JP2005322780A - Solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャリアの表面再結合を低減させることによって出力の向上を図った太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell whose output is improved by reducing surface recombination of carriers.
単結晶太陽電池の出力効率を向上させる上で、素子表面におけるキャリアの再結合が大きな問題となっている。表面処理を施さない単結晶の半導体表面は結晶構造が分断された状態であり多数の未結合手が存在する。そのため、結晶表面には多くの結晶欠陥が存在し、この欠陥によってキャリアのトラップ準位が形成され、太陽光を受光することによって半導体層中に形成された電子、正孔の一部はこのようなトラップ準位に捕獲されて再結合し、素子の出力を低下させる。 In order to improve the output efficiency of a single crystal solar cell, the recombination of carriers on the element surface has become a big problem. The surface of a single crystal semiconductor that is not subjected to surface treatment is in a state where the crystal structure is divided, and there are a large number of dangling bonds. Therefore, there are many crystal defects on the crystal surface, and these defects form carrier trap levels. Some of the electrons and holes formed in the semiconductor layer by receiving sunlight are like this. It is trapped in a new trap level and recombines to lower the output of the device.
従来の太陽電池では、このような結晶表面の未結合手の存在を低減するために、半導体単結晶表面上にSiO2、SiNx等の絶縁性Si化合物薄膜によるパッシベーション膜を形成している。このパッシベーション膜の形成によって、結晶表面の未結合手の存在が低減され結晶欠陥の発生が防止されるので、結晶表面でのキャリアの再結合が低減され、素子出力が向上する。 In conventional solar cells, in order to reduce the presence of such dangling bonds on the crystal surface, a passivation film made of an insulating Si compound thin film such as SiO 2 or SiN x is formed on the surface of the semiconductor single crystal. The formation of the passivation film reduces the presence of dangling bonds on the crystal surface and prevents the occurrence of crystal defects, thereby reducing the recombination of carriers on the crystal surface and improving the element output.
太陽電池にパッシベーション膜を形成することによって、パッシベーション膜中に固定電荷が生成されることが知られている(例えば特許文献1参照)。固定電荷とは、膜の構成元素(水素元素を含む)のみで発生するものであり、膜の結合状態によってその大小が決定される。パッシベーション膜にこのような固定電荷が形成されることにより、膜中に電界が発生し、この電界が結晶表面近傍の電子と正孔を分離し再結合を妨げる働きをする。これによって、さらにキャリアの再結合が低減され、素子出力が改善する。 It is known that a fixed charge is generated in a passivation film by forming a passivation film on a solar cell (see, for example, Patent Document 1). The fixed charge is generated only by the constituent elements (including hydrogen element) of the film, and the magnitude is determined by the bonding state of the film. When such a fixed charge is formed in the passivation film, an electric field is generated in the film, and this electric field functions to separate electrons and holes near the crystal surface and prevent recombination. This further reduces carrier recombination and improves device output.
従って、さらに表面近傍でのキャリアの再結合を低減し太陽電池の性能を向上させるためには、パッシベーション膜中の固定電荷量を増加させる必要がある。特許文献2は、パッシベーション膜中の固定電荷量を増加させることにより、太陽電池の性能の向上を図ることの可能性について記載している。ところが、特許文献2の段落(0006)にも記載するように、膜中の固定電荷の量(固定電荷密度)は、膜構造や膜の形成条件によって変化するものの上限(1012cm-2程度)があり、太陽電池の性能の向上に寄与する程度に増加させることが困難であった。
Therefore, in order to further reduce the recombination of carriers near the surface and improve the performance of the solar cell, it is necessary to increase the amount of fixed charges in the passivation film.
