(57)【要約】【課題】高温焼結型の導電ペーストにより集電極を形成する場合にも、出力特性が低下するのを抑制することが可能な光起電力装置を提供する。【解決手段】この光起電力装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１と、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面上に形成され、５００℃以上の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストからなる光入射側集電極２と、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側の表面上に形成されたｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の結晶系半導体層と、
前記結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成され、５００℃以上の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストからなる第１集電極と、
前記結晶系半導体層の前記光入射側と反対側の表面上に形成された非単結晶半導体層とを備えた、光起電力装置。
【請求項２】
前記第１集電極に接触する前記結晶系半導体層の表面に形成され、前記結晶系半導体層の前記第１導電型の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高不純物濃度領域をさらに備えた、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記結晶系半導体層の前記光入射側の表面上に形成され、前記結晶系半導体層の表面近傍の欠陥を不活性化する層をさらに備えた、請求項１または２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記非単結晶半導体層の表面上に形成され、３００℃以下の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストからなる第２集電極をさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記非単結晶半導体層は、前記結晶系半導体層の前記光入射側と反対側の表面上に形成された実質的に真性の第１非単結晶半導体層と、前記第１非単結晶半導体層の表面上に形成された第２導電型の第２非単結晶半導体層とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記第２非単結晶半導体層は、０．３原子％以上１０原子％以下の前記第２導電型の不純物を含有するとともに、３ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚みを有する、請求項５に記載の光起電力装置。
【請求項７】
５００℃以上の温度で高温焼結型の導電ペーストを焼成することによって、第１導電型の結晶系半導体層の光入射側の表面上に集電極を形成する工程と、
前記集電極を形成した後に、前記結晶系半導体層の前記光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層を形成する工程とを備えた、光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置およびその製造方法に関し、特に、結晶系半導体層の表面上に非単結晶半導体層が形成された光起電力装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、結晶系半導体層の表面上に非単結晶半導体層が形成された光起電力装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１に開示された光起電力装置では、ｎ型単結晶シリコン基板（結晶系半導体層）の光入射側の表面上に、非単結晶半導体層（ｉ型非晶質シリコン層およびｐ型非晶質シリコン層）と透明導電膜とがこの順番で積層されている。
【０００４】
また、従来、上記特許文献１に開示された構造の光起電力装置において、透明導電膜の表面上に集電極を形成することにより、光起電力装置で生成された電流を集電極を介して外部に取り出すことが可能な構造が知られている。この集電極は、スクリーン印刷法などにより透明導電膜の表面上の所定領域に導電ペーストを塗布した後、その塗布した導電ペーストを焼成することによって形成される。この集電極を形成するための導電ペーストの一例として、３００℃以下の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストが知られている。この低温焼成型の導電ペーストによって集電極を形成した場合には、集電極の抵抗が非常に大きくなるという不都合がある。この場合に、集電極の抵抗を小さくするために集電極の幅を大きくすると、集電極により入射光が遮蔽される面積が大きくなるため、発電が行われる結晶系半導体層へ入射する光の量が減少するという不都合がある。
【０００５】
一方、集電極を形成するための導電ペーストの他の例として、５００℃以上の高温で焼成される高温焼結型の導電ペーストが知られている。この高温焼結型の導電ペーストによって集電極を形成した場合には、低温焼成型の導電ペーストによって集電極を形成した場合に比べて、集電極の抵抗は小さくなるので、上記した低温焼成型の導電ペーストを用いて集電極を形成することによる不都合な点を解消することができる。
