CN108140680B - 光电转换装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种光电转换装置(101)，其在半导体基板(10)的一个主面上，具有第一导电型区域(1)、第二导电型区域(2)和与它们相接且将两者隔开的边界区域(9)。第一导电型半导体层(61)遍及第一导电型区域(2)的整面和边界区域而设置，第二导电型半导体层(31)遍及第二导电型区域的整面和边界区域而设置。边界区域的整面设有绝缘层(41)。遍及第一导电型区域的整面和边界区域设置第一电极(71)，在第二导电型区域设置第二电极(72)。在形成有第一导电型半导体层的区域不设置第二电极，第二电极与第一电极被隔开。

Description

光电转换装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及光电转换装置及其制造方法。
背景技术
通常的太阳能电池中，在晶体硅基板等半导体基板的受光面侧形成pn结，在其上设置用于回收光载流子的受光面侧电极。为了抑制阴影损失的同时提高受光面整体的光载流子回收效率，以图案状形成太阳能电池的受光面侧电极。但是，由于阴影损失的减少和载流子回收效率的提高存在此消彼长的关系，因此通过受光面侧电极的图案形状的调整来提高转换效率必然存在极限。
鉴于这些，提出了在半导体基板的背面侧(受光面的相反侧的面)设置p型半导体区域和p侧电极、n型半导体区域和n侧电极的背接触型太阳能电池。背接触型太阳能电池由于在受光面侧不存在电极，因此，向半导体基板的光摄入量增大，可实现高的转换效率。
背接触型的太阳能电池中，需要以在背面侧的p型半导体区域和n型半导体区域之间不产生漏电的方式将半导体层和电极进行图案化。通常通过在p型半导体区域和n型半导体区域的边界部分设置分离凹槽而进行图案化。但是，为了可靠地防止漏电而扩大分离凹槽的宽度，则有助于发电的半导体区域和电极的面积变小，不能充分提高转换特性。
鉴于上述问题，专利文献1提出了以下方法：设置p层和n层相互重叠的区域(重叠区域)，在重叠区域中，在p层和n层之间设置绝缘层，从而防止pn间的漏电。专利文献1的背接触型太阳能电池中，通过设置于重叠区域的绝缘层将p层和n层分离，同时通过在重叠区域的中央附近设置电极分离凹槽，将p侧电极和n侧电极进行电分离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:WO2012/132729号册子
发明内容
对于背接触型的太阳能电池，存在通过改良半导体层和电极的图案化方法来进一步高效率化的余地。具体而言，要求减少pn间的漏电的同时，以更大面积形成半导体层和电极而扩大有助于发电的区域，提高光载流子的提取效率。
本发明是鉴于上述课题而完成的发明，其目的在于提供减少漏电电流的同时，能够扩大有助于发电的区域的背接触型的光电转换装置及其制造方法。
本发明的光电转换装置在半导体基板的一个主面上，具有第一导电型区域、第二导电型区域和分别与第一导电型区域和第二导电型区域相接并将两者隔开的边界区域。在半导体基板的一个主面上，具有：遍及第一导电型区域的整面和边界区域而设置的第一导电型半导体层；遍及第二导电型区域的整面和边界区域而设置的第二导电型半导体层；遍及第一导电型区域的整面和边界区域而设置的第一电极；设置于第二导电型区域的第二电极；以及，设置于边界区域的整面的绝缘层。第一导电型半导体层和第二导电型半导体层具有相反的导电型。即，一个是n型，另一个是p型。
第一导电型区域在半导体基板上层叠有第一导电型半导体层和第一电极。第二导电型区域在半导体基板上层叠有第二导电型半导体层和第二电极。边界区域中，在半导体基板上层叠有第二导电型半导体层、绝缘层、第一导电型半导体层和第一电极。绝缘层的第一导电型区域侧的侧面被第一导电型半导体层被覆，第一导电型半导体层和第二导电型半导体层均未被覆第二导电型区域侧的侧面。
在形成有第一导电型半导体层的区域，不设置第二电极，由此将第一电极和第二电极隔开。例如，通过在边界区域不设置第二电极，将第一电极和第二电极隔开。
在优选的方式中，在半导体基板和第一导电型半导体层之间设置第一本征半导体层，在半导体基板和第二导电型半导体层之间设置第二本征半导体层。优选半导体基板的一个主面上的除了边缘的整个区域被第一本征半导体层和第二本征半导体层中的任意一个覆盖。
优选沿着光电转换装置的一个主面上的第一方向，交互设置第一导电型区域和第二导电型区域。
优选在第一方向上，第一电极的宽度D10、第一导电型区域1的宽度D11和第二电极72的宽度D20满足D11≤D20≤D10。在第一导电型区域上设置的第一电极的宽度优选为在边界区域上设置的第一电极的宽度的合计的1.5～15倍。优选在边界区域上形成有第一电极的区域的宽度大于未形成有第一电极的区域的宽度。