本発明は、上記従来の太陽電池の欠点を解決する目的でなされたもので、素子表面の欠陥によるキャリア再結合量をさらに低減して、高い出力効率を有する太陽電池を提供することをその課題とする。 The present invention has been made for the purpose of solving the drawbacks of the conventional solar cell, and further provides a solar cell having high output efficiency by further reducing the amount of carrier recombination due to defects on the surface of the element. And
本発明の第1の太陽電池は、上記課題を解決するために、光吸収層を形成するnまたはp型の単結晶半導体基板と、前記半導体基板の受光面または該受光面に対向する裏面の少なくとも一方上に形成した絶縁性Si化合物薄膜とを備える太陽電池において、前記絶縁性Si化合物薄膜には正の極性を有する不純物イオンが添加されておりその添加量のピーク位置が前記絶縁性Si化合物薄膜の膜厚方向の中心から前記単結晶半導体基板側にあるようにしている。 In order to solve the above problems, a first solar cell of the present invention includes an n-type or p-type single crystal semiconductor substrate forming a light absorption layer, and a light receiving surface of the semiconductor substrate or a back surface facing the light receiving surface. In a solar cell comprising an insulating Si compound thin film formed on at least one of them, impurity ions having a positive polarity are added to the insulating Si compound thin film, and the peak position of the added amount is the insulating Si compound The thin film is located on the single crystal semiconductor substrate side from the center in the film thickness direction.
上記構造の太陽電池では、絶縁性Si化合物薄膜中に本来存在する固定電荷に加えて、正の極性を有する不純物イオンの添加によりさらに多くの電荷が形成されるので、絶縁性Si化合物薄膜中の電荷密度は高濃度となる。さらに、不純物イオンの添加量のピークを絶縁性Si化合物薄膜の膜厚方向の中心から基板側にあるようにしているので、不純物イオンの添加によって形成された電荷が基板に効果的に印加されるようになる。この結果、基板表面近傍において正孔に対する大きな障壁が形成され正孔の基板表面近傍への移動が阻止されるので、その部分での正孔数が電子数に比べて大きく減少する。この結果、キャリアの再結合量が低減し、太陽電池の出力効率が大きく向上する。 In the solar cell having the above structure, in addition to the fixed charge originally present in the insulating Si compound thin film, more charges are formed by the addition of impurity ions having a positive polarity. The charge density is high. Further, since the peak of the amount of impurity ions added is located on the substrate side from the center in the thickness direction of the insulating Si compound thin film, the charges formed by the addition of impurity ions are effectively applied to the substrate. It becomes like this. As a result, a large barrier against holes is formed in the vicinity of the substrate surface and the movement of holes to the vicinity of the substrate surface is prevented, so that the number of holes in that portion is greatly reduced compared to the number of electrons. As a result, the amount of carrier recombination is reduced, and the output efficiency of the solar cell is greatly improved.
本発明の第2の太陽電池では、上記課題を解決するために、光吸収層を形成するnまたはp型の単結晶半導体基板と、前記半導体基板の受光面とは反対側の面に接して該基板中に形成された電子収集層および正孔収集層と、前記基板の前記反対側の面上に形成された絶縁性Si化合物薄膜と、前記絶縁性Si化合物薄膜上にその一部を露出させかつ前記絶縁性Si化合物薄膜を貫通して前記電子収集層または正孔収集層のいずれか一方に接するように形成された複数の電極とを備える太陽電池において、前記絶縁性Si化合物薄膜の前記正孔収集層に接する部分以外の部分に正の極性を有する不純物イオンを添加するようにしている。 In the second solar cell of the present invention, in order to solve the above problem, an n-type or p-type single crystal semiconductor substrate forming a light absorption layer and a surface opposite to the light receiving surface of the semiconductor substrate are in contact. An electron collecting layer and a hole collecting layer formed in the substrate, an insulating Si compound thin film formed on the opposite surface of the substrate, and a part thereof exposed on the insulating Si compound thin film And a plurality of electrodes formed so as to pass through the insulating Si compound thin film and to be in contact with either the electron collecting layer or the hole collecting layer. Impurity ions having a positive polarity are added to portions other than the portion in contact with the hole collection layer.