【特許文献１】特公平７−９５６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した高温焼結型の導電ペーストを用いて光起電力装置の光入射側に集電極を形成した場合には、高温焼結型の導電ペーストを焼成する際に、光入射側に形成された非単結晶半導体層が５００℃以上の温度に加熱されるという不都合がある。この場合には、５００℃以上の高温の加熱によって、非単結晶半導体層から、欠陥を不活性化させる水素が脱離するため、非単結晶半導体層中の欠陥によるキャリアの再結合が増加するという不都合がある。その結果、光起電力装置の出力特性が低下するという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、高温焼結型の導電ペーストにより集電極を形成する場合にも、出力特性が低下するのを抑制することが可能な光起電力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における光起電力装置は、第１導電型の結晶系半導体層と、結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成され、５００℃以上の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストからなる第１集電極と、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に形成された非単結晶半導体層とを備えている。なお、非単結晶とは、非晶質のみならず、微結晶も含む広い概念である。
【０００９】
この第１の局面による光起電力装置では、上記のように、５００℃以上の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストからなる第１集電極を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成するとともに、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層を形成することによって、第１集電極を形成した後に非単結晶半導体層を形成することが可能になる。これにより、第１集電極を形成する際の５００℃以上の温度が非単結晶半導体層に加えられるのを抑制することができるので、非単結晶半導体層が５００℃以上に加熱されることに起因して非単結晶半導体層から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、非単結晶半導体層の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥に起因するキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、高温焼結型の導電ペーストにより第１集電極を形成する場合にも、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。また、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に形成することによって、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、非単結晶半導体層を介して結晶系半導体層に入射する光は減少される。これにより、非単結晶半導体層の光吸収が大きい場合にも、光起電力装置の光電変換効率が低下するのが抑制されるので、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、非単結晶半導体層の光吸収を大きくすることができる。つまり、非単結晶半導体層の厚みおよび不純物濃度を増加させることができるので、非単結晶半導体層を第２導電型に形成すれば、第１導電型の結晶系半導体層と第２導電型の非単結晶半導体層とにより良好なｐｎ接合を得ることができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
【００１０】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、第１集電極に接触する結晶系半導体層の表面に形成され、結晶系半導体層の第１導電型の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高不純物濃度領域をさらに備えている。このように構成すれば、高不純物濃度領域では第１集電極に対して良好なオーミック接触が得られるので、高不純物濃度領域を介する結晶系半導体層と第１集電極との間の抵抗を小さくすることができる。
【００１１】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成され、結晶系半導体層の表面近傍の欠陥を不活性化する層をさらに備えている。このように構成すれば、結晶系半導体層の表面近傍の欠陥が減少されるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、結晶系半導体層の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。
【００１２】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、非単結晶半導体層の表面上に形成され、３００℃以下の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストからなる第２集電極をさらに備えている。このように構成すれば、第２集電極を形成する際に非単結晶半導体層に３００℃を超える温度が与えられるのを抑制することができる。これにより、非単結晶半導体層が３００℃を超える温度に加熱されることに起因して非単結晶半導体層から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、非単結晶半導体層の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥によるキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、光起電力装置の出力特性が低下するのをより抑制することができる。