优选第一电极和第二电极被分离凹槽隔开，上述分离凹槽在与第一方向正交的第二方向延伸。分离凹槽例如以含有在边界区域上设置的第一导电型半导体层的第二导电型区域侧的端部的方式形成。通过以含有第二导电型区域侧的端部的方式形成分离凹槽，第一导电型半导体层的侧面变为不被电极被覆的状态。在一实施方式中，将第一电极和第二电极隔开的分离凹槽遍及边界区域和第二导电型区域而形成。第二导电型区域上的分离凹槽的宽度优选为50μm以下。第二导电型区域上的分离凹槽的宽度优选为比边界区域上的分离凹槽的宽度小。
在本发明的光电转换装置的制造方法的一方式中，在半导体基板的一个主面上的第二导电型区域和边界区域层叠第二导电型半导体层，在边界区域的第二导电型半导体层上层叠绝缘层，在第一导电型区域和边界区域的绝缘层上层叠第一导电型半导体层，在第一导电型半导体层上和第二导电型半导体层上层叠电极层后，形成用于将电极层分离的分离凹槽。通过将分离凹槽设置于含有边界区域上的第一导电型半导体层的第二导电型区域侧的端部的区域，从而将电极层分离为遍及第一导电型区域的整面和边界区域而设置的第二电极和设置于第二导电型区域且与第一电极隔开的第二电极。
本发明的光电转换装置能够抑制半导体层或电极间的漏电，且由于半导体层和电极的形成面积大，因此有助于发电的区域扩大，光载流子的提取效率优异。
附图说明
图1是从背面侧观察一实施方式的光电转换装置的平面图。
图2是图1的A‐A线截面图。
图3是一实施方式的光电转换装置的边界区域附近的示意截面图。
图4A是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图4B是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图4C是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图4D是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图4E是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图4F是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图4G是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图5是一实施方式的光电转换装置的边界区域附近的示意截面图。
图6是一实施方式的光电转换装置的边界区域附近的示意截面图。
图7是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图8是一实施方式的光电转换装置的边界区域附近的示意截面图。
图9是用于说明光电转换装置的制造方法的示意截面图。
图10是一实施方式的光电转换装置的边界区域附近的示意截面图。
图11是比较例的光电转换装置的边界区域附近的示意截面图。
具体实施方式
图1是从背面侧(受光面的相反侧)观察本发明的一实施方式涉及的背接触型光电转换装置101的平面图。图2是图1的A－A线的截面图。如图1所示，本发明的光电转换装置101在半导体基板10的背面侧具有第一导电型区域1和第二导电型区域2。第一导电型区域1和第二导电型区域2形成为相互咬合的梳齿状或者条带状，优选沿着第一方向(x方向)交互设置。
第一导电型区域和第二导电型区域优选在导电型半导体基板的除了边缘的整个域没有间隙地设置。在第一导电型区域1和第二导电型区域2之间设置边界区域9。边界区域9对应于第一导电型区域和第二导电型区域的图案形状而形成。边界区域9分别与第一导电型区域1和第二导电型区域2相接，将两者隔开。将边界区域9设置于第一导电型区域1和第二导电型区域2的边界部分。因此，如图1所示，在第一导电型区域1和第二导电型区域以在与第一方向正交的第二方向(y方向)延伸的方式被设置的情况下，边界区域9也以在第二方向延伸的方式设置。
半导体基板10是p型或n型的导电型半导体基板。作为半导体基板可举出单晶硅、多晶硅等硅基板或锗、氮化镓等半导体基板。本发明的光电转换装置优选使用p型或n型的单晶硅基板作为半导体基板。半导体基板10作为吸收来自受光面侧的入射光而生成光载流子的光电转换层发挥功能。
在硅基板10的受光面侧优选设置钝化层11。作为设置于硅基板10的受光面侧的钝化层11，优选本征(i型)的非晶硅薄膜。为了有效进行对于硅基板的钝化，钝化层11的膜厚优选为1～20nm左右。在钝化层上可以设置导电型(p型或n型)的硅系薄膜、反射防止层等。
在硅基板10的背面侧设置第二导电型半导体层31，绝缘层41、第一导电型半导体层61，通过将这些各层图案化，形成第一导电型区域1、第二导电型区域2和边界区域9。第一导电型半导体层61和第二导电型半导体层31具有相反的导电型。即，如果第一导电型半导体层61为p型则第二导电型半导体层31为n型，如果第一导电型半导体层61为n型则第二导电型半导体层31为p型。以下，将第一导电型作为n型，将第二导电型作为p型进行说明。
