JP2661676B2 - Solar cell - Google Patents
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- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は光エネルギーを直接電気
エネルギーに変換する太陽電池に係り、特に、基板表面
での再結合による少数キャリヤの消滅を制御性良く低減
することのできる構成の太陽電池に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell for converting light energy directly into electric energy, and more particularly to a solar cell having a controllable structure to reduce the disappearance of minority carriers due to recombination on the substrate surface. About.
【０００２】[0002]
【従来の技術】結晶シリコンを用いた太陽電池において
は、光生成したキャリヤは主に拡散によって電極に達
し、電気エネルギーとして取り出される。このため、結
晶シリコン中の各種欠陥によるキャリヤの損失が大き
い。中でも、電極と半導体層との接触部分における表面
再結合速度が極めて大きく、この部分でのキャリヤ再結
合損失の大きいことが問題となっていた。表面再結合に
よるキャリヤの消滅を実効的に減少させるため、図２に
示すように、ｐ型基板１とｎ+拡散層２とからなるｐｎ
接合太陽電池において、電極層９の接触領域を小さくポ
イントコンタクトとし、それ以外の領域をパッシベーシ
ョン効果の良い熱酸化 SiO2膜10で被覆し、さらに無反
射コート層11を形成することが行われている。その意図
するところは、電極との接触面積を小さくすることによ
って電極部分での再結合による少数キャリヤの消滅量を
低減するとともに、それ以外の半導体表面を界面準位を
極めて少なくできる熱酸化膜で覆うことによって少数キ
ャリヤの損失を最小限に抑えようとすることにある。2. Description of the Related Art In a solar cell using crystalline silicon, photo-generated carriers reach an electrode mainly by diffusion and are extracted as electric energy. Therefore, carrier loss due to various defects in crystalline silicon is large. In particular, the surface recombination speed at the contact portion between the electrode and the semiconductor layer is extremely high, and a large carrier recombination loss at this portion has been a problem. As shown in FIG. 2, a pn layer composed of a p-type substrate 1 and an n + diffusion layer 2 is used to effectively reduce carrier extinction due to surface recombination.
In the junction solar cell, the contact area of the electrode layer 9 is made a small point contact, the other area is covered with a thermally oxidized SiO 2 film 10 having a good passivation effect, and the anti-reflection coating layer 11 is formed. I have. The intention is to use a thermal oxide film that can reduce the amount of minority carrier annihilation due to recombination at the electrode part by reducing the contact area with the electrode, and the other semiconductor surface can have extremely low interface states. An attempt is made to minimize minority carrier loss by covering.
【０００３】また、裏面については、Al 電極８を形成
し、約800℃の熱処理を行い、ｐ+拡散層３を形成すると
いう BSF(Back Surface Field)構造の形成が行われてい
る。これは、裏面近傍に基板よりも高濃度の拡散層(こ
の場合はｐ+)を形成し、濃度勾配をつけることによって
少数キャリヤの追い返しを図ろうとするものである。On the back surface, a BSF (Back Surface Field) structure is formed in which an Al electrode 8 is formed, heat treatment is performed at about 800 ° C., and ap + diffusion layer 3 is formed. In this method, a diffusion layer having a higher concentration than the substrate (p + in this case) is formed in the vicinity of the rear surface, and a minority carrier is repelled by providing a concentration gradient.
【０００４】しかし、上記の構造においては、高品質の
SiO2膜10が要求され、熱酸化時に汚染などがあると、
界面準位が形成されて、表面再結合が増加することによ
ってパッシベーション効果が低下することが知られてい
る。低コスト化や製造プロセスの簡略化のためにプロセ
スの低温化が求められているが、上記従来技術において
は熱酸化膜形成法を用いるため低温化はできていない。
一方、低温堆積法で SiO2膜を形成することも行われて
いるが、低温堆積法 SiO2膜ではパッシベーション効果
が十分でないという問題があった。これに対して、図３
に示すように、半導体表面での少数キャリヤの再結合を
防ぐ方法として、単に界面での再結合の中心となる欠陥
を低減するのではなく、少数キャリヤを再結合しやすい
界面から基板バルク内に追い返す構造が考えられ、幾つ
かの異なる手法が提案されている。すなわち、(a) 固定
電荷層を形成する、(b) ヘテロ接合を形成する、(c) 高
濃度拡散層を形成するなどの方法である。これらの方法
によれば界面の状態が悪くてもその影響を小さくするこ
とができる。しかし、実際には、それを実現する適切な
方法が得られないか、あるいは、十分な効果が得られて
いない。However, in the above structure, high quality
If the SiO 2 film 10 is required and there is contamination during thermal oxidation,
It is known that the interface level is formed and the surface recombination increases, so that the passivation effect decreases. To reduce the cost and simplify the manufacturing process, it is required to lower the temperature of the process. However, in the above-described conventional technology, the temperature cannot be reduced because a thermal oxide film forming method is used.
