JP2013191657A - Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、光電変換素子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a manufacturing method thereof.
バックコンタクト型太陽電池は、従来、受光面側にあったpn接合および電極を裏面側に形成することで、受光面側の電極による影を無くし、太陽光をより吸収させることで、高効率を得る太陽電池である。 The back contact solar cell has a high efficiency by forming a pn junction and an electrode on the light receiving surface side on the back surface, thereby eliminating shadows from the electrode on the light receiving surface side and absorbing more sunlight. Solar cell to get.
そして、この太陽電池においては、pn接合は、熱拡散によって形成されている(特許文献1)。 In this solar cell, the pn junction is formed by thermal diffusion (Patent Document 1).
また、熱拡散以外の方法によって、pn接合を裏面に形成した太陽電池も提案されている(特許文献2)。この太陽電池は、半導体基板の裏面にi型アモルファスシリコン(a−Si)およびn型a−Siを順次積層し、その積層したi型a−Siおよびn型a−Siの一部分を除去し、その除去した一部分にi型a−Siおよびp型a−Siを順次積層した構造からなる。 A solar cell in which a pn junction is formed on the back surface by a method other than thermal diffusion has also been proposed (Patent Document 2). In this solar cell, i-type amorphous silicon (a-Si) and n-type a-Si are sequentially laminated on the back surface of the semiconductor substrate, and a part of the laminated i-type a-Si and n-type a-Si is removed. The removed part has a structure in which i-type a-Si and p-type a-Si are sequentially laminated.
しかし、特許文献2に記載された太陽電池においては、p型a−Siとi型a−Siとの合計膜厚、およびn型a−Siとi型a−Siとの合計膜厚が厚い場合、直列抵抗が高くなり光電変換素子の曲線因子(FF:Fill Factor)が低下するという問題がある。一方、p型a−Siとi型a−Siとの合計膜厚、およびn型a−Siとi型a−Siとの合計膜厚が薄い場合、半導体基板に対するパッシベーション効果が低下し、光電変換素子の開放電圧が低下するという問題がある。
However, in the solar cell described in
そこで、この発明の実施の形態によれば、曲線因子および開放電圧を向上可能な光電変換素子を提供する。 Therefore, according to the embodiment of the present invention, a photoelectric conversion element capable of improving the fill factor and the open circuit voltage is provided.
また、この発明の実施の形態によれば、曲線因子および開放電圧を向上可能な光電変換素子の製造方法を提供する。 In addition, according to the embodiment of the present invention, a method for manufacturing a photoelectric conversion element capable of improving a fill factor and an open circuit voltage is provided.
この発明の実施の形態によれば、光電変換素子は、半導体基板と、第1および第2の非晶質膜と、第1および第2の電極とを備える。半導体基板は、第1の導電型を有する単結晶シリコンからなる。第1の非晶質膜は、半導体基板の一方の表面に接して設けられ、第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第1の不純物層を少なくとも含む。第2の非晶質膜は、半導体基板の面内方向において第1の非晶質膜に隣接して半導体基板の一方の表面に接して設けられ、第1の導電型を有する第2の不純物層を少なくとも含む。第1の電極は、第1の非晶質膜の第1の不純物層に接して設けられる。第2の電極は、第2の非晶質膜の第2の不純物層に接して設けられる。そして、第1および第2の非晶質膜の少なくとも一方において、電極に接する部分の膜厚が電極に接しない部分の膜厚よりも薄い。 According to the embodiment of the present invention, the photoelectric conversion element includes a semiconductor substrate, first and second amorphous films, and first and second electrodes. The semiconductor substrate is made of single crystal silicon having the first conductivity type. The first amorphous film is provided in contact with one surface of the semiconductor substrate and includes at least a first impurity layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type. The second amorphous film is provided in contact with one surface of the semiconductor substrate adjacent to the first amorphous film in the in-plane direction of the semiconductor substrate, and the second impurity having the first conductivity type Including at least a layer. The first electrode is provided in contact with the first impurity layer of the first amorphous film. The second electrode is provided in contact with the second impurity layer of the second amorphous film. In at least one of the first and second amorphous films, the thickness of the portion in contact with the electrode is smaller than the thickness of the portion not in contact with the electrode.
