工程、前記記載の設置方法は、前記記載の表面以外の表面を光電構造に変える目的の温度まで上昇することを防ぐ
ｎ＋＋シリコン基板を用いた暴露工程と終了工程、ｎ型シリコンをｎ＋＋シリコン基板上に作製し、ｎ  ｏｎ  ｎ＋＋光電素子を作製する暴露工程と終了工程
【請求項５】
請求項４に記載の光電素子で、保護膜がＳｉＣ層である光電素子、暴露工程と終了工程の後に、前記記載の保護層の上に金属−半導体界面にオーミックコンタクトを形成するために金属下部電極を形成した光電素子
【請求項６】
いかに示す工程を実施して作製された請求項１に記載の光電素子、
暴露工程の加熱より低い温度で加熱する第２熱処理された光電素子、第２熱処理は、一つあるいは複数の光電構造中の結晶欠陥を除去する
【請求項７】
一片の半導体の一部が８５０Ｋから１７００Ｋの温度範囲で加熱された請求項１に記載の光電素子
【請求項８】
真空中で暴露工程と終了工程を行う請求項１に記載の光電素子
【請求項９】
１から６００分間、加熱された請求項１に記載の光電素子
【請求項１０】
一片の半導体がｎ型シリコン、ドーパントがリンであるｎ型半導体である請求項１に記載の光電素子
【請求項１１】
一つあるいは複数の光電構造に高伝導率層を含む請求項１に記載の光電素子
【請求項１２】
一片の半導体にゲルマニウムあるいは他の４族半導体である請求項１に記載の光電素子
【請求項１３】
一片の半導体にゲルマニウムあるいは他の４族半導体であり、リン、窒素、ヒ素あるいは他の５族の元素を含む請求項１に記載の光電素子
【請求項１４】
（１００）面の伝導率が１から５Ωｃｍである請求項１に記載の光電素子
【請求項１５】
一片の半導体の厚さが少なくとも１０μｍである請求項１に記載の光電素子
【請求項１６】
光に曝されたとき、光電効果を生じる請求項１に記載の光電素子
【請求項１７】
請求項１に記載された光電素子を用いた光電デバイス、光電デバイスはいかに記載の構成である。
光電素子
光電素子の下部に下部電極
光電素子の上部に表面電極
【請求項１８】
次に示す工程を実する光電素子の製造方法、
エネルギー源に一片の半導体を曝す暴露工程、前記記載のエネルギー源は一片の半導体の一部を加熱する
エネルギー源に一片の半導体を曝すことを終了する終了工程、前記記載の暴露工程と終了工程は、一片の半導体から一つあるいは複数の表面に、一つあるいは複数の光電構造を有する光電半導体を作製する。
【請求項１９】
光電素子の構成は以下の通りである。
一つあるいは複数の表面に、一つあるいは複数の光電構造を有する光電半導体、次に示す工程を実行して作製された一つあるいは複数の高電構造を有する半導体、
ｎ型シリコンウエハをエネルギー源に曝す工程、前記記載のエネルギー源は、ｎ型シリコンウエハの一部を加熱する
ｎ型シリコンウエハをエネルギー源に曝すことを終了する工程、前記記載の暴露工程と終了工程は、一片の半導体から一つあるいは複数の表面に、一つあるいは複数の光電構造を有する光電半導体を作製する、一つあるいは複数の光電構造は、高伝導率層を含む
一片の半導体下面に熱処理により形成される高伝導率層を防ぐために、前記記載の下面に保護膜のＳｉＣ膜を形成する工程
前記記載のＳｉＣ層上に金属下部電極を形成する工程、金属下部電極とｎ型シリコンウエハの間の金属−半導体の界面にはオームックコンタクトが形成される
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願第１３／８４４，６８６号（代理人整理番号４４６７１−０４７（Ｐ７））、２０１３年２月６日に出願された米国仮特許出願第６１／７６１，３４２号（代理人整理番号４４６７１−０４７（Ｐ７））、２０１２年４月２日に出願された米国仮特許出願第６１／６１９，４１０号（代理人整理番号４４６７１−０３３（Ｐ２））、２０１２年１１月５日に出願された米国仮特許出願第６１／７２２，６９３号（代理人整理番号４４６７１−０３４（Ｐ３））、２０１２年６月４日に出願された米国仮特許出願第６１／６５５，４４９号（代理人整理番号４４６７１−０３５（Ｐ４））、２０１２年１２月