正孔収集層に接する部分に正の極性を有する不純物イオンを添加した場合は、添加されたイオンによる追加の電荷によって、絶縁性Si化合物薄膜と基板間の界面が真性半導体に近い状態となる。そのため、電子と正孔とがほぼ同数存在し、再結合確率が高くなる。上記第2の太陽電池では、絶縁性Si化合物薄膜の正孔収集層に接する部分に上述したように不純物イオンを積極的に添加しない構成としており、これによって、界面が真性半導体に近い状態となることを防止している。この結果、正孔収集層の表面近傍でのキャリアの再結合が防止され、さらに出力効率が増加する。 When impurity ions having a positive polarity are added to the portion in contact with the hole collection layer, the interface between the insulating Si compound thin film and the substrate becomes close to an intrinsic semiconductor due to the additional charge due to the added ions. Therefore, there are almost the same number of electrons and holes, and the recombination probability is increased. In the second solar cell, impurity ions are not positively added to the portion of the insulating Si compound thin film in contact with the hole collection layer as described above, whereby the interface becomes a state close to an intrinsic semiconductor. To prevent that. As a result, carrier recombination in the vicinity of the surface of the hole collection layer is prevented, and the output efficiency is further increased.
また、上記第2の太陽電池において、前記絶縁性Si化合物薄膜の前記正孔収集層に接する部分に、負の極性を有する不純物イオンを添加することにより、絶縁性Si化合物薄膜と正孔収集層との界面に電子に対する障壁が形成され、電子がこの部分に移動するのが阻止される。この結果、キャリア再結合量がさらに低減し、太陽電池の出力効率が向上する。 Further, in the second solar cell, the insulating Si compound thin film and the hole collecting layer are added by adding impurity ions having a negative polarity to the portion of the insulating Si compound thin film that is in contact with the hole collecting layer. A barrier to electrons is formed at the interface with the substrate, and electrons are prevented from moving to this part. As a result, the amount of carrier recombination is further reduced, and the output efficiency of the solar cell is improved.
なお、上記第2の太陽電池において、絶縁性Si化合物薄膜への不純物イオンの添加量のピークを膜厚方向の中心から基板側にあるようにすることによって、膜中の電荷がより効率的に半導体基板に印加されるようになり、上記第1の太陽電池と同じ効果が得られる。 In the second solar cell, by making the peak of the amount of impurity ions added to the insulating Si compound thin film from the center in the film thickness direction to the substrate side, the charge in the film is more efficiently It is applied to the semiconductor substrate, and the same effect as the first solar cell is obtained.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図である。図において、1は光吸収層を形成するためのp型またはn型の単結晶半導体基板、2は電子収集層を形成するためのn+層、3は正孔収集層を形成するためのp+層、4は負電極、5は正電極である。さらに、6aおよび6bはパッシベーション膜として作用するSiO2あるいはSiNx等の絶縁性Si化合物薄膜であって、本発明に従ってB+等の正の極性にイオン化した不純物イオンが添加されている。膜6aおよび6bに示す+の記号は、正の極性を有する不純物イオンが添加された結果、正の電荷密度が増加したことを表している。7は、この太陽電池の受光面上に形成された反射防止膜であり、例えばSiO2とTiO2の2層膜で形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a solar cell according to
図1に示す実施形態1では、絶縁性Si化合物薄膜6a、6bは太陽電池の受光面(表面)上および裏面上にそれぞれ形成されているが、必ずしも両面に形成する必要は無く、いずれか一方の面上に形成すればよい。また、絶縁性Si化合物薄膜6a、6bへの不純物の添加は、その添加量のピークが、絶縁性Si化合物薄膜の膜厚の中間点より基板1側にあるようにされている。
