JP2015185577A - photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換素子に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element.
太陽光エネルギを電気エネルギに直接変換する太陽電池は、近年、特に、地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池には、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類のものがあるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。 In recent years, a solar cell that directly converts solar energy into electric energy has been rapidly expected as a next-generation energy source particularly from the viewpoint of global environmental problems. There are various types of solar cells, such as those using compound semiconductors or organic materials, but the mainstream is currently using silicon crystals.
太陽電池には、太陽光が入射する受光面と、受光面の反対側である裏面との両面に電極が形成された構造（両面電極構造）のものと、裏面のみに電極が形成された構造（裏面電極構造）のものとがある。裏面電極構造の太陽電池は、受光面に電極がない分、入射される太陽光の量を増加できる点で有利である。 The solar cell has a structure in which electrodes are formed on both sides of a light receiving surface on which sunlight is incident and a back surface opposite to the light receiving surface (double-sided electrode structure), and a structure in which electrodes are formed only on the back surface. (Back electrode structure). The solar cell having the back electrode structure is advantageous in that the amount of incident sunlight can be increased by the absence of an electrode on the light receiving surface.
たとえば、特許文献１には、裏面電極構造の太陽電池が記載されている。特許文献１に記載の太陽電池によれば、半導体基板の裏面に、ｉｎ接合およびｉｐ接合がそれぞれ形成され、ｉｎ接合上にｎ側電極が、ｉｐ接合上にｐ型電極が形成されている。この太陽電池では、半導体基板の受光面側から太陽光が入射されることにより、半導体基板の内部でキャリアが生成され、このキャリアがｐ側電極とｎ側電極とから外部に取り出される。
For example,
しかしながら、近年、太陽電池等の光電変換素子の技術分野においては、特性および信頼性を向上させることが強く要望されており、その検討が進められている。 However, in recent years, in the technical field of photoelectric conversion elements such as solar cells, it has been strongly demanded to improve characteristics and reliability, and studies thereof are being conducted.
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、特性および信頼性を向上させることが可能な光電変換素子および光電変換素子の製造方法を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element capable of improving characteristics and reliability and a method of manufacturing the photoelectric conversion element.
本発明の第１の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜と、第１のｉ型半導体膜上に設けられた第１導電型半導体膜からなる第１半導体領域と、第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、半導体基板の表面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜と、第２のｉ型半導体膜上に設けられた第２導電型半導体膜からなる第２半導体領域と、第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、第１半導体領域と第１電極層との間に介在する第１導電膜を有し、第１電極層は、第１導電膜の表面に沿って第１半導体領域にまで延在する光電変換素子を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, a semiconductor substrate, a first i-type semiconductor film provided on a part of one surface of the semiconductor substrate, and a first i-type semiconductor film provided on the first i-type semiconductor film A first semiconductor region made of one conductivity type semiconductor film, a first electrode layer provided on the first semiconductor region, a second i-type semiconductor film provided on another part of the surface of the semiconductor substrate, A photoelectric conversion element comprising: a second semiconductor region made of a second conductivity type semiconductor film provided on a second i-type semiconductor film; and a second electrode layer provided on the second semiconductor region, A first conductive film interposed between the semiconductor region and the first electrode layer, wherein the first electrode layer is a photoelectric conversion element extending to the first semiconductor region along the surface of the first conductive film; Can be provided.
本発明の第２の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面下の一部に形成された第１導電型不純物拡散領域からなる第１半導体領域と、第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、半導体基板の表面下の他の一部に形成された第２導電型不純物拡散領域からなる第２半導体領域と、第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、第１半導体領域と第１電極層との間に介在する第１導電膜を有し、第１電極層は、第１導電膜の表面に沿って第１半導体領域にまで延在する光電変換素子を提供することができる。 According to the second aspect of the present invention, a semiconductor substrate, a first semiconductor region comprising a first conductivity type impurity diffusion region formed partly under one surface of the semiconductor substrate, and on the first semiconductor region A first electrode layer provided; a second semiconductor region comprising a second conductivity type impurity diffusion region formed in another part under the surface of the semiconductor substrate; and a second electrode provided on the second semiconductor region A first conductive film interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer, wherein the first electrode layer is formed along the surface of the first conductive film. A photoelectric conversion element extending to one semiconductor region can be provided.
本発明の第３の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面に設けられた第１導電型半導体膜からなる第１半導体領域と、第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、半導体基板の他方の表面である受光面に設けられた第２導電型半導体膜からなる第２半導体領域と、第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、第１半導体領域と第１電極層との間に介在する第１導電膜を備え、第１電極層は、第１導電膜の表面に沿って第１半導体領域にまで延在する、光電変換素子を提供することができる。 According to the third aspect of the present invention, the semiconductor substrate, the first semiconductor region made of the first conductivity type semiconductor film provided on one surface of the semiconductor substrate, and the first semiconductor region provided on the first semiconductor region. Photoelectric conversion comprising an electrode layer, a second semiconductor region made of a second conductivity type semiconductor film provided on the light receiving surface which is the other surface of the semiconductor substrate, and a second electrode layer provided on the second semiconductor region An element comprising a first conductive film interposed between a first semiconductor region and a first electrode layer, wherein the first electrode layer extends to the first semiconductor region along a surface of the first conductive film A photoelectric conversion element can be provided.
本発明によれば、従来よりも特性および信頼性を向上させることが可能な光電変換素子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion element which can improve a characteristic and reliability rather than before can be provided.
以下、本発明の一例である実施の形態について説明する。なお、実施の形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。 Hereinafter, an embodiment which is an example of the present invention will be described. Note that in the drawings used to describe the embodiments, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
［実施の形態１］
＜光電変換素子の構成＞
図１に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
[Embodiment 1]
<Configuration of photoelectric conversion element>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to
実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、ｎ型単結晶シリコン基板からなる半導体基板１と、半導体基板１の一方の表面（裏面）の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜２と、第１のｉ型半導体膜２上に設けられたｐ型非晶質シリコン膜からなる第１導電型半導体膜３（第１半導体領域）と、第１導電型半導体膜３上に設けられた第１導電膜１１ａと、第１導電膜１１ａ上に設けられた第１電極層９とを備える。
The heterojunction back contact cell of the first embodiment includes a
また、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、半導体基板１の裏面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜４と、第２のｉ型半導体膜４上に設けられたｎ型非晶質シリコン膜からなる第１の第２導電型半導体膜５（第２半導体領域）と、第１の第２導電型半導体膜５上に設けられた第２電極層１０とを備える。
The heterojunction back contact cell according to the first embodiment is provided on the second i-
また、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、半導体基板１の他方の表面（受光面）に設けられた第３のｉ型半導体膜６と、第３のｉ型半導体膜６上に設けられた第２の第２導電型半導体膜７と、第２の第２導電型半導体膜７上に設けられた反射防止膜８とを備える。
The heterojunction back contact cell according to the first embodiment is formed on the third i-
図１に示すように、第１電極層９は、第１導電型半導体膜３と第１電極層９との間の一部に介在する第１導電膜１１ａの表面に沿って、第１導電型半導体膜３上にまで延在する。すなわち、第１電極層９は、第１導電型半導体膜３および第１導電膜１１ａの両方と接触しており、第１導電膜１１ａもまた、第１導電型半導体膜３および第１電極層９の両方と接触する。
As shown in FIG. 1, the
半導体基板１としては、ｎ型単結晶シリコン基板を好適に用いることができるが、ｎ型単結晶シリコン基板に限定されず、たとえば従来から公知の半導体基板を用いることもできる。半導体基板１の厚さは、特に限定されず、たとえば５０μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。また、半導体基板１の比抵抗も、特に限定されず、たとえば０．１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下とすることができる。また、ｎ型不純物の不純物濃度は、たとえば、１×１０18個／ｃｍ3以上１×１０20個／ｃｍ3以上とすることができる。なお、ｉ型よりも不純物濃度が大きいことは言うまでもない。
As the
第１のｉ型半導体膜２としては、ｉ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｉ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｉ型半導体膜を用いることもできる。第１のｉ型半導体膜２の厚さは特に限定されず、たとえば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
As the first i-
なお、本明細書において「ｉ型」とは、完全な真性の状態だけでなく、十分に低濃度（ｎ型不純物濃度が１×１０19個／ｃｍ3未満、かつｐ型不純物濃度が１×１０19個／ｃｍ3未満）であればｎ型またはｐ型の不純物が混入された状態のものも含む意味である。ｎ型不純物濃度およびｐ型不純物濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ；Secondary Ion Mass Spectrometry）によって測定することができる。 Note that in this specification, “i-type” means not only a completely intrinsic state but also a sufficiently low concentration (the n-type impurity concentration is less than 1 × 10 19 / cm 3 and the p-type impurity concentration is 1 × (Less than 10 19 / cm 3 ) is meant to include n-type or p-type impurities. The n-type impurity concentration and the p-type impurity concentration can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).
また、本明細書において「非晶質シリコン」には、シリコン原子の未結合手（ダングリングボンド）が水素で終端されていない非晶質シリコンだけでなく、水素化非晶質シリコンなどのシリコン原子の未結合手が水素で終端されたものも含まれるものとする。 In this specification, “amorphous silicon” includes not only amorphous silicon in which dangling bonds of silicon atoms are not terminated with hydrogen, but also silicon such as hydrogenated amorphous silicon. Also included are those in which dangling bonds of atoms are terminated with hydrogen.