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／７３８，３７５号（代理人整理番号４４６７１−０３８（Ｐ５））、２０１２年１０月１７日に出願された米国仮特許出願第６１／７１５，２８３号（代理人整理番号４４６７１−０４１（Ｐ１２））、２０１２年１０月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／７１５，２８６号（代理人整理番号４４６７１−０４３（Ｐ１３））、２０１２年１０月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／７１５，２８７号（代理人整理番号４４６７１−０４４（Ｐ１４））の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、光電変換デバイス、特に、光電変換特性を構造させた光電変換デバイスの構造および簡易な製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来の光電変換素子の製造では、一般的に半導体にいくつかの添加剤が用いられている。それら添加剤は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）を含み、有毒で発がん性のある物質である。それら添加剤を用いる光電変換素子の製造方法は、健康上の問題や環境問題においてリスクが高まっている。そこで光電変換素子の製造でそれら添加剤の減量は、急務である。
【０００４】
また、従来の光電変換素子の製造では、それぞれの工程で異なる装置や様々な工期を要する多段プロセスや様々なプロセスを必要とし、それぞれに管理と材料が必要である。例えば、異なるドーピングプロセスでは、異なる半導体ウエハが利用される。光電変換素子の製造では特に異型のウエハは、それぞれ別に管理される。ウエハのドーピングプロセスと形成の目的は、光電特性を得るためにｐｎまたはｐｉｎ構造を作ることにある。このようにそれぞれの工程は、コストの増大を招く。そこで光電変換素子の製造では、必要な製造工程を減らすか製造工程のコストを減らすことが求められる。
【０００５】
これから説明する方法は、達成可能な方法であり、これまでに着想された方法ではない。従って、特に指示のなき限り、ここに述べられているいかなる方法も、従来技術が含まれているという理由だけで、先行事例に権利があると仮定してはならない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、光電変換特性を持つ新しい素子の製造方法を提供する。本発明は、半導体基板上に一つあるいは複数の光電変換構造を作製する熱処理工程を含み、製造コストを低減することができる。また、本発明は、半導体ウエハ上に低い伝導性の表面と高い伝導性の表面を形成する製造工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の好ましい形態の一例を作図した。好ましい形態は、この作図に制限される物ではない。図中の番号は、同一物質は同じ番号で示した。
【図１】図１は、本発明の製造工程である熱処理中の光電変換素子の断面図である。
【図２】図２は、光電変換構造を形成した後の光電変換素子の断面図である。
【図３】図３は、熱処理により形成した光電変換構造を有する一面を除去した後の光電変換素子の断面図である。
【図４】図４は、光電変換構造を形成した素子の一面にシリサンドを形成した光電変換素子の断面図である。
【図５】図５は、光電変換構造を形成した素子の一面にイオプランテーションを施し活性化処理をした光電変換素子の断面図である。
【図６】図６は、本発明の製造工程である熱処理中のｎ型基板上にｎ＋＋層を形成したウエハの断面図である。
【図７】図７は、ｎ＋＋層上に光電変換構造を形成した後の光電変換素子の断面図である。
【図８】図８は、半導体基板の一面に真性層を形成したウエハの熱処理前後の光電変換素子の断面図である。
【図９】図９は、本発明の製造工程である熱処理中に光電変換構造の形成を抑制するために大きなウエハホルダーを用いたときの光電変換素子の断面図である。