作为第一导电型半导体层的n层61，设置于第一导电型区域(n型区域)1的整面且遍及边界区域9而设置。作为第二导电型半导体层的p层31，设置于第二导电型区域(p型区域)2的整面且遍及边界区域9而设置。边界区域9中，重叠设置p层31和n层61。边界区域9中，为了防止p层和n层的漏电，在p层31上设置绝缘层41，在其上设置n层61。
即，p型区域2是设置p层31，不设置绝缘层41和n层61的区域；n型区域1是设置n层61，不设置p层31和绝缘层41的区域。边界区域9中，从硅基板10侧设置有p层31、绝缘层41和n层61。
绝缘层41设置于边界区域9的整面。换而言之，将设置有绝缘层41的区域定义为边界区域。将在边界区域以外的区域设置有第一导电型半导体层(n层)的区域定义为第一导电型区域(n型区域)，将在边界区域以外的区域设置有第二导电型半导体层(p层)的区域定义为第二导电型区域(p型区域)。
如果光从受光面侧向作为光电转换层的硅基板10入射，则光载流子(空穴和电子)生成，空穴向p层移动，电子向n层移动。本发明的光电转换装置中，p层31和n层61在边界区域9重叠，没有间隙地配置于硅基板10的背面侧，因此可效率良好地回收在硅基板10生成的光载流子。
作为第一导电型区域的n型区域1中，在n层61上设有第一电极71(n侧电极)，作为第二导电型区域的p型区域2中，在p层31上设有第二电极72(p侧电极)。向n层61移动的电子在n侧电极71被回收，向p层31移动的空穴在p侧电极72被回收。在电极被回收的载流子，介有在电极上设置的布线材料(未图示)被提取至外部。
n层61上的n侧电极71设置于n型区域1的整面。因此，光电转换装置101遍及n型区域1的整面，在硅基板10上设置n层61和n侧电极71。n侧电极71遍及边界区域9而设置。因此，边界区域9的与n型区域1相接的侧，在硅基板10上层叠有作为第二导电型半导体层的p层31、绝缘层41、作为第一导电型半导体层的n层61和作为第一电极的n侧电极71。另一方面，图2示出的光电转换装置101中，在边界区域9的与p型区域2相接的侧的端部，不设置n侧电极71，在硅基板10上层叠有p层31、绝缘层41和n层61。
p层31上的p侧电极72设置于p型区域2的整面或一部分。图2示出的光电转换装置101中，在p型区域2的与边界区域9相接的部分不设置p侧电极72。因此，p型区域2具有在硅基板10上设置有p层31和p侧电极72的区域和在p层31上不设置p侧电极的区域。
作为第二电极的p侧电极72与作为第一导电型半导体层的n层61不相接。第一电极71和第二电极72被分离凹槽79隔开，上述分离凹槽79以含有在边界区域9上设置的n层61的p型区域2侧的端部69的方式形成。如图2所示，在绝缘层41的侧面和n层61的侧面的位置对齐的情况下，分离凹槽79以含有边界区域9和p型区域2相接的部分的方式形成。图2中，遍及边界区域9和p型区域2设置分离凹槽79。
分离凹槽79沿着边界区域9的延伸方向设置。即，在第一导电型区域和第二导电型区域以及将它们隔开的边界区域9在第二方向(y方向)延伸的方式设置的情况下，分离凹槽79也以在第二方向延伸的方式设置。
使用单晶硅基板的光电转换装置中，如图2示出的光电转换装置101那样，优选在n层61的硅基板10侧设置第一本征半导体层51，在p层31的硅基板10侧设置第二本征半导体层21。第一本征半导体层51与n层61同样地图案化，第二本征半导体层21与p层31同样地图案化。这些本征半导体层不直接影响载流子回收，但是通过在硅基板10的表面设置本征半导体层，能够得到对于硅基板进行钝化的效果。另外，图2示出的光电转换装置101中，通过利用i层51覆盖p层31的侧面，还有助于p层31和n层61之间的漏电防止。作为本征半导体层21，51，与上述的钝化层11同样，优选本征非晶硅薄膜。
图2示出的光电转换装置101中，i层21和p层31的侧面未被绝缘层41被覆，绝缘层41不与硅基板10相接。i层21和p层31的侧面被设置于n层61下的第一本征半导体层51所覆盖。该方式中，遍及n型区域1、p型区域2和边界区域9的整体，与硅基板10相接地设置i层21或i层51。即，由于在硅基板10的背面侧的表面无间隙地设置本征半导体层，因此对于硅基板的钝化效果提高，能提高光电转换装置的转换效率。
图3是图2的光电转换装置的边界区域附近的扩大图。图2中，出于简化图示的目的，通过将n型区域1的本征半导体层51的厚度较大地绘制而使单一的层的上表面的高度设成了一致，但是在通过溅射、CVD等干法形成各层的情况下，边界区域9上和n型区域1上的本征半导体层的膜厚基本相同。因此，如图3所示，n型区域1和边界区域9相接的部分形成有高度差。
在n型区域1侧的侧面的高度差部分中，绝缘层41介由i层51被n层61所被覆。图3示出的方式中，绝缘层41的n型区域1侧的侧面被i层51，n层61和n侧电极71被覆。另一方面，p层31和n层61均不被覆绝缘层41的p型区域2侧的侧面。如图3所示，在将第一电极71和第二电极72隔开的分离凹槽79a，79b遍及边界区域9和p型区域2而设置的情况下，绝缘层41与第二电极72被隔开。即，由于与绝缘层41的p型区域2侧相接设置分离凹槽79b，因此绝缘层41的p型区域2侧的侧面，与所有半导体层和电极不相接。