また、この発明の実施の形態によれば、光電変換素子の製造方法は、第1の導電型を有する単結晶シリコンからなる半導体基板の一方の表面に接して、第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第1の不純物層を少なくとも含む第1の非晶質膜を形成する第1の工程と、半導体基板の面内方向において第1の非晶質膜に隣接して半導体基板の一方の表面に接して、第1の導電型を有する第2の不純物層を少なくとも含む第2の非晶質膜を形成する第2の工程と、第1および第2の不純物層の少なくとも一方の不純物層において半導体基板の面内方向における一部分を除去する第3の工程と、一部分が除去された少なくとも一方の不純物層に接して電極を形成する第4の工程とを備える。 According to the embodiment of the present invention, the method for manufacturing a photoelectric conversion element is in contact with one surface of a semiconductor substrate made of single crystal silicon having the first conductivity type and is opposite to the first conductivity type. A first step of forming a first amorphous film including at least a first impurity layer having a second conductivity type; and a semiconductor adjacent to the first amorphous film in an in-plane direction of the semiconductor substrate A second step of forming a second amorphous film including at least a second impurity layer having the first conductivity type in contact with one surface of the substrate; and at least one of the first and second impurity layers. A third step of removing a part of the one impurity layer in the in-plane direction of the semiconductor substrate; and a fourth step of forming an electrode in contact with at least one of the impurity layers from which the part has been removed.
この発明の実施の形態による光電変換素子においては、半導体基板の導電型と反対の導電型を有する第1の不純物層を少なくとも含む第1の非晶質膜と、半導体基板の導電型と同じ導電型を有する第2の不純物層を少なくとも含む第2の非晶質膜との少なくとも一方において、電極に接する部分の膜厚が電極に接しない部分の膜厚よりも薄い。その結果、半導体基板中で光励起された電子および正孔の少なくとも一方は、電極に到達するときの直列抵抗が低くなり、第1および第2の非晶質膜の少なくとも一方において、電極に接しない部分は、半導体基板に対するパッシベーション効果が高く、キャリア(電子および正孔)の再結合を抑制する。 In the photoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention, the first amorphous film including at least a first impurity layer having a conductivity type opposite to the conductivity type of the semiconductor substrate and the same conductivity as the conductivity type of the semiconductor substrate. In at least one of the second amorphous film including at least the second impurity layer having the mold, the thickness of the portion in contact with the electrode is smaller than the thickness of the portion in contact with the electrode. As a result, at least one of electrons and holes photoexcited in the semiconductor substrate has a low series resistance when reaching the electrode, and does not contact the electrode in at least one of the first and second amorphous films. The portion has a high passivation effect on the semiconductor substrate and suppresses recombination of carriers (electrons and holes).
従って、光電変換素子の曲線因子および開放電圧を向上できる。 Therefore, the fill factor and open circuit voltage of the photoelectric conversion element can be improved.
また、この発明の実施の形態による光電変換素子の製造方法は、上述した光電変換素子を製造する。 Moreover, the manufacturing method of the photoelectric conversion element by embodiment of this invention manufactures the photoelectric conversion element mentioned above.
