(57)【要約】  光起電力デバイスは、Ｎドープしたシリコン基材を有する第１の半導電性領域（２）と、Ｐドープしたシリコン基材を有する第２の半導電性領域（３）とを備える。２つの半導電性領域は、ＰＮ接合を形成するように構成される。第１の半導電性領域（２）は、ホウ素がまったくなくかつＮ型ドーピング不純物の濃度の２０％に少なくとも等しいＰ型ドーピング不純物の濃度を含む。
2015516115.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  Ｎドープしたシリコンで作られた第１の半導電性領域（２）と、
−  Ｐドープしたシリコンで作られ、前記第１の半導電性領域（２）とＰＮ接合またはＰＩＮ接合を形成するように構成された第２の半導電性領域（３）と
を備えた光起電力デバイスにおいて、
前記第１の半導電性領域（２）がＮ型ドーピング不純物の濃度の２０％に少なくとも等しいＰ型ドーピング不純物の濃度を含むことを特徴とする、光起電力デバイス。
【請求項２】
前記第１のＮ型半導電性領域（２）が、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｔｉから選択された少なくとも第１のドーピング不純物によってドープされ、前記第１のＮ型半導電性領域（２）はホウ素がまったくないことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１のＮ型半導電性領域（２）が、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｌｉから選択された少なくとも第２のドーピング不純物によってドープされることを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記デバイスは、前記第１のＮ型半導電性領域（２）および前記第２のＰ型半導電性領域（３）が内部に形成される単一ブロック（ｍｏｎｏｂｌｏｃｋ）半導体素子を備えることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１のＮ型半導電性領域（２）が、表面上に露出しかつＮ型ドーピング不純物の前記濃度の２０％に少なくとも等しいＰ型ドーピング不純物の濃度を有する１つまたは複数の第１の部分（２）と、前記表面上に露出しかつＮ型ドーピング不純物の前記濃度の２０％未満であるＰ型ドーピング不純物の濃度を有する１つまたは複数の第２のドープした部分（４）とを含むことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
Ｐ型ドーピング不純物の前記濃度が、前記第１の部分（２）および前記第２の部分（４）において同一であることを特徴とする、請求項５に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｐドープしたシリコンから作られた領域とＰＮ接合を形成するＮドープしたシリコンから作られた領域を設けた太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
光起電力デバイスの分野では、一般に、半導体材料内に形成され、バイアスされるＰＮタイプの接合がある。半導体材料によって捕捉されたフォトンの一部は、電子−正孔対へと変換され、これが光起電力デバイスの内部に電流を誘起する。
【０００３】
光起電力デバイスの変換効率を向上させるために、すなわち、入射光エネルギーの所与の量に対して生成される電気エネルギーの量を増加させるために、かなりの量の研究が行われている。しかしながら、得られる改善は、光起電力デバイスの最終価格を制限するために無理のない組み込みコストで、容易に組み込まれることがやはり可能でなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
改善された性能を示し、一方で同時に、製作するために簡単で安価であり続ける光起電力デバイスを提供する必要性が存在することが認められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、
−  Ｎドープしたシリコンから作られた第１の半導電性領域と、
−  Ｐドープしたシリコンから作られ、第１の半導電性領域とＰＮ接合またはＰＩＮ接合を形成するように構成された第２の半導電性領域と
を備え、
第１の半導電性領域がＮ型ドーピング不純物の濃度の２０％に少なくとも等しいＰ型ドーピング不純物の濃度を含む、光起電力デバイスによって実現されるという結果になる。
【０００６】
他の利点および特徴は、非限定的な例の目的のみのために与えられ、添付した図面に表された本発明の特定の実施形態の下記の説明からさらにはっきりと明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】断面で、模式的な方式での光起電力デバイスを表す図である。
【図２】断面で、模式的な方式での光起電力デバイスを表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１および図２に図示したように、光起電力セル１は、シリコンから製作される、すなわち、光起電力セル１は、半導電性領域内に少なくとも５０％のシリコンを含む。さらにいっそう好ましい方式では、光起電力セル１は、基板とも呼ばれる少なくとも第１の半導電性領域２を含む。この第１の半導電性領域２は、シリコン系であり、Ｎドープされる。Ｎ型ドーピングは、１つまたは複数の電気的ドーピング不純物を添加することによって得られることが可能である。これらのＮ型ドーピング不純物は、有利にはＰ、Ａｓ、Ｓｂ、およびＬｉから選択される。