本发明的光电转换装置中，p型区域2上的p层31遍及边界区域9而形成，被设置在硅基板10和绝缘层41之间。n型区域1上的n层61遍及边界区域9而形成，并且通过在绝缘层41上设置，将绝缘层41的侧面被覆。除了n层61，n侧电极71也遍及边界区域9而形成，因此电极面积大，载流子回收效率优异，能提高光电转换装置的填充因子。此外，不仅在n型区域上，而且在边界区域9上，n层61也被n侧电极71覆盖，因此n侧电极作为n层的阻挡层发挥作用，可抑制载流子寿命的降低，提高光电转换装置的开路电压。另外，半导体层上形成的电极也作为防止环境中的水蒸气、布线材料等所含有的金属元素的侵入的阻挡层而发挥作用，因此模块化后的可靠性优异。
图11示出的比较例中，在边界区域209的中央附近设置分离凹槽279。该方式中，在边界区域209的n型区域201侧设置n侧电极271，在p型区域202侧设置p侧电极272。边界区域209上的p侧电极272形成区域为在n层261上设置p侧电极272，是对载流子回收没有影响的区域。如果对载流子回收没有影响的区域的面积增大，则光电转换装置的转换效率降低。
另一方面，本发明的光电转换装置中，以含有边界区域9上的n层61的端部69的方式，设置分离凹槽79，将n侧电极71和p侧电极72隔开。n侧电极71设置于n层61上，不与p层31相接，p侧电极72设置于p层31上，不与n层61相接。因此，可有效减少漏电，并且电极形成部分没有浪费，载流子回收效率优异，并且半导体层的露出面积小，基于电极的半导体层的保护性优异。
另外，图11示出的方式中，为了防止漏电，除了电极271，272，n层61，261也需要通过分离凹槽279分离。由于在将电极分离后需要将n层分离，因此制造工序变得繁杂。与此相对，在本发明的光电转换装置的形成中，仅以除去n层61的端部69及其附近的电极层的方式设置分离凹槽79就能将p型区域和n型区域进行电分离，无需在将电极分离后将半导体层分离。因此，本发明的光电转换装置能将图案化的工序简化，生产性也优异。
图11示出的方式中，为了可靠地将n层61，261分离，需要增宽分离凹槽279的宽度，与之相伴也需要扩大边界区域9的宽度。由于边界区域正下方生成的光载流子的介由半导体层而被电极提取为止的移动距离长，因此与p型区域、n型区域相比，边界区域9的光生成载流子的回收效率低。因此，为了得到转换特性优异的背接触型的光电转换装置，优选能够可靠地防止漏电，且边界区域的宽度小。
本发明的光电转换装置仅通过以含有n层61的p型区域2侧的端部69的方式设置分离凹槽79就能将p型区域和n型区域进行电分离，即使在边界区域9的宽度(绝缘层41的宽度)小的情况下，也能可靠地防止漏电。因此，本发明的光电转换装置，除了生产性优异，而且还能够缩小边界区域的宽度，与之相伴可提高转换特性。
如图1和图2所示，在沿着光电转换装置的面内的一方向(x方向)交互配置第一导电型区域1和第二导电型区域2的情况下，x方向的第一电极71的宽度D10、第一导电型区域1的宽度D11和第二电极72的宽度D20优选满足D11≤D20≤D10。
图2示出的方式中，仅在第二导电型区域2形成第二电极72，因此第二电极72遍及宽度D20的整体可有效回收载流子。另外，第一电极71中，在D11的第一导电型区域1形成的部分也与第二电极72同样能有效回收载流子。另一方面，边界区域9上的第一电极发挥辅助回收未被第一导电型区域上的电极回收的载流子的作用。因此，通过设置为D11≤D20≤D10，使p侧电极回收的空穴的量与n侧电极回收的电子的量平衡，可减少电阻。
第一电极71的整个宽度D10中，第一导电型区域1上设置的第一电极的宽度D11优选为边界区域9上设置的第一电极的宽度(D12a+D12b)的1.5～15倍，更优选为3～12倍。通过将D11和(D12a+D12b)的比设定为上述范围，可将边界区域上设置的第一电极产生的载流子回收量设为有效的范围。
在通过分离凹槽79可将第一电极和第二电极可靠地隔开的范围内，边界区域9的宽度优选尽可能的小。边界区域9的宽度优选为300μm以下，更优选为200μm以下，进一步优选为100μm以下。边界区域的宽度的下限没有特别限制，考虑图案化精度设定即可。从通过分离凹槽79将第一电极和第二电极可靠地隔开的观点出发，边界区域9的宽度优选为30μm以上，更优选为50μm以上。
在边界区域9中，第一电极形成区域的宽度D12和第一电极非形成区域的宽度D91优选满足D91≤D12(参照图3)。通过减小电极非形成区域的宽度D91，电极面积变大，提高载流子回收效率，并且第一导电型半导体层的露出面积变小，因此可提高光电转换装置的耐久性。应予说明，边界区域9的第一电极非形成区域与边界区域9的分离凹槽79a的形成区域相等。