従って、この発明の実施の形態による光電変換素子の製造方法を用いることによって、光電変換素子の曲線因子および開放電圧を向上できる。 Therefore, the fill factor and open circuit voltage of the photoelectric conversion element can be improved by using the method for manufacturing the photoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
この明細書において、「非晶質相」とは、シリコン(Si)原子等がランダムに配列された状態を言う。また、アモルファスシリコンを「a−Si」と表記するが、この表記は、実際には、水素(H)原子が含まれていることを意味する。アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC)、アモルファスシリコンオキサイド(a−SiO)、アモルファスシリコンナイトライド(a−SiN)、アモルファスシリコンカーボンナイトライド(a−SiCN)、アモルファスシリコンゲルマニウム(a−SiGe)およびアモルファスゲルマニウム(a−Ge)についても、同様に、H原子が含まれていることを意味する。 In this specification, the “amorphous phase” refers to a state in which silicon (Si) atoms and the like are randomly arranged. Moreover, although amorphous silicon is described as “a-Si”, this notation actually means that hydrogen (H) atoms are included. Amorphous silicon carbide (a-SiC), amorphous silicon oxide (a-SiO), amorphous silicon nitride (a-SiN), amorphous silicon carbon nitride (a-SiCN), amorphous silicon germanium (a-SiGe) and amorphous germanium Similarly, (a-Ge) means that an H atom is contained.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による光電変換素子の構成を示す断面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1による光電変換素子100は、n型単結晶シリコン基板1と、パッシベーション膜2と、非晶質膜11〜1m(mは2以上の整数)と、非晶質膜21〜2m−1と、電極31〜3m,41〜4m−1とを備える。
[Embodiment 1]
1 is a cross-sectional view showing a configuration of a photoelectric conversion element according to
n型単結晶シリコン基板1は、例えば、(100)の面方位および0.1〜1.0Ω・cmの比抵抗を有する。また、n型単結晶シリコン基板1は、例えば、100〜300μmの厚みを有し、好ましくは、100〜200μmの厚みを有する。
The n-type single
パッシベーション膜2は、例えば、二酸化シリコン(SiO2)からなり、n型単結晶シリコン基板1の光入射側の表面に接して設けられる。そして、パッシベーション膜2は、例えば、100nmの膜厚を有する。
The
非晶質膜11〜1mの各々は、非晶質相からなり、n型単結晶シリコン基板1の光入射側と反対側の表面に接して設けられる。そして、非晶質膜11〜1mは、n型単結晶シリコン基板1の面内方向において所望の間隔で配置される。
Each of the
非晶質膜21〜2m−1は、非晶質相からなる。そして、非晶質膜21は、非晶質膜11,12およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置され、非晶質膜22は、非晶質膜12,13およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置され、以下、同様にして、非晶質膜2m−1は、非晶質膜1m−1,1mおよびn型単結晶シリコン基板1に接して配置される。
The
電極31〜3mは、それぞれ、非晶質膜11〜1mに接して設けられる。電極41〜4m−1は、それぞれ、非晶質膜21〜2m−1に接して設けられる。そして、電極31〜3m,41〜4m−1の各々は、例えば、銀(Ag)からなる。
The
図2は、図1に示す非晶質膜11,21の拡大図である。図2を参照して、非晶質膜11は、非晶質膜11A,11Bのいずれかからなり、非晶質膜21は、非晶質膜21A,21Bのいずれかからなる。そして、非晶質膜11A,11Bと非晶質膜21A,21Bとの組み合わせは、図2の(a)〜(d)に示すように4通りである。
FIG. 2 is an enlarged view of the
非晶質膜11Aは、ノンドープ層101と、p型不純物層102とからなる。ノンドープ層101は、n型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された表面と反対側の表面)に接して配置される。p型不純物層102は、ノンドープ層101に接して配置される。そして、p型不純物層102は、ノンドープ層101側と反対側に凹部104を有する。
The
ノンドープ層101は、i型の導電型を有し、例えば、i型a−Siからなり、膜厚は、例えば、5〜10nmである。p型不純物層102は、p型の導電型を有し、例えば、p型a−Siからなり、例えば、5×1019cm−3のボロン(B)を含む。凹部104には、電極31が形成される。そして、p型不純物層102は、電極31に接する部分において、例えば、5〜10nmの膜厚を有し、電極31に接しない部分において、例えば、30〜35nmの膜厚を有する。従って、非晶質膜11Aは、全体では、電極31に接する部分において、10〜20nmの膜厚を有し、電極31に接しない部分において、35〜45nmの膜厚を有する。このように、非晶質膜11Aは、電極31に接する部分の膜厚が電極31に接しない部分の膜厚よりも薄い構造からなる。