第１導電型半導体膜３としては、ｐ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｐ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｐ型半導体膜を用いることもできる。第１導電型半導体膜３に含まれるｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、ｐ型不純物の濃度は、たとえば５×１０19個／ｃｍ3程度とすることができる。第１導電型半導体膜３の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
A p-type amorphous silicon film can be preferably used as the first
第２のｉ型半導体膜４としては、ｉ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｉ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｉ型半導体膜を用いることもできる。第２のｉ型半導体膜４の厚さは特に限定されず、たとえば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
As the second i-
第１の第２導電型半導体膜５としては、ｎ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｎ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｎ型半導体膜を用いることもできる。第１の第２導電型半導体膜５に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができる。第１の第２導電型半導体膜５の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
As the first second
第３のｉ型半導体膜６としては、ｉ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｉ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｉ型半導体膜を用いることもできる。第３のｉ型半導体膜６の厚さは特に限定されず、たとえば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
As the third i-
第２の第２導電型半導体膜７としては、ｎ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるが、ｎ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｎ型半導体膜を用いることもできる。第２の第２導電型半導体膜７に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができ、ｎ型不純物の濃度は、たとえば５×１０19個／ｃｍ3程度とすることができる。また、第２の第２導電型半導体膜７の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
As the second second conductive
反射防止膜８としては、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができる。また、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、反射防止膜８としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。反射防止膜８の厚さは、たとえば４０ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすることができる。
As the
第１電極層９および第２電極層１０としては、導電性を有する材料を特に限定なく用いることができ、なかでも、アルミニウムおよび銀の少なくとも一方を用いることが好ましい。また、第１電極層９の厚さは第１導電膜１１ａの厚さより大きければよく、たとえば０．５μｍ以下とすることができる。また、第２電極層１０の厚さは特に限定されず、たとえば０．５μｍ以下とすることができる。
As the
第１導電膜１１ａとしては、第１導電型半導体膜３および第１電極層９に対して高い密着性を有し、かつ導電性を有するものであればよい。たとえば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ（酸化スズ）、ＩＷＯ（タングステンドープ酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ）などを挙げることができる。第１導電膜１１ａの厚さは第１電極層９の厚さよりも小さければよく、より好ましくは第１電極層９の厚さの半分以下であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。
The first
＜光電変換素子の製造方法＞
以下、図２〜図１７の模式的断面図を参照して、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。まず、図２に示すように、半導体基板１の受光面の全面に第３のｉ型半導体膜６を形成し、第３のｉ型半導体膜６の受光面の全面に第２の第２導電型半導体膜７を形成する。
<Method for producing photoelectric conversion element>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the heterojunction back contact cell of the first embodiment will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS. First, as shown in FIG. 2, the third i-
第３のｉ型半導体膜６の形成方法および第２の第２導電型半導体膜７の形成方法は特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いることができる。
The method for forming the third i-
なお、半導体基板１の受光面に第３のｉ型半導体膜６を形成する前に、半導体基板１の受光面に凹凸を形成してもよい。このような凹凸は、たとえば、半導体基板１の裏面の全面にテクスチャマスクを形成した後に、半導体基板１の受光面をテクスチャエッチングすることにより形成することができる。テクスチャマスクとしては、たとえば、窒化シリコンまたは酸化シリコンを用いることができる。また、テクスチャエッチングに用いられるエッチャントとしては、たとえば、シリコンを溶解可能なアルカリ溶液を用いることができる。
In addition, before forming the third i-
次に、図３に示すように、半導体基板１の裏面の全面に第１のｉ型半導体膜２を形成し、第１のｉ型半導体膜２上に第１導電型半導体膜３を形成する。第１のｉ型半導体膜２のおよび第１導電型半導体膜３の形成方法は特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 3, the first i-
次に、図４に示すように、半導体基板１の裏面において、第１のｉ型半導体膜２と第１導電型半導体膜３との積層体５１を残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク１２を形成する。
Next, as shown in FIG. 4, on the back surface of the
次に、図５に示すように、エッチングマスク１２をマスクとして、第１のｉ型半導体膜２と第１導電型半導体膜３との積層体５１の一部を厚さ方向にエッチングする。これにより、半導体基板１の表面を露出させる。なお、エッチングマスク１２をマスクとして用いたエッチングに代えて、たとえばレーザ光の照射によって積層体５１の一部を除去してもよい。
Next, as shown in FIG. 5, a part of the stacked
次に、図６に示すように、第１導電型半導体膜３からエッチングマスク１２を完全に除去する。
Next, as shown in FIG. 6, the
次に、図７に示すように、半導体基板１の裏面側の露出部分を覆うように、第２のｉ型半導体膜４を形成し、第２のｉ型半導体膜４上に第１の第２導電型半導体膜５を形成する。第２のｉ型半導体膜４および第１の第２導電型半導体膜５の形成方法は特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 7, the second i-
次に、図８に示すように、半導体基板１の裏面側の第２のｉ型半導体膜４と第１の第２導電型半導体膜５との積層体５２を残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク１３を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, a photoresist or the like is used only in a portion where the stacked body 52 of the second i-
次に、図９に示すように、エッチングマスク１３をマスクとして、第２のｉ型半導体膜４と第１の第２導電型半導体膜５とからなる積層体５２の一部を厚さ方向にエッチングすることによって、第１導電型半導体膜３の一部を露出させる。
Next, as shown in FIG. 9, using the
次に、図１０に示すように、第１の第２導電型半導体膜５からエッチングマスク１３を完全に除去する。
Next, as shown in FIG. 10, the
次に、図１１に示すように、第１導電型半導体膜３および第１の第２導電型半導体膜５のそれぞれの裏面の全面を覆うように導電膜１１を形成する。導電膜１１の形成方法は特に制限されず、たとえばスパッタリング法などを用いることができる。
Next, as shown in FIG. 11, the
導電膜１１は導電膜１１ａを構成するための膜であり、したがって、その材料は、第１導電型半導体膜３および第１電極層９に対して高い密着性を有し、かつ導電性を有するものであればよい。たとえば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ（酸化スズ）、ＩＷＯ（タングステンドープ酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ）などを挙げることができる。導電膜１１の厚さは第１電極層９の厚さよりも小さければよく、より好ましくは第１電極層９の厚さの半分以下である。
The
次に、図１２に示すように、導電膜１１上に、第１導電膜１１ａを残す部分にのみフォトレジスト等のエッチングマスク１４を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, an
次に、図１３に示すように、エッチングマスク１４をマスクとして、導電膜１１を除去する。これにより、第１導電型半導体膜３の表面の一部と、第１の第２導電型半導体膜５の表面全てを露出させる。導電膜１１の除去方法は特に制限されず、ウェットエッチング、ドライエッチングなどのエッチングを用いることができる。また、エッチングに代えてレーザ光の照射によって導電膜１１を除去してもよい。
Next, as shown in FIG. 13, the
次に、図１４に示すように、エッチングマスク１４を除去することにより、第１導電膜１１ａが形成される。
Next, as shown in FIG. 14, the first
次に、図１５に示すように、第１導電型半導体膜３および第１の第２導電型半導体膜５の表面の一部の領域上に、たとえばフォトレジスト等のエッチングマスク１５を設置する。エッチングマスク１５は、第１電極層９および第２電極層１０を形成する領域に開口部を有する。
Next, as shown in FIG. 15, an
次に、図１６に示すように、エッチングマスク１５の表面上およびエッチングマスク１５から露出している第１導電型半導体膜３、第１導電膜１１ａ、および第１の第２導電型半導体膜５上に電極層１６をたとえばスパッタリング法または蒸着法などによって積層する。
Next, as shown in FIG. 16, the first
電極層１６は、第１電極層９および第２電極層１０を形成するための層であり、したがって、導電性を有する材料を特に限定なく用いることができる。なかでも、アルミニウムおよび銀の少なくとも一方を用いることが好ましい。電極層１６の厚さは、特に限定されず、少なくとも、第１導電膜１１ａの厚さよりも厚くなるように形成される。
The
次に、図１７に示すように、エッチングマスク１５を除去して、エッチングマスク１５とともに、エッチングマスク１５上の電極層１６を除去することによって、第１導電型半導体膜３上に設けられた第１電極層９と、第１の第２導電型半導体膜５上に設けられた第２電極層１０とが形成される。なお、エッチングマスク１５を用いたエッチングに代えて、たとえばレーザ光の照射によって、第１電極層９および第２電極層１０を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 17, the
その後、図１に示すように、第２の第２導電型半導体膜７の受光面上に、反射防止膜８を形成する。反射防止膜８の形成方法は特に限定されず、たとえばスチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法を用いることができる。具体的には、酸化シリコン層としては、たとえば、スチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成により酸化シリコン層を容易に形成することができ、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法により窒化シリコン層を容易に形成することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 1, an
以上により、図１に示す構成である実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。 Thus, the heterojunction back contact cell according to the first embodiment having the configuration shown in FIG. 1 is completed.
＜作用効果＞
実施の形態１においては、第１導電型半導体膜３（第１半導体領域）上に第１導電膜１１ａが設けられ、第１導電膜１１ａ上に設けられた第１電極層９は、第１導電膜１１ａの表面に沿って第１導電型半導体膜３上にまで延在する。これにより、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。これについて、他の構成と比較しながら説明する。
<Effect>
In the first embodiment, the first
ヘテロ接合型バックコンタクトセルに関し、特許文献１に開示されるように、シリコン半導体と電極とは他の部材を介することなく、その全面において直接接触するように構成されている場合、電極の剥離が生じ易い傾向にあった。これは、シリコン半導体のようなシリコン結晶と金属からなる電極との密着性が低い傾向にあるためである。
With respect to the heterojunction back contact cell, as disclosed in
しかし、電極の剥離を解消するという観点から、電極とシリコン半導体との間の全面に亘って密着性を向上させるための他の部材を介在させた場合、他の部材を介さない場合と比して、電極のコンタクト抵抗が大きくなってしまう。 However, from the viewpoint of eliminating the peeling of the electrode, when other members for improving the adhesion between the electrode and the silicon semiconductor are interposed, compared to the case where no other member is interposed. As a result, the contact resistance of the electrode increases.
これに対し、シリコン半導体および電極の両材料に対して優れた密着性を有する導電膜を、図１に示すように、電極とシリコン半導体との間の一部に介在させることによって、電極の剥離の問題を解消し、さらにコンタクト抵抗の低減も可能となる。 In contrast, as shown in FIG. 1, a conductive film having excellent adhesion to both the silicon semiconductor and the electrode material is interposed in a portion between the electrode and the silicon semiconductor, thereby peeling the electrode. It is possible to eliminate this problem and to further reduce the contact resistance.