【００１３】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、非単結晶半導体層は、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に形成された実質的に真性の第１非単結晶半導体層と、第１非単結晶半導体層の表面上に形成された第２導電型の第２非単結晶半導体層とを含む。このように構成すれば、第１導電型の結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に実質的に真性の第１非単結晶半導体層と第２導電型の第２非単結晶半導体層とがこの順番で積層された光起電力装置において、光入射側に高温焼結型の導電ペーストからなる第１集電極を形成する際の５００℃以上の温度が第１および第２非単結晶半導体層に与えられるのを抑制することができる。これにより、第１導電型の結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に実質的に真性の第１非単結晶半導体層と第２導電型の第２非単結晶半導体層とがこの順番で積層された光起電力装置において、光入射側に高温焼結型の導電ペーストからなる第１集電極を形成する場合にも、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
【００１４】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、第２非単結晶半導体層は、０．３原子％以上１０原子％以下の第２導電型の不純物を含有するとともに、３ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚みを有する。このように構成すれば、容易に、第２非単結晶半導体層の抵抗を小さくすることができるので、容易に、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
【００１５】
この発明の第２の局面における光起電力装置の製造方法は、５００℃以上の温度で高温焼結型の導電ペーストを焼成することによって、第１導電型の結晶系半導体層の光入射側の表面上に集電極を形成する工程と、集電極を形成した後に、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層を形成する工程とを備えている。
【００１６】
この第２の局面による光起電力装置の製造方法では、上記のように、５００℃以上の温度で高温焼結型の導電ペーストを焼成することにより、結晶系半導体層の光入射側の表面上に集電極を形成した後、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層を形成することによって、集電極を形成する際の５００℃以上の温度が非単結晶半導体層に加えられるのを抑制することができるので、非単結晶半導体層が５００℃以上に加熱されることに起因して非単結晶半導体層から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、非単結晶半導体層の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥に起因するキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、高温焼結型の導電ペーストにより集電極を形成する場合にも、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。また、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に形成することによって、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、非単結晶半導体層を介して結晶系半導体層に入射する光は減少される。これにより、非単結晶半導体層の光吸収が大きい場合にも、光起電力装置の光電変換効率が低下するのが抑制されるので、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、非単結晶半導体層の光吸収を大きくすることができる。つまり、非単結晶半導体層の厚みおよび不純物濃度を増加させることができるので、非単結晶半導体層を第２導電型に形成すれば、第１導電型の結晶系半導体層と第２導電型の非単結晶半導体層とにより良好なｐｎ接合を得ることができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。まず、図１を参照して、第１実施形態による光起電力装置の構造について説明する。
【００１９】
第１実施形態による光起電力装置は、図１に示すように、ｎ型の不純物としてリンを含有するｎ型単結晶シリコン基板１を備えている。なお、このｎ型単結晶シリコン基板１は、本発明の「結晶系半導体層」の一例である。また、ｎ型単結晶シリコン基板１は、ＣＺ法（ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法）により形成された単結晶シリコンのインゴッドから採取されたシリコン基板であるとともに、約２×１０１６ｃｍ−３の不純物濃度を有する。また、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面（上面）の全体に渡って、ｎ型単結晶シリコン基板１の不純物濃度（約２×１０１６ｃｍ−３）よりも高い不純物濃度（約１×１０１８ｃｍ−３〜約５×１０１８ｃｍ−３）を有するｎ型高不純物濃度領域１ａが形成されている。なお、このｎ型高不純物濃度領域１ａは、本発明の「高不純物濃度領域」の一例である。また、ｎ型高不純物濃度領域１ａは、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面から約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの深さの領域に形成されている。