【図１０】図１０は、上記熱処理後の光電変換素子の断面図である。
【図１１】図１１は、両電極を形成した後の光電変換素子の断面図である。
【図１２】図１２は、半導体基板からデバイスまでの本発明の製造工程の一例である。
【図１３】図１３は、図３で示した光電変換素子の開放電圧を熱処理温度の関係を示した実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の記述における多くの具体的な詳細は、本発明の形態をより良く理解するためのものである。当業者により、この具体的な詳細なしでも、あるいは異なる実施方法でも本発明は理解することができる。加えて、いくつかの周知の事実は、不必要な曖昧さを避けるために示していない。
【０００９】
光電変換構造を形成するための熱処理
本発明では、ドーピングされた半導体ウエハは、光電変換構造を形成するために熱処理工程を施される。この熱処理はウエハ中のドーパントの拡散を生じさせ、半導体の伝導率を変化させる。昇温速度、温度、時間、冷却速度など、この熱処理の条件を制御することにより、半導体ウエハ表面に光電変換構造を形成する。
【００１０】
図１は、本発明の製造工程である熱処理中のウエハホルダー１２に保持された半導体ウエハ１０の断面図である。いくつかの実施例では、熱１４はウエハの上面および下面に同時に照射される。ウエハの両面がある境界条件を超えたとき、熱源に曝されたウエハの両面に光電変換する高伝導性層が形成する。
【００１１】
半導体ウエハ１０は、ｎ形シリコンウエハのような、ドーピングされた単結晶シリコンウエハである。このシリコンウエハの厚さは１０μｍ以上である。好ましくは、シリコンウエハの厚さは２００μｍである。半導体ウエハ１０は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）または他の４族半導体である。本発明では、半導体ウエハ１０は、（１００）面の伝導率１〜５Ωｃｍを用いた。
【００１２】
ドーパントエレメントは、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）または他の５族の元素である。一例として、シリコンウエハのリンの濃度は、０．０１ｐｐｂ以上である。本発明では、リン濃度は、標準的な製法により作製されたｎ型シリコンウエハにより供給できる下限が最低値である。また、上限はイオンインプランテーションや拡散法等により加えられる値が上限値である。
【００１３】
本発明によれば、ウエハの加熱は、赤外線加熱、レーザー加熱だけでなく、電気炉加熱など、様々な方法が使用できる。半導体ウエハ１０の加熱方法は、光電変換素子の光電変換特性に影響する。熱処理工程の冷却速度は、光電変換素子の作製において重要な条件となる。一方、昇温速度は、それほど重要でない。
【００１４】
本発明では、光電変換素子の特性は、１５００Ｋ以上の熱処理温度、５分以上の時間、１×１０−３Ｐａの雰囲気のとき最大となった。表１は、本発明の半導体ウエハ１０の熱処理条件である。
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【００１５】
熱処理工程の終了後、半導体ウエハ１０は、図２に示された表層を含む光電変換素子１１に成る。本発明では、熱処理の結果、半導体ウエハ１０に光電変換構造１６と元の半導体バルク層１８、光電変換構造２０が形成され、光電変換素子１１と成る。光電変換構造１６と２０は、その層中に高導電率層を含む。
【００１６】
低導電率層と下面の処理工程
本発明によれば、表１の条件で熱処理することにより、光電変換構造１６と２０がウエハの両面に形成される。光電変換素子１１の下面は、元の半導体ウエハの導電率に成るように処理される。その処理方法は、これらに限定される物ではないが、下面の物理的除去、下面上にシリサイドの形成やイオンインプランテーションなどが挙げられる。この処理による下面の導電率低下は、光電変換素子１１の出力を大幅に向上させる。
【００１７】