In
図2は、絶縁性Si化合物薄膜6aおよび6bにおける不純物イオンの分布状態を示す図である。図2の(a)は、表面側絶縁性Si化合物薄膜6aにおける不純物イオンの分布状況を、図(b)は裏面側絶縁性Si化合物薄膜6bにおける不純物イオンの分布状況を示している。これらの図において、横軸は絶縁性Si化合物薄膜6a(図(a))または6b(図(b))の表面からの深さ位置を示し、縦軸は不純物イオン添加量を示す。
FIG. 2 is a diagram showing a distribution state of impurity ions in the insulating Si compound
図2から明らかなように、本実施形態の太陽電池では、絶縁性Si化合物薄膜における不純物濃度のピークが膜厚の中心から基板1側にあるようにされている。これによって、薄膜中の電荷が半導体基板に効果的に印加されるので、不純物イオンの添加量を少なくすることが可能である。なお、図2では、不純物濃度分布が放物線状となっているが、これに限定されるものではなく、ステップ(階段)状としても良い。
As is clear from FIG. 2, in the solar cell of this embodiment, the peak of the impurity concentration in the insulating Si compound thin film is located on the
次に、本実施形態の太陽電池において出力効率が改善する理由を、図3を参照して説明する。図3(a)は、半導体基板1と絶縁性Si化合物薄膜6aまたは6bの界面におけるエネルギーバンド構造を示す図である。比較のために、絶縁性Si化合物薄膜に不純物イオンを添加しない従来の太陽電池におけるエネルギーバンド構造を図(b)に示す。
Next, the reason why the output efficiency is improved in the solar cell of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3A is a diagram showing an energy band structure at the interface between the
図3(a)、(b)において、ECは伝導帯のエネルギーレベルを、EFはフェルミレベルを、EVは価電子帯のエネルギーレベルをそれぞれ示す。図(a)に示すように、本実施形態における太陽電池では、絶縁性Si化合物薄膜6aまたは6bに正の極性を有する不純物イオンを添加したことによってこの膜の電荷密度が増加し、その結果、基板1との界面においてエネルギーバンドが大きく下方に曲げられる。この、下方に曲げられたエネルギーバンドは価電子帯を移動する正孔8にとって大きな障壁となり、正孔8が基板の表面近傍へ移動することを妨害する。その結果、基板1の表面近傍での正孔濃度が低下するため、キャリアをトラップする欠陥が多く存在する表面近傍でのキャリアの再結合確率が低下し、素子の出力効率が向上する。
3A and 3B, E C represents the energy level of the conduction band, E F represents the Fermi level, and E V represents the energy level of the valence band. As shown in the figure (a), in the solar cell in the present embodiment, the charge density of this film is increased by adding impurity ions having a positive polarity to the insulating Si compound
なお、不純物イオンを添加しない従来の絶縁性Si化合物薄膜9を有する太陽電池では、絶縁性Si化合物薄膜9の固定電荷密度が低いために、図3(b)に示すように、膜9と基板1間の界面に形成されるエネルギーバンドの曲がりが小さく、価電子帯を移動する正孔8は容易に表面近傍に達するので、表面近傍でのキャリアの再結合確率が増加する。その結果、素子の出力効率は低下する。
Incidentally, in the solar cell having the conventional insulating Si compound thin film 9 to which no impurity ions are added, the fixed charge density of the insulating Si compound thin film 9 is low, so that the film 9 and the substrate are shown in FIG. The bending of the energy band formed at the interface between 1 is small, and the
また、本実施形態では、絶縁性Si化合物薄膜6における不純物イオン添加量のピーク位置が基板1側に来るようされており、半導体基板1に電界が効果的に印加されるようにしている。これにより、基板1と絶縁性Si化合物薄膜6aまたは6bとの界面により大きなエネルギー障壁が形成される。なお、絶縁性Si化合物薄膜の生成過程で自然に形成される固定電荷の場合は、その電荷分布を膜厚内で制御することは不可能である。
In the present embodiment, the peak position of the impurity ion addition amount in the insulating Si compound thin film 6 is located on the
以下に、図1に示す太陽電池の具体的構成例を示す。 Below, the specific structural example of the solar cell shown in FIG. 1 is shown.
