JP2016143857A - 光電変換素子および光電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換素子は、第1導電型または第2導電型の半導体基板1の第1の面1a側の炭素と珪素とを含む誘電体膜6と、第1の面1aと反対側の第2の面1b側の第1導電型非晶質半導体膜3および第2導電型非晶質半導体膜5と、第1導電型非晶質半導体膜3上の第1電極7と、第2導電型非晶質半導体膜5上の第2電極8とを備えている。誘電体膜6はSiCxNyOzFwHv(0<x、0≦y<x、0≦z<x、0≦w<xおよび0≦v)の式で表わされる組成を有している。誘電体膜6は最外膜である。
【選択図】図1
Description
<ヘテロ接合型バックコンタクトセルの構造>
図1に、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、半導体基板1を有する。半導体基板1の第1の面1a(受光面)には凹凸形状が形成されている。半導体基板1の第1の面1a上にはi型非晶質半導体膜9が設けられており、i型非晶質半導体膜9上には炭素(C)と珪素(Si)とを含む誘電体膜6(以下、「SiC誘電体膜6」という。)が最外膜として設けられている。本実施形態において、半導体基板1はn型単結晶シリコン基板であり、i型非晶質半導体膜9はi型非晶質シリコン膜である。
以下、図2〜図12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。
実施形態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の受光面となる第1の面1a上のi型非晶質半導体膜9上に最外膜としてSiCxNyOzFwHv(0<x、0≦y<x、0≦z<x、0≦w<xおよび0≦v)の式で組成が表わされるSiC誘電体膜6を形成することにより製造されている。したがって、i型非晶質半導体膜9の結晶化を抑制するために、半導体基板1の温度が200℃未満の低温でSiC誘電体膜6を形成したとしても、SiC誘電体膜6は特許文献1に記載の酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる絶縁層124と比べてエッチング耐性が高いため、フォトレジストマスク31およびフォトレジストマスク32のパターニング時、ならびに第1の積層体51および第2の積層体52のエッチング時にSiC誘電体膜6上にエッチング耐性を有する保護膜を形成する必要がない。したがって、実施形態1のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、特許文献1に記載の裏面接合型太陽電池と比べて、当該保護膜を形成する工程の分、工数を低減することができる。
なお、上記においては、半導体基板1の導電型がn型である場合について説明したが、半導体基板1の導電型はp型であってもよい。
図13に、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。図13に示すように、実施形態2のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、半導体基板1の第1の面1aに直接接するようにSiC誘電体膜6が設けられていることを特徴としている。SiC誘電体膜6にもSiが含まれていることから、SiC誘電体膜6によってもn型またはp型のシリコン基板からなる半導体基板1の第1の面1aのパッシベーションを行うことができると考えられる。
図14に、実施形態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。図14に示すように、実施形態3のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、半導体基板1の第1の面1aとSiC誘電体膜6との間に窒化シリコン膜16(以下、「SiN膜16」という。)が設けられており、半導体基板1、SiN膜16およびSiC誘電体膜6の屈折率が、半導体基板1の屈折率>SiN膜16の屈折率>SiC誘電体膜6の屈折率の関係を満たしていることを特徴としている。この場合には、SiN膜により半導体基板1の第1の面1aのパッシベーションを行うことができ、SiN膜16とSiC誘電体膜6との積層構造により入射光の反射を抑制することができる。
図15に、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。図15に示すように、実施形態4のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、SiN膜16が半導体基板1側の第1のSiN膜16aとSiC誘電体膜6側の第2のSiN膜16bとを備えており、半導体基板1、第1のSiN膜16a、第2のSiN膜16bおよびSiC誘電体膜6の屈折率が、半導体基板1の屈折率>第1のSiN膜16aの屈折率>第2のSiN膜16bの屈折率>SiC誘電体膜6の屈折率の関係を満たしていることを特徴としている。この場合には、第1のSiN膜16aにより半導体基板1の第1の面1aのパッシベーションを行うことができ、第1のSiN膜16a、第2のSiN膜16bおよびSiC誘電体膜6の積層構造により入射光の反射を抑制することができる。
図16に、実施形態5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。図16に示すように、実施形態5のヘテロ接合型バックコンタクトセルは、半導体基板1と第1のSiN膜16aとの間にi型非晶質半導体膜9を備えていることを特徴としている。この場合には、i型非晶質半導体膜9により、半導体基板1の第1の面1aのパッシベーションを行うことができる。
以下の表1に示す流量[sccm]および流量比率の原料ガスを用いて、表2に示す成膜条件のプラズマCVD法により半導体基板上に実験例1〜6のSiC誘電体膜をそれぞれ作製した。なお、表2における基板温度はSiC誘電体膜が形成される半導体基板の表面温度[℃]を示し、圧力は雰囲気の圧力[Pa]を示し、電極間ギャップは正極と負極との間の距離[mm]を示し、出力密度はプラズマ出力の密度[mW/cm2]を示している。また、表2における周波数は電極間に印加される電力の周波数[MHz]を示し、プラズマ励起方式はプラズマを連続的に発生させていることを示している。
図17に、実験例1〜6のSiC誘電体膜および実験例7〜12のSiN膜の波長630nmの光の屈折率と光学的バンドギャップ[eV]との関係を示す。なお、図17の横軸が光学的バンドギャップを示し、縦軸が屈折率を示している。また、図17には、上記とは別に作製したSiC誘電体膜の波長500nmの光の屈折率についても参考のため示している。
図20に、実験例1〜6のSiC誘電体膜のフッ酸濃度が5質量%のフッ酸水溶液に対するエッチング耐性を示す。図20の横軸がエッチング時間[秒]を示し、縦軸が膜厚[nm]を示す。
以上の結果から、実験例1〜6のSiC誘電体膜は、SiN膜と同等以上の光学特性を有するとともに、フッ酸水溶液およびフッ硝酸水溶液の酸性水溶液、ならびに水酸化カリウム水溶液のアルカリ水溶液に対するエッチング耐性も有していることが確認された。
(1)ここで開示された実施形態は、第1導電型または第2導電型の半導体基板と、半導体基板の第1の面側の炭素と珪素とを含む誘電体膜と、半導体基板の第1の面と反対側の第2の面側の第1導電型非晶質半導体膜および第2導電型非晶質半導体膜と、第1導電型非晶質半導体膜上の第1電極と、第2導電型非晶質半導体膜上の第2電極と、を備え、誘電体膜は、SiCxNyOzFwHv(0<x、0≦y<x、0≦z<x、0≦w<xおよび0≦v)の式で表わされる組成を有し、誘電体膜は最外膜である光電変換素子である。この場合には、特性の低下を抑えつつ、工数の増加も抑えることができる。
Claims (9)
- 第1導電型または第2導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の第1の面側の炭素と珪素とを含む誘電体膜と、
前記半導体基板の前記第1の面と反対側の第2の面側の第1導電型非晶質半導体膜および第2導電型非晶質半導体膜と、
前記第1導電型非晶質半導体膜上の第1電極と、
前記第2導電型非晶質半導体膜上の第2電極と、を備え、
前記誘電体膜は、SiCxNyOzFwHv(0<x、0≦y<x、0≦z<x、0≦w<xおよび0≦v)の式で表わされる組成を有し、
前記誘電体膜は、最外膜である、光電変換素子。 - 前記半導体基板と前記誘電体膜とが接している、請求項1に記載の光電変換素子。
- 前記半導体基板と前記誘電体膜との間に非晶質半導体膜をさらに備える、請求項1に記載の光電変換素子。
- 前記半導体基板と前記誘電体膜との間に窒化シリコン膜をさらに備える、請求項1に記載の光電変換素子。
- 前記半導体基板はシリコンを含み、
前記窒化シリコン膜は、前記半導体基板側の第1の窒化シリコン膜と、前記誘電体膜側の第2の窒化シリコン膜とを備え、
前記第1の窒化シリコン膜の屈折率は、前記第2の窒化シリコン膜の屈折率よりも高い、請求項4に記載の光電変換素子。 - 前記半導体基板と前記第1の窒化シリコン膜との間に非晶質半導体膜をさらに備える、請求項5に記載の光電変換素子。
- 前記半導体基板と前記第1導電型非晶質半導体膜との間に第1のi型非晶質半導体膜が位置している、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 前記半導体基板と前記第2導電型非晶質半導体膜との間に第2のi型非晶質半導体膜が位置している、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の光電変換素子。
- 第1導電型または第2導電型の半導体基板の第1の面側に炭素と珪素とを含む誘電体膜を形成する工程と、
前記誘電体膜を形成する工程の後に、
前記半導体基板の前記第1の面と反対側の第2の面側に第1導電型非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第2の面側に第2導電型非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記第1導電型非晶質半導体膜上に第1電極を形成する工程と、
前記第2導電型非晶質半導体膜上の第2電極を形成する工程と、を含み、
前記誘電体膜は、SiCxNyOzFwHv(0<x、0≦y<x、0≦z<x、0≦w<xおよび0≦v)の式で表わされる組成を有し、
前記誘電体膜は、最外膜である、光電変換素子の製造方法。
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