在第二导电型区域2上的分离凹槽79b的正下方，第二导电型半导体层31露出。如前述所示，第二导电型区域遍及宽度方向的整体能够有效回收载流子，因此尽可能减小第二导电型区域2的第二导电型半导体层31的露出部分的面积，第二导电型半导体层31的大致整面优选被第二电极72覆盖。另外，如果第二导电型半导体层31的大致整面被第二电极72覆盖，则可大幅抑制载流子寿命的降低。第二导电型区域2上的分离凹槽79b的宽度D92优选为50μm以下，更优选为20μm以下，进一步优选为10μm以下。第二导电型区域2上的分离凹槽79b的宽度D92理想的是0，但是为了将第一电极和第二电极可靠地隔开，D92优选为1μm以上，进一步优选为3μm以上。
在分离凹槽79遍及边界区域9和第二导电型区域2而形成的情况下，第二导电型区域2上的分离凹槽79b的宽度D92优选比边界区域9上的分离凹槽79a的宽度D91小。在第二导电型区域2的分离凹槽79b的正下方，第二导电型半导体层31露出，在边界区域9的分离凹槽79a的正下方，第一导电型半导体层61露出。如前述所示，第二导电型区域2是遍及宽度方向的整体能够有效回收载流子的区域，因此第二导电型区域2上的分离凹槽79b的宽度D92优选尽可能小。另一方面，边界区域9上的分离凹槽79a的形成位置是最偏离第一导电型区域1的位置，因此到达分离凹槽79a正下方的第一导电型半导体层61的载流子量比到达第二导电型区域2的分离凹槽79b正下方的第二导电型半导体层31的载流子量少。因此，确保用于可靠地将第一电极71和第二电极72隔开的分离凹槽79的宽度的同时，将分离凹槽79的宽度方向的中心设置于边界区域9侧，设为D92≤D91，从而可提高光电转换装置的转换特性。
在光电转换装置的形成过程中，通过选择半导体层和电极层的形成方法、图案化方法，可调整第一导电型区域、第二导电型区域和边界区域的宽度、电极的宽度以及分离凹槽的宽度。以下，边参照图4A～G，边例示光电转换装置101的制造方法。
首先，准备半导体基板10。在使用单晶硅基板作为半导体基板的情况下，硅基板的厚度优选为100～300μm左右。单晶硅基板可以是p型也可以是n型，但是在使用n型单晶硅基板的情况下，存在转换效率更加变高的趋势。硅基板10的形状通常是图1示出的大致正方形状(半正方型)，但是不局限于此。
为了增大光摄入量，在硅基板的受光面优选形成凹凸高度为0.5～10μm左右的纹理结构(未图示)。在硅基板的背面侧也可以形成纹理结构。例如，通过晶体硅的各向异性蚀刻形成纹理结构。
如图4A所示，在硅基板10的受光面侧根据需要形成钝化层11。在钝化层11上还可以设置导电型半导体层、反射防止层(未图示)等。这些薄膜优选通过CVD、溅射等干法形成。应予说明，向硅基板10的受光面侧的各层的形成可以在向背面侧的半导体层、电极层的形成的前后任意进行，也可以在向背面侧的半导体层、电极层的途中，进行向受光面侧的钝化层等的形成。
在作为钝化层11形成i型非晶硅层时，向腔内导入SiH4、Si2H6等含有硅的气体或者将含有硅的气体进行氢稀释的混合气体作为原料气体，进行利用等离子体CVD的制膜。CVD条件，例如，采用基板温度100～300℃、压力20～2600Pa、高频功率密度0.004～0.8W/cm2的条件。钝化层11的膜厚优选为1～20nm左右。
进行导电型的硅系薄膜的制膜时，除了上述原料气体，还使用B2H6或PH3等作为掺杂气体即可。另外，通过将CH4、CO2、NH3、GeH4等含有不同元素的气体添加至上述气体，可将碳化硅、氧化硅、氮化硅、硅锗等硅合金进行制膜。导电型硅系薄膜的膜厚优选为3～50nm左右。
作为反射防止层，优选使用光透过性高的绝缘性材料。例如，优选二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、赛隆(SiAlON)、氧化铝(Al2O3)等。考虑到反射防止特性、光透过率等，反射防止层的膜厚优选设定为50nm～1μm左右的范围。反射防止层除了CVD法，还可以通过溅射等PVD法、湿法来形成。
以下以作为第一导电型半导体层形成n层，作为第二导电型半导体层形成p层的情形为例，对向背面侧形成各层的工序进行说明。
作为背面侧的i层21，51，优选形成非晶硅薄膜。作为p层31和n层61，优选形成非晶硅、非晶硅合金、微晶硅、微晶硅合金等薄膜。作为硅合金，如前述所示，可举出碳化硅、氧化硅、氮化硅、硅锗等。这些硅系薄膜优选通过等离子体CVD法形成。i层的膜厚优选为1～20nm左右。p层和n层的膜厚优选为2～50nm左右。
作为绝缘层41，与上述反射防止层同样地优选使用绝缘性材料。应予说明，设置于背面侧的绝缘层41，不需要为光透过性，可使用光反射性、光吸收性的材料。绝缘层41的膜厚优选为2nm～1μm左右。绝缘层除了CVD法，还可以通过溅射法等PVD法、湿法形成。