On the other hand, although a SiO 2 film is formed by a low-temperature deposition method, there is a problem that the passivation effect is not sufficient with a low-temperature deposition SiO 2 film. In contrast, FIG.
As shown in the figure, as a method of preventing minority carrier recombination at the semiconductor surface, instead of simply reducing defects that are the center of recombination at the interface, minority carriers are easily transferred into the substrate bulk from the interface where recombination is likely to occur. A repelling structure is conceivable, and several different approaches have been proposed. That is, (a) a fixed charge layer is formed, (b) a heterojunction is formed, and (c) a high concentration diffusion layer is formed. According to these methods, even if the state of the interface is poor, the influence can be reduced. However, in practice, an appropriate method for realizing it has not been obtained, or a sufficient effect has not been obtained.
【０００５】例えば、IEEE 1982年の Photovoltaic Spe
cialists Conference の予稿集1237頁において、R.Heze
l は SiON を介して CsCl を塗布することによって正の
固定電荷を形成し、ｐ型基板表面に反転層を形成し電子
を蓄積して、少数キャリヤである電子の追い返しを図る
ことを提示している。しかしながら、Cs のようなイオ
ンを用いることは、拡散現象などによる特性変動や、他
の領域への付着による汚染などの問題がある。また、基
板のタイプが変わった場合には負の固定電荷を形成した
い場合も考えられるが、まだ適当な材料が得られていな
い。For example, the IEEE 1982 Photovoltaic Spe
R. Heze in the proceedings of the cialists Conference
l proposes that positive fixed charges are formed by applying CsCl through SiON, an inversion layer is formed on the surface of the p-type substrate, electrons are accumulated, and electrons that are minority carriers are repelled. I have. However, the use of ions such as Cs has problems such as characteristic variations due to diffusion phenomena and contamination due to adhesion to other regions. In addition, when the type of the substrate is changed, it is conceivable to form a negative fixed charge, but an appropriate material has not yet been obtained.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、従来技術においては、キャリヤ再結合損失が少な
く、従って変換効率が高く、しかも低価格の太陽電池は
得られていなかった。本発明の目的は、上記従来技術の
有していた課題を解決して、光電変換効率が高く、しか
も、低価格を達成することのできる構成の太陽電池を提
供することにある。As described above, in the prior art, a solar cell with low carrier recombination loss, high conversion efficiency, and low cost has not been obtained. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the related art, and to provide a solar cell having a configuration capable of achieving high photoelectric conversion efficiency and achieving low cost.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的は、シリコン半
導体層からなる接合を有する太陽電池において、上記シ
リコン半導体層上の電極取り出し部以外の部分に、少な
くとも単原子層以上の非シリコン層を介して非単結晶シ
リコン層または非単結晶シリコン合金層を形成してなる
ことを特徴とする太陽電池とすることによって達成する
ことができる。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a solar cell having a junction made of a silicon semiconductor layer, in which a portion other than the electrode lead-out portion on the silicon semiconductor layer is provided with at least a monoatomic layer or more of a non-silicon layer. A non-single-crystal silicon layer or a non-single-crystal silicon alloy layer to form a solar cell.
【０００８】[0008]
【作用】図１、２、３を用いて上記構成の太陽電池の作
用について説明する。図１は本発明太陽電池の構成の一
例を示す図で、半導体上に界面制御層４aを介して非単
結晶シリコン層あるいは非単結晶シリコン合金層４を形
成してなることを示す。この非単結晶シリコン層あるい
は非単結晶シリコン合金層４は、界面制御層４aの働き
によって、基板の結晶シリコン層とは全く異なる結晶性
を有する。The operation of the solar cell having the above configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a view showing an example of the configuration of the solar cell of the present invention, and shows that a non-single-crystal silicon layer or a non-single-crystal silicon alloy layer 4 is formed on a semiconductor via an interface control layer 4a. The non-single-crystal silicon layer or the non-single-crystal silicon alloy layer 4 has crystallinity completely different from the crystal silicon layer of the substrate due to the function of the interface control layer 4a.