本発明によれば、高伝導率層は、光電変換構造２０の一部又は全部を除去することにより、物理的に除去される。図３は、熱処理後、下面除去を施した光電変換素子１１の断面図である。本発明によれば、光電変換構造の除去は、ウエハ表面の物理的ポリッシュ、ケミカルエッチング、あるいは他の研磨方法により行われた。その結果、図３には光電変換構造１６と半導体バルク１８から成る光電変換素子２２が示されている。
【００１８】
本発明によれば、物理的研磨とはシリコン基板を研磨可能なダイヤモンドペーストやアルミナ、シリコンカーバイトのような砥粒で研磨する方法である。熱処理条件は下面の高伝導率層の深さに影響するので、除去する厚さは様々である。また、本発明によれば、下面は１０μｍまで研磨される。光電変換素子１１は、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術により研磨される。物理的研磨とＣＭＰを複合させた方法も光電変換素子１１の下面除去に使用される。
【００１９】
本発明によれば、半導体１０の高伝導率の下面は、ＹＡＧレーザやアルゴンイオンレーザ、固体グリーンレーザ、電子ビームレーザなどレーザの種類にとらわれず、背面をラインスキャンするような方法で、高出力エネルギービームを利用したレーザアブレーションで除去することもできる。このアブレーションは、アブレーション中に発生するフラグメントが上面の光電変換出力層や透明導電層上に飛散し欠陥や半導体基板の表面リークを発生させることを防ぐために、基板の中心部にのみ施される。フラグメントの飛散を低減するために、ポリイミドのような保護膜は、レーザアブレーションを施す前に下面上に形成すし、施術後、剥離し洗浄する。
【００２０】
本発明によれば、ケミカルエッチングは、光電変換素子１１の下面の高伝導率層を除去するために用いられる。ＳｉＮ膜のようなシリコンの保護膜は、エッチング液の暴露から上面を保護するために形成される。光電変換素子１１の下面は、およそ１０μｍの厚さまでエッチングするためにエッチング液に浸される。ここに示される例に限らないが、エッチング液はＫＯＨ、ＮａＯＨまたは硝酸とフッ酸の混合液やそれら溶液が酢酸や水で希釈された溶液が用いられる。これらエッチング液を用いた方法とは別に、ドライエッチング法も利用できる。エッチングにより下面を除去した後、光電変換素子１１の上面を保護していた保護膜は除去される。一例として、ＳｉＮ保護膜の除去には、フッ化水素酸が使用される。
【００２１】
本発明によれば、下面の伝導率を低くするための方法として、熱処理後、光電変換素子１１の背面にシリサイドを形成する方法が用いられる。実施例として、光電変換構造１６、半導体基板１８、光電変換構造２０とシリサイド層２６からなる光電変換素子２４を図４に示す。熱処理後、シリサイドを形成するために、下面に金属膜を先ず成膜する。この金属は、ここに示したものが全てではないが、ニッケル、コバルト、マグネシウム、鉛、プラチナ、鉄、ハフニウム、ロジウム、マンガン、チタン、ジルコニウム、チタニウム、クロム、モリブデン、バナジウム等が挙げられる。下面の金属膜の成膜方法は、スパッタリング、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、真空蒸着、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）など様々なコーティング方法が利用できる。
【００２２】
本発明によれば、成膜された金属は、熱を加えることによりシリサイドを形成する。熱処理温度は、成膜した金属の種類に依存する。例えば、シリコン上にコバルトを成膜した場合、６２０Ｋ、または、それ以上の温度で熱処理することでシリサイドを形成することができる。
【００２３】
下面の高伝導率層を低い伝導率にするために必要なシリサイドの厚さは、高伝導率層の厚さに依存する。例えば、シリサイド層２６の厚さの範囲は、約２０ｎｍから１０μｍである。
【００２４】