【０００９】
光起電力セル１は、第２のシリコン系半導電性領域３をやはり含む。この第２の半導電性領域３は、Ｐドープであり、第１のＮ型半導電性領域２とＰＮ接合またはＰＩＮ接合を形成するように配置される。Ｐ型の第２の半導電性領域３は、有利にはＢ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、およびＴｉから選択される電気的ドーピング不純物でドープされる。特に有利な実施形態では、第１の半導電性領域は、１マイクロメートルに少なくとも等しい厚さを有する、または第１の半導電性領域は、太陽電池の半導体体積の最大部分を表す。
【００１０】
有利な方式では、Ｐ型の第２の半導電性領域３は、ホウ素原子がまったくない、すなわち、ホウ素濃度が、１０ｐｐｂａ未満である。代替実施形態では、ホウ素原子の濃度は、０．２ｐｐｍａ未満である。この低ホウ素濃度は、ライフタイムに関する光誘起劣化の効果が制限されることを可能にする。
【００１１】
特定の実施形態では、第１のＮ型半導電性領域２は、第２のＰ型半導電性領域３よりもはるかに大きな厚さを有する。第１のＰ型半導電性領域２を有する太陽電池との比較では、第１のＮ型半導電性領域２の使用は、結晶欠陥の電気的影響および、例えば鉄などの金属汚染とも呼ばれる金属不純物の電気的影響が限定されることを可能にする。電気的特性のこの改善は、電子に対するよりも正孔に対するより小さな実効捕獲断面積によって説明されることが可能であるように思われる。
【００１２】
好ましい方式では、光起電力デバイス１は、集めるべき放射光が第２の半導電性領域３を介して入るような方式で配置される。しかしながら、入射放射光が反対側表面を介して入るようにすることもやはり可能である。特に有利な方式では、電気的に活性な光起電力デバイス１の主要部分は、照明下での寄生劣化現象の範囲および金属不純物に関連する電気的特性の劣化の範囲を限定するＮドープした材料によって形成される。特定の実施形態では、初期のＮドープした基板が用意され、次に、Ｐ型領域および付随するＰＮ接合を形成するためにドープされる。太陽電池の形成を容易にするために、Ｐドープした領域は、初期の基板内のＮドープした領域よりも狭い。
【００１３】
特に有利な実施形態では、Ｎ型の主要部分用である第１の半導電性領域２は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｔｉから好ましくは選択されるＰ型ドーピング不純物でやはりドープされる。第１の半導電性領域２は、共ドープされる、すなわち、第１の半導電性領域２は、同様な割合でＰ型ドーピング不純物およびＮ型ドーピング不純物を含む。
【００１４】
第１の半導電性領域２では、Ｐ型ドーピング不純物の濃度は、Ｎ型ドーピング不純物の濃度の２０％に少なくとも等しい。この実施形態が、少数キャリアの拡散率を低下させることを可能にし、これによって少数キャリアの再結合が制限されることを可能にすることを、発明者らは発見した。この効果は、光起電力デバイス内のキャリアのライフタイムの顕著な増加によって表され、これがデバイスの変換効率を向上させることを可能にする。この半導体基板によって形成した光起電力セルは、先行技術によるセルと比較して大きくなった、２つの反対側の面間の電圧を示す。
【００１５】
例の目的で、ＰＮ接合が基板の前表面に近接して配置されると、第１の半導電性領域２の共ドーピングは、裏表面における少数キャリアの再結合が制限されることを可能にする。
【００１６】
共ドープした第１の半導電性領域２、すなわち、明らかに同等の割合で同時に存在するＰ型電気的ドーパントおよびＮ型電気的ドーパントの使用は、セルの変換効率を安価な方式で向上させることが可能であるので、特に有利である。
【００１７】
有利な方式では、第１の半導電性領域２の共ドープした部分は、第１の半導電性領域と第２の半導電性領域との間の界面（ＰＮ接合）からコンタクト接続部が位置する第１の半導電性領域２の反対側表面まで延びる。コンタクト接続部は、１つもしくは複数の金属バンプによってまたは電気的導電性層によって実現されてもよい。コンタクト接続部は、光起電力デバイスから電流を出力するように設計される。例の目的で、コンタクトは、前表面上および裏表面上に配置されることが可能である。
【００１８】
好ましい方式では、第２の半導電性領域３は、ホウ素原子がまったくないまたはホウ素原子の濃度が０．０２ｐｐｍａ未満である。この特殊性は、光起電力デバイスの効率をさらに向上させることを可能にする。
【００１９】
特定の実施形態では、第１のＮ型半導電性領域２は、ドープした部分４、より詳しくは、裏表面を介した電気デバイスの電気的コンタクトを容易にするために基板の裏表面上に露出するより高濃度にドープした部分をやはり含む。ドープした部分４は、Ｎ型ドーピング不純物の濃度の２０％未満であるＰ型ドーピング不純物の濃度を有する。このようにして、半導体材料の表面において、Ｎ型ドーピング不純物の濃度の２０％に少なくとも等しいＰ型ドーピング不純物の濃度を有する第１の部分およびＮ型ドーピング不純物の濃度の２０％未満であるＰ型ドーピング不純物の濃度を有する第２の部分がある。したがって、半導体材料の表面上に広がる異なる抵抗値を有する２つのタイプの部分がある。有利な方式では、Ｐ型ドーパントの濃度は、２つの隣接するＮ型部分内では同一である。これは、抵抗率が減少するという事実のために第２の部分４内に電気的コンタクト接続部を作ることに対して有利である。
【００２０】
別の一実施形態では、第１のＮ型半導電性領域２は、基板の主表面の全体をカバーする単一のドープした部分４を含む。第１の部分の反対側表面は、ＰＮ接合を形成する。この構成では、構造は、下記の方式、Ｐ／Ｎ／Ｎ＋で表されることが可能である。
【００２１】
ドープした部分４は、Ｐ型ドーパントの割合が第１の半導電性領域内のＰ型ドーパントの割合よりも小さい場合に、影響が無視できるように、セルの小さな厚さを表す。一般に、ドープした部分４は、１ミクロン以下の厚さを有する。
【００２２】
例えば、０．１ｐｐｍに等しい濃度でほとんどリンによってのみＮドープされる第１の半導電性領域２を有する太陽電池に関して、例えば、０．０２ｐｐｍａに少なくとも等しい濃度でガリウムによる反対の型のドーピングを有することは、有利である。この太陽電池は、第１の半導電性領域２のＰ型ドーピングのない太陽電池と比較して、改善された効率が達成されることを可能にする少数キャリアのライフタイムの増加を示す。
【００２３】
この特定の光起電力セルは、特に、非常に低濃度にドープした光起電力セルに対応する０．００１〜０．０１ｐｐｍａのリンの範囲内の様々なドーピング・レベルに対して良い結果を示す。良い結果は、中程度にドープした光起電力セルに対応する０．０１ｐｐｍａと０．１ｐｐｍａとの間に含まれるリン濃度を有する光起電力セルに対してもやはり得られている。
【００２４】
同等の結果が、高濃度にドープした光起電力セルに対して、すなわち、０．１ｐｐｍａと１ｐｐｍａとの間に含まれるリン濃度を有するセルに対して得られた。驚くことに、非常に高濃度にドープした光起電力セルもまた、第１の半導電性領域内のリン濃度が１ｐｐｍａと１０ｐｐｍａとの間に含まれるときに非常に良い結果を示した。
【００２５】
上記に示した結果は、リン・ドーピングに関して例示されたが、これらの結果は、任意の他のＮ型電気的ドーパントに対しておよび後者の組合せに対して拡張され得る。これは、この特定の光起電力セルが電子グレード・シリコン、ソーラー・グレード・シリコン、または精製した金属グレード・シリコンでさえも用いて実装されることが可能であるという結果をもたらす。低コストでセルの変換効率を改善することが可能になる。
【００２６】
ところが、少数キャリアのライフタイムは、電気的に活性な不純物の濃度が増加するにつれて次第に低下することが一般に認められており、光起電力セルがドーピング不純物の高い合計濃度を含むときでさえ、光起電力デバイス内のキャリアの許容可能なライフタイムを維持するために、ある手段が見つけられてきている。
【００２７】
第１の半導電性領域２は、単結晶であっても多結晶であってもよい。第２の半導電性領域３は、単結晶であっても多結晶であってもよい。有利な方式では、２つの半導電性領域は、同じ結晶性を示す。ヘテロ接合を有する光起電力セルを形成するために非晶質状態の１つまたは２つの半導電性領域を有することも、やはり想定され得る。
【００２８】
Ｐ型ドーパントの濃度の１０％未満であるＮ型ドーパントの濃度を有する第２のＰ型半導電性領域３を形成することは、有利である。
【００２９】
再び、電気的コンタクト接続（図１）を容易にするために層３の表面上に露出する１つまたは複数のスーパー・ドープした領域５を形成することは、有利である。ドープした領域５は、第２の半導電性層３と同じ型の導電性のものであり、すなわち、ドープした領域５は、残りの第２の半導電性層３よりも低い抵抗率を有するＰ型である。使用する実施形態に応じて、ドープした領域は、基板の全表面をカバーすることが可能である、または１つもしくは複数の領域を形成することが可能である。
【００３０】
特に有利な実施形態では、第１の半導電性領域および第２の半導電性領域は、印加される電場に垂直な方向でのデバイスの全体的な電気的性能を低下させる界面を制限するために、半導体材料の単一のブロックから形成される。さらに有利な方式では、半導体材料のこのブロックは、共ドープされ、初期にはＮ型である、すなわち、多数部がＮ型ドーピングおよび少数部がＰ型ドーピング用であるドーピングを全厚さにわたって含み、Ｐ型ドーパントの濃度はＮ型ドーパントの濃度の２０％と１００％との間に含まれる。
【００３１】
ブロックの表面のうちの１つは、ＰＮ接合、第２の半導電性領域３、および第１の半導電性領域２を形成するために次にドープされる。このようにして、Ｐ型ドーピング不純物の濃度は、第１部分および第２の部分において同一であり、これが、光起電力デバイス内に誘起される電場を抑制（ｍａｓｔｅｒ）することを容易にする。
【００３２】
光起電力セルは、基板の表面のうちの一方の上にまたは基板の２つの反対側の表面上に形成され、外部とセルを接続するように構成された複数のバンプを含む。
【符号の説明】
【００３３】
１  光起電力デバイス
２  第１の半導電性領域
３  第２の半導電性領域
４  第２のドープした部分
５  スーパー・ドープした領域
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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