【００２０】
また、ｎ型高不純物濃度領域１ａの上面上の所定領域には、約２５μｍの厚みと約７０μｍの幅とを有する光入射側集電極２が形成されている。この光入射側集電極２は、本発明の「集電極」および「第１集電極」の一例である。また、光入射側集電極２は、カーボングラファイトからなるバインダと銀（Ａｇ）粒子とを含有するとともに、約５００℃以上（第１実施形態では約６００℃）の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストによって形成されている。また、光入射側集電極２上と、ｎ型高不純物濃度領域１ａの上面上の光入射側集電極２が形成されていない領域上とには、約７００ｎｍの厚みを有する非晶質シリコン窒化物層からなるパッシベーション層３が形成されている。このパッシベーション層３は、ｎ型単結晶シリコン基板１（ｎ型高不純物濃度領域１ａ）の上面近傍のダングリングボンドなどの欠陥を不活性化する機能を有している。また、パッシベーション層３は、ｎ型単結晶シリコン基板１（ｎ型高不純物濃度領域１ａ）の屈折率（約３．４）に比べて低い屈折率（約２．０）を有していることにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上における光の反射を抑制するための反射防止層としての機能を有している。
【００２１】
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側の表面（下面）上には、約１５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層４が形成されている。このｉ型非晶質シリコン層４は、本発明の「非単結晶半導体層」および「第１非単結晶半導体層」の一例である。また、このｉ型非晶質シリコン層４の厚み（約１５ｎｍ）は、実質的に発電に寄与しない程度の厚みに設定されている。また、ｉ型非晶質シリコン層４の表面（下面）上には、約１０ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層５が形成されている。なお、このｐ型非晶質シリコン層５は、本発明の「非単結晶半導体層」および「第２非単結晶半導体層」の一例である。また、ｐ型非晶質シリコン層５は、ｐ型不純物として約８原子％のホウ素（Ｂ）を含有している。また、ｐ型非晶質シリコン層５の表面（下面）上には、約７０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）層からなる透明導電膜６が形成されている。また、透明導電膜６の下面上の所定領域には、約２５μｍの厚みと約１２０μｍの幅とを有する裏面側集電極７が形成されている。なお、この裏面側集電極７は、本発明の「第２集電極」の一例である。また、裏面側集電極７は、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などからなるバインダと銀（Ａｇ）粒子とを含有するとともに、約２００℃で焼成される低温焼成型の導電ペーストによって形成されている。
【００２２】
図２〜図７は、本発明の第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図７を参照して、第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。
【００２３】
まず、図２に示すように、ｎ型不純物としてリンを含有するとともに、約２×１０１６ｃｍ−３の不純物濃度を有するｎ型単結晶シリコン基板１を準備する。なお、このｎ型単結晶シリコン基板１としては、ＣＺ法により形成された単結晶シリコンのインゴッドから採取したシリコン基板を用いる。そして、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面（上面）上の全体にリンガラス溶液を塗布した後、約２００℃で約３０分間焼成することによって、リンガラス層８を形成する。なお、リンガラス溶液としては、ｎ型不純物としてリンを添加した珪素化合物（Ｐ２Ｏ５：約６．０質量％、ＳｉＯ２：約１ｇ／１００ｍｌ）を有機溶剤に溶かした溶液を用いる。この後、リンガラス層８を窒素雰囲気中において約９００℃〜約１１００℃で約６０分間加熱することにより、リンガラス層８からｎ型単結晶シリコン基板１中へリンを固相拡散（熱拡散）させる。これにより、図３に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面から約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの深さの領域に約１×１０１８ｃｍ−３〜約５×１０１８ｃｍ−３の不純物（リン）濃度を有するｎ型高不純物濃度領域１ａが形成される。
【００２４】
次に、図４に示すように、リンガラス層８を除去した後、スクリーン印刷法により、ｎ型高不純物濃度領域１ａの上面上の所定領域に、カーボングラファイトからなるバインダと銀（Ａｇ）粒子とを含有する高温焼結型の導電ペーストを塗布した後、約５００℃以上の温度（第１実施形態では約６００℃）で焼成することによって、約２５μｍの厚みと約７０μｍの幅とを有する光入射側集電極２を形成する。この後、光入射側集電極２が形成されたｎ型単結晶シリコン基板１を約０．５％のＨＦ水溶液中に約２０秒間浸漬することによって、導電ペーストを焼成する際にｎ型単結晶シリコン基板１の表面に形成された酸化膜を除去する。
【００２５】
次に、図５に示すように、プラズマＣＶＤ法により、ｎ型高不純物濃度領域１ａの上面上の光入射側集電極２が形成されていない領域上と、光入射側集電極２上とに約７００ｎｍの厚みを有する非晶質シリコン窒化物層からなるパッシベーション層３を形成する。この際の具体的な形成条件は、ＮＨ３ガス流量：約６０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量：約１５ｓｃｃｍ、圧力：約５０Ｐａ、パワー：約３００Ｗである。