本発明によれば、下面の伝導率を低くするための方法として、半導体の一部を部分的にｎ＋＋半導体にするイオンインプランテーションを用いられる。実施例として、光電変換素子１１にイオンインプランテーションを施した光電変換素子２８を図５に示す。熱処理によって作製された光電変換素子１１に、半導体中のドーパントの量を増やす目的で、下面にイオンインプランテーションを施す。例えば、光電変換素子１１はリンをドープされたｎ型半導体なので、リンのイオンインプランテーションを実施する。他の例では、ヒ素を用いる。様々なドーズ量とインプランテーションエネルギーが、設計された濃度を得るために用いられる。本発明では、目的の濃度は、１０２０（ｃｍ−３）である。リンのドーピングは、イオンインプランテーションの代わりに拡散炉を用いたリンの拡散により行うことができる。本発明によれば、イオンインプランテーションの条件は、高エネルギーレベルが１００ｋｅＶから３００ｋｅＶで行い、後の低エネルギーレベルは５ｋｅＶから１０ｋｅＶで行う。最初のイオンインプランテーションは、高伝導率層に深く入るように実施し、表層の濃度を上昇させる。続いてインプランテーションが行われる、ドーパントの活性化が室温そして例えば拡散炉による熱処理により行われる。実施例として、光電変換構造１６、半導体基板１８、光電変換構造２０にイオンインプランテーションを施した層３０からなる光電変換素子２８を図５に示す。
【００２５】
低伝導率層のための下面予防処理工程
本発明によれば、熱処理工程の前工程で、高伝導率層の発生を予防する目的で半導体１０の少なくとも一つの面に予防処理工程を施す。例えば、光電変換素子の下面にある光電変換構造２０の発生を防ぐことを目的とする。熱処理前に行われる予防処理工程は、ここに限定するものではないが、熱処理で下面に高伝導率層の形成を抑制できるｎ  ｏｎ  ｎ＋＋シリコン基板のような特定の半導体ウエハを用いる方法や、下面に保護膜を形成する方法、ある一面に集中的に熱を供給して温度を上昇させる方法、半導体１０を熱源から遮断するようなヒートレザーバー上に設置する方法がある。
【００２６】
図６は、ｎ  ｏｎ  ｎ＋＋シリコンウエハ３２を用いて光電変換素子を作製するための熱処理工程中のウエハ断面図である。本発明では、ｎ  ｏｎ  ｎ＋＋シリコン基板は、先ずｎ＋＋型シリコン基板を作製し、その後、ｎ型シリコンをｎ＋＋形シリコン上に形成して作られる。ｎ＋＋シリコン基板は、チョクラルスキー（ＣＺ）法で作製し、その伝導率は約０．００１Ωｃｍである。ｎ型シリコンは、ｎ＋＋シリコン上にエピタキシャル成長で成膜され、その伝導率は約５Ωｃｍ、厚さは約５μｍである。ｎ＋＋シリコン基板が使われているときは、ｎ＋シリコンウエハや少し低い伝導率の基板が下面の層として使用されることは、本発明から逸脱するものではない。図６に示すように、ｎ  ｏｎ  ｎ＋＋シリコン基板に対して表１の条件下で熱処理が行われ、下面に光電変換構造を生じさせずに上面に光電変換構造１６が作製される。この方法で、ｎ＋＋シリコンバルク３３上に光電変換構造１６が作製された光電変換素子３４を図７に示す。
【００２７】
本発明によれば、図８の上図８００は、熱処理工程中に高伝導率層の生成を防ぐことを目的に、熱処理工程前に、絶縁層または保護膜３６を半導体１０の下面に形成したシリコンウエハを示す。保護膜３６は、スパッタにより成膜されたＳｉＮ膜で厚さは約２０ｎｍである。図８の下図８０２は、熱処理後、光電変換構造１６は、半導体ウエハ１０の上面にのみ形成される様子を示したものである。絶縁層あるいは保護層３６は、太陽電池を完成させる前の次の工程前に除去される。今回の例では、保護膜はＳｉＮ膜であるが、他の材料も本発明の原理に逸脱しなければ使用可能である。例えば、ここに示したものに限定される訳ではないが、シリコン系非有機膜で、ＳｉＣ、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣや金属、合金、有機材料など図１および表１で示した光電変換構造を得るための熱処理工程の温度と同程度あるいはそれ以上の耐熱特性のあるいずれかの材料ならば使用可能である。
【００２８】