基板1(光吸収層)…p型Si単結晶基板、不純物濃度1×1014cm-3、厚さ150μm
n+型層2(電子収集層)…n+型Si層、不純物濃度1×1019cm-3、拡散深さ1μm
p+型層3(正孔収集層)…p+型Si層、不純物濃度1×1019cm-3、拡散深さ1μm
負電極4…Al、膜厚2μm
正電極5…Al、膜厚2μm
絶縁性Si化合物薄膜6a/6b…Li+含有SiO2、膜厚30nm(6a)/1μm(6b)、不純物濃度ピーク位置、基板側より5nm、ピーク位置のLi+含有量(面密度)1×1016cm-2
反射防止膜7…MgF2/ZnS2層膜、厚さ110nm/50nm
Substrate 1 (light absorption layer): p-type Si single crystal substrate,
n + type layer 2 (electron collecting layer)... n + type Si layer,
p + type layer 3 (hole collecting layer)... p + type Si layer,
Insulating Si compound
なお、上記の事例では基板1の材料としてSiを挙げているが、Ge、SiGe、SiC、C等の材料を用いても同様の効果を得ることができる。また、絶縁性Si化合物薄膜6a、bに添加する不純物イオンとしてLi+を挙げているが、B+、P+、Ga+等、正の極性にイオン化する元素であれば良い。
In the above case, Si is used as the material of the
(実施形態2)
図4は、本発明の実施形態2にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図である。本実施形態の太陽電池は、半導体基板1の裏面電極側に形成する絶縁性Si化合物薄膜6bにおいて、p+層3に対応した部分11に不純物イオンを添加しない構成を特徴とする。すなわち、本実施形態では、p+層3に対応する部分11以外の部分10において、膜6b中に実施形態1に示すものと同様に不純物イオンを添加した構成を特徴とする。なお、図4以下において、図1乃至3に示すものと同じ符号は、同一または類似の構成部材を示すのでその重複した説明は行わない。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a solar cell according to
次に、図5を参照して本実施形態にかかる太陽電池の動作およびその効果を説明する。図5(a)は、絶縁性Si化合物薄膜6bのp+層3に接する部分11に不純物イオンを添加した場合の基板1のエネルギーバンド構造を示し、図(b)は、絶縁性Si化合物薄膜10のp+層3に接する部分11に本実施形態に従って不純物イオンを添加しない場合のエネルギーバンド構造を示す。
Next, the operation and effect of the solar cell according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows the energy band structure of the
図(a)に示すように、絶縁性Si化合物薄膜6bのp+層3に接する部分11に不純物イオンを添加した場合は、形成された電荷によって、エネルギーバンドが下方に大きく曲げられ、基板1のごく表面が真性半導体に近い状態となる。真性半導体の場合、フェルミレベルEFが伝導帯と価電子帯の中間にあり正孔と電子がほぼ同量存在できるため、キャリアの再結合確率が高くなる。これに対して、図(b)に示すように、絶縁性Si化合物薄膜6bのp+層3に接する部分11に不純物イオンを添加しない場合は、エネルギーバンドが基板1のごく表面で大きく曲がることは無く、従ってこの部分が真性半導体に近い状態になることが回避される。この結果、正孔と電子数はバランスを欠いたままであり、キャリアの再結合確率が低減する。
As shown in FIG. 5A, when impurity ions are added to the
このように、本実施形態では、絶縁性Si化合物薄膜6bの部分11に不純物イオンを添加しないことによりキャリアの再結合確率をより低減しているので、薄膜6b全体に不純物イオンを添加する実施形態1の構造の太陽電池に比べてさらにその出力効率を改善することができる。
Thus, in this embodiment, since the carrier recombination probability is further reduced by not adding impurity ions to the
なお、実施形態2において、絶縁性Si化合物薄膜6bのp+層3に接する部分11以外の部分10におけるエネルギーバンドは、図3(a)に示すものと同じとなるので、ここでは記載しない。
In
以下に、図4に示す太陽電池の具体的構成例を示す。 Below, the specific structural example of the solar cell shown in FIG. 4 is shown.