【００２６】
次に、図６に示すように、プラズマＣＶＤ法により、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側の表面上に約１５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層４と、約１０ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層５とをこの順番で形成する。なお、ｐ型非晶質シリコン層５は、ｐ型の不純物として約８原子％のホウ素（Ｂ）を含有するように形成する。また、この際のｉ型非晶質シリコン層４の具体的な形成条件は、Ｈ２ガス流量：約１００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約２０Ｐａ、パワー：約１５０Ｗである。また、ｐ型非晶質シリコン層５の具体的な形成条件は、Ｈ２ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ４ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、Ｂ２Ｈ６（２％）ガス流量：約２０ｓｃｃｍ、圧力：約２０Ｐａ、パワー：約１５０Ｗである。
【００２７】
次に、図７に示すように、スパッタリング法により、ｐ型非晶質シリコン層５の下面上に約７０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ層からなる透明導電膜６を形成する。この際の具体的な形成条件は、Ａｒガス流量：約１０ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス流量：約１５ｓｃｃｍ、圧力：約１０Ｐａ、パワー：約５００Ｗである。最後に、スクリーン印刷法により、透明導電膜６の下面上の所定領域に、エポキシ樹脂やウレタン樹脂からなるバインダと銀（Ａｇ）粒子とを含有する低温焼成型の導電ペーストを塗布した後、約２００℃で焼成することによって、約２５μｍの厚みと約１２０μｍの幅とを有する裏面側集電極７を形成する。このようにして、図１に示した第１実施形態による光起電力装置が形成される。
【００２８】
第１実施形態では、上記のように、約５００℃以上の温度で高温焼結型の導電ペーストを焼成することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面上に光入射側集電極２を形成した後、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側の表面上にｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５を形成することによって、光入射側集電極２を形成する際の約５００℃以上の温度がｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５に加えられるのを抑制することができるので、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５が約５００℃以上に加熱されることに起因してｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥に起因するキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、高温焼結型の導電ペーストにより光入射側集電極２を形成する場合にも、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。また、約５００℃以上に加熱されることに起因してｎ型単結晶シリコン基板１およびｐ型非晶質シリコン層５の各々からｎ型不純物（リン）およびｐ型不純物（ホウ素）が、それぞれ、ｉ型非晶質シリコン層４へ固相拡散（熱拡散）するのを抑制することができる。これにより、ｐ型非晶質シリコン層５、ｉ型非晶質シリコン層４およびｎ型単結晶シリコン基板１によって形成されるｐｉｎ接合が阻害されるのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性が低下するのをより抑制することができる。
【００２９】
また、第１実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５をｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側の表面上に形成することによって、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５をｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５を介してｎ型単結晶シリコン基板１に入射する光は減少される。これにより、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５の光吸収が大きい場合にも、光起電力装置の光電変換効率が低下するのが抑制されるので、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５をｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５の光吸収を大きくすることができる。つまり、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５の厚みを増加させるとともに、ｐ型非晶質シリコン層５の不純物濃度を増加させることができるので、ｐ型非晶質シリコン層５、ｉ型非晶質シリコン層４およびｎ型単結晶シリコン基板１によって、より良好なｐｉｎ接合を得ることができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
【００３０】