すなわち、第１電極層９（電極）と第１導電型半導体膜３（シリコン半導体）との密着性の低さは、第１電極層９と第１導電型半導体膜３との間に、これらに対し優れた密着性を有する第１導電膜１１ａを介在させることによって解消される。また、第１電極層９と第１導電型半導体膜３との間の一部に第１導電膜１１ａを介在させ、第１電極層９の一部が第１導電型半導体膜３と直接接触する構成とすることによって、全面に他の部材を介在させる場合と比してコンタクト抵抗の増大が抑制される。したがって、実施の形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルによれば、光電変換素子の特性および信頼性が向上する。
That is, the low adhesion between the first electrode layer 9 (electrode) and the first conductive semiconductor film 3 (silicon semiconductor) is between the
また、コンタクト抵抗を低減する観点から、第１導電膜１１ａのシート抵抗値は第１導電型半導体膜３のシート抵抗値よりも低いことが好ましく、特に、５００ＭΩ／□以下であることがより好ましく、５０Ω／□以下であることがさらに好ましい。
Further, from the viewpoint of reducing contact resistance, the sheet resistance value of the first
実施の形態１において、図１に示すように、第１導電膜１１ａは第１電極層９によって覆われることが好ましい。この場合、第１導電膜１１ａ上から、第１導電膜１１ａの表面に沿って第１導電型半導体膜３上にまで延在する第１電極層９は、第１導電型半導体膜３の表面において、第１導電膜１１ａの周囲を囲むように形成される。したがって、たとえば、第１導電膜１１ａの一部が外部に露出するような場合と比してさらに第１導電膜１１ａと第１電極層９との密着性を高めることができる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the first
実施の形態１において、図１に示すように、第１導電膜１１ａはアイランド状に形成されることが好ましい。この場合、第１導電膜１１ａはくさびのように機能することができるため、両者の密着性がさらに向上する。また、このような形状の第１導電膜１１ａは、フォトレジスト等を用いて容易に形成することができる。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the first
実施の形態１において、第１導電膜１１ａの厚さは、第１電極層９の厚さの半分以下であることが好ましい。この場合、コンタクト抵抗をより低減させることができるとともに、密着性を十分に維持することができる。第１導電膜１１ａの厚さは、第１電極層９の厚さの半分以下であることがより好ましく、１／４以下であることがより好ましい。
In the first embodiment, the thickness of the first
さらに、第１導電膜１１ａの厚さは、５００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合、コンタクト抵抗をさらに低減させることができるだけでなく、第１導電膜１１ａによる光の吸収が十分に低減されるため、光電変換素子の短絡電流を向上させることができる。また、第１導電膜１１ａの厚さは５ｎｍ以上であることが好ましい。５ｎｍ未満の場合、密着性の効果を十分に発揮できない場合がある。
Furthermore, the thickness of the first
また、実施の形態１において、第１導電膜１１ａと第１導電型半導体膜３との接触面積Ａは、第１電極層９と第１導電型半導体膜３との接触面積Ｂ以下であることが好ましい。この場合、密着性を十分に維持しつつ、コンタクト抵抗をさらに低減させることができる。さらには、第１導電型半導体膜３と第１電極層９との間に第１導電膜１１ａが介在しない面積が増えることによって光の吸収もより低減される。接触面積Ａは接触面積Ｂの半分以下であることがより好ましく、１／４以下であることがさらに好ましい。
In the first embodiment, the contact area A between the first
[実施の形態２]
＜光電変換素子の構成＞
図１８に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
[Embodiment 2]
<Configuration of photoelectric conversion element>
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view of the heterojunction back contact cell according to the second embodiment which is an example of the photoelectric conversion element of the present invention.
実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、第１導電型半導体膜３と第１電極層９との間に設けられた第１導電膜１１ａに加え、さらに、第１の第２導電型半導体膜５と第２電極層１０との間に設けられた第２導電膜１１ｂを有することを特徴とする。
In addition to the first
図１に示すように、第２電極層１０は、第１の第２導電型半導体膜５と第２電極層１０との間の一部に介在する第２導電膜１１ｂの表面に沿って、第１の第２導電型半導体膜５上にまで延在する。すなわち、第２電極層１０は、第１の第２導電型半導体膜５および第２導電膜１１ｂの両方と接触しており、第２導電膜１１ｂもまた、第１の第２導電型半導体膜５および第２電極層１０の両方と接触する。
As shown in FIG. 1, the
第２導電膜１１ｂとしては、第１の第２導電型半導体膜５および第２電極層１０に対して高い密着性を有し、かつ導電性を有するものであればよい。たとえば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ（酸化スズ）、ＩＷＯ（タングステンドープ酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ）などを挙げることができる。第２導電膜１１ｂの厚さは第２電極層１０の厚さよりも小さければよく、より好ましくは第２電極層１０の厚さの半分以下であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。
The second
＜光電変換素子の製造方法＞
実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、実施の形態１で説明した製造方法を用い、図１２に示される製造工程において、導電膜１１上に、第１導電膜１１ａを残す部分と、第２導電膜１１ｂを残す部分にのみエッチングマスク１４を形成することにより、製造することができる。
<Method for producing photoelectric conversion element>
The heterojunction back contact cell according to the second embodiment uses the manufacturing method described in the first embodiment, and in the manufacturing process shown in FIG. 12, a portion in which the first
＜作用効果＞
実施の形態２においては、第１導電膜１１ａ上に設けられた第１電極層９が第１導電膜１１ａの表面に沿って第１導電型半導体膜３上にまで延在するとともに、第２導電膜１１ｂ上に設けられた第２電極層１０が第２導電膜１１ｂの表面に沿って第１の第２導電型半導体膜５上にまで延在する。これにより、実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
<Effect>
In the second embodiment, the
すなわち、実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルによれば、実施の形態１と同様の効果に加え、さらに第２電極層１０と第１の第２導電型半導体膜５との間においても、密着性の問題の解消とコンタクト抵抗の抑制とが可能となる。したがって、実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルによれば、光電変換素子の特性および信頼性がさらに向上する。
In other words, according to the heterojunction back contact cell of the second embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, it is also provided between the
なお、実施の形態２は、第１の第２導電型半導体膜５と第２電極層１０との間に第２導電膜１１ｂが設けられたこと以外は実施の形態１と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
The second embodiment is the same as the first embodiment except that the second
[実施の形態３]
＜光電変換素子の構成＞
図１９に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
[Embodiment 3]
<Configuration of photoelectric conversion element>
FIG. 19 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction back contact cell according to
実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、第１導電型半導体膜３と第１電極層９との間に設けられた複数の第１導電膜１１ａを有し、さらに、第１の第２導電型半導体膜５と第２電極層１０との間に設けられた複数の第２導電膜１１ｂを有することを特徴とする。
The heterojunction back contact cell of
図１９に示すように、第１導電型半導体膜３上には、複数のアイランド状の第１導電膜１１ａが設けられている。複数の第１導電膜１１ａ上の第１電極層９は、第１導電膜１１ａ上から、第１導電膜１１ａの表面に沿って、具体的には、第１導電膜１１ａの表面および隣り合う２つの第１導電膜１１ａ間を埋めるようにして、第１導電型半導体膜３上にまで延在している。
As shown in FIG. 19, a plurality of island-shaped first
同様に、第１の第２導電型半導体膜５上には、複数のアイランド状の第２導電膜１１ｂが設けられている。複数の第２導電膜１１ｂ上の第２電極層１０は、第２導電膜１１ｂ上から、第２導電膜１１ｂの表面に沿って、具体的には、第２導電膜１１ｂの表面および隣り合う２つの第２導電膜１１ｂ間を埋めるようにして、第１の第２導電型半導体膜５上にまで延在している。
Similarly, a plurality of island-shaped second
＜光電変換素子の製造方法＞
実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、実施の形態１で説明した製造方法を用い、図１２に示される製造工程において、導電膜１１上に、複数の第１導電膜１１ａを残す部分と、複数の第２導電膜１１ｂを残す部分にのみエッチングマスク１４を形成することにより、製造することができる。
<Method for producing photoelectric conversion element>
The heterojunction back contact cell of the third embodiment uses the manufacturing method described in the first embodiment, and in the manufacturing process shown in FIG. 12, a portion where a plurality of first
第１導電膜１１ａおよび第２導電膜１１ｂのそれぞれを複数形成する場合には、特に、これらをアイランド状に形成することにより、容易に均一な第１導電膜１１ａおよび第２導電膜１１ｂを形成することができる。
When a plurality of first
＜作用効果＞
実施の形態３においては、第１導電型半導体膜３上および第１の第２導電型半導体膜５上に、それぞれ複数の第１導電膜１１ａおよび第２導電膜１１ｂが設けられている。第１電極層９は、第１導電膜１１ａの表面に沿い、かつ各第１導電膜１１ａ間を埋めるように第１導電型半導体膜３上にまで延在する。同様に、第２電極層１０は、第２導電膜１１ｂの表面に沿い、かつ各第２導電膜１１ｂ間を埋めるように第１の第２導電型半導体膜５上にまで延在する。これにより、実施の形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
<Effect>
In the third embodiment, a plurality of first
すなわち、実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルによれば、実施の形態２と同様の効果に加え、第１電極層９（第２電極層１０）と第１導電膜１１ａ（第２導電膜１１ｂ）とがより広い表面積でくさび状に接するために、この両者の密着性をさらに向上させることができる。また、第１電極層９（第２電極層１０）と第１導電型半導体膜３（第１の第２導電型半導体膜５）との接触面積をも向上させることができる。したがって、実施の形態３のヘテロ接合型バックコンタクトセルによれば、光電変換素子の特性および信頼性がさらに向上する。第１導電膜１１ａまたは第２導電膜１１ｂのいずれか一方のみを複数としてもよい。
That is, according to the heterojunction back contact cell of the third embodiment, in addition to the same effects as those of the second embodiment, the first electrode layer 9 (second electrode layer 10) and the first
なお、実施の形態３は、第１導電膜１１ａが複数の第１導電膜１１ａからなり、第２導電膜１１ｂが複数の第２導電膜１１ｂからなる以外は、実施の形態２と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
The third embodiment is the same as the second embodiment except that the first
[実施の形態４]
＜光電変換素子の構成＞
図２０に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態４の不純物拡散型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