基板1…p型Ge単結晶基板、不純物濃度1×1015cm-3、厚さ150μm
n+型層2…n+型Ge層、不純物濃度1×1019cm-3、拡散深さ1μm
p+型層3…p+型Ge層、不純物濃度1×1019cm-3、拡散深さ1μm
負電極4…Al、膜厚2μm
正電極5…Al、膜厚2μm
絶縁性Si化合物薄膜6a/6b…B+含有SiNx、膜厚30nm(6a)/1μm(6b)、B+含有量(面密度)1×1015cm-2
領域11…SiNx、膜厚1μm(ノンドープ)
反射防止膜7…SiO2/TiO22層膜、厚さ100nm/60nm
n + -
p + -
Insulating Si compound
なお、上記の事例では基板1の材料としてGeを挙げているが、Si、SiGe、SiC、C等の材料を用いても同様の効果を得ることができる。また、絶縁性Si化合物薄膜6a、bに添加する不純物イオンとしてB+を挙げているが、Li+、P+、Ga+等、正の極性にイオン化する元素であれば良い。
(実施形態3)
図6は、本発明の実施形態3にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図である。本実施形態では、図4に示した構造の太陽電池において、絶縁性Si化合物薄膜6bのp+層3に接する部分11に積極的に負の極性を有する不純物イオンを添加したことを特徴とする。図6において、領域11における−の表示は、この部分に負の極性を有する不純物イオンが添加されたことを示している。
In the above case, Ge is cited as the material of the
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a solar cell according to
図7に、本実施形態における領域11に接する部分のエネルギーバンド構造を示す。本実施形態の領域11では負の極性を有するイオンが積極的に添加されているので、基板1の領域11に接する部分に負の電界が印加され、その結果エネルギーバンドが上方に曲げられた形となる。この上方に曲げられた部分は電子に対して障壁となり、電子が欠陥の多い表面近傍に移動するのを妨げる。その結果、表面近傍の電子数が減少し、これによって図4に示した実施形態の場合よりさらにキャリアの再結合量が減少する。
In FIG. 7, the energy band structure of the part which contact | connects the area |
なお、本実施形態において、領域11以外の部分10に接する基板1の部分のエネルギーバンド構造は、図3(a)に示すものと同じとなるため、ここでは重複して説明しない。
In the present embodiment, the energy band structure of the portion of the
以下に、図6に示す太陽電池の具体的構成例を示す。 Below, the specific structural example of the solar cell shown in FIG. 6 is shown.
基板1…p型Si単結晶基板、不純物濃度1×1014cm-3、厚さ150μm
n+型層2…n+型Si層、不純物濃度1×1019cm-3、拡散深さ1μm
p+型層3…p+型Si層、不純物濃度1×1019cm-3、拡散深さ1μm
負電極4…Al、膜厚2μm
正電極5…Al、膜厚2μm
絶縁性Si化合物薄膜6a/6b…Ga+含有SiNx、膜厚30nm(6a)/1μ(6b)、Ga+含有量(面密度)1×1015cm-2
領域11…Cu-含有SiNx、膜厚1μm、Cu-含有量(面密度)1×1015cm-2
反射防止膜7…MgF2/ZnS2層膜、厚さ110nm/50nm
n + type layer 2... n + type Si layer,
p + -
Insulating Si compound
なお、領域11に添加する負極性のイオンとして、Cu-を挙げているが、これに限定されるものでは無く、負の極性にイオン化する元素であればよい。
Note that although Cu − is cited as the negative ion added to the
上記実施形態1乃至3の太陽電池における絶縁性Si化合物薄膜は、プラズマCVD装置あるいはイオン注入装置を用いて製造することができる。以下に、図8および図9を参照して本発明にかかる絶縁性Si化合物薄膜の製造方法の一例を説明する。
The insulating Si compound thin film in the solar cells of
図8は、プラズマCVD装置の概略構成を示す図である。図8では平行平板型のプラズマCVD装置を示しているが、ECRプラズマ装置を使用しても良いことは勿論である。 FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the plasma CVD apparatus. Although a parallel plate type plasma CVD apparatus is shown in FIG. 8, it goes without saying that an ECR plasma apparatus may be used.