在导电型硅薄膜上形成的电极优选为由透明导电性氧化物(TCO)构成的透明导电层。作为TCO，优选为氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)或者它们的复合氧化物。TCO可以掺杂Sn、Zn、W、Sb、Ti、Al、Ga、Ce等掺杂料。这些化合物中特别优选为氧化铟锡(ITO)。透明导电层的厚度优选为10nm～100nm左右。透明导电层可通过溅射法、MOCVD法等形成。
在透明导电层上可以形成Cu，Ag，Al，Sn等金属层。金属层可通过溅射法等PVD法、电镀法、印刷法等形成。在透明导电层上设置金属层时，该膜厚优选为50nm～10μm左右。
以下，参照图4B～G，对向硅基板10的背面形成ip层3、绝缘层41、in层5和电极71，72的工序进行说明。
首先，如图4B所示，在与硅基板10上的第二导电型区域2和边界区域9对应的区域，形成i层21和p层31。此外，在p层31上形成绝缘层40。ip层3和绝缘层40被图案化，在与第二导电型区域和边界区域对应的区域(区域2a)形成，不形成于与第一导电型区域1对应的区域。
作为形成被图案化的ip层和绝缘层的方法，可举出通过掩模将与第一导电型区域1对应的区域遮蔽，仅在区域2a形成ip层和绝缘层的方法或者通过蚀刻等将在硅基板10上的整面形成的各层图案化的方法。
通过蚀刻将ip层和绝缘层图案化时，首先，通过蚀刻将第一导电型区域1的绝缘层除去。例如，在第一导电型区域1形成具有开口的抗蚀剂膜，通过将抗蚀剂膜作为掩模进行湿式蚀刻，将绝缘层图案化即可。绝缘层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等硅系材料时，使用氢氟酸(HF)作为蚀刻剂即可。
将绝缘层蚀刻后，将图案化的绝缘层40作为掩模，将在其开口部露出的ip层进行蚀刻，则能够以绝缘层40和ip层3的端面对齐的方式进行图案化。p层和i层的蚀刻优选使用含有氢氟酸(HF)的酸性水溶液，其中优选使用氢氟酸和硝酸的混酸。
接着，如图4D所示，在与第一导电型区域1和边界区域9对应的区域，形成i层51和n层61。in层6在第一导电型区域1中形成在硅基板10上，in层6在边界区域9形成在绝缘层41上。作为形成图案化的in层的方法，可举出通过掩模将与第二导电型区域2对应的区域遮蔽进行制膜的方法或者如图4C所示，在整面形成in层后，通过蚀刻等进行图案化的方法。in层的蚀刻优选使用NaOH等碱性水溶液。
其后，将in层6作为掩模，使用HF等将在属于其开口部的第二导电型区域2露出的绝缘层40进行蚀刻除去，从而进行图案化。如图4E所示，在将绝缘层40除去的第二导电型区域2中，ip层3露出。
接着，如图4F所示，在第二导电型区域的p层31上以及第一导电型区域1和边界区域9的n层61上，形成电极层70。
其后，通过将在第一导电型半导体层61的端部69上设置的电极层70除去，形成分离凹槽79。分离凹槽79的宽度D90优选为5～50μm左右。如图4G所示，分离凹槽79的形成区域包括第一导电型半导体层61的侧面，第一导电型半导体层61的侧面未被电极所被覆，是露出的。通过该分离凹槽79，将电极层分离为第一电极71和第二电极72，上述第一电极71遍及第一导电型区域1的整面和边界区域9而设置，第二电极72设置于第二导电型区域2。透明导电层的蚀刻使用含有盐酸和氯化铁的蚀刻液等。
形成分离凹槽79的区域只要含有第一导电型半导体层61的端部69，则仅可以是边界区域9，也可以含有边界区域9和第二导电型区域2。从将第一电极71和第二电极72可靠地隔开且防止p层31和n侧电极71的漏电与n层61和p侧电极72的漏电的观点出发，分离凹槽79优选遍及边界区域9和第二导电型区域2两者而形成。特别是在绝缘层41的侧面的位置和n层61的侧面的位置对齐的情况下，分离凹槽79优选遍及边界区域9和第二导电型区域2两者形成。另一方面，如图6，7，10所示，n层61的侧面在边界区域9内位于比绝缘层41的侧面还靠近内侧时，分离凹槽79可以仅在绝缘区域9内形成，在第二导电型区域不形成。
如前述所示，第二导电型区域2上的分离凹槽79b的宽度D92优选尽可能小，优选比边界区域9上的分离凹槽79a的宽度D91小。将电极层蚀刻时，通过将蚀刻区域的宽度方向的中心设置于比边界区域9和第二导电型区域2相接的部分还靠近边界区域9侧，从而能确保用于将第一电极和第二电极可靠地隔开的分离凹槽的宽度D90的同时，可减小第二导电型区域2上的分离凹槽79b的宽度D92。
如上述所示，如果以含有第一导电型半导体层61的端部69的方式形成分离凹槽79，则可将第一电极和第二电极隔开，除此以外，也可排除p层31和n侧电极71的漏电与n层61和p侧电极72的漏电。因此，本发明的方法中，将电极层蚀刻后，不需要进一步将p层、n层蚀刻，可简化光电转换装置的生产工序。
另外，由于以含有第一导电型半导体层的端部方式进行蚀刻即可，因此即使在边界区域9的宽度小的情形下，蚀刻位置的调整也容易。因此，与图11示出的比较例那样的在边界区域209的中央设置分离凹槽279的方式相比，工艺余量大，生产性优异，并且容易提高生产率。