また、第１実施形態では、光入射側集電極２に接触するｎ型単結晶シリコン基板１の表面に、ｎ型高不純物濃度領域１ａを形成することによって、ｎ型高不純物濃度領域１ａでは光入射側集電極２に対して良好なオーミック接触が得られるので、ｎ型高不純物濃度領域１ａを介するｎ型単結晶シリコン基板１と光入射側集電極２との間の抵抗を小さくすることができる。
【００３１】
また、第１実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面上に、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面近傍のダングリングボンドなどの欠陥を不活性化するパッシベーション層３を形成することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面近傍の欠陥が減少されるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、ｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、低温焼成型の導電ペーストを約２００℃の低温で焼成することによりｎ型単結晶シリコン基板１の光入射側と反対側に形成される透明導電膜６の下面上に裏面側集電極７を形成することによって、裏面側集電極７を形成する際にｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５に約２００℃を超える温度が与えられるのを抑制することができる。これにより、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５が約２００℃を超える温度に加熱されることに起因してｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、ｉ型非晶質シリコン層４およびｐ型非晶質シリコン層５の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥によるキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、光起電力装置の出力特性が低下するのをより抑制することができる。また、約２００℃を超える温度に加熱されることに起因してｎ型単結晶シリコン基板１およびｐ型非晶質シリコン層５の各々からｎ型不純物（リン）およびｐ型不純物（ホウ素）が、それぞれ、ｉ型非晶質シリコン層４へ固相拡散（熱拡散）するのを抑制することができる。これにより、ｐ型非晶質シリコン層５、ｉ型非晶質シリコン層４およびｎ型単結晶シリコン基板１によって形成されるｐｉｎ接合が阻害されるのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性が低下するのをより抑制することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。図８を参照して、第２実施形態による光起電力装置の構造について説明する。この第２実施形態による光起電力装置では、上記した第１実施形態による光起電力装置と異なり、ｎ型単結晶シリコン基板１１の光入射側の表面の光入射側集電極２と接触する領域の近傍の領域のみにｎ型高不純物濃度領域１１ａが形成されている。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１１の光入射側の表面の光入射側集電極２近傍の領域以外の領域には、ｎ型高不純物濃度領域１１ａは形成されていない。第２実施形態による光起電力装置のこれ以外の構造は、上記した第１実施形態による光起電力装置の構造と同様である。
【００３４】
図９〜図１１は、本発明の第２実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図９〜図１１を参照して、第２実施形態による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。
【００３５】
第２実施形態による光起電力装置の製造プロセスとしては、図９に示すように、スクリーン印刷法により、ｎ型単結晶シリコン基板１１の光入射側の表面上の所定領域にリンガラス溶液を塗布した後、約２００℃で約３０分間焼成することによって、リンガラス層１８を形成する。この後、窒素雰囲気中において約９００℃〜約１１００℃で約６０分間加熱することにより、リンガラス層１８からｎ型単結晶シリコン基板１１中へリンを固相拡散（熱拡散）させる。これにより、図１０に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１１の光入射側の表面の所定領域に約１×１０１８ｃｍ−３〜約５×１０１８ｃｍ−３の不純物（リン）濃度を有するｎ型高不純物濃度領域１１ａが形成される。また、このｎ型高不純物濃度領域１１ａは、ｎ型単結晶シリコン基板１１の表面から約５０ｎｍ〜約１００ｎｍの深さの領域に形成される。
【００３６】
次に、図１１に示すように、リンガラス層１８を除去した後、ｎ型単結晶シリコン基板１１の表面のｎ型高不純物濃度領域１１ａが形成された領域上に、高温焼結型の導電ペーストからなる光入射側集電極２を形成する。第２実施形態による光起電力装置の上記以外の製造プロセスは、上記した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスと同様である。
【００３７】
第２実施形態では、上記のように、ｎ型単結晶シリコン基板１１の光入射側の表面の光入射側集電極２と接触する領域の近傍の領域のみにｎ型高不純物濃度領域１１ａを形成することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１１の表面全体に渡ってｎ型高不純物濃度領域１１ａを形成する場合に比べて、約１×１０１８ｃｍ−３〜約５×１０１８ｃｍ−３の不純物濃度を有することにより不純物に起因する欠陥の多いｎ型高不純物濃度領域１１ａを小さくすることができる。これにより、ｎ型高不純物濃度領域１１ａの欠陥によって捕獲されるキャリアの数を減少させることができるので、欠陥に捕獲されることによりキャリアが再結合するのを抑制することができる。その結果、ｎ型単結晶シリコン基板１１の光入射側の表面全体に渡ってｎ型高不純物濃度領域を設けた第１実施形態に比べて、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。