[Embodiment 4]
<Configuration of photoelectric conversion element>
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view of an impurity diffusion type back contact cell according to
実施の形態４の不純物拡散型バックコンタクトセルは、ｎ型単結晶シリコン基板からなる半導体基板２１と、半導体基板１の一方の表面（裏面）の一部に形成された第１導電型不純物拡散領域２２（第１半導体領域）と、半導体基板１の裏面の他の一部に形成された第２導電型不純物拡散領域２３（第２半導体領域）とを備える。また、半導体基板１の裏面には、第１導電型不純物拡散領域２２および第２導電型不純物拡散領域２３の表面の一部と一致する位置が開口されたコンタクトホールを有するパッシベーション膜２４が設けられている。
The impurity diffusion type back contact cell according to the fourth embodiment includes a
また、実施の形態４の不純物拡散型バックコンタクトセルは、コンタクトホール内に露出する第１導電型不純物拡散領域２２上に設けられた第１導電膜２９ａと、第１導電膜２９ａ上に設けられた第１電極層２５とを備え、さらに、コンタクトホール内に露出する第２導電型不純物拡散領域２３上に設けられた第２電極層２６とを備える。
Further, the impurity diffusion type back contact cell of the fourth embodiment is provided on the first
また、実施の形態４の不純物拡散型バックコンタクトセルは、半導体基板２１の他方の表面（受光面）に形成されたテクスチャ構造２７と、テクスチャ構造２７上に設けられた反射防止膜２８を備える。
The impurity diffusion back contact cell according to the fourth embodiment includes a
図２０に示すように、第１電極層２５は、第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との間の一部に介在する第１導電膜２９ａの表面に沿って、第１導電型不純物拡散領域２２上にまで延在する。すなわち、第１電極層２５は、第１導電型不純物拡散領域２２および第１導電膜２９ａの両方と接触しており、第１導電膜２９ａもまた、第１導電型不純物拡散領域２２および第１電極層２５の両方と接触する。
As shown in FIG. 20, the
半導体基板２１としては、たとえば、ｎ型単結晶シリコン基板を好適に用いることができるが、ｎ型単結晶シリコン基板に限定されず、たとえば従来から公知の半導体基板を用いることもできる。半導体基板１の厚さは、特に限定されず、たとえば５０μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、好ましくは１００μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。また、半導体基板１の比抵抗も、特に限定されず、たとえば０．１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下とすることができる。ｎ型不純物の不純物濃度は、たとえば、１×１０18個／ｃｍ3以上１０20個／ｃｍ3以下程度とすることができる。
As the
第１導電型不純物拡散領域２２のｐ型不純物の濃度は、たとえば１×１０18個／ｃｍ3以上１０20個／ｃｍ3以下程度とすることができ、ｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができる。第２導電型不純物拡散領域２３におけるｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０18個／ｃｍ3以上１×１０20個／ｃｍ3以下程度とすることができ、ｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができる。
The concentration of the p-type impurity in the first conductivity type
パッシベーション膜２４および反射防止膜２８としては、それぞれ、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができる。また、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、パッシベーション膜２４および反射防止膜２８としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。パッシベーション膜２４および反射防止膜２８の厚さは、たとえば４０ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすることができる。
For example, at least one of an oxide layer and a nitride layer can be used as the
第１電極層２５および第２電極層２６としては、導電性を有する材料を特に限定なく用いることができ、なかでも、アルミニウムおよび銀の少なくとも一方を用いることが好ましい。また、第１電極層２５の厚さは第１導電膜２９ａの厚さより大きければよく、たとえば０．５μｍ以下とすることができる。また、第２電極層２６の厚さは特に限定されず、たとえば０．５μｍ以下とすることができる。
As the
第１導電膜２９ａとしては、第１導電型不純物拡散領域２２および第１電極層２５に対して高い密着性を有し、かつ導電性を有するものであればよい。たとえば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ（酸化スズ）、ＩＷＯ（タングステンドープ酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ）などを挙げることができる。第１導電膜２９ａの厚さは第１電極層２５の厚さよりも小さければよく、より好ましくは第１電極層９の厚さの半分以下であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。
The first
＜光電変換素子の製造方法＞
以下、図２１〜３１の模式的断面図を参照して、実施の形態４の不純物拡散型バックコンタクトセルの製造方法の一例について説明する。まず、図２１に示すように、半導体基板２１の一方の表面（裏面）に拡散防止マスク層６０を形成するとともに、半導体基板２１の他方の表面（受光面）に拡散防止マスク層６１を形成する。
<Method for producing photoelectric conversion element>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the impurity-diffused back contact cell according to the fourth embodiment will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS. First, as shown in FIG. 21, a diffusion
拡散防止マスク層６０および拡散防止マスク層６１としては、それぞれ、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができ、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、拡散防止マスク層６０および拡散防止マスク層６１としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。
As diffusion
拡散防止マスク層６０の厚さおよび拡散防止マスク層６１の厚さは、特に限定されず、たとえば、それぞれ２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることができる。拡散防止マスク層６０および拡散防止マスク層６１の形成方法も特に限定されず、たとえば、常圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、プラズマＣＶＤ法、スチーム酸化法、またはＳＯＧ（Spin on Glass）の塗布・焼成などを用いることができる。
The thickness of the diffusion
次に、図２２に示すように、拡散防止マスク層６０のうち、第２導電型不純物拡散領域２３を形成する領域に対してレーザ光６２を照射する。これにより、図２３に示すように、レーザ光６２の照射領域の拡散防止マスク層６０が除去され、開口部６３が形成される。
Next, as shown in FIG. 22, the
次に、図２４に示すように、拡散防止マスク層６０の開口部６３から半導体基板２１の裏面にｎ型不純物を拡散して、第２導電型不純物拡散領域２３を形成する。
Next, as shown in FIG. 24, the second conductivity type
第２導電型不純物拡散領域２３の形成は、たとえば、ｎ型不純物としてのリンを含むＰＯＣｌ3を用いた気相拡散、またはリンを含む溶剤をスピンコートして高温でアニールする塗布拡散などにより行なうことができる。
The formation of the second conductivity type
次に、図２５に示すように、ｎ型不純物の拡散により形成されたＰＳＧ（リンシリケートグラス）層と拡散防止マスク層６０を除去した後、半導体基板２１の裏面に拡散防止マスク層６４を形成する。拡散防止マスク層６４の形成についての説明は、上記と同様であるため、その説明は繰り返さない。
Next, as shown in FIG. 25, after removing the PSG (phosphor silicate glass) layer and the diffusion
次に、図２６に示すように、拡散防止マスク層６４のうち、第１導電型不純物拡散領域２２を形成する領域に対してレーザ光６５を照射する。これにより、図２７に示すように、レーザ光６５の照射領域の拡散防止マスク層６４が除去されて開口部６６が形成される。
Next, as shown in FIG. 26, a region of the diffusion
次に、図２８に示すように、拡散防止マスク層６４の開口部６６から半導体基板２１の裏面にｐ型不純物を拡散して、第１導電型不純物拡散領域２２を形成する。
Next, as shown in FIG. 28, the first conductivity type
第１導電型不純物拡散領域２２の形成は、たとえば、ｐ型不純物としてのボロンを含むＢＢｒ3を用いた気相拡散、またはリンを含む溶剤をスピンコートして高温でアニールする塗布拡散などにより行なうことができる。
The formation of the first conductivity type
次に、図２９に示すように、ｐ型不純物の拡散により形成されたＢＳＧ（ボロンシリケートグラス）層と拡散防止マスク層６４を除去した後、半導体基板２１の裏面にパッシベーション膜２４を形成し、このパッシベーション膜２４をテクスチャエッチングマスクとして、半導体基板２１の受光面にテクスチャエッチングを行い、テクスチャ構造２７を形成する。その後、半導体基板２１の受光面のテクスチャ構造２７上に反射防止膜２８を形成する。
Next, as shown in FIG. 29, after removing the BSG (boron silicate glass) layer formed by the diffusion of the p-type impurity and the diffusion
半導体基板２１のテクスチャエッチングには、たとえば、数％の水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウム溶液に数％のイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を７０〜８０℃に加熱した溶液を用いることができる。
For texture etching of the
パッシベーション膜２４および反射防止膜２８の形成方法は特に限定されず、たとえばスチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法を用いることができる。具体的には、酸化シリコン層としては、たとえば、スチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成により酸化シリコン層を容易に形成することができ、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法により窒化シリコン層を容易に形成することができる。
The formation method of the
次に、図３０に示すように、パッシベーション膜２４にコンタクトホール６７，６８を形成して、コンタクトホール６７から第１導電型不純物拡散領域２２の表面を露出させ、コンタクトホール６８から第２導電型不純物拡散領域２３の表面を露出させる。コンタクトホール６７，６８の形成方法は特に限定されず、たとえば、上述の開口部６６の形成のように、レーザ光の照射によって形成することができる。
Next, as shown in FIG. 30, contact holes 67 and 68 are formed in the
次に、図３１に示すように、コンタクトホール６７から露出する第１導電型不純物拡散領域２２の表面上に、第１導電膜２９ａを形成する。第１導電膜２９ａの形成方法は特に制限されず、たとえば、実施の形態１のように、半導体基板２１の裏面側に露出する全面を覆うように導電膜を形成し、この導電膜上に第１導電膜２９ａを残す部分にのみエッチングマスクを形成してエッチングを行い、その後エッチングマスクを除去することにより、第１導電膜２９ａを形成することができる。
Next, as shown in FIG. 31, a first
次に、図２０に示すように、パッシベーション膜２４から露出する第１導電型不純物拡散領域２２、その上に形成された第１導電膜２９ａ、およびコンタクトホール６７の近傍に位置するパッシベーション膜２４上に第１電極層２５を形成する。同様に、パッシベーション膜２４から露出する第２導電型不純物拡散領域２３およびコンタクトホール６８の近傍に位置するパッシベーション膜２４上に第２電極層２６を形成する。
Next, as shown in FIG. 20, the first conductive type
第１電極層２５および第２電極層２６の形成方法は特に限定されず、たとえば、実施の形態１のように、スパッタリング法または蒸着法を用いて半導体基板２１の裏面側に露出する全面を覆うように金属層を形成し、第１電極層２５および第２電極層２６を残す部分にのみエッチングマスクを形成してエッチングを行い、その後エッチングマスクを除去することにより、第１電極層２５および第２電極層２６を形成することができる。
The formation method of the
以上により、図２０に示す構成である実施の形態４の不純物拡散型バックコンタクトセルが完成する。 Thus, the impurity diffusion type back contact cell according to the fourth embodiment having the configuration shown in FIG. 20 is completed.