按照上述制造而形成的光电转换装置，在电极71，72上设置有指状电极、母线电极等金属电极，介由布线材料等将多个电池连接而模块化。金属电极可以在电极71，72上的整面上形成，也可以在一部分上形成。金属电极的形成方法没有特别限制，可采用印刷法、电镀法等公知的方法。
以上，以第一导电型半导体层为n层，第二导电型半导体层为p层的情形为中心进行了说明，但是本发明的光电转换装置中，也可以是第一导电型半导体层为p层，第二导电型半导体层为n层。
图2和图3示出的方式中，在第一导电型区域1和边界区域9的边界存在第二导电型半导体层31的端部，在第二导电型区域2和边界区域9的边界存在第一导电型半导体层61的端部。即，绝缘层41的一侧的侧面与p层的侧面对齐，绝缘层41的另一侧的侧面与n层的侧面对齐。该方式能够将被图案化的绝缘层作为掩模而蚀刻导电型半导体层，并能够将被图案化的导电型半导体层作为掩模而蚀刻绝缘层。因此，具有基于蚀刻的各层的图案化容易的优点。
应予说明，本发明的光电转换装置中，绝缘层的端面和导电型半导体层的端面不一定是一致的。例如，图5所示，绝缘层41上的第一导电型半导体层61的第二导电型区域2侧的端部69位于比绝缘层41的侧面还靠近内侧。这种情况下也能通过以含有第一导电型半导体层的端部69的方式形成分离凹槽79而将第一电极71和第二电极72分离。
如图5所示，将绝缘层41比第一导电型半导体层61的端部69还向外侧突出设置时，能将第二导电型区域2的分离凹槽79的宽度进一步减小。因此，第二导电型半导体层31的露出面积减少，可期待载流子寿命的提高。另外，将绝缘层41比第一导电型半导体层61的端部69还为外侧地形成时，可以在第二导电型区域2不设置分离凹槽79，绝缘层41和第二电极72可以相接。
例如，图6所示，即使以与边界区域9的绝缘层41的端部重叠的方式形成第二电极72，只要以除去第一导电型半导体层61的端部69上的电极的方式形成分离凹槽79，则第一电极71和第二电极72被隔开，且第一导电型半导体层61和第二电极72被隔开，因此能防止漏电。该方式中，第二导电型半导体层31的整面被第二电极72覆盖，第二导电型半导体层没有露出，因此能够进一步提高载流子寿命。另外，在第二导电型区域的整面形成第二电极，因此载流子回收效率也得到提高。
作为将绝缘层41比第一导电型半导体层61的端部69还向外侧突出设置的方法，在将第一导电型半导体层61之下露出的绝缘层40进行蚀刻时(参照图4D)，使绝缘层40的蚀刻宽度小于不形成第一导电型半导体层61的区域的宽度即可。由此，如图7所示，在从第一导电型半导体层61的端部69突出的区域，也能残留绝缘层41。
如图8所示，第二导电型半导体层31的侧面可以被绝缘层41覆盖。图2和图3示出的方式中，由于第二导电型半导体层31的侧面被本征半导体层51覆盖，不与第一导电型半导体层61直接相接，因此抑制pn间的漏电。另一方面，如图8所示那样第二导电型半导体层31的侧面被绝缘层41被覆，则能更可靠地防止pn间的漏电。
作为通过绝缘层将第二导电型半导体层31的侧面被覆的方法，如图9所示，预先在被图案化的第二导电型半导体层31上，形成绝缘层43即可。例如，预先将第二导电型半导体层31图案化，在其上整面形成绝缘层43后，以与第二导电型半导体层的宽度相比残留宽度更大的方式，将区域1的绝缘层蚀刻除去，从而能够通过绝缘层43被覆第二导电型半导体层31的侧面。
本发明的光电转换装置中，如图10所示，可以将绝缘层41设置成比第一导电型半导体层61的端部69还向外侧突出且通过绝缘层43被覆第二导电型半导体层31的侧面。
如上述所示，即使是绝缘层41的端面和导电型半导体层的端面不一致的情形下，通过以含有绝缘层41上的第一导电型半导体层61的第二导电型区域2侧的端部69的方式形成分离凹槽，从而能以第一电极71和第二导电型半导体层31不接触且第二电极72和第一导电型半导体层61不接触的方式进行图案化。因此，可得到防止pn间的漏电且电极面积大，转换特性优异的背接触型的光电转换装置。
符号的说明
1 第一导电型区域
2 第二导电型区域
9 边界区域
10 半导体基板(单晶硅基板)
31 第二导电型半导体层(p层)
61 第一导电型半导体层(n层)
41 绝缘层
21，51 本征半导体层(i层)
71 第一电极
72 第二电极
79 分离凹槽
101 光电转换装置

Claims (15)

1.一种光电转换装置，其特征在于，在半导体基板的一个主面上，具有第一导电型区域、第二导电型区域和分别与第一导电型区域和第二导电型区域相接并将两者隔开的边界区域，其中，
在所述半导体基板的一个主面上，具有：
遍及所述第一导电型区域的整面和所述边界区域而设置的第一导电型半导体层；
遍及所述第二导电型区域的整面和所述边界区域而设置的、具有与所述第一导电型半导体层相反的导电型的第二导电型半导体层；
遍及所述第一导电型区域的整面和所述边界区域而设置的第一电极；
在所述第二导电型区域设置的、与所述第一电极隔开的第二电极；和
在所述边界区域的整面设置的绝缘层；
