JP2016039246A - 光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】特性を向上することのできる光電変換素子を提供する。
【解決手段】光電変換素子は、ｎ型の半導体基板（１）と、半導体基板（１）上の非晶質シリコン膜（６ｂ）と、半導体基板（１）と非晶質シリコン膜（６ｂ）との間の結晶シリコン部（６ａ）と、非晶質シリコン膜（６ｂ）上の正の固定電荷（２２）を有することができる絶縁膜（７）とを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】光電変換素子は、ｎ型の半導体基板（１）と、半導体基板（１）上の非晶質シリコン膜（６ｂ）と、半導体基板（１）と非晶質シリコン膜（６ｂ）との間の結晶シリコン部（６ａ）と、非晶質シリコン膜（６ｂ）上の正の固定電荷（２２）を有することができる絶縁膜（７）とを備えている。
【選択図】図１
Description
本発明は、光電変換素子に関する。
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。
現在、最も多く製造および販売されている太陽電池は、太陽光が入射する側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とにそれぞれ電極が形成された構造のものである。
しかしながら、受光面に電極を形成した場合には、電極における太陽光の反射および吸収があることから、電極の面積分だけ入射する太陽光の量が減少する。そのため、裏面のみに電極を形成した太陽電池の開発が進められている（たとえば特許文献１参照）。
図２０に、特許文献１に記載の太陽電池の受光面の模式的な拡大断面図を示す。図２０に示すように、特許文献１に記載の太陽電池の受光面は、ｎ型又はｐ型の半導体からなる基板１０１上に、ｉ型非晶質半導体層１０２、基板１０１と同じ導電型の非晶質半導体層１０３および保護層１０４がこの順に積層された構造を有している。
しかしながら、特許文献１に記載の太陽電池においては、太陽電池の受光面に入射した光のうち、短波長領域の光がｉ型非晶質半導体層１０２および非晶質半導体層１０３で吸収されてしまうため、十分な特性が得られないという課題があった。
ここで開示された実施形態は、ｎ型の半導体基板と、半導体基板上の非晶質シリコン膜と、半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、非晶質シリコン膜上の正の固定電荷を有することができる絶縁膜とを備えた光電変換素子である。
また、ここで開示された実施形態は、ｎ型の半導体基板と、半導体基板上の非晶質シリコン膜と、半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、非晶質シリコン膜上の絶縁膜とを備え、絶縁膜は、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜の少なくとも一方を含む光電変換素子である。
また、ここで開示された実施形態は、ｐ型の半導体基板と、半導体基板上の非晶質シリコン膜と、半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、非晶質シリコン膜上の負の固定電荷を有することができる絶縁膜とを備えた光電変換素子である。
ここで開示された実施形態によれば、特性を向上することができる光電変換素子を提供することができる。
以下、実施形態について説明する。なお、実施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。
［実施形態１］
＜光電変換素子の構成＞
図１に、実施形態１の光電変換素子の一例である実施形態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。実施形態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である半導体基板１と、半導体基板１の一方の主面（以下、「受光面」という）の凹凸１ａ上の結晶シリコン部６ａと非晶質シリコン膜６ｂとの積層体６と、積層体６上の絶縁膜７とを備えている。ここで、積層体６は、半導体基板１の凹凸１ａに接する結晶シリコン部６ａと、結晶シリコン部６ａに接する非晶質シリコン膜６ｂとをこの順に備えている。すなわち、半導体基板１と非晶質シリコン膜６ｂとの間には結晶シリコン部６ａが設けられている。また、絶縁膜７は、非晶質シリコン膜６ｂに接するようにして設けられている。
＜光電変換素子の構成＞
図１に、実施形態１の光電変換素子の一例である実施形態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。実施形態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である半導体基板１と、半導体基板１の一方の主面（以下、「受光面」という）の凹凸１ａ上の結晶シリコン部６ａと非晶質シリコン膜６ｂとの積層体６と、積層体６上の絶縁膜７とを備えている。ここで、積層体６は、半導体基板１の凹凸１ａに接する結晶シリコン部６ａと、結晶シリコン部６ａに接する非晶質シリコン膜６ｂとをこの順に備えている。すなわち、半導体基板１と非晶質シリコン膜６ｂとの間には結晶シリコン部６ａが設けられている。また、絶縁膜７は、非晶質シリコン膜６ｂに接するようにして設けられている。