The
非晶質膜21Aは、ノンドープ層201と、n型不純物層202とからなる。ノンドープ層201は、n型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された表面と反対側の表面)に接して配置される。n型不純物層202は、ノンドープ層201に接して配置される。そして、n型不純物層202は、ノンドープ層201側と反対側に凹部204を有する。
The
ノンドープ層201は、i型の導電型を有し、例えば、i型a−Siからなり、膜厚は、例えば、5〜10nmである。n型不純物層202は、n型の導電型を有し、例えば、n型a−Siからなり、例えば、5×1019cm−3のリン(P)を含む。凹部204には、電極41が形成される。そして、n型不純物層202は、電極41に接する部分において、例えば、5〜10nmの膜厚を有し、電極41に接しない部分において、例えば、30〜35nmの膜厚を有する。従って、非晶質膜21Aは、全体では、電極41に接する部分において、10〜20nmの膜厚を有し、電極41に接しない部分において、35〜45nmの膜厚を有する。このように、非晶質膜21Aは、電極41に接する部分の膜厚が電極41に接しない部分の膜厚よりも薄い構造からなる。
The
非晶質膜11Bは、p型不純物層103からなる。p型不純物層103は、n型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された表面と反対側の表面)に接して配置される。そして、p型不純物層103は、n型単結晶シリコン基板1の裏面に接する面と反対側に凹部104を有する。また、p型不純物層103は、例えば、p型a−Siからなり、例えば、5×1019cm−3のBを含む。更に、p型不純物層103は、電極31に接する部分において、10〜20nmの膜厚を有し、電極31に接しない部分において、35〜45nmの膜厚を有する。このように、非晶質膜11B(=p型非晶質膜103)は、電極31に接する部分の膜厚が電極31に接しない部分の膜厚よりも薄い構造からなる。
The
非晶質膜21Bは、n型不純物層203からなる。n型不純物層203は、n型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された表面と反対側の表面)に接して配置される。そして、n型不純物層203は、n型単結晶シリコン基板1の裏面に接する面と反対側に凹部204を有する。また、n型不純物層203は、例えば、n型a−Siからなり、例えば、5×1019cm−3のPを含む。更に、n型不純物層203は、電極41に接する部分において、10〜20nmの膜厚を有し、電極41に接しない部分において、35〜45nmの膜厚を有する。このように、非晶質膜21B(=n型不純物層203)は、電極41に接する部分の膜厚が電極41に接しない部分の膜厚よりも薄い構造からなる。
The
このように、非晶質膜11Aは、i型a−Si/p型a−Siからなり、非晶質膜11Bは、p型a−Siからなる。また、非晶質膜21Aは、i型a−Si/n型a−Siからなり、非晶質膜21Bは、n型a−Siからなる。
Thus, the
なお、図1に示す非晶質膜12〜1mの各々も、図2に示す非晶質膜11A,11Bのいずれかからなり、図1に示す非晶質膜22〜2m−1の各々も、図2に示す非晶質膜21A,21Bのいずれかからなる。
Each of the
非晶質膜11〜1mの各々が図2に示す非晶質膜11A,11Bのいずれかからなり、非晶質膜21〜2m−1の各々が図2に示す非晶質膜21A,21Bのいずれかからなる場合、電極31〜3mの各々は、p型不純物層102(またはp型不純物層103)に接して設けられ、電極41〜4m−1の各々は、n型不純物層202(またはn型不純物層203)に接して設けられる。
Each of the
上述したように、非晶質膜11〜1mの各々は、非晶質膜11A(=ノンドープ層101/p型不純物層102)、または非晶質膜11B(=p型不純物層103)からなる。また、非晶質膜21〜2m−1の各々は、非晶質膜21A(=ノンドープ層201/n型不純物層202)、または非晶質膜21B(=n型不純物層203)からなる。従って、非晶質膜11〜1mの各々は、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜であり、非晶質膜21〜2m−1の各々は、少なくともn型不純物層を含む非晶質膜である。
As described above, each of the
再び、図1を参照して、非晶質膜11〜1mおよび非晶質膜21〜2m−1は、図1の紙面に垂直な方向において同じ長さを有する。そして、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜11〜1mの全体の面積がn型単結晶シリコン基板1の面積に占める割合である面積占有率は、60〜93%であり、少なくともn型不純物層を含む非晶質膜21〜2m−1の全体の面積がn型単結晶シリコン基板1の面積に占める割合である面積占有率は、5〜20%である。
Referring again to FIG. 1, the
このように、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜11〜1mの面積占有率を少なくともn型不純物層を含む非晶質膜21〜2m−1の面積占有率よりも大きくするのは、n型単結晶シリコン基板1中で光励起された電子および正孔がpn接合(少なくともp型不純物層を含む非晶質膜11〜1m/n型単結晶シリコン基板1)によって分離され易くし、光励起された電子および正孔の発電への寄与率を高くするためである。
As described above, the area occupation ratio of the
なお、以下においては、非晶質膜11〜1mの各々が非晶質膜11Aからなり、非晶質膜21〜2m−1の各々が非晶質膜21Aからなる場合を例にして説明する。
In the following description, an example in which each of the