【０００９】界面制御層４aの形成方法の一つとして、S
i 基板をオゾンをバブリングした超純水中に入れ、化学
酸化膜を界面制御層４aとして形成し、その後プラズマ
CVD(p‐CVD)法で非単結晶シリコン層４として厚さ20nm
の微結晶シリコン層を形成する。このようにして形成し
た微結晶シリコン層についてラマン分光法によって結晶
評価を行ったところ、図４に示すように、Si‐Si 結合
による結晶特有のピークが主ではあるが、僅かに480cm~
1をピークとする非晶質成分の存在も明らかになった。
しかし、非晶質部分の存在は基板近傍付近のみであると
考えられる。何故ならば、この薄膜の導電率は0.5(Ωc
m)~1であり、このような低抵抗値は膜の大部分が結晶化
していないと得られない値であるからである。一方、界
面制御層４aを介することなく、HF 処理後直ちに微結晶
シリコン層４を形成した場合には、非晶質成分は全く認
められなかった。すなわち、この場合には、結晶基板上
に直接結晶薄膜が成長している。As one method of forming the interface control layer 4a, S
i The substrate is placed in ultrapure water with bubbling ozone, a chemical oxide film is formed as the interface control layer 4a, and then the plasma
Non-single-crystal silicon layer 4 with a thickness of 20 nm by CVD (p-CVD)
Is formed. When the crystallinity of the microcrystalline silicon layer formed in this manner was evaluated by Raman spectroscopy, as shown in FIG. 4, although the peak peculiar to the crystal due to the Si--Si bond was mainly present, the peak was slightly higher than 480 cm.
The existence of an amorphous component having a peak at 1 was also clarified.
However, it is considered that the amorphous portion exists only near the substrate. Because the conductivity of this thin film is 0.5 (Ωc
m) to 1 , and such a low resistance value is a value that cannot be obtained unless most of the film is crystallized. On the other hand, when the microcrystalline silicon layer 4 was formed immediately after the HF treatment without the intermediary of the interface control layer 4a, no amorphous component was observed. That is, in this case, a crystal thin film is directly grown on the crystal substrate.
【００１０】この二つの成膜方法について、表面再結合
によるキャリヤの消滅を調べるため、実効ライフタイム
の測定を行った。測定結果を図５に示す。なお、この場
合、裏面の影響を除くため、試料としては裏面に熱酸化
膜を有するものを用いた。図の結果から、HF 処理をし
た試料は実効ライフタイムが極めて短いことがわかる。
これは、界面でのキャリヤの再結合損失が大きく、パッ
シベーション効果が殆どないことを示すものである。一
方、界面制御層４aを介して微結晶シリコン層４を形成
したものは、実効ライフタイムが高く、熱酸化膜で覆っ
たものと同様である。これは、界面制御層４aによる界
面パッシベーション効果が極めて大きいことを示してい
る。良く知られているように、微結晶シリコン層は欠陥
が多く、その中で少数キャリヤはすぐに再結合して消滅
する。従って、HF 処理をした試料は、微結晶シリコン
層中での少数キャリヤの消滅が起きているもの考えられ
る。これに対して、界面制御層４aを介して微結晶シリ
コン層４を形成した試料は、ヘテロ構造効果や界面に誘
起される固定電荷効果が界面制御層４aの存在によって
有効に働いてパッシベーション効果が高くなっている。
また、オゾン水処理時間を変化させて実験を行ったとこ
ろ、30秒から５分間の処理を行うことで最も高いパッシ
ベーション効果が得られた。しかし、処理時間20分以上
ではパッシベーション効果は若干低下する結果となって
いる(図示せず)。このときに形成される界面制御層４a
である化学酸化膜の膜厚は、分光エリプソメトリ測定に
よれば、図６に示すような結果であった。この結果と上
記図５との結果から、界面制御層の厚さは0.5nmから1.5
nm程度が最も効果のあることがわかる。これ以上厚く、
例えば20分のオゾン処理により２nm以上の膜厚さの場合
にはライフタイムが低下し、微結晶シリコン層の基板へ
の影響が小さくなった。また、同程度の温度で p‐CVD
法によって形成した SiO2膜による実効ライフタイムも
検討した。２分間のオゾン水処理後形成した場合、実効
ライフタイムは本発明構造の場合よりも劣り、60μs程
度となった。すなわち、本特許の構成は、SiO2の形成を
p‐CVD 法による低温堆積で行う方法に置き換えたもの
に比べて、同じ低温でありながら、熱酸化膜と同等のパ
ッシベーション効果を挙げ得るものであることがわか
る。さらに、従来の高温熱酸化膜を用いたパッシベーシ
ョンにおいては、パッシベーション効果が半導体表面の
キャリヤ濃度によって変動することが知られているが、
本発明のヘテロ膜パッシベーションではキャリヤ濃度に
あまり依存しない良好なパッシベーション膜を得ること
ができる上記の効果は、本質的に、結晶表面のパッシベ
ーションを行うものである。従って、この微結晶シリコ
ン層は電極などに接続している必要はない。むしろ、電
極に接続している場合には、その動作状態によってパッ
シベーション効果が変化するという問題を生じる。ま
た、技術的には、ｐ+からｎ+まで濃度を自由に制御で
き、膜厚さも任意に設定できることから、製造上の信頼
性も極めて高いというメリットもある。For these two film forming methods, the effective lifetime was measured in order to examine the disappearance of carriers due to surface recombination. FIG. 5 shows the measurement results. In this case, in order to eliminate the influence of the back surface, a sample having a thermal oxide film on the back surface was used. From the results shown in the figure, it can be seen that the sample subjected to the HF treatment has an extremely short effective lifetime.
This indicates that the carrier recombination loss at the interface is large and there is almost no passivation effect. On the other hand, the one in which the microcrystalline silicon layer 4 is formed via the interface control layer 4a has a long effective lifetime and is similar to the one covered with a thermal oxide film. This indicates that the interface passivation effect by the interface control layer 4a is extremely large. As is well known, the microcrystalline silicon layer is highly defective, in which minority carriers quickly recombine and disappear. Therefore, it is considered that the sample subjected to the HF treatment has lost minority carriers in the microcrystalline silicon layer. On the other hand, in the sample in which the microcrystalline silicon layer 4 is formed via the interface control layer 4a, the heterostructure effect and the fixed charge effect induced at the interface work effectively due to the presence of the interface control layer 4a, and the passivation effect is reduced. Is getting higher.
In addition, when the experiment was performed while changing the ozone water treatment time, the highest passivation effect was obtained by performing the treatment for 30 seconds to 5 minutes. However, when the processing time is 20 minutes or more, the passivation effect slightly decreases (not shown). The interface control layer 4a formed at this time
According to the spectroscopic ellipsometry measurement, the film thickness of the chemical oxide film was as shown in FIG. From this result and the result of FIG. 5, the thickness of the interface control layer was 0.5 nm to 1.5 nm.
It can be seen that nm is the most effective. Thicker than this,
For example, when the film thickness is 2 nm or more by the ozone treatment for 20 minutes, the lifetime is reduced, and the influence of the microcrystalline silicon layer on the substrate is reduced. Also, p-CVD at similar temperature
The effective lifetime of the SiO 2 film formed by the method was also studied. When formed after the ozone water treatment for 2 minutes, the effective lifetime was inferior to that of the structure of the present invention, and was about 60 μs. That is, the configuration of the present patent provides for the formation of SiO 2
It can be seen that the passivation effect equivalent to that of a thermal oxide film can be obtained at the same low temperature as compared with the method replaced by the method of low-temperature deposition by the p-CVD method. Furthermore, in the conventional passivation using a high-temperature thermal oxide film, it is known that the passivation effect varies depending on the carrier concentration on the semiconductor surface.
The above effect of obtaining a good passivation film which does not depend much on the carrier concentration in the hetero-film passivation of the present invention essentially performs the passivation of the crystal surface. Therefore, the microcrystalline silicon layer does not need to be connected to an electrode or the like. Rather, when connected to an electrode, a problem arises in that the passivation effect changes depending on the operation state. In addition, technically, the concentration can be freely controlled from p + to n + and the film thickness can be arbitrarily set, so that there is an advantage that the reliability in manufacturing is extremely high.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、本発明の太陽電池について実施例によ
って具体的に説明する。EXAMPLES The solar cell of the present invention will be specifically described below with reference to examples.
【００１２】[0012]
【実施例１】本発明の一実施例の構成について図１によ
って説明する。まず、ｐ型基板１として(100)２Ωcmの
シリコン基板を用い、POCl3をソースとしてｎ+拡散層２
を形成した。次に、裏面に Al 電極８を形成し、800℃
の熱処理を行い、ｐ+拡散層３を形成した。これで、裏
面電極を有するｐｎ接合太陽電池の本体を形成したこと
になる。Embodiment 1 The configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. First, a (100) 2 Ωcm silicon substrate is used as the p-type substrate 1 and the n + diffusion layer 2 is formed using POCl 3 as a source.