実施形態１において、結晶シリコン部６ａはｉ型多結晶シリコンであり、非晶質シリコン膜６ｂはｉ型非晶質シリコン膜である。また、絶縁膜７は正の固定電荷を有することができる窒化シリコン（ＳｉＮx）膜である。
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１×１０15個／ｃｍ3未満、かつｐ型不純物濃度が１×１０15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。また、本明細書において「ｎ型」はｎ型不純物濃度が１×１０15個／ｃｍ3以上の状態を意味し、「ｐ型」はｐ型不純物濃度が１×１０15個／ｃｍ3以上の状態を意味する。
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。
半導体基板１の他方の主面である裏面に接する第１のｉ型非晶質半導体膜２と第２のｉ型非晶質半導体膜４とを有している。実施形態１においては、第１のｉ型非晶質半導体膜２および第２のｉ型非晶質半導体膜４は、それぞれ、ｉ型非晶質シリコン膜である。
第１のｉ型非晶質半導体膜２上には、第１のｉ型非晶質半導体膜２に接するｐ型の非晶質シリコンからなる第１導電型非晶質シリコン膜３が設けられている。また、第２のｉ型非晶質半導体膜４上には、第２のｉ型非晶質半導体膜４に接するｎ型の非晶質シリコンからなる第２導電型非晶質シリコン膜５が設けられている。
第１導電型非晶質シリコン膜３上には第１電極１１が設けられている。また、第２導電型非晶質シリコン膜５上には第２電極１２が設けられている。
第２のｉ型非晶質半導体膜４と第２導電型非晶質シリコン膜５との積層体の端部は、第１のｉ型非晶質半導体膜２と第１導電型非晶質シリコン膜３との積層体の端部を覆っている。そのため、第１導電型非晶質シリコン膜３と第２導電型非晶質シリコン膜５との間には第２のｉ型非晶質半導体膜４の端部が位置している。第２のｉ型非晶質半導体膜４の端部は、第１導電型非晶質シリコン膜３および第２導電型非晶質シリコン膜５の両方と接している。これにより、第１導電型非晶質シリコン膜３と第２導電型非晶質シリコン膜５とは第２のｉ型非晶質半導体膜４によって分離されている。
＜作用効果＞
裏面のみに電極を形成した従来の太陽電池においては、太陽電池の半導体基板の受光面におけるキャリアの再結合を抑制するためのパッシベーション膜として、非晶質シリコン膜を用いていた。これは、パッシベーション膜としてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で形成した多結晶シリコン膜を用いた場合には非晶質シリコン膜と多結晶シリコン膜との界面が増えることになる。当該界面には多くの結晶欠陥が含まれていることから、これらの結晶欠陥に光の入射により発生した半導体基板中の少数キャリアが捕捉されてしまい、十分な特性を発現しなかったことによるものである。
裏面のみに電極を形成した従来の太陽電池においては、太陽電池の半導体基板の受光面におけるキャリアの再結合を抑制するためのパッシベーション膜として、非晶質シリコン膜を用いていた。これは、パッシベーション膜としてプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で形成した多結晶シリコン膜を用いた場合には非晶質シリコン膜と多結晶シリコン膜との界面が増えることになる。当該界面には多くの結晶欠陥が含まれていることから、これらの結晶欠陥に光の入射により発生した半導体基板中の少数キャリアが捕捉されてしまい、十分な特性を発現しなかったことによるものである。
しかしながら、非晶質シリコン膜は、多結晶シリコン膜と比べて、短波長領域の光をより多く吸収する。そのため、受光面のパッシベーション膜として非晶質シリコン膜を用いた場合には、半導体基板への短波長領域の光の入射量が減少してしまうため、十分な特性が得られなかった。
そこで、実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、半導体基板１上に結晶シリコン部６ａを設けることによって、半導体基板１への短波長領域（波長３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下）の光の入射量が多くなる。