図3〜図5は、それぞれ、図1に示す光電変換素子100の製造方法を示す第1〜第3の工程図である。
3 to 5 are first to third process diagrams showing a method for manufacturing the
光電変換素子100の製造方法について説明する。光電変換素子100は、プラズマ装置を主に用いてプラズマCVD法によって製造される。
A method for manufacturing the
プラズマ装置は、仕込室と、反応室CB1〜CB3と、取出室と、整合器と、RF電源とを備える。仕込室、反応室CB1〜CB3および取出室は、直列に配置されている。そして、仕込室と反応室CB1との間、反応室CB1と反応室CB2との間、反応室CB2と反応室CB3との間、および反応室CB3と取出室との間は、仕切バルブで仕切られている。また、仕込室から反応室CB1、反応室CB2、反応室CB3および取出室へ単結晶シリコン基板を順次搬送する搬送機構がプラズマ装置に備えられている。 The plasma apparatus includes a preparation chamber, reaction chambers CB1 to CB3, an extraction chamber, a matching unit, and an RF power source. The charging chamber, the reaction chambers CB1 to CB3, and the take-out chamber are arranged in series. A partition valve is used to partition between the charging chamber and the reaction chamber CB1, between the reaction chamber CB1 and the reaction chamber CB2, between the reaction chamber CB2 and the reaction chamber CB3, and between the reaction chamber CB3 and the take-out chamber. It has been. Further, the plasma apparatus is provided with a transport mechanism for sequentially transporting the single crystal silicon substrate from the preparation chamber to the reaction chamber CB1, the reaction chamber CB2, the reaction chamber CB3, and the take-out chamber.
仕込室は、加熱機構と排気機構とを備える。加熱機構は、単結晶シリコン基板を所定の温度に昇温する。排気機構は、仕込室内のガスを排気し、仕込室の到達圧力を、例えば、1×10−5Pa以下に設定する。 The charging chamber includes a heating mechanism and an exhaust mechanism. The heating mechanism raises the temperature of the single crystal silicon substrate to a predetermined temperature. The exhaust mechanism exhausts the gas in the preparation chamber, and sets the ultimate pressure in the preparation chamber to, for example, 1 × 10 −5 Pa or less.
反応室CB1〜CB3の各々は、平行平板電極と、加熱機構と、排気機構とを備える。加熱機構は、単結晶シリコン基板を所定の温度に昇温する。排気機構は、反応室CB1〜CB3内のガスを排気し、反応室CB1〜CB3の到達圧力を、例えば、1×10−5Pa以下に設定する。平行平板電極は、整合器を介してRF電源に接続される。なお、反応室CB1は、i型a−Siを堆積するための反応室であり、反応室CB2は、p型a−Siを堆積するための反応室であり、反応室CB3は、n型a−Siを堆積するための反応室である。 Each of the reaction chambers CB1 to CB3 includes a parallel plate electrode, a heating mechanism, and an exhaust mechanism. The heating mechanism raises the temperature of the single crystal silicon substrate to a predetermined temperature. The exhaust mechanism exhausts the gases in the reaction chambers CB1 to CB3, and sets the ultimate pressure in the reaction chambers CB1 to CB3 to, for example, 1 × 10 −5 Pa or less. The parallel plate electrodes are connected to an RF power source through a matching unit. The reaction chamber CB1 is a reaction chamber for depositing i-type a-Si, the reaction chamber CB2 is a reaction chamber for depositing p-type a-Si, and the reaction chamber CB3 is an n-type a-a. A reaction chamber for depositing Si.