Was formed. Next, an Al electrode 8 is formed on the back surface,
Was performed to form ap + diffusion layer 3. Thus, the main body of the pn junction solar cell having the back electrode is formed.
【００１３】次に、裏面をホトレジストで覆った後、図
中右肩に拡大図で示したように、極めて薄い酸化膜層４
aを形成した。この場合、HF 希釈水溶液(２％)で表面の
自然酸化膜を除去した後、速やかに(アンモニア水＋過
酸化水素水＋水)の沸騰液中処理し、1.5nmの極めて薄い
酸化膜層４aを形成した。その後、該酸化膜層４a上にp
‐CVD 法によりｎ型の微結晶シリコン４を厚さ10nm形成
した。このとき、成膜にはモノシランガス及びｎ型のド
ーピングガスとして水素希釈のホスフィンを用いた。生
成膜中のリン濃度は１％であった。これはｎ+拡散層２
よりも高濃度である。Next, after covering the back surface with a photoresist, as shown in an enlarged view on the right shoulder in the figure, an extremely thin oxide film layer 4 is formed.
formed a. In this case, after removing the natural oxide film on the surface with a dilute HF aqueous solution (2%), the surface is immediately treated in a boiling solution of (aqueous ammonia + hydrogen peroxide + water) to form an extremely thin 1.5 nm oxide film layer 4a. Was formed. Then, p is formed on the oxide film layer 4a.
-An n-type microcrystalline silicon 4 was formed to a thickness of 10 nm by the CVD method. At this time, phosphine diluted with hydrogen was used as a monosilane gas and an n-type doping gas for film formation. The phosphorus concentration in the resulting film was 1%. This is n + diffusion layer 2
Higher than that.
【００１４】次に、周知の光食刻法によって微結晶シリ
コン４を図示の形状に加工し、その後常圧下での CVD
法によって SiO2膜５と TiO2膜とを形成し、周知の食刻
法で図中の形状に加工した。その後、ｎ+拡散層２と接
触がとれるように電極層７を形成して太陽電池とした。Next, the microcrystalline silicon 4 is processed into the shape shown in the figure by a known photo-etching method, and then CVD under normal pressure.
A SiO 2 film 5 and a TiO 2 film were formed by a method, and processed into a shape shown in the figure by a known etching method. Thereafter, the electrode layer 7 was formed so as to be in contact with the n + diffusion layer 2 to obtain a solar cell.
【００１５】このようにして作製した太陽電池につい
て、微結晶シリコン４による光吸収が短波長領域に存在
するが、膜厚が薄いのでこの部分での光のロスは５％以
下であり、太陽電池特性も、熱酸化 SiO2でパッシベー
ションした場合に対して短絡電流密度(Ｊsc)が４％減少
した以外は殆ど差のない結果が得られた。In the solar cell fabricated in this manner, light absorption by the microcrystalline silicon 4 exists in a short wavelength region. However, since the film thickness is small, light loss in this portion is 5% or less. With respect to the characteristics, almost no difference was obtained except that the short-circuit current density (Jsc) was reduced by 4% as compared with the case where passivation was performed with thermally oxidized SiO 2 .
【００１６】[0016]
【参考例１】太陽電池の参考例について図７によって説
明する。ｐ型基板１として(100)0.5Ωcmのものを用い、
熱酸化によって表裏面に SiO2膜を形成した。次に、光
食刻法によって表面に穴あけし、POCl3をソースとして
ｎ+拡散層12を形成した。さらに熱酸化し、裏面にも同
様の工程で BN をソースとしてｐ+拡散層13を形成し
た。次いで、両面の熱酸化膜を除去し、図の右側上下二
つの拡大図に示すように、表面に極めて薄い酸化膜層15
aを形成した。この場合、HF 希釈水溶液(２％)で表面の
自然酸化膜を除去した後、速やかに、オゾンを導入した
超純水中で２分間処理し、厚さ１nmのごく薄い酸化膜層
15aを形成した。その後、該酸化膜層15a上に、p‐CVD
法により、ｉ型の非晶質シリコンカーボン層15を厚さ５
nm形成した。この場合、成膜には、モノシランとメタン
とを用いた。このとき、膜のバンドギャップは2.1eVで
あった。Reference Example 1 A reference example of a solar cell will be described with reference to FIG. Using a (100) 0.5Ωcm substrate as the p-type substrate 1,
SiO 2 films were formed on the front and back surfaces by thermal oxidation. Next, a hole was formed in the surface by a photo-etching method, and an n + diffusion layer 12 was formed using POCl 3 as a source. Further, thermal oxidation was performed, and a p + diffusion layer 13 was formed on the back surface in the same process using BN as a source. Next, the thermal oxide film on both surfaces was removed, and as shown in the two enlarged views on the right and left sides of the figure, an extremely thin oxide film layer 15
formed a. In this case, after removing the natural oxide film on the surface with a diluted HF aqueous solution (2%), it is immediately treated for 2 minutes in ultrapure water into which ozone has been introduced, and a very thin oxide film layer having a thickness of 1 nm is obtained.