また、実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、結晶シリコン部６ａにより結晶シリコン部６ａと非晶質シリコン膜６ｂとの界面が増加し、当該界面の結晶欠陥による少数キャリアの捕捉の弊害を回避するため、結晶シリコン部６ａ上に、非晶質シリコン膜６ｂを介して、正の固定電荷を有することができる絶縁膜７が設けられている。これにより、図２の模式的拡大断面図に示すように、半導体基板１に光が入射することによって半導体基板１の内部に発生したキャリア（正孔２３および電子２４）のうち少数キャリアである正孔２３は、絶縁膜７の正の固定電荷２２により形成されたエネルギ準位の障壁による斥力によって、結晶シリコン部６ａから遠ざけられるため、結晶欠陥２１に捕捉されにくくなる。そして、正孔２３は、第１のｉ型非晶質半導体膜２および第１導電型非晶質シリコン膜３を通して第１電極１１から取り出され、電子２４は、第２のｉ型非晶質半導体膜４および第２導電型非晶質シリコン膜５を通して第２電極１２から取り出される。
以上の理由により、実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、結晶シリコン部６ａによって短波長領域の光の入射量が増加することによって半導体基板１の内部におけるキャリアの発生量が増加し、さらには絶縁膜７によって半導体基板１の内部に発生した少数キャリアが結晶欠陥２１に捕捉されにくくなるため、従来よりも特性の優れた光電変換素子とすることができる。
なお、上記においては、半導体基板１の受光面の凹凸１ａの全面に結晶シリコン部６ａが形成されている場合について説明したが、半導体基板１の受光面の凹凸１ａの一部のみに結晶シリコン部６ａが形成されていてもよい。特に、結晶シリコン部６ａは、半導体基板１の受光面の凹凸１ａの凹部に形成されやすい。ただ、短波長領域の光をより多く半導体基板１に入射させる観点からは、半導体基板１の受光面の凹凸１ａ上の結晶シリコン部６ａの形成領域は広い方が好ましい。
また、実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおける半導体基板１と非晶質シリコン膜６ｂとの間の結晶シリコン部６ａの存在は、たとえば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により確認することができる。
また、結晶シリコン部６ａの厚さｔは、結晶シリコン部６ａと非晶質シリコン膜６ｂとの積層体６の厚さＴの１／５以上であることが好ましい。この場合には、半導体基板１に入射する短波長領域の光の量をさらに増大させることができる。
＜光電変換素子の製造方法＞
以下、図３〜図１５の模式的断面図を参照して、実施形態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３に示すように、半導体基板１の受光面に凹凸１ａを形成する。
以下、図３〜図１５の模式的断面図を参照して、実施形態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３に示すように、半導体基板１の受光面に凹凸１ａを形成する。
ここで、半導体基板１の受光面の凹凸１ａ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。
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ｎ型半導体基板を適宜用いることもできる。
次に、図４に示すように、半導体基板１の受光面の凹凸１ａ上に、結晶シリコン部６ａを形成する。ここで、結晶シリコン部６ａは、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成することができる。プラズマＣＶＤ法による結晶シリコン部６ａの形成時に水素（Ｈ2）ガスを流すことにより、半導体基板１と結晶シリコン部６ａとの界面、および結晶シリコン部６ａ同士の界面の間のシリコンの未結合手に水素原子が付着することにより、結晶欠陥を低減することができる。
次に、図５に示すように、結晶シリコン部６ａ上に非晶質シリコン膜６ｂを形成する。ここで、非晶質シリコン膜６ｂは、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
なお、結晶シリコン部６ａおよび非晶質シリコン膜６ｂをプラズマＣＶＤ法により形成するときの形成条件は、結晶シリコン部６ａおよび非晶質シリコン膜６ｂをそれぞれ形成することができるものであれば特に限定されないが、たとえば、結晶シリコン部６ａの形成時のプラズマパワーが非晶質シリコン膜６ｂの形成時のプラズマパワーよりも高い条件、結晶シリコン部６ａの形成時のシラン（ＳｉＨ4）ガスに対するＨ2ガスの流量比（（Ｈ2ガスの流量）／（ＳｉＨ4ガス流量））が、非晶質シリコン膜の形成時のＳｉＨ4ガスに対するＨ2ガスの流量比よりも大きい条件、またはこれらの条件を組み合わせた条件を採用することにより、結晶シリコン部６ａおよび非晶質シリコン膜６ｂをそれぞれプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
次に、図６に示すように、非晶質シリコン膜６ｂ上にＳｉＮx膜である絶縁膜７を形成する。ここで、絶縁膜７は、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
なお、絶縁膜７をプラズマＣＶＤ法によって形成する場合には、ＳｉＮx膜である絶縁膜７中におけるＳｉとＮとの組成比を比較的自由に設定することができるため、絶縁膜７が正の固定電荷を有するようにＳｉとＮとの組成比を設定して絶縁膜７を形成することができる。