＜作用効果＞
実施の形態４においては、第１導電型不純物拡散領域２２（第１半導体領域）上に第１導電膜２９ａが設けられ、第１導電膜２９ａ上に設けられた第１電極層２５は、第１導電膜２９ａの表面に沿って第１導電型不純物拡散領域２２上にまで延在する。これにより、実施の形態４の不純物拡散型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。これについて、他の構成と比較しながら説明する。
<Effect>
In the fourth embodiment, the first
第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との間に第１導電膜２９ａが介在しない場合、第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との機械的強度は、これら両者の密着性に大きく依存する。しかし、シリコン半導体と金属とは密着性が比較的低いため、第１電極層２５は第１導電型不純物拡散領域２２から剥離し易い。また、第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との間の全面に上記剥離を抑制するための他の部材が介在する場合、他の部材が介在しない場合と比して、第１電極層２５のコンタクト抵抗が大きくなってしまう。
When the first
これに対し、実施の形態４のように、第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との間の一部に第１導電膜２９ａが介在する場合、第１導電膜２９ａはシリコン半導体および金属に対する高い密着性を有するため、上述の剥離の問題を解消することができる。また、第１電極層２５の一部は第１導電型不純物拡散領域２２と直接接触することができるため、第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との間の全面に他の部材が介在することによるコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。したがって、実施の形態４の不純物拡散型バックコンタクトセルによれば、光電変換素子の特性および信頼性が向上する。
On the other hand, when the first
また、コンタクト抵抗を低減する観点から、第１導電膜２９ａのシート抵抗値は第１導電型不純物拡散領域２２のシート抵抗値よりも低いことが好ましく、特に、５００ＭΩ／□以下であることがより好ましく、５０Ω／□以下であることがさらに好ましい。
Further, from the viewpoint of reducing the contact resistance, the sheet resistance value of the first
実施の形態４において、図２０に示すように、第１導電膜２９ａは第１電極層２５によって覆われることが好ましい。この場合、第１導電膜２９ａ上から、第１導電膜２９ａの表面に沿って第１導電型不純物拡散領域２２上にまで延在する第１電極層２５は、第１導電型不純物拡散領域２２の表面において、第１導電膜２９ａの周囲を囲むように形成される。したがって、たとえば第１導電膜２９ａの一部が外部に露出するような場合と比してさらに第１導電膜２９ａと第１電極層２５との密着性を高めることができる。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 20, the first
実施の形態４において、図２０に示すように、第１導電膜２９ａはアイランド状に形成されることが好ましい。この場合、第１導電膜２９ａはくさびのように機能することができるため、両者の密着性がさらに向上する。また、このような形状の第１導電膜２９ａは、フォトレジスト等を用いて容易に形成することができる。
In
実施の形態４において、第１導電膜２９ａの厚さは、第１電極層２５の厚さの半分以下であることが好ましい。この場合、コンタクト抵抗をより低減させることができるとともに、密着性を十分に維持することができる。第１導電膜２９ａの厚さは、第１電極層２５の厚さの半分以下であることがより好ましく、１／４以下であることがより好ましい。
In the fourth embodiment, the thickness of the first
さらに、第１導電膜２９ａの厚さは、５００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合、コンタクト抵抗をさらに低減させることができるだけでなく、第１導電膜２９ａによる光の吸収が十分に低減されるため、光電変換素子の短絡電流を向上させることができる。また、第１導電膜２９ａの厚さは５ｎｍ以上であることが好ましい。５ｎｍ未満の場合、密着性の効果を十分に発揮できない場合がある。
Furthermore, the thickness of the first
また、実施の形態４において、第１導電膜２９ａと第１導電型不純物拡散領域２２との接触面積Ａは、第１電極層２５と第１導電型不純物拡散領域２２との接触面積Ｂ以下であることが好ましい。この場合、密着性を十分に維持しつつ、コンタクト抵抗をさらに低減させることができる。さらには、第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との間に第１導電膜２９ａが介在しない面積が増えることによって光の吸収もより低減される。接触面積Ａは接触面積Ｂの半分以下であることがより好ましく、１／４以下であることがさらに好ましい。
In the fourth embodiment, the contact area A between the first
[実施の形態５]
＜光電変換素子の構成＞
図３２に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態５の不純物拡散型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
[Embodiment 5]
<Configuration of photoelectric conversion element>
FIG. 32 is a schematic cross-sectional view of an impurity diffusion type back contact cell according to
実施の形態５の不純物拡散型バックコンタクトセルは、第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との間に設けられた第１導電膜２９ａに加え、さらに、第２導電型不純物拡散領域２３と第２電極層２６との間に設けられた他の第２導電膜２９ｂを有することを特徴とする。
In addition to the first
図３２に示すように、第２電極層２６の一部は、第２導電膜２９ｂの表面に沿って第２導電型不純物拡散領域２３上にまで延在する。すなわち、第２電極層２６は、第２導電型不純物拡散領域２３および第２導電膜２９ｂの両方と接触しており、第２導電膜２９ｂもまた、第２導電型不純物拡散領域２３およ第２電極層２６の両方と接触する。
As shown in FIG. 32, a part of the
第２導電膜２９ｂとしては、第２導電型不純物拡散領域２３および第２電極層２６に対して高い密着性を有し、かつ導電性を有するものであればよい。たとえば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ（酸化スズ）、ＩＷＯ（タングステンドープ酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ）などを挙げることができる。導電膜２９ｂの厚さは第２電極層２６の厚さよりも小さければよく、より好ましくは第２電極層２６の厚さの半分以下であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。
The second
＜光電変換素子の製造方法＞
実施の形態５の不純物拡散型バックコンタクトセルは、実施の形態４で説明した製造方法を用い、図３１に示される製造工程において、第１導電膜２９ａと同時に第２導電膜２９ｂを形成することにより、製造することができる。
<Method for producing photoelectric conversion element>
The impurity diffusion back contact cell of the fifth embodiment uses the manufacturing method described in the fourth embodiment, and forms the second
＜作用効果＞
実施の形態５においては、第１導電膜２９ａ上に設けられた第１電極層２５が第１導電膜２９ａの表面に沿って第１導電型不純物拡散領域２２上にまで延在するとともに、第２導電膜２９ｂ上に設けられた第２電極層２６が第２導電膜２９ｂの表面に沿って第２導電型不純物拡散領域２３上にまで延在する。これにより、実施の形態５の不純物拡散型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
<Effect>
In the fifth embodiment, the
すなわち、実施の形態５の不純物拡散型バックコンタクトセルによれば、実施の形態４と同様の効果に加え、さらに第２電極層２６と第２導電型不純物拡散領域２３との間においても、密着性の問題の解消とコンタクト抵抗の抑制とが可能となる。したがって、実施の形態５の不純物拡散型バックコンタクトセルによれば、光電変換素子の特性および信頼性がさらに向上する。
That is, according to the impurity diffusion type back contact cell of the fifth embodiment, in addition to the same effects as those of the fourth embodiment, the adhesion between the
なお、実施の形態５は、第２導電型不純物拡散領域２３と第２電極層２６との間に第２導電膜２９ｂが設けられたこと以外は実施の形態４と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
The fifth embodiment is the same as the fourth embodiment except that the second
[実施の形態６]
＜光電変換素子の構成＞
図３３に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態６の不純物拡散型バックコンタクトセルの模式的な断面図を示す。
[Embodiment 6]
<Configuration of photoelectric conversion element>
FIG. 33 is a schematic cross-sectional view of an impurity diffusion type back contact cell according to
実施の形態６の不純物拡散型バックコンタクトセルは、第１導電型不純物拡散領域２２と第１電極層２５との間に設けられた複数の第１導電膜２９ａを有し、さらに、第２導電型不純物拡散領域２３と第２電極層２６との間に設けられた複数の第２導電膜２９ｂを有することを特徴とする。
The impurity diffusion back contact cell according to the sixth embodiment includes a plurality of first
図３３に示すように、第１導電型不純物拡散領域２２上には、複数のアイランド状の第１導電膜２９ａが設けられている。複数の第１導電膜２９ａ上の第１電極層２５は、第１導電膜２９ａ上から、第１導電膜２９ａの表面に沿って、具体的には、第１導電膜２９ａの表面および隣り合う２つの第１導電膜２９ａ間を埋めるようにして、第１導電型不純物拡散領域２２上にまで延在している。
As shown in FIG. 33, a plurality of island-shaped first
同様に、第２導電型不純物拡散領域２３上には、複数のアイランド状の第２導電膜２９ｂが設けられている。複数の第２導電膜２９ｂ上の第２電極層２６は、第２導電膜２９ｂ上から、第２導電膜２９ｂの表面に沿って、具体的には、第２導電膜２９ｂの表面および隣り合う２つの第２導電膜２９ｂ間を埋めるようにして、第２導電型不純物拡散領域２３上にまで延在している。
Similarly, a plurality of island-shaped second
＜光電変換素子の製造方法＞
実施の形態６の不純物拡散型バックコンタクトセルは、実施の形態４で説明した製造方法を用い、図３１に示される製造工程において、複数の第１導電膜２９ａと複数の第２導電膜２９ｂを形成することにより、製造することができる。
<Method for producing photoelectric conversion element>
The impurity diffusion type back contact cell of the sixth embodiment uses the manufacturing method described in the fourth embodiment, and in the manufacturing process shown in FIG. 31, a plurality of first
第１導電膜２９ａおよび第２導電膜２９ｂのそれぞれを複数形成する場合には、特に、これらをアイランド状に形成することにより、容易に均一な第１導電膜２９ａおよび第２導電膜２９ｂを形成することができる。
When a plurality of first
＜作用効果＞
実施の形態６においては、第１導電型不純物拡散領域２２上および第２導電型不純物拡散領域２３上に、それぞれ複数の第１導電膜２９ａおよび第２導電膜２９ｂが設けられている。第１電極層２５が、第１導電膜２９ａの表面に沿い、かつ各第１導電膜２９ａ間を埋めるように第１導電型不純物拡散領域２２上にまで延在する。同様に、第２電極層２６が、第２導電膜２９ｂの表面に沿い、かつ各第２導電膜２９ｂ間を埋めるように第２導電型不純物拡散領域２３上にまで延在する。これにより、実施の形態６の不純物拡散型バックコンタクトセルの特性および信頼性が向上する。
<Effect>
In the sixth embodiment, a plurality of first
すなわち、実施の形態６の不純物拡散型バックコンタクトセルによれば、実施の形態５と同様の効果に加え、第１電極層２５（第２電極層２６）と第１導電膜２９ａ（第２導電膜２９ｂ）とがより広い表面積でくさび状に接するために、この両者の密着性をさらに向上させることができる。また、第１電極層２５（第２電極層２６）と第１導電型不純物拡散領域２２（第２導電型不純物拡散領域２３）との接触面積をも向上させることができる。したがって、実施の形態６の不純物拡散型バックコンタクトセルによれば、光電変換素子の特性および信頼性がさらに向上する。第１導電膜２９ａまたは第２導電膜２９ｂのいずれか一方のみを複数としてもよい。
That is, according to the impurity diffusion type back contact cell of the sixth embodiment, in addition to the same effects as those of the fifth embodiment, the first electrode layer 25 (second electrode layer 26) and the first
なお、実施の形態６は、第１導電膜２９ａが複数の第１導電膜２９ａからなり、第２導電膜２９ｂが複数の第２導電膜２９ｂからなる以外は、実施の形態５と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
The sixth embodiment is the same as the fifth embodiment except that the first
[実施の形態７]
＜光電変換素子の構成＞
図３４に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態７のヘテロ接合型両面電極セルの模式的な断面図を示す。
[Embodiment 7]
<Configuration of photoelectric conversion element>
FIG. 34 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction double-sided electrode cell according to
実施の形態７のヘテロ接合型両面電極セルは、ｐ型単結晶シリコン基板からなる半導体基板３１と、半導体基板の一方の表面（裏面）の全面に設けられたｉ型非晶質シリコン膜からなる第１のｉ型半導体膜３２と、第１のｉ型半導体膜３２上の全面に設けられたｐ型非晶質シリコン膜からなる第１導電型半導体膜３３（第１半導体領域）と、第１導電型半導体膜３３上の一部に設けられた第１導電膜３９ａと、第１導電膜３９ａ上に設けられた第１電極層３７とを備える。
The heterojunction double-sided electrode cell according to the seventh embodiment includes a
また、実施の形態７のヘテロ接合型両面電極セルは、半導体基板３１の他方の表面（受光面）の全面に設けられたｉ型非晶質シリコン膜からなる第２のｉ型半導体膜３４と、第２のｉ型半導体膜３４上の全面に設けられたｎ型非晶質シリコン膜からなる第２導電型半導体膜３５（第２半導体領域）と、第２導電型半導体膜３５上の全面に設けられた反射防止膜３６と、反射防止膜３６上の一部に設けられた第２電極層３８とを備える。
The heterojunction double-sided electrode cell of the seventh embodiment includes a second i-
図３４に示すように、第１電極層３７は、第１導電型半導体膜３３と第１電極層３７との間の一部に介在する第１導電膜３９ａの表面に沿って、第１導電型半導体膜３３上にまで延在する。すなわち、第１電極層３７は、第１導電型半導体膜３３および第１導電膜３９ａの両方と接触しており、第１導電膜３９ａもまた、第１導電型半導体膜３３および第１電極層３７の両方と接触する。
As shown in FIG. 34, the
半導体基板３１としては、ｐ型単結晶シリコン基板を好適に用いることができるが、ｐ型単結晶シリコン基板に限定されず、たとえば従来から公知の半導体基板を用いることもできる。半導体基板３１の厚さは、特に限定されず、たとえば５０μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。また、半導体基板３１の比抵抗も、特に限定されず、たとえば０．１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下とすることができる。また、ｐ型不純物の不純物濃度は、たとえば、１×１０18個／ｃｍ3以上１×１０20個／ｃｍ3以下程度とすることができる。なお、ｉ型よりも不純物濃度が大きいことは言うまでもない。
As the
第１のｉ型半導体膜３２としては、ｉ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｉ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｉ型半導体膜を用いることもできる。第１のｉ型半導体膜３２の厚さは特に限定されず、たとえば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
As the first i-
第１導電型半導体膜３３としては、ｐ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるが、ｐ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｐ型半導体膜を用いることもできる。第１導電型半導体膜３３に含まれるｐ型不純物としては、たとえばボロンを用いることができ、ｐ型不純物の濃度は、たとえば５×１０19個／ｃｍ3程度とすることができる。また、第１導電型半導体膜３３の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
A p-type amorphous silicon film can be suitably used as the first
第２のｉ型半導体膜３４としては、ｉ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるがｉ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｉ型半導体膜を用いることもできる。第２のｉ型半導体膜３４の厚さは特に限定されず、たとえば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
As the second i-
第２導電型半導体膜３５としては、ｎ型非晶質シリコン膜を好適に用いることができるが、ｎ型非晶質シリコン膜に限定されず、たとえば従来から公知のｎ型半導体膜を用いることもできる。第２導電型半導体膜３５に含まれるｎ型不純物としては、たとえばリンを用いることができ、ｎ型不純物の濃度は、たとえば５×１０19個／ｃｍ3程度とすることができる。また、第２導電型半導体膜３５の厚さは特に限定されず、たとえば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすることができる。
As the second
反射防止膜３６は、たとえば、酸化物層および窒化物層の少なくとも一方を用いることができる。酸化物層としては、たとえば酸化シリコン層などを用いることができる。また、窒化物層としては、たとえば窒化シリコン層などを用いることができる。したがって、反射防止膜３６としては、たとえば、酸化シリコン層の単層、窒化シリコン層の単層、または酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体などを用いることができる。反射防止膜３６の厚さは、たとえば４０ｎｍ以上８００ｎｍ以下とすることができる。
As the
第１電極層３７および第２電極層３８としては、導電性を有する材料を特に限定なく用いることができ、なかでも、アルミニウムおよび銀の少なくとも一方を用いることが好ましい。また、第１電極層３７の厚さは第１導電膜３９ａの厚さより大きければよく、たとえば０．５μｍ以下とすることができる。また、第２電極層３８の厚さは特に限定されず、たとえば０．５μｍ以下とすることができる。
As the
第１導電膜３９ａとしては、第１導電型半導体膜３３および第１電極層３７に対して高い密着性を有し、かつ導電性を有するものであればよい。たとえば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ（酸化スズ）、ＩＷＯ（タングステンドープ酸化インジウム）、ＦＴＯ（フッ素をドープした酸化スズ）などを挙げることができる。導電膜３９の厚さは第１電極層３７の厚さよりも小さければよく、より好ましくは第１電極層３７の厚さの半分以下であり、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である。
The first
＜光電変換素子の製造方法＞
以下、図３５〜図４１の模式的断面図を参照して、実施の形態７のヘテロ接合型両面電極セルの製造方法の一例について説明する。まず、図３５に示すように、半導体基板３１の受光面の全面に第２のｉ型半導体膜３４を形成し、第２のｉ型半導体膜３４上の全面に第２導電型半導体膜３５を形成する。
<Method for producing photoelectric conversion element>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the heterojunction double-sided electrode cell according to the seventh embodiment will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. First, as shown in FIG. 35, the second i-
第２のｉ型半導体膜３４の形成方法および第２導電型半導体膜３の形成方法は特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
The method for forming the second i-
なお、半導体基板３１の受光面上に第２のｉ型半導体膜３４を形成する前に、半導体基板３１の受光面に凹凸を形成してもよい。このような凹凸は、たとえば、半導体基板３１の裏面の全面にテクスチャマスクを形成した後に、半導体基板３１の受光面をテクスチャエッチングすることにより形成することができる。テクスチャマスクとしては、たとえば、窒化シリコンまたは酸化シリコンを用いることができる。
In addition, before forming the second i-
次に、図３６に示すように、半導体基板３１の裏面の全面に第１のｉ型半導体膜３２を形成し、第１のｉ型半導体膜３２上の全面に第１導電型半導体膜３３を形成する。第１のｉ型半導体膜３２の形成方法および第１導電型半導体膜３３の形成方法は特に限定されず、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
Next, as shown in FIG. 36, the first i-
次に、図３７に示すように、第２導電型半導体膜３５の受光面の全面に、反射防止膜３６を形成する。反射防止膜３６の形成方法は特に限定されず、たとえばスチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法を用いることができる。具体的には、酸化シリコン層としては、たとえば、スチーム酸化法、常圧ＣＶＤ法、ＳＯＧの塗布・焼成により酸化シリコン層を容易に形成することができ、プラズマＣＶＤ法または常圧ＣＶＤ法により窒化シリコン層を容易に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 37, an
次に、図３８に示すように、第１導電型半導体膜３３上に、第１導電膜３９ａが形成される領域に開口部を有するメタルマスク７０を形成し、このメタルマスク７０を覆うように、半導体基板３１の裏面側に露出する全面に対して導電膜３９を形成する。なお、第１導電膜３９ａが形成される領域は、第１電極層３７が形成される領域に含まれる領域であり、換言すれば、第１電極層３７が形成される領域内であって、それよりも狭い領域である。
Next, as shown in FIG. 38, a
次に、図３９に示すように、メタルマスク７０を除去して、メタルマスク７０とともにメタルマスク７０上の導電膜３９を除去する。これにより、第１導電膜３９ａが形成される。
Next, as shown in FIG. 39, the
次に、図４０に示すように、反射防止膜３６上に、第２電極層３８が形成される領域に開口部を有するメタルマスク７１を形成し、このメタルマスク７１を覆うように、半導体基板３１の受光面側に露出する全面に対して、スパッタリング法または蒸着法などによって電極層７２を形成する。
Next, as shown in FIG. 40, a
次に、図４１に示すように、メタルマスク７１を除去して、メタルマスク７１とともにメタルマスク７１上の電極層７２を除去する。これにより、第２電極層３８が形成される。同様にして、半導体基板３１の裏面側に露出する面において、第１電極層３７が形成される領域に開口部を有するメタルマスク７３を形成し、このメタルマスク７３を覆うように、半導体基板３１の裏面側に露出する全面に対して、スパッタリング法または蒸着法などによって電極層７４を形成する。
Next, as shown in FIG. 41, the
次に、メタルマスク７３を除去して、メタルマスク７３とともにメタルマスク７３上の電極層７４を除去することにより、第１電極層３７が形成される。
Next, by removing the
以上により、図３４に示す構成である実施の形態７のヘテロ接合型両面電極セルが完成する。
Thus, the heterojunction double-sided electrode cell of
＜作用効果＞
実施の形態７においていは、第１導電型半導体膜３３（第１半導体領域）上に第１導電膜３９ａが設けられ、第１導電膜３９ａ上に設けられた第１電極層３７は、第１導電膜３９ａの表面に沿って第２導電型半導体膜３３上にまで延在する。これにより、実施の形態７のヘテロ接合型両面電極セルの特性および信頼性が向上する。これについて他の構成と比較しながら説明する。
<Effect>
In the seventh embodiment, the first
第１導電型半導体膜３３と第１電極層３７との間に第１導電膜３９ａが介在しない場合、第１導電型半導体膜３３と第１電極層３７との機械的強度は、これら両者の密着性に大きく依存する。しかし、シリコン半導体と金属とは密着性が比較的低いため、第１電極層３７は第１導電型半導体膜３３から剥離し易い。また、第１導電型半導体膜３３と第１電極層３７との間の全面に上記剥離を抑制するための他の部材が介在する場合、他の部材が介在しない場合と比して、第１電極層３７の大きなコンタクト抵抗が大きくなってしまう。
When the first
これに対し、本実施の形態７のように、第１導電型半導体膜３３と第１電極層３７との間の一部に第１導電膜３９ａが介在する場合、第１導電膜３９ａはシリコン半導体および金属に対する高い密着性を有するため、上述の剥離の問題を解消することができる。また、第１電極層３７の一部は第１導電型半導体膜３３と直接接触することができるため、第１導電型半導体膜３３と第１電極層３７との間の全面に他の部材が介在することによるコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。したがって、実施の形態７のヘテロ接合型両面電極セルによれば、光電変換素子の特性および信頼性が向上する。
In contrast, when the first
また、コンタクト抵抗を低減する観点から、第１導電膜３９ａのシート抵抗値は第１導電型半導体膜３３のシート抵抗値よりも低いことが好ましく、特に、５００ＭΩ／□以下であることがより好ましく、５０Ω／□以下であることがさらに好ましい。
Further, from the viewpoint of reducing contact resistance, the sheet resistance value of the first
実施の形態７において、図３４に示すように、第１導電膜３９ａは第１電極層３７によって覆われることが好ましい。この場合、第１導電膜３９ａ上から、第１導電膜３９ａの表面に沿って第１導電型半導体膜３３上にまで延在する第１電極層３７は、第１導電型半導体膜３３の表面において、第１導電膜３９ａの周囲を囲むように形成される。したがって、たとえば、第１導電膜３９ａの一部が外部に露出するような場合と比してさらに第１導電膜３９ａと第１電極層３７との密着性を高めることができる。
In the seventh embodiment, as shown in FIG. 34, the first
実施の形態７において、図３４に示すように、第１導電膜３９ａはアイランド状に形成されることが好ましい。この場合、第１導電膜３９ａはくさびのように機能することができるため、両者の密着性がさらに向上する。また、このような形状の第１導電膜３９ａは、メタルマスク等を用いて容易に形成することができる。
In
実施の形態７において、第１導電膜３９ａの厚さは、第１電極層２７の厚さの半分以下であることが好ましい。この場合、コンタクト抵抗をより低減させることができるとともに、密着性を十分に維持することができる。第１導電膜３９ａの厚さは、第１電極層２７の厚さの半分以下であることがより好ましく、１／４以下であることがより好ましい。
In the seventh embodiment, the thickness of the first
さらに、第１導電膜３９ａの厚さは、５００ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合、コンタクト抵抗をさらに低減させることができるだけでなく、第１導電膜３９ａによる光の吸収が十分に低減されるため、光電変換素子の短絡電流を向上させることができる。また、第１導電膜３９ａの厚さは５ｎｍ以上であることが好ましい。５ｎｍ未満の場合、密着性の効果を十分に発揮できない場合がある。
Furthermore, the thickness of the first
また、実施の形態７において、第１導電膜３９ａと第１導電型半導体膜３３との接触面積Ａは、第１電極層３７と第１導電型半導体膜３３との接触面積Ｂ以下であることが好ましい。この場合、密着性を十分に維持しつつ、コンタクト抵抗をさらに低減させることができる。さらには、第１導電型半導体膜３３と第１電極層２７との間に第１導電膜３９ａが介在しない面積が増えることによって光の吸収もより低減される。接触面積Ａは接触面積Ｂの半分以下であることがより好ましく、１／４以下であることがさらに好ましい。
In the seventh embodiment, the contact area A between the first
[実施の形態８]
＜光電変換素子の構成＞
図４２に、本発明の光電変換素子の一例である実施の形態８のヘテロ接合型両面電極セルの模式的な断面図を示す。
[Embodiment 8]
<Configuration of photoelectric conversion element>
FIG. 42 is a schematic cross-sectional view of the heterojunction double-sided electrode cell of
実施の形態８のヘテロ接合型両面電極セルは、各第１電極層３７内に複数の第１導電膜３９ａを有することを特徴とする。図４２に示すように、第１導電型半導体膜３３上の第１電極層３７が形成される複数の領域には、それぞれ複数の第１導電膜３９ａが設けられている。複数の第１導電膜３９ａ上のそれぞれの第１電極層３７は、第１導電膜３９ａ上から、第１導電膜３９ａの表面に沿って、具体的には、第１導電膜３９ａの表面および隣り合う２つの第１導電膜３９ａの間を埋めるようにして、第１導電型半導体膜３３上にまで延在している。
The heterojunction double-sided electrode cell according to the eighth embodiment is characterized in that each
＜光電変換素子の製造方法＞
実施の形態８のヘテロ接合型両面電極セルは、実施の形態７で説明した製造方法を用い、図３８に示される製造工程において、複数の第１導電膜３９ａに対応した開口部を有するメタルマスク７０を用いて複数の第１導電膜３９ａを形成することにより、製造することができる。
<Method for producing photoelectric conversion element>
The heterojunction double-sided electrode cell of the eighth embodiment uses the manufacturing method described in the seventh embodiment, and has a metal mask having openings corresponding to the plurality of first
第１導電膜３９ａを複数形成する場合には、特に、これらをアイランド状に形成することにより、容易に均一な第１導電膜３９ａを形成することができる。
When a plurality of first
＜作用効果＞
実施の形態８においては、第１導電型半導体膜３３上に複数の第１導電膜３９ａが設けられており、第１電極層３７が第１導電膜３９ａの表面に沿い、かつ各第１導電膜３９ａ間を埋めるように第１導電型半導体膜３３上にまで延在する。これにより、実施の形態８のヘテロ接合型両面電極セルの特性および信頼性が向上する。
<Effect>
In the eighth embodiment, a plurality of first
すなわち、実施の形態８のヘテロ接合型両面電極セルによれば、実施の形態７と同様の効果に加え、第１電極層３７と第１導電膜３９ａとがより広い面積でくさび状に接するために、この両者の密着性をさらに向上させることができる。また、第１電極層３７と第１導電型半導体膜３３との接触面積をも向上させることができる。したがって、実施の形態８のヘテロ接合型両面電極セルによれば、光電変換素子の特性および信頼性が向上する。
That is, according to the heterojunction double-sided electrode cell of the eighth embodiment, in addition to the same effects as those of the seventh embodiment, the
なお、実施の形態８は、第１導電膜３９ａが複数の第１導電膜３９ａからなる以外は、実施の形態７と同様であるため、同様の説明については繰り返さない。
The eighth embodiment is the same as the seventh embodiment except that the first
以上、実施の形態１〜実施の形態８において、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型とした場合について説明したが、第１導電型と第２導電型とは逆の導電型であればよく、第１導電型がｎ型となる場合には、第１導電型はｐ型となる。 As described above, in the first to eighth embodiments, the case where the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type has been described. However, the first conductivity type and the second conductivity type are opposite in conductivity. If the first conductivity type is n-type, the first conductivity type is p-type.
［付記］
（１）本発明の第１の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜と、第１のｉ型半導体膜上に設けられた第１導電型半導体膜からなる第１半導体領域と、第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、半導体基板の表面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜と、第２のｉ型半導体膜上に設けられた第２導電型半導体膜からなる第２半導体領域と、第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、第１半導体領域と第１電極層との間に介在する第１導電膜を有し、第１電極層は、第１導電膜の表面に沿って第１半導体領域にまで延在する光電変換素子を提供することができる。本発明の第１の態様においては、第１半導体領域と第１電極層との間の全面に他の部材が介在する場合や、第１半導体領域と第１電極層との間に他の部材が介在しない場合と比して、第１電極層の密着性とコンタクト抵抗の低減とのバランスに優れる。したがって、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。
[Appendix]
(1) According to the first aspect of the present invention, the semiconductor substrate, the first i-type semiconductor film provided on a part of one surface of the semiconductor substrate, and the first i-type semiconductor film are provided. A first semiconductor region formed of the first conductive type semiconductor film, a first electrode layer provided on the first semiconductor region, and a second i-type semiconductor provided on another part of the surface of the semiconductor substrate A photoelectric conversion element comprising: a film; a second semiconductor region made of a second conductivity type semiconductor film provided on the second i-type semiconductor film; and a second electrode layer provided on the second semiconductor region. A first conductive film interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer, wherein the first electrode layer is a photoelectric layer extending to the first semiconductor region along the surface of the first conductive film. A conversion element can be provided. In the first aspect of the present invention, when other members are present on the entire surface between the first semiconductor region and the first electrode layer, or other members are interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer. Compared with the case where no intervening metal is present, the balance between the adhesion of the first electrode layer and the reduction in contact resistance is excellent. Therefore, the characteristics and reliability of the photoelectric conversion element can be improved.
（２）本発明の第２の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面下の一部に形成された第１導電型不純物拡散領域からなる第１半導体領域と、第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、半導体基板の表面下の他の一部に形成された第２導電型不純物拡散領域からなる第２半導体領域と、第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、第１半導体領域と第１電極層との間に介在する第１導電膜を有し、第１電極層は、第１導電膜の表面に沿って第１半導体領域にまで延在する光電変換素子を提供することができる。本発明の第２の態様においては、第１半導体領域と第１電極層との間の全面に他の部材が介在する場合や、第１半導体領域と第１電極層との間に他の部材が介在しない場合と比して、第１電極層の密着性とコンタクト抵抗の低減とのバランスに優れる。したがって、光電変換素子の特性および信頼性を向上することができる。 (2) According to the second aspect of the present invention, a first semiconductor region comprising a semiconductor substrate, a first conductivity type impurity diffusion region formed partly under one surface of the semiconductor substrate, and the first semiconductor A first electrode layer provided on the region; a second semiconductor region comprising a second conductivity type impurity diffusion region formed in another part under the surface of the semiconductor substrate; and provided on the second semiconductor region. A photoelectric conversion element comprising a second electrode layer, comprising a first conductive film interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer, wherein the first electrode layer is on the surface of the first conductive film A photoelectric conversion element extending along the first semiconductor region can be provided. In the second aspect of the present invention, another member is interposed on the entire surface between the first semiconductor region and the first electrode layer, or another member is interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer. Compared with the case where no intervening metal is present, the balance between the adhesion of the first electrode layer and the reduction in contact resistance is excellent. Therefore, the characteristics and reliability of the photoelectric conversion element can be improved.
（３）本発明の第３の態様によれば、半導体基板と、半導体基板の一方の表面に設けられた第１導電型半導体膜からなる第１半導体領域と、第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、半導体基板の他方の表面である受光面に設けられた第２導電型半導体膜からなる第２半導体領域と、第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、第１半導体領域と第１電極層との間に介在する第１導電膜を備え、第１電極層は、第１導電膜の表面に沿って第１半導体領域にまで延在する光電変換素子を提供することができる。本発明の第３の態様においては、第１半導体領域と第１電極層との間の全面に他の部材が介在する場合や、第１半導体領域と第１電極層との間に他の部材が介在しない場合と比して、第１電極層の密着性とコンタクト抵抗の低減とのバランスに優れる。したがって、光電変換素子の特性および信頼性を向上させることができる。 (3) According to the third aspect of the present invention, the semiconductor substrate, the first semiconductor region including the first conductivity type semiconductor film provided on one surface of the semiconductor substrate, and the first semiconductor region are provided. A first electrode layer, a second semiconductor region formed of a second conductivity type semiconductor film provided on a light receiving surface which is the other surface of the semiconductor substrate, and a second electrode layer provided on the second semiconductor region. A photoelectric conversion element including a first conductive film interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer, wherein the first electrode layer is formed in the first semiconductor region along a surface of the first conductive film. A photoelectric conversion element extending up to can be provided. In the third aspect of the present invention, when other members are present on the entire surface between the first semiconductor region and the first electrode layer, or other members are interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer. Compared with the case where no intervening metal is present, the balance between the adhesion of the first electrode layer and the reduction in contact resistance is excellent. Therefore, the characteristics and reliability of the photoelectric conversion element can be improved.