15a was formed. Then, on the oxide film layer 15a, p-CVD
The i-type amorphous silicon carbon layer 15 to a thickness of 5
nm formed. In this case, monosilane and methane were used for film formation. At this time, the band gap of the film was 2.1 eV.
【００１７】次に、表裏両面に p‐CVD 法により SiO2
膜16を形成した。その後、表面に、さらに、表面反射防
止のための SiN 膜17を形成した。次いで、ｐ+拡散層お
よびｎ+拡散層上の SiO2膜16と SiN 膜17とについて、
周知の食刻法によって、コンタクト部分の穴あけを行っ
た。その後、裏面には全面電極層18を、表面にはグリッ
ド状の電極層19を形成して太陽電池とした。Next, SiO 2 is formed on both sides by p-CVD.
The film 16 was formed. Thereafter, a SiN film 17 for preventing surface reflection was further formed on the surface. Next, regarding the SiO 2 film 16 and the SiN film 17 on the p + diffusion layer and the n + diffusion layer,
The contact portion was drilled by a well-known etching method. Thereafter, a full-surface electrode layer 18 was formed on the back surface, and a grid-like electrode layer 19 was formed on the front surface, to obtain a solar cell.
【００１８】非晶質シリコンカーボン層15は膜厚が薄く
基板からの不純物の拡散もあり、コンタクトの抵抗は問
題とならない。また、膜厚が薄いため、コンタクト部分
とパッシベーション領域とは殆ど絶縁されている。ま
た、太陽電池特性は、非晶質シリコンカーボン15での光
吸収が殆どないことから、熱酸化 SiO2でパッシベーシ
ョンした場合と殆ど差がなかった。The amorphous silicon carbon layer 15 has a small thickness and the diffusion of impurities from the substrate, so that the contact resistance does not matter. Further, since the film thickness is small, the contact portion and the passivation region are almost insulated. In addition, the solar cell characteristics hardly differed from those in the case of passivation with thermally oxidized SiO 2 because there was almost no light absorption in the amorphous silicon carbon 15.
【００１９】[0019]
【実施例２】本発明の太陽電池のさらに他の実施例につ
いて図８によって説明する。ｎ+拡散層12とｐ+拡散層13
との形成までを、参考例１の手順と同様にして行った。
次に、表面自然酸化膜除去の後、NH3ガスのプラズマ放
電によって、結晶シリコン表面をプラズマ窒化し、表裏
両面に厚さ0.5nmの SiN 膜20aを形成した。次いで、表
面側に、p‐CVD 法によって、ｎ型の微結晶シリコン201
を厚さ７nm形成した。この場合、成膜にはモノシラン、
ｎ型のドーピングガスとして水素希釈のホスフィンを用
いた。このとき、膜中のリン濃度は１％で、これはｎ+
拡散層２よりも高濃度である。また、裏面側には、p‐C
VD 法によりｐ型の微結晶シリコン202を厚さ15nm形成し
た。この場合、成膜にはモノシラン、ｐ型のドーピング
ガスとして水素希釈のジボランを用いた。このとき、膜
中のボロン濃度は１％で、これはｐ型基板１よりも遥か
に高濃度である。Embodiment 2 Still another embodiment of the solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. N + diffusion layer 12 and p + diffusion layer 13
Was performed in the same manner as in Reference Example 1 .
Next, after removing the surface native oxide film, the crystalline silicon surface was plasma-nitrided by plasma discharge of NH 3 gas to form a 0.5 nm thick SiN film 20a on both front and back surfaces. Next, on the surface side, n-type microcrystalline silicon 201 was formed by p-CVD.