次に、図７に示すように、半導体基板１の裏面の全面に第１のｉ型非晶質半導体膜２を形成する。第１のｉ型非晶質半導体膜２の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
第１のｉ型非晶質半導体膜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型非晶質半導体膜を用いることもできる。
次に、図８に示すように、半導体基板１の裏面上に第１導電型非晶質シリコン膜３を形成する。第１導電型非晶質シリコン膜３の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
第１導電型非晶質シリコン膜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型非晶質半導体膜を用いることもできる。なお、第１導電型非晶質シリコン膜３を構成するｐ型非晶質シリコン膜に含まれる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る。
次に、図９に示すように、第１導電型非晶質シリコン膜３上に、半導体基板１を厚さ方向にエッチングする箇所に開口部を有するフォトレジスト等のエッチングマスク３１を形成する。
次に、図１０に示すように、エッチングマスク３１をマスクとして、第１のｉ型非晶質半導体膜２と第１導電型非晶質シリコン膜３との積層体５１を厚さ方向にエッチングすることによって、半導体基板１の一部を露出させる。
次に、図１１に示すように、半導体基板１の露出面および第１導電型非晶質シリコン膜３を覆うようにして第２のｉ型非晶質半導体膜４を形成する。第２のｉ型非晶質半導体膜４の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
第２のｉ型非晶質半導体膜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型非晶質半導体膜を用いることもできる。
次に、図１２に示すように、第２のｉ型非晶質半導体膜４上に第２導電型非晶質シリコン膜５を形成する。第２導電型非晶質シリコン膜５の形成方法は特に限定されないが、たとえばプラズマＣＶＤ法を用いることができる。
第２導電型非晶質シリコン膜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型非晶質半導体膜を用いることもできる。なお、第２導電型非晶質シリコン膜５を構成するｎ型非晶質シリコン膜に含まれる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。
次に、図１３に示すように、半導体基板１の裏面上の第２のｉ型非晶質半導体膜４と第２導電型非晶質シリコン膜５との積層体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３２を形成する。
次に、エッチングマスク３２をマスクとして、第２のｉ型非晶質半導体膜４と第２導電型非晶質シリコン膜５との積層体５２の一部を厚さ方向にエッチングすることによって、図１４に示すように、第１導電型非晶質シリコン膜３の一部を露出させる。その後、図１５に示すように、エッチングマスク３２を完全に除去する。
次に、図１に示すように、第１導電型非晶質シリコン膜３に接するように第１電極１１を形成し、第２導電型非晶質シリコン膜５に接するように第２電極１２を形成する。ここで、第１電極１１および第２電極１２の形成方法も特に限定されないが、たとえば蒸着法などを用いることができる。
以上により、図１に示す構成の実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルが完成する。
図１６に、上記のようにして作製された実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの受光面の半導体基板１の受光面と非晶質シリコン膜６ｂとの間の結晶シリコン部６ａの一例の拡大写真を示す。図１６に示すように、実施形態１のヘテロ接合型バックコンタクトセルの受光面においては、半導体基板１と非晶質シリコン膜６ｂとの間に、結晶シリコン部６ａの存在を確認することができる。
［実施形態２］
図１７に、実施形態２の光電変換素子の一例である実施形態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。実施形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxＮy膜）である絶縁膜７ａを用いていることを特徴としている。
図１７に、実施形態２の光電変換素子の一例である実施形態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。実施形態２のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxＮy膜）である絶縁膜７ａを用いていることを特徴としている。
ＳｉＯyＮz膜である絶縁膜７ａをプラズマＣＶＤ法によって形成する場合にも、絶縁膜７ａ中におけるＳｉとＯとＮとの組成比を比較的自由に設定することができるため、絶縁膜７ａが正の固定電荷を有するようにＳｉとＯとＮとの組成比を設定して絶縁膜７ａを形成することができる。
実施形態２における上記以外の説明は実施形態１と同様であるため、その説明については繰り返さない。
［実施形態３］
実施形態３におけるヘテロ接合型バックコンタクトセルは、実施形態１の絶縁膜７および実施形態２の絶縁膜７ａに代えて、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxＮy膜）と窒化シリコン膜（ＳｉＮx膜）との複合膜を用いていることを特徴としている。
実施形態３におけるヘテロ接合型バックコンタクトセルは、実施形態１の絶縁膜７および実施形態２の絶縁膜７ａに代えて、酸窒化シリコン膜（ＳｉＯxＮy膜）と窒化シリコン膜（ＳｉＮx膜）との複合膜を用いていることを特徴としている。
ＳｉＯxＮy膜とＳｉＮx膜との複合膜としては、たとえば、非晶質シリコン膜６ｂ側からＳｉＯxＮy膜とＳｉＮx膜とがこの順序で積層された膜、非晶質シリコン膜６ｂ側からＳｉＮx膜とＳｉＯxＮy膜とがこの順序で積層された膜、および非晶質シリコン膜６ｂ上に積層されたＳｉＯxＮy膜の組成が非晶質シリコン膜６ｂ側からその厚さ方向に徐々に変化していき、最表面がＳｉＮとなる膜などを挙げることができる。
ＳｉＯxＮy膜とＳｉＮx膜との複合膜は、実施形態１および実施形態２と同様に、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成することができる。また、ＳｉＯxＮy膜の組成の変更は、たとえば、プラズマＣＶＤ装置内に導入される材料ガスの流量比の調整等によって、ＳｉとＯとＮとの組成比を比較的自由に設定することができる。
さらに、ＳｉとＯとＮとの組成比の設定は、たとえば、プラズマＣＶＤ装置の一反応室内における一連の成膜プロセス中での変更が可能であるため、実施形態３における絶縁膜のＳｉとＯとＮとの組成比は、段階的に変化させることができ、または連続的に変化させることもできる。たとえば、実施形態３における絶縁膜のＳｉとＯとＮとの組成比を段階的に変化させること、または連続的に変化させることによって、プラズマＣＶＤ装置の一反応室内における一連の成膜プロセス中で、上記に例示されたＳｉＯxＮy膜とＳｉＮx膜との複合膜を作製することができる。
実施形態３における上記以外の説明は実施形態１および実施形態２と同様であるため、その説明については繰り返さない。
［実施形態４］
図１８に、実施形態４の光電変換素子の一例である実施形態４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。実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、ｐ型単結晶シリコン基板である半導体基板１ｂを用いるとともに、負の固定電荷を有することができる酸化アルミニウム（ＡｌＯx）膜である絶縁膜７ｂを用いていることを特徴としている。
図１８に、実施形態４の光電変換素子の一例である実施形態４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。実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、ｐ型単結晶シリコン基板である半導体基板１ｂを用いるとともに、負の固定電荷を有することができる酸化アルミニウム（ＡｌＯx）膜である絶縁膜７ｂを用いていることを特徴としている。
ＡｌＯx膜である絶縁膜７ｂをプラズマＣＶＤ法によって形成する場合にも、絶縁膜７ｂ中におけるＡｌとＯとの組成比を設定することができるため、絶縁膜７ｂが負の固定電荷を有するようにＡｌとＯとの組成比を設定して絶縁膜７ｂを形成することができる。
また、実施形態４のヘテロ接合型バックコンタクトセルにおいては、図１９の模式的拡大断面図に示すように、半導体基板１ｂに光が入射することによって半導体基板１ｂの内部に発生したキャリア（正孔２３および電子２４）のうち少数キャリアである電子２３は絶縁膜７ｂの負の固定電荷２５により形成されたエネルギ準位の障壁による斥力によって結晶シリコン部６ａから遠ざけられるため、結晶欠陥２１に捕捉されにくくなる。そして正孔２３は、第１のｉ型非晶質半導体膜２および第１導電型非晶質シリコン膜３を通して第１電極１１から取り出され、電子２４は、第２のｉ型非晶質半導体膜４および第２導電型非晶質シリコン膜５を通して第２電極１２から取り出される。
実施形態４における上記以外の説明は実施形態１〜３と同様であるため、その説明については繰り返さない。
［付記］
（１）ここで開示された実施形態は、ｎ型の半導体基板と、半導体基板上の非晶質シリコン膜と、半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、非晶質シリコン膜上の正の固定電荷を有することができる絶縁膜とを備えた光電変換素子である。半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部により半導体基板への短波長領域の光の入射量が増加し、正の固定電荷を有することができる絶縁膜により形成されたエネルギ準位の障壁による斥力により、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との界面、半導体基板と非晶質シリコン膜との界面、および半導体基板と結晶シリコン部との界面に存在する結晶欠陥によって少数キャリアが捕捉されるのを抑制することができるため、光電変換素子の特性を向上させることができる。
（１）ここで開示された実施形態は、ｎ型の半導体基板と、半導体基板上の非晶質シリコン膜と、半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、非晶質シリコン膜上の正の固定電荷を有することができる絶縁膜とを備えた光電変換素子である。半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部により半導体基板への短波長領域の光の入射量が増加し、正の固定電荷を有することができる絶縁膜により形成されたエネルギ準位の障壁による斥力により、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との界面、半導体基板と非晶質シリコン膜との界面、および半導体基板と結晶シリコン部との界面に存在する結晶欠陥によって少数キャリアが捕捉されるのを抑制することができるため、光電変換素子の特性を向上させることができる。
（２）ここで開示された実施形態は、ｎ型の半導体基板と、半導体基板上の非晶質シリコン膜と、半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、非晶質シリコン膜上の絶縁膜とを備え、絶縁膜は、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜の少なくとも一方を含む光電変換素子である。半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部により半導体基板への短波長領域の光の入射量が増加し、この場合にも、絶縁膜が正の固定電荷を有することができるため、絶縁膜により形成されたエネルギ準位の障壁による斥力により、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との界面、半導体基板と非晶質シリコン膜との界面、および半導体基板と結晶シリコン部との界面に存在する結晶欠陥によって少数キャリアが捕捉されるのを抑制することができるため、光電変換素子の特性を向上させることができる。
（３）ここで開示された実施形態は、ｐ型の半導体基板と、半導体基板上の非晶質シリコン膜と、半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、非晶質シリコン膜上の負の固定電荷を有することができる絶縁膜とを備えた光電変換素子である。半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部により半導体基板への短波長領域の光の入射量が増加し、負の固定電荷を有することができる絶縁膜により、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との界面、半導体基板と非晶質シリコン膜との界面、および半導体基板と結晶シリコン部との界面に存在する結晶欠陥によって少数キャリアが捕捉されるのを抑制することができるため、光電変換素子の特性を向上させることができる。
（４）ここで開示された実施形態において、絶縁膜は、酸化アルミニウム膜を含むことが好ましい。この場合にも、絶縁膜が負の固定電荷を有することができるため、絶縁膜の斥力により、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との界面、半導体基板と非晶質シリコン膜との界面、および半導体基板と結晶シリコン部との界面に存在する結晶欠陥によって少数キャリアが捕捉されるのを抑制することができる。
（５）ここで開示された実施形態において、半導体基板は少なくとも１つの凹凸を有しており、凹凸の凹部の少なくとも１つに結晶シリコン部を有することが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（６）ここで開示された実施形態において、半導体基板と結晶シリコン部とが接していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（７）ここで開示された実施形態において、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜とが接していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（８）ここで開示された実施形態において、結晶シリコン部の厚さは、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との積層体の厚さの１／５以上であることが好ましい。この場合には半導体基板に入射する短波長領域の光の量をさらに増大させることができる。
（９）ここで開示された実施形態においては、非晶質シリコン膜と絶縁膜とが接していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１０）ここで開示された実施形態において、非晶質シリコン膜は、ｉ型非晶質シリコンを含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１１）ここで開示された実施形態において、結晶シリコン部は、ｉ型の多結晶シリコンを含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１２）ここで開示された実施形態において、半導体基板は、シリコンを含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１３）ここで開示された実施形態は、半導体基板上の非晶質シリコン膜と反対側に設けられた第１導電型非晶質シリコン膜と第２導電型非晶質シリコン膜と、第１導電型非晶質シリコン膜上の第１電極と、第２導電型非晶質シリコン膜上の第２電極とを備えていることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１４）ここで開示された実施形態は、半導体基板と第１導電型非晶質シリコン膜との間の第１のｉ型非晶質半導体膜と、半導体基板と第２導電型非晶質シリコン膜との間の第２のｉ型非晶質半導体膜とをさらに含むことが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１５）ここで開示された実施形態においては、半導体基板と第１のｉ型非晶質半導体膜とが接していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１６）ここで開示された実施形態においては、半導体基板と第２のｉ型非晶質半導体膜とが接していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１７）ここで開示された実施形態においては、第１のｉ型非晶質半導体膜と第１導電型非晶質シリコン膜とが接していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１８）ここで開示された実施形態においては、第２のｉ型非晶質半導体膜と第２導電型非晶質シリコン膜とが接していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（１９）ここで開示された実施形態においては、第１導電型非晶質シリコン膜と第２導電型非晶質シリコン膜との間に第２のｉ型非晶質半導体膜の端部が位置していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（２０）ここで開示された実施形態においては、第２のｉ型非晶質半導体膜の端部が、第１導電型非晶質シリコン膜および第２導電型非晶質シリコン膜のそれぞれと接していることが好ましい。この場合にも、光電変換素子の特性を向上することができる。
（２１）ここで開示された実施形態は、ｎ型の半導体基板上に結晶シリコン部を形成する工程と、結晶シリコン部上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、非晶質シリコン膜上に正の固定電荷を有することができる絶縁膜を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法である。半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部により半導体基板への短波長領域の光の入射量が増加し、正の固定電荷を有することができる絶縁膜により形成されたエネルギ準位の障壁による斥力により、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との界面、半導体基板と非晶質シリコン膜との界面、および半導体基板と結晶シリコン部との界面に存在する結晶欠陥によって少数キャリアが捕捉されるのを抑制することができるため、特性が向上した光電変換素子を製造することができる。
（２２）ここで開示された実施形態は、ｎ型の半導体基板上に結晶シリコン部を形成する工程と、結晶シリコン部上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、非晶質シリコン膜上に窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜の少なくとも一方を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法である。半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部により半導体基板への短波長領域の光の入射量が増加し、この場合にも、絶縁膜が正の固定電荷を有することができるため、絶縁膜により形成されたエネルギ準位の障壁による斥力により、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との界面、半導体基板と非晶質シリコン膜との界面、および半導体基板と結晶シリコン部との界面に存在する結晶欠陥によって少数キャリアが捕捉されるのを抑制することができるため、特性が向上した光電変換素子を製造することができる。
（２３）ここで開示された実施形態は、ｐ型の半導体基板上に結晶シリコン部を形成する工程と、結晶シリコン部上に非晶質シリコン膜を形成する工程と、非晶質シリコン膜上に負の固定電荷を有することができる絶縁膜を形成する工程とを含む光電変換素子の製造方法である。半導体基板と非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部により半導体基板への短波長領域の光の入射量が増加し、負の固定電荷を有することができる絶縁膜により形成されたエネルギ準位の障壁による斥力により、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜との界面、半導体基板と非晶質シリコン膜との界面、および半導体基板と結晶シリコン部との界面に存在する結晶欠陥によって少数キャリアが捕捉されるのを抑制することができるため、特性が向上した光電変換素子を製造することができる。
（２４）ここで開示された実施形態においては、結晶シリコン部を形成する工程および非晶質シリコン膜を形成する工程はそれぞれプラズマＣＶＤ法により行われることが好ましい。この場合にも、特性が向上した光電変換素子を製造することができる。
（２５）ここで開示された実施形態においては、結晶シリコン部の形成時のプラズマパワーが、非晶質シリコン膜の形成時のプラズマパワーよりも高いことが好ましい。この場合には、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜とを作り分けることができる。
（２６）ここで開示された実施形態においては、結晶シリコン部の形成時のＳｉＨ4ガスに対するＨ2ガスの流量比が、非晶質シリコン膜の形成時のＳｉＨ4ガスに対するＨ2ガスの流量比の流量比よりも大きいことが好ましい。この場合にも、結晶シリコン部と非晶質シリコン膜とを作り分けることができる。
以上のように本発明の実施形態について説明を行なったが、上述の各実施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。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した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。
ここで開示された実施形態の光電変換素子および光電変換素子の製造方法は、太陽電池および太陽電池の製造方法に好適に利用することができる。また、ここで開示された実施形態の光電変換素子および光電変換素子の製造方法は、ヘテロ接合型バックコンタクトセルおよびヘテロ接合型バックコンタクトセルの製造方法に好適に利用することができる。
１，１ｂ 半導体基板、１ａ 凹凸、２ 第１のｉ型非晶質半導体膜、３ 第１導電型非晶質シリコン膜、４ 第２のｉ型非晶質半導体膜、５ 第２導電型非晶質シリコン膜、６，５１，５２ 積層体、６ａ 結晶化シリコン部、６ｂ 非晶質シリコン膜、７，７ａ，７ｂ 絶縁膜、１１ 第１電極、１２ 第２電極、２１ 結晶欠陥、２２ 正の固定電荷、２３ 正孔、２４ 電子、２５ 負の固定電荷。
Claims (5)
- ｎ型の半導体基板と、
前記半導体基板上の非晶質シリコン膜と、
前記半導体基板と前記非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、
前記非晶質シリコン膜上の正の固定電荷を有することができる絶縁膜とを備えた、光電変換素子。 - ｎ型の半導体基板と、
前記半導体基板上の非晶質シリコン膜と、
前記半導体基板と前記非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、
前記非晶質シリコン膜上の絶縁膜とを備え、
前記絶縁膜は、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜の少なくとも一方を含む、光電変換素子。 - ｐ型の半導体基板と、
前記半導体基板上の非晶質シリコン膜と、
前記半導体基板と前記非晶質シリコン膜との間の結晶シリコン部と、
前記非晶質シリコン膜上の負の固定電荷を有することができる絶縁膜とを備えた、光電変換素子。 - 前記絶縁膜は、酸化アルミニウム膜を含む、請求項３に記載の光電変換素子。
- 前記半導体基板は少なくとも１つの凹凸を有しており、
前記凹凸の凹部の少なくとも１つに前記結晶シリコン部を有する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
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