本発明によれば、絶縁層３６としてＳｉＣを用いた場合、このＳｉＣ層は光電変換特性に悪影響を及ぼさないので、光電変換素子を太陽電池セルに完成させるために除去する必要はない。例えば、下部電極をＳｉＣでできた絶縁層３６上に作製した場合、絶縁層３６は半導体バルク１８と下部電極間のオーミックコンタクトを形成するバッファー層の役割を担う。このＳｉＣを用いて半導体バルク１８と下部電極間のオーミックコンタクトを形成する方法の詳細は、米国仮特許出願第６１／６５５，４４９号に示されている。
【００２９】
本発明によれば、図９に半導体ウエハ１０をウエハホルダー上に設置する、あるいは、冷却装置が組み込まれた炉体３９、熱を消費する材料あるいは蓄熱材料の上に設置する方法を示す。これら材料は、図１や表１で示された熱処理条件下で熱処理した場合、ウエハ下面が加熱により光電変換構造が生成する境界温度に達することを防いでくれる。例えば、ウエハホルダー３９は、上面が約１５００Ｋ温度に上昇しても、下面温度を約１１００Ｋにすることができる。具体的には、半導体ウエハ１０は、タングステン合金製のウエハホルダー３９上に直接置かれる。または、ウエハホルダー内部に冷却水を通してある。あるいは、ウエハホルダー３９は、冷却水無しでもウエハ下部の温度上昇が生じないように、大きな熱容量をもつ材料で構成される。比較的大きなホルダーは、蓄熱材料として働き、ウエハ下部と下面の熱源からの遮蔽物として働き、本発明の要件に逸脱すること無しに使用することができる。例えば、高い融点を有するモリブデン、タンタル、ニオブあるいは水晶のような非金属は本発明に使用可能である。本発明によれば、大きなウエハホルダー３９とその上の半導体ウエハ１０は、予備加熱炉に導入される。
【００３０】
本発明によれば、図９の熱処理方法を用いれば、ウエハ上面に光電変換構造４０が形成し、ウエハ下面は熱処理に影響されず基板材料はそのままの状態を維持できる。その様子を図１０に示す。
【００３１】
光電変換素子２２の上面の伝導率の低下は光電変換特性の最適化に好ましい。本発明によれば、セルの発電効率は、光電変換構造１６と半導体バルク１８の境界がウエハ上面に比較的近い方が高い。具体的には、その境界の位置が０．５から１．５μｍの間である。その境界の位置がバルク側に深すぎる、あるいは２μｍ以上の場合、セルの発電効率はウエハを透過する光が減少することにより低下し始める。熱処理条件の温度、時間、処理圧力が境界の位置を決定する要因である。
【００３２】
図１１は、光電変換素子４２を用いて、光電変換セルを作製した例である。完成したセル４４は、光電変換素子４２の上面に設置された上部電極４６を含む。より好ましい例では、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯのような透明導電性酸化物（ＴＣＯ）あるいはその他の透光性電極が上部電極として用いられる。透光性の低いあるいは半透明電極は、光電変換セルの発電効率とコストによって選択することもできる。反射防止膜をこの表面（ＴＣＯ層の上）に光の吸収率を向上させ、セルの特性を向上させることを目的に成膜することもできる。
【００３３】
完成したセル４４は、下部電極４８を含む。本発明では、アルミニウムを下部電極４８として用いた。下部電極の厚さは、１から８００μｍと様々であるが、代表例は４００μｍである。下部アルミニウム電極は、物理蒸着（ＰＶＤ、スパッタリング）、スクリーン印刷、インクジェット印刷あるいは他の標準的な印刷方法、または、金属蒸着方法が使用できる。下部電極４８は、光電変換素子４２の下面に直接成膜されるか、バッファー層を介して成膜される。このバッファー層を用いた方法は、米国特許出願第１３／−−に詳細が記載されている。
【００３４】
本発明によれば、図１、６、８および９で記載された熱処理工程で作製された光電変換素子は、この光電変換素子から作製した光電変換セルの光電変換特性を悪化させる結晶中の欠陥を発生させる可能性がある。そこで上記光電変換素子の作製工程の後、低温の熱処理がこれら結晶中の欠陥を減少させ、光電出力の向上を目的に施される。この第２熱処理の温度範囲は、６５０Ｋ以上１０００Ｋ以下である。好ましくは、熱処理は、不活性ガス中に温度８７０Ｋ、１時間の熱処理である。この低温熱処理は、光電変換素子を光電変換セルに完成させる工程の前後どちらでも良い。光電変換セルの作製後にこの低温熱処理を施した場合、下部電極のアルミニウムからバインダー等を除去することも兼ねる。