【００３８】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【００３９】
たとえば、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板の光入射側と反対側の表面上にｉ型非晶質シリコン層およびｐ型非晶質シリコン層が積層される構造の光起電力装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、結晶系半導体層の光入射側の表面上に高温焼結型の導電ペーストからなる集電極が形成されるとともに、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層が形成される光起電力装置に広く適用可能である。
【００４０】
また、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板の光入射側の表面にｎ型高不純物濃度領域を形成したが、本発明はこれに限らず、ｎ型単結晶シリコン基板の光入射側の表面にｎ型高不純物濃度領域を形成しなくてもよい。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板をｎ型高不純物濃度領域を介することなく光入射側集電極と接触させてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、約２００℃で焼成される低温焼成型の導電ペーストを用いて裏面側集電極を形成したが、本発明はこれに限らず、約３００℃以下の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストであれば、約２００℃以外の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストを用いて裏面側集電極を形成してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、第２非単結晶半導体層としてのｐ型非晶質シリコン層にｐ型不純物としてホウ素を約８原子％含有させたが、本発明はこれに限らず、約０．３原子％以上約１０原子％以下であれば、約８原子％以外の量の不純物を第２非単結晶半導体層に含有させてもよい。
【００４３】
また、上記実施形態では、第２非単結晶半導体層としてのｐ型非晶質シリコン層を約１０ｎｍの厚みに形成したが、本発明はこれに限らず、約３ｎｍ以上約３０ｎｍ以下の厚みであれば、第２非単結晶半導体層を約１０ｎｍ以外のどのような厚みに形成してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層を約１５ｎｍの厚みに形成したが、本発明はこれに限らず、約１０ｎｍ以上約３０ｎｍ以下の厚みであれば、ｉ型非晶質シリコン層を約１５ｎｍ以外のどのような厚みに形成してもよい。なお、ｉ型非晶質シリコン層を約１０ｎｍ以上約３０ｎｍ以下の厚みに形成すれば、容易に、ｉ型非晶質シリコン層の厚み方向の抵抗をキャリアのｉ型非晶質シリコン層の厚み方向への移動を実質的に阻害しない程度の抵抗にすることができる。また、約１０ｎｍ以上約３０ｎｍ以下の厚みは、ｉ型非晶質シリコン層が実質的に発電に寄与しない程度の厚みである。
【００４５】
また、上記実施形態では、非晶質シリコン窒化物層からなるパッシベーション層を約７００ｎｍの厚みに形成したが、本発明はこれに限らず、非晶質シリコン窒化物層からなるパッシベーション層を約８００ｎｍ〜約１０００ｎｍの厚みに形成してもよい。このような厚みに形成すれば、パッシベーション層を反射防止層としてより良好に機能させることができる。
【００４６】
また、上記実施形態では、パッシベーション層を非晶質シリコン窒化物層によって形成したが、本発明はこれに限らず、パッシベーション層を非晶質シリコン層または非晶質シリコン酸化物層によって形成してもよい。なお、パッシベーション層を非晶質シリコン窒化物層により形成した場合には、パッシベーション層を非晶質シリコン層により形成した場合に比べて、パッシベーション層による光吸収損失を低減することができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、裏面側集電極を透明導電膜の下面上の所定の領域のみに形成したが、本発明はこれに限らず、裏面側集電極を透明導電膜の下面上の全体に渡って形成してもよい。
【００４８】
また、上記第２実施形態では、スクリーン印刷法により、ｎ型単結晶シリコン基板の光入射側の表面上の所定領域にリンガラス溶液を塗布することによって不純物を拡散させるためのリンガラス層を形成したが、本発明はこれに限らず、所定のマスクプロセスを用いて、ｎ型単結晶シリコン基板の光入射側の表面上の所定領域に不純物を拡散させるための層を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、１１  ｎ型単結晶シリコン基板（結晶系半導体層）
１ａ、１１ａ  ｎ型高不純物濃度領域
２  光入射側集電極（第１集電極、集電極）
３  パッシベーション層
４  ｉ型非晶質シリコン層（第１非単結晶半導体層、非単結晶半導体層）
５  ｐ型非晶質シリコン層（第２非単結晶半導体層、非単結晶半導体層）
６  透明導電膜
７  裏面側集電極（第２集電極）
８、１８  リンガラス層
【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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