図8において、20a、20b、20c、20d、20e、20fはそれぞれ原料ガスボンベであって、図示するような原料ガスが収容されている。21a、21b、21c、21d、21e、21fはそれぞれのボンベに対する圧力調整器、22a、22b、22c、22d、22e、22fは流量調整器、23a、23b、23c、23d、23e、23fはバルブを示す。24は、試料室でありプラズマガス放出部を構成する電極25と、試料27のヒータを兼用する電極26を有している。試料室24はポンプ28によって減圧される。29は電極25に高周波電圧を印加するための高周波電源、30は電極26にバイアス電圧を印加するための電源である。
In FIG. 8,
まず、試料室24内のヒータ兼電極27上に試料を設置し室内を例えば80Paまで減圧する。その後、絶縁性Si化合物薄膜を構成する元素(Si、O、N、H)を含む原料ガス、および添加する不純物イオンの元となる元素(P、B、As)を含む原料ガスを室内に導入する。絶縁性Si化合物薄膜としてSiNxを形成し、この薄膜中にB+イオンを不純物イオンとして添加する場合、使用するガスの種類および成分比(容積比)は、例えば、SiH2:NH3:B2H2:N2=4.9%:20%:0.1%:75%である。
First, a sample is set on the heater /
次に、ヒータによって基板温度を例えば300℃まで上げ、場合によってはバイアス電源を用いて基板の電位を変化させる。この後、高周波電源を用いて放電し原料ガスを分解してプラズマを生成し、試料上に不純物イオンを含む絶縁性Si化合物薄膜を形成する。高周波電源29の周波数は例えば13.56MHz、電力密度(電極面積に対して)は0.2W/cm2とした。これによって、B+イオンが添加されたSiNx薄膜が試料27上に形成される。絶縁性Si化合物薄膜を所定の厚さに形成した後、熱処理やレーザ照射等で、添加した不純物と膜中のSiやN、O、H原子との結合を切断する。膜の生成後の熱処理は、例えば600℃、30分である。
Next, the substrate temperature is raised to, for example, 300 ° C. by a heater, and in some cases, the potential of the substrate is changed using a bias power source. Thereafter, discharge is performed using a high frequency power source to decompose the raw material gas to generate plasma, and an insulating Si compound thin film containing impurity ions is formed on the sample. The frequency of the high-
上記製造過程において、不純物イオン原料を保持するボンベ20f(不純物イオンがB+の場合)から試料室24に供給されるガスの流量を、流量調整器22f、バルブ23fによって時間の経過を伴って制御することにより、試料27上に形成される薄膜中に、所望の不純物イオン濃度分布を形成することができる。
In the manufacturing process, the flow rate of the gas supplied from the cylinder 20f holding the impurity ion raw material (when the impurity ions are B + ) to the
図9は、イオン注入装置の概略構成を示す。図において、31はイオン源、32は質量分析装置、33はスリット、34は加速器、35は収束レンズ、36はビーム走査用の偏向装置、37は試料室である。この装置では、まず、絶縁性Si化合物膜を形成した試料(例えばSiNx層が形成されたp型半導体基板)38を試料室37内に載置する。この場合、絶縁性Si化合物膜は、不純物イオンを添加することなく例えばプラズマCVD装置あるいは熱CVD装置によって予め形成されている。次に、イオン源31から原料ガスあるいは原料ソースのイオンビームを生成し引き出す。
FIG. 9 shows a schematic configuration of the ion implantation apparatus. In the figure, 31 is an ion source, 32 is a mass spectrometer, 33 is a slit, 34 is an accelerator, 35 is a converging lens, 36 is a deflection device for beam scanning, and 37 is a sample chamber. In this apparatus, first, a sample (for example, a p-type semiconductor substrate on which a SiN x layer is formed) 38 on which an insulating Si compound film is formed is placed in a
質量分析装置32とスリット33とによって、生成されたイオンビームから注入するイオンのみを分離し、加速器34によって加速した後、収束レンズ35によって試料表面に収束させる。この後、ビーム偏向手段36によってイオンビームを試料面上で走査し、試料全面に均一にイオンビームを照射する。注入するイオンをP+イオンとした場合、加速電圧を60keVとすることにより、ドーズ量1×1015cm-2の絶縁性Si化合物薄膜が形成された。ここで、添加イオンの注入深さおよびドーズ量は加速電圧によって管理することができるため、図2に示す不純物イオン添加量ピーク位置の制御が容易に実行できる。
Only ions to be implanted from the generated ion beam are separated by the
なお、上記実施形態1乃至3において、半導体基板1はp型あるいはn型のいずれでも良いが、固定電荷が正の電荷であるため基板表面におけるエネルギーバンドの曲がりによるキャリア障壁の効果は、基板がp型である場合の方が大きい。
In the first to third embodiments, the
1…p型またはn型半導体基板
2…n+層
3…p+層
4、5…電極
6a…表面側絶縁性Si化合物薄膜
6b…裏面側絶縁性Si化合物薄膜
7…反射防止膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
4. The solar cell according to claim 2, wherein impurity ions having a positive polarity added to the insulating Si compound thin film have a peak amount of addition from the center in the film thickness direction to the semiconductor substrate side. A solar cell.
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