所述第一导电型区域在所述半导体基板上依次具有所述第一导电型半导体层和所述第一电极，
所述第二导电型区域在所述半导体基板上依次具有所述第二导电型半导体层和第二电极，
所述边界区域在所述半导体基板上依次具有所述第二导电型半导体层、绝缘层、第一导电型半导体层和第一电极，
所述绝缘层的第一导电型区域侧的侧面被所述第一导电型半导体层被覆，所述第一导电型半导体层和所述第二导电型半导体层均未被覆所述绝缘层的第二导电型区域侧的侧面，
在形成有所述第一导电型半导体层的区域不设置所述第二电极。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中，所述第一电极和所述第二电极被分离凹槽隔开，所述分离凹槽以含有所述边界区域的所述第一导电型半导体层的所述第二导电型区域侧的端部的方式形成。
3.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中，在所述边界区域不设置所述第二电极。
4.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中，在所述半导体基板和所述第一导电型半导体层之间具有第一本征半导体层。
5.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中，在所述半导体基板和所述第二导电型半导体层之间具有第二本征半导体层。
6.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中，在所述半导体基板和所述第一导电型半导体层之间具有第一本征半导体层，
在所述半导体基板和所述第二导电型半导体层之间具有第二本征半导体层，
所述半导体基板的一个主面上的除了边缘的整个区域被所述第一本征半导体层和所述第二本征半导体层中的任意一个覆盖。
7.根据权利要求1或2所述的光电转换装置，其中，沿着所述光电转换装置的一个主面上的第一方向，交互设置所述第一导电型区域和所述第二导电型区域。
8.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中，在所述第一方向上，第一电极的宽度D10、第一导电型区域1的宽度D11和第二电极72的宽度D20满足D11≤D20≤D10。
9.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中，在所述第一方向上，在第一导电型区域上设置的第一电极的宽度为在边界区域上设置的第一电极的宽度的合计的1.5～15倍。
10.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中，在所述第一方向上，在所述边界区域上形成有所述第一电极的区域的宽度大于未形成有所述第一电极的区域的宽度。
11.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中，所述第一电极和所述第二电极被在与所述第一方向正交的第二方向延伸的分离凹槽所隔开，所述第二导电型区域上的分离凹槽的宽度为50μm以下。
12.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中，所述第一电极和所述第二电极被分离凹槽隔开，所述分离凹槽在与所述第一方向正交的第二方向延伸且遍及所述边界区域和所述第二导电型区域而形成，所述第二导电型区域上的分离凹槽的宽度小于边界区域9上的分离凹槽的宽度。
13.一种光电转换装置的制造方法，其特征在于，所述光电转换装置在半导体基板的一个主面上具有第一导电型区域、第二导电型区域和分别与第一导电型区域和第二导电型区域相接并将两者隔开的边界区域，
具有以下工序：
在半导体基板的一个主面上的第二导电型区域和边界区域层叠第二导电型半导体层的工序；
在所述边界区域的所述第二导电型半导体层上层叠绝缘层的工序；
在所述半导体基板的一个主面上的第一导电型区域和所述边界区域的所述绝缘层上层叠第一导电型半导体的工序，所述第一导电型半导体层具有与所述第二导电型半导体层相反的导电型；
在所述第一导电型半导体层上和所述第二导电型半导体层上层叠电极层的工序；和
除去层叠于含有所述边界区域上的所述第一导电型半导体层的第二导电型区域侧的端部的区域上的电极层，形成含有所述第一导电型半导体层的侧面的分离凹槽，从而将所述电极层分离成第一电极和第二电极的工序，所述第一电极遍及所述第一导电型区域的整面和所述边界区域而设置，所述第二电极设置于所述第二导电型区域且与所述第一电极被隔开。
14.根据权利要求13所述的光电转换装置的制造方法，其中，所述分离凹槽遍及所述边界区域和所述第二导电型区域而形成。
15.根据权利要求14所述的光电转换装置的制造方法，其中，所述分离凹槽在所述第二导电型区域的宽度为50μm以下。
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