（４）本発明の第１の態様、第２の態様および第３の態様においては、第１導電膜と第１半導体領域との接触面積は、第１電極層と第１半導体領域との接触面積以下であることが好ましい。この場合、密着性を十分に維持しつつ、コンタクト抵抗をさらに低減させることができる。また、第２の態様および第３の態様において、第２半導体領域と第２電極層との間に第２導電膜を備える場合においても、第２導電膜と第２半導体領域との接触面積は、第２電極層と第２半導体領域との接触面積以下であることが好ましいことはいうまでもない。 (4) In the first aspect, the second aspect, and the third aspect of the present invention, the contact area between the first conductive film and the first semiconductor region is the contact between the first electrode layer and the first semiconductor region. The area is preferably equal to or less than the area. In this case, it is possible to further reduce the contact resistance while maintaining sufficient adhesion. Further, in the second and third aspects, even when the second conductive film is provided between the second semiconductor region and the second electrode layer, the contact area between the second conductive film and the second semiconductor region is Needless to say, the contact area is preferably equal to or smaller than the contact area between the second electrode layer and the second semiconductor region.
（５）本発明の第１の態様、第２の態様および第３の態様においては、第１導電膜の厚さは第１電極層の厚さの半分以下であることが好ましい。この場合、コンタクト抵抗をより低減させることができるとともに、密着性を十分に維持することができる。また、第２の態様および第３の態様において、第２半導体領域と第２電極層との間に第２導電膜を備える場合においても、第２導電膜の厚さは第２電極層の厚さの半分以下であることが好ましいことはいうまでもない。 (5) In the first aspect, the second aspect, and the third aspect of the present invention, the thickness of the first conductive film is preferably less than or equal to half the thickness of the first electrode layer. In this case, the contact resistance can be further reduced and the adhesion can be sufficiently maintained. Further, in the second and third aspects, even when the second conductive film is provided between the second semiconductor region and the second electrode layer, the thickness of the second conductive film is the thickness of the second electrode layer. Needless to say, it is preferably less than half the thickness.
（６）本発明の第１の態様、第２の態様および第３の態様においては、第１導電膜は、第１電極層に覆われることが好ましい。この場合、第１電極層は、第１半導体領域の表面において、第１導電膜の周囲を囲むように形成されるため、たとえば、第１導電膜の一部が外部に露出するような場合と比してさらに第１導電膜と第１電極層との密着性を高めることができる。また、第２の態様および第３の態様において、第２半導体領域と第２電極層との間に第２導電膜を備える場合においても、第２導電膜は第２電極層に覆われることが好ましいことはいうまでもない。 (6) In the first aspect, the second aspect, and the third aspect of the present invention, the first conductive film is preferably covered with the first electrode layer. In this case, since the first electrode layer is formed on the surface of the first semiconductor region so as to surround the first conductive film, for example, a part of the first conductive film is exposed to the outside. In comparison, the adhesion between the first conductive film and the first electrode layer can be further enhanced. Further, in the second and third aspects, even when the second conductive film is provided between the second semiconductor region and the second electrode layer, the second conductive film may be covered with the second electrode layer. Needless to say, it is preferable.
（７）本発明の第１の態様、第２の態様および第３の態様においては、第１導電膜は金属酸化物膜であることが好ましい。この場合、上記効果に特に優れることができる。また、第２の態様および第３の態様において、第２半導体領域と第２電極層との間に第２導電膜を備える場合においても、第２導電膜は金属酸化物膜であることが好ましいことはいうまでもない。 (7) In the first aspect, the second aspect, and the third aspect of the present invention, the first conductive film is preferably a metal oxide film. In this case, the above effect can be particularly excellent. In the second and third aspects, even when the second conductive film is provided between the second semiconductor region and the second electrode layer, the second conductive film is preferably a metal oxide film. Needless to say.
（８）本発明の第１の態様、第２の態様および第３の態様においては、第１導電膜のシート抵抗値は第１半導体領域のシート抵抗値よりも低いことが好ましい。この場合、コンタクト抵抗をさらに低減することができる。また、第２の態様および第３の態様において、第２半導体領域と第２電極層との間に第２導電膜を備える場合においても、同様であることはいうまでもない。 (8) In the first aspect, the second aspect, and the third aspect of the present invention, the sheet resistance value of the first conductive film is preferably lower than the sheet resistance value of the first semiconductor region. In this case, the contact resistance can be further reduced. In the second and third aspects, it goes without saying that the same applies to the case where the second conductive film is provided between the second semiconductor region and the second electrode layer.
（９）本発明の第１の態様および第２の態様においては、第２半導体領域と第２電極層との間に介在する第２導電膜を備え、第２電極層は、第２導電膜の表面に沿って第２半導体領域にまで延在することが好ましい。この場合には、さらに第２電極層の密着性とコンタクト抵抗の低減とのバランスに優れる。したがって、光電変換素子の特性および信頼性をより向上させることができる。 (9) In the first aspect and the second aspect of the present invention, a second conductive film is provided between the second semiconductor region and the second electrode layer, and the second electrode layer is a second conductive film. It is preferable to extend to the second semiconductor region along the surface. In this case, the balance between the adhesion of the second electrode layer and the reduction in contact resistance is further excellent. Therefore, the characteristics and reliability of the photoelectric conversion element can be further improved.
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。 As described above, the embodiments of the present invention have been described, but it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments.
今回開示された実施の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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができ、特に、ヘテロ接合型バックコンタクトセル等の太陽電池およびその製造方法に好適に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the manufacturing method of a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion element, and can be suitably utilized especially for solar cells, such as a heterojunction type back contact cell, and its manufacturing method.
１，２１，３１ 半導体基板、２，３２ 第１のｉ型半導体膜、３，３３ 第１導電型半導体膜、４，３４ 第２のｉ型半導体膜、５ 第１の第２導電型半導体膜、６ 第３のｉ型半導体膜、７ 第２の第２導電型半導体膜、８，２８，３６ 反射防止膜、９，２５，３７ 第１電極層、１０，２６，３８ 第２電極層、１１，３９ 導電膜、１１ａ，２９ａ，３９ａ 第１導電膜、１１ｂ，２９ｂ 第２導電膜、１２，１３，１４，１５ エッチングマスク、１６，７４ 電極層、５１，５２ 積層体、２２ 第１導電型不純物拡散領域、２３ 第２導電型不純物拡散領域、２４ パッシベーション膜、２７ テクスチャ構造、３５ 第２導電型半導体膜、６０，６１，６４ 拡散防止マスク層、６２，６５ レーザ光、６３，６６，６７，６８ 開口部、７０，７１，７３ メタルマスク。 1,21,31 Semiconductor substrate, 2,32 First i-type semiconductor film, 3,33 First conductivity type semiconductor film, 4,34 Second i-type semiconductor film, 5 First second conductivity type semiconductor film , 6 3rd i-type semiconductor film, 7 2nd 2nd conductivity type semiconductor film, 8, 28, 36 Antireflection film, 9, 25, 37 1st electrode layer, 10, 26, 38 2nd electrode layer, 11, 39 conductive film, 11a, 29a, 39a first conductive film, 11b, 29b second conductive film, 12, 13, 14, 15 etching mask, 16, 74 electrode layer, 51, 52 laminate, 22 first conductive film Type impurity diffusion region, 23 second conductivity type impurity diffusion region, 24 passivation film, 27 texture structure, 35 second conductivity type semiconductor film, 60, 61, 64 diffusion prevention mask layer, 62, 65 laser light, 63, 66, 67, 68 opening, 0,71,73 metal mask.
Claims (9)
前記半導体基板の一方の表面の一部に設けられた第１のｉ型半導体膜と、
前記第１のｉ型半導体膜上に設けられた第１導電型半導体膜からなる第１半導体領域と、
前記第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、
前記半導体基板の前記表面の他の一部に設けられた第２のｉ型半導体膜と、
前記第２のｉ型半導体膜上に設けられた第２導電型半導体膜からなる第２半導体領域と、
前記第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、
前記第１半導体領域と前記第１電極層との間に介在する第１導電膜を有し、
前記第１電極層は、前記第１導電膜の表面に沿って前記第１半導体領域にまで延在する、光電変換素子。 A semiconductor substrate;
A first i-type semiconductor film provided on a part of one surface of the semiconductor substrate;
A first semiconductor region comprising a first conductive type semiconductor film provided on the first i-type semiconductor film;
A first electrode layer provided on the first semiconductor region;
A second i-type semiconductor film provided on another part of the surface of the semiconductor substrate;
A second semiconductor region comprising a second conductive semiconductor film provided on the second i-type semiconductor film;
A photoelectric conversion element comprising a second electrode layer provided on the second semiconductor region,
A first conductive film interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer;
The first electrode layer is a photoelectric conversion element that extends to the first semiconductor region along a surface of the first conductive film.
前記半導体基板の一方の表面下の一部に形成された第１導電型不純物拡散領域からなる第１半導体領域と、
前記第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、
前記半導体基板の前記表面下の他の一部に形成された第２導電型不純物拡散領域からなる第２半導体領域と、
前記第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、
前記第１半導体領域と前記第１電極層との間に介在する第１導電膜を有し、
前記第１電極層は、前記第１導電膜の表面に沿って前記第１半導体領域にまで延在する光電変換素子。 A semiconductor substrate;
A first semiconductor region comprising a first conductivity type impurity diffusion region formed in a part under one surface of the semiconductor substrate;
A first electrode layer provided on the first semiconductor region;
A second semiconductor region comprising a second conductivity type impurity diffusion region formed in another part under the surface of the semiconductor substrate;
A photoelectric conversion element comprising a second electrode layer provided on the second semiconductor region,
A first conductive film interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer;
The first electrode layer is a photoelectric conversion element that extends to the first semiconductor region along a surface of the first conductive film.
前記半導体基板の一方の表面に設けられた第１導電型半導体膜からなる第１半導体領域と、
前記第１半導体領域上に設けられた第１電極層と、
前記半導体基板の他方の表面である受光面に設けられた第２導電型半導体膜からなる第２半導体領域と、
前記第２半導体領域上に設けられた第２電極層とを備える光電変換素子であって、
前記第１半導体領域と前記第１電極層との間に介在する第１導電膜を備え、
前記第１電極層は、前記第１導電膜の表面に沿って前記第１半導体領域にまで延在する、光電変換素子。 A semiconductor substrate;
A first semiconductor region comprising a first conductive type semiconductor film provided on one surface of the semiconductor substrate;
A first electrode layer provided on the first semiconductor region;
A second semiconductor region comprising a second conductivity type semiconductor film provided on a light receiving surface which is the other surface of the semiconductor substrate;
A photoelectric conversion element comprising a second electrode layer provided on the second semiconductor region,
A first conductive film interposed between the first semiconductor region and the first electrode layer;
The first electrode layer is a photoelectric conversion element that extends to the first semiconductor region along a surface of the first conductive film.
前記第２電極層は、前記第２導電膜の表面に沿って前記第２半導体領域にまで延在する、請求項１または請求項２に記載の光電変換素子。 A second conductive film interposed between the second semiconductor region and the second electrode layer;
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the second electrode layer extends to the second semiconductor region along a surface of the second conductive film.
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