Was formed to a thickness of 7 nm. In this case, monosilane,
Phosphine diluted with hydrogen was used as the n-type doping gas. At this time, the phosphorus concentration in the film was 1%, which was n +
The concentration is higher than that of the diffusion layer 2. Also, on the back side, p-C
P-type microcrystalline silicon 202 was formed to a thickness of 15 nm by the VD method. In this case, monosilane was used for the film formation, and diborane diluted with hydrogen was used as the p-type doping gas. At this time, the boron concentration in the film is 1%, which is much higher than the p-type substrate 1.
【００２０】その後、参考例１と同様にして、p‐CVD
法により SiO2膜21を表面と裏面とに形成し、さらに、
表面には表面反射防止のため SiN 膜22を形成した。次
いで、ｐ+拡散層及びｎ+拡散層上の SiO2膜16と SiN 膜
17とについて、周知の食刻法によって、コンタクト部分
の穴あけを行った。このとき、SiN 膜20aもコンタクト
部分について除去した。その後、裏面には全面電極層23
を、表面にはグリッド状の電極層24を形成して太陽電池
を形成した。この方法の場合、SiN 膜20a,ｎ型の微結晶
シリコン201、ｐ型の微結晶シリコン202、SiO2膜16及び
SiN 膜17の形成は何れも p‐CVD 法によっており、連
続形成可能なことが製造上大きなメリットである。Thereafter, in the same manner as in Reference Example 1 , p-CVD
The SiO 2 film 21 is formed on the front surface and the back surface by the method,
An SiN film 22 was formed on the surface to prevent surface reflection. Next, the SiO 2 film 16 and the SiN film on the p + diffusion layer and the n + diffusion layer
With regard to 17 and 17, the contact portion was drilled by a known etching method. At this time, the SiN film 20a was also removed from the contact portion. After that, the entire surface electrode layer 23
Then, a grid-like electrode layer 24 was formed on the surface to form a solar cell. In the case of this method, the SiN film 20a, the n-type microcrystalline silicon 201, the p-type microcrystalline silicon 202, the SiO 2 film 16,
The formation of the SiN film 17 is all performed by the p-CVD method, and the continuous formation is a great advantage in manufacturing.
【００２１】なお、本実施例ではコンタクト部分の SiN
膜20aは除去したが、厚さ0.5nmと極めて薄いので、残
しておいても何等問題はない。さらに、ｎ型の微結晶シ
リコン201とｐ型の微結晶シリコン202とは、拡散領域の
導電型と合わせてそれぞれ表面側と裏面側とに形成した
が、逆であっても構わないし、どちらか一方の型であっ
てもよい。さらに、基板はｎ型であってもよい。また、
拡散領域であるｎ+拡散層２や12、ｐ+拡散層３や13は何
れも拡散法で形成したが、これはイオン打ち込み法や堆
積法によって形成しても、本発明の主旨を損なうもので
はない。In this embodiment, the SiN in the contact portion is
Although the film 20a was removed, there is no problem even if it is left because it is extremely thin with a thickness of 0.5 nm. Further, the n-type microcrystalline silicon 201 and the p-type microcrystalline silicon 202 are formed on the front surface side and the rear surface side, respectively, in accordance with the conductivity type of the diffusion region, but may be reversed. One type may be used. Further, the substrate may be an n-type. Also,
The diffusion regions n + diffusion layers 2 and 12 and p + diffusion layers 3 and 13 are all formed by a diffusion method. However, even if they are formed by an ion implantation method or a deposition method, they do not impair the gist of the present invention. is not.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上述べてきたように、太陽電池を本発
明構成の太陽電池とすることによって、従来技術の有し
ていた課題を解決して、光電変換効率が高く、しかも、
低価格を達成することのできる構成の太陽電池を提供す
ることができた。As described above, by using the solar cell of the present invention as a solar cell, the problems of the prior art can be solved, the photoelectric conversion efficiency is high, and
It was possible to provide a solar cell having a configuration capable of achieving a low price.
【図１】実施例１の太陽電池の構成を説明するための概
要断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a solar cell according to a first embodiment.
【図２】従来技術における太陽電池の構成を説明するた
めの概要断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a solar cell according to a conventional technique.
【図３】表面パッシベーション構造の概念を説明するた
めの概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining the concept of a surface passivation structure.
【図４】本発明構成太陽電池の局所構造を説明するため
のラマン分光測定図。FIG. 4 is a Raman spectroscopic measurement diagram for explaining the local structure of the solar cell according to the present invention.
【図５】表面パッシベーション構造と実効ライフタイム
との関係を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a surface passivation structure and an effective lifetime.
【図６】オゾン水浸漬時間と酸化膜膜厚との関係を示す
図。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between ozone water immersion time and oxide film thickness.
【図７】参考例１の太陽電池の構成を説明するための概
要断面図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the solar cell of Reference Example 1 .
【図８】実施例２の太陽電池の構成を説明するための概
要断面図FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the solar cell of Example 2 .
１…ｐ型基板、２…ｎ+拡散層、３…ｐ+拡散層、４…ｎ
型微結晶シリコン、４a…極めて薄い酸化膜層、５… Si
O2膜、６… TiO2膜、７…電極層、８… Al 電極、９…
電極層、10…熱酸化 SiO2膜、11…無反射コート層、12
…ｎ+拡散層、13…ｐ+拡散層、15…非晶質シリコンカー
ボン、15a…極めて薄い酸化膜層、16… SiO2膜、17… S
iN 膜、18…全面電極層、19…グリッド状電極、20a… S
iN 膜、201…ｎ型微結晶シリコン、202…ｐ型微結晶シ
リコン、21… SiO2膜、22… SiN 膜、 23…全面電極
層、24…グリッド状電極層。1 ... p-type substrate, 2 ... n + diffusion layer, 3 ... p + diffusion layer, 4 ... n
Type microcrystalline silicon, 4a ... extremely thin oxide film layer, 5 ... Si
O 2 film, 6 ... TiO 2 film, 7 ... electrode layer, 8 ... Al electrode, 9 ...
Electrode layer, 10: thermally oxidized SiO 2 film, 11: anti-reflection coating layer, 12
... n + diffusion layer, 13 ... p + diffusion layer, 15 ... amorphous silicon carbon, 15 a ... extremely thin oxide film layer, 16 ... SiO 2 film, 17 ... S
iN film, 18 ... whole electrode layer, 19 ... grid electrode, 20a ... S
iN film, 201: n-type microcrystalline silicon, 202: p-type microcrystalline silicon, 21: SiO 2 film, 22: SiN film, 23: whole surface electrode layer, 24: grid electrode layer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永田 寧 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭55−59784（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−296063（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−82087（ＪＰ，Ａ) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Ning Nagata 1-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-55-59784 (JP, A) Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 52-282063 (JP, A)
Claims (5)
陽電池において、上記シリコン半導体層上の電極取り出
し部以外の部分に、少なくとも単原子層以上の非シリコ
ン層を介して、ｎ型もしくはｐ型の非単結晶シリコン層
または非単結晶シリコン合金層を形成し、上記非単結晶
シリコン層または非単結晶シリコン合金層を、上記非シ
リコン層を介して接している上記シリコン半導体層中の
上記非単結晶シリコン層または非単結晶シリコン合金層
と同一導電型の部分よりも高濃度にドーピングしてなる
ことを特徴とする太陽電池。In a solar cell having a junction made of a silicon semiconductor layer , an n-type or a p-type is formed at least on a portion of the silicon semiconductor layer other than an electrode extraction portion via a non-silicon layer of at least a monoatomic layer . a non-single crystalline silicon layer or a non-single-crystal silicon alloy layer is formed, the non-single-crystal
The silicon layer or the non-single-crystal silicon alloy layer is
The silicon semiconductor layer in contact with the silicon layer
The non-single-crystal silicon layer or the non-single-crystal silicon alloy layer
A solar cell characterized by being doped at a higher concentration than a portion of the same conductivity type as the above .
シリコン合金層が電極とは電気的に絶縁された層である
ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。2. The solar cell according to claim 1, wherein the non-single-crystal silicon layer or the non-single-crystal silicon alloy layer is a layer electrically insulated from an electrode.
の中の何れかもしくはその複数とが結合した化合物から
なる層であることを特徴とする請求項１記載の太陽電
池。3. The method according to claim 1, wherein the non-silicon layer comprises Si, O 2, C, N
The solar cell according to claim 1, wherein the solar cell is a layer made of a compound in which any one or a plurality thereof is bonded.
2.0nm以下の化合物層であることを特徴とする請求項１
記載の太陽電池。4. The method according to claim 1, wherein the non-silicon layer has a thickness of 0.5 nm or more.
2. A compound layer having a thickness of 2.0 nm or less.
The solar cell as described.
シリコン合金層の上に SiO2あるいは SiN を積層してな
ることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。5. The solar cell according to claim 1, wherein SiO 2 or SiN is laminated on the non-single-crystal silicon layer or the non-single-crystal silicon alloy layer.
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