【００３５】
光電変換素子およびセルの作製工程
本発明における光電変換素子およびセルの全作製工程１２００を図１２に示す。工程１２０２は、ウエハの洗浄工程である。本発明によれば、シリコンウエハの洗浄工程は、フッ酸溶液に浸し、続いて純水で洗浄し、乾燥させる。この工程は、ウエハ表面に残留する酸化物の除去が目的である。
【００３６】
工程１２０４は、熱処理工程である。熱源は、上記記載の表１の条件でウエハの上面および下面を熱する。工程１２０６は、下面の伝導率を低くするための工程である。この下面の伝導率を低くする工程は、ここに記載された方法の限りではないが、下面にシリサイドを形成する方法や上記下面を部分的にｎ＋＋半導体にするイオンインプランテーション等がある。工程１２０６は工程１２０４より先きに実施される場合もある。熱処理工程より先に行われる下面の伝導率を低くする工程とは、ここに記載された方法の限りではないが、熱処理中に下面に高伝導率層の形成を防ぐために、ｎ  ｏｎ  ｎ＋＋シリコンウエハのような特殊な半導体ウエハを用いる方法や同様に下面に保護膜を熱処理前に予め成膜する方法、ウエハの一面に集中的に加熱することにより必要な温度上昇させる、あるいは蓄熱材料等で熱源を遮蔽し下面の温度上昇を抑制す方法などがある。
【００３７】
工程１２０８は、必要に応じて導入される洗浄工程である。工程１２１０は、ウエハ上面に形成された光電変換構造１６上に設けられる表面電極の作製工程である。上記記載の通り、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯのような透明導電性酸化物（ＴＣＯ）あるいはその他の透光性電極が上部電極として用いられる。透光性の低いあるいは半透明電極は、光電変換セルの発電効率とコストによって選択することもできる。
【００３８】
工程１２１２は、光の吸収率を向上させ、セルの特性を向上させることを目的に反射防止膜を上記記載の表面（ＴＣＯ層の上）に成膜する工程である。
【００３９】
工程１２１４は、下部電極の作製工程である。本発明では、アルミニウムを下部電極４８として用いた。下部電極の厚さは、１から８００μｍと様々であるが、代表例は４００μｍである。下部アルミニウム電極は、物理蒸着（ＰＶＤ、スパッタリング）、スクリーン印刷、インクジェット印刷あるいは他の標準的な印刷方法、または、金属蒸着方法が使用できる。工程１２１６は、必要に応じて行うセル特性の評価や試験を行う工程である。
【００４０】
本発明によれば、光電変換セルの特性を開放電圧の値で評価した。図１３に上記記載の方法で作製した光電変換セルの熱処理温度と開放電圧の関係を示す。熱処理温度１３５０Ｋ以上で光電変換セルの特性向上が見られる。特に開放電圧は、１３５０Ｋかそれ以上の温度で、約２倍になっている。
【００４１】
本発明のその他特徴や形態および目的は、図と請求項で述べている。また、本発明のその他の実施方法も本発明および請求項の精神及び範囲に入る。
【００４２】
本発明の好ましい実施形態の上記説明は、例示及び説明のために用いられた。それらは本発明を網羅的にするためでも限定的にするためのものではない。様々な追加、削除、修正がその範囲内に想定される。従って、本発明の請求範囲は、特許請求項の範囲ではなく、上記記載の説明によってなされる。さらに、特許請求項、要素、特徴と同等の意味や範囲に入る全ての変更は、その範囲において含まれるべきものである。
【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７】
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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１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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