取出室は、排気機構を備える。排気機構は、取出室内のガスを排気し、取出室の到達圧力を、例えば、1×10−5Pa以下に設定する。 The take-out chamber includes an exhaust mechanism. The exhaust mechanism exhausts the gas in the extraction chamber and sets the ultimate pressure in the extraction chamber to, for example, 1 × 10 −5 Pa or less.
仕込室、反応室CB1〜CB3および取出室の各排気機構は、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプからなる。ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプは、ターボ分子ポンプが仕込室、反応室CB1〜CB3および取出室に最も近くなるように、それぞれ、仕込室、反応室CB1〜CB3および取出室に直列的に連結されている。そして、各排気機構は、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプによって、それぞれ、仕込室、反応室CB1〜CB3および取出室内のガスを排気し、またはメカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプによって、それぞれ、仕込室、反応室CB1〜CB3および取出室内のガスを排気する。 Each exhaust mechanism of the charging chamber, the reaction chambers CB1 to CB3, and the take-out chamber includes a turbo molecular pump, a mechanical booster pump, and a rotary pump. The turbo molecular pump, the mechanical booster pump and the rotary pump are serially connected to the charging chamber, the reaction chambers CB1 to CB3 and the extraction chamber, respectively, so that the turbo molecular pump is closest to the charging chamber, the reaction chambers CB1 to CB3 and the extraction chamber. It is connected to. Each exhaust mechanism exhausts the gas in the charging chamber, reaction chambers CB1 to CB3, and the extraction chamber with a turbo molecular pump, a mechanical booster pump, and a rotary pump, respectively, or is charged with a mechanical booster pump and a rotary pump, respectively. The gases in the chamber, reaction chambers CB1 to CB3 and the extraction chamber are exhausted.
RF電源は、例えば、13.56MHzのRF電力を整合器を介して反応室CB1〜CB3の平行平板電極に印加する。 The RF power source applies, for example, RF power of 13.56 MHz to the parallel plate electrodes of the reaction chambers CB1 to CB3 via the matching unit.
光電変換素子100の製造が開始されると、n型単結晶シリコン基板1をエタノール等で超音波洗浄して脱脂し、その後、n型単結晶シリコン基板1をフッ酸中に浸漬してn型単結晶シリコン基板1の表面に形成された自然酸化膜を除去するとともに、n型単結晶シリコン基板1の表面を水素で終端する(図3の工程(a)参照)。
When the manufacture of the
n型単結晶シリコン基板1の洗浄が終了すると、n型単結晶シリコン基板1を酸化炉に入れ、1000℃の温度で酸素雰囲気中でn型単結晶シリコン基板1を熱酸化する。この場合、酸化時間は、例えば、30分である。そして、n型単結晶シリコン基板1の片側の表面および端面に形成されたSiO2をフッ酸によって除去し、n型単結晶シリコン基板1の一方の表面にSiO2からなるパッシベーション膜2を形成する(図3の工程(b)参照)。
When the cleaning of the n-type single
そして、n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2をプラズマ装置の仕込室の基板ホルダー上に配置する。
Then, the n-type single
その後、仕込室の排気機構は、1×10−5Pa以下に仕込室内のガスを排気し、仕込室の加熱機構は、n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の温度を200℃に設定するように基板ホルダーを加熱する。また、反応室CB1〜CB3の加熱機構も、n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の温度を200℃に設定するように基板ホルダーを加熱する。
After that, the evacuation mechanism in the preparation chamber exhausts the gas in the preparation chamber to 1 × 10 −5 Pa or less, and the heating mechanism in the preparation chamber sets the temperature of the n-type single
n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の温度が200℃に達すると、仕込室と反応室CB1との間の仕切バルブが開けられ、n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2は、仕込室から反応室CB1へ搬送される。
When the temperature of the n-type single
ノンドープ層101,201、p型不純物層102,103およびn型不純物層202,203を形成するときの材料ガスの流量を表1に示す。
Table 1 shows the flow rates of the material gases when forming the
n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2が反応室CB1へ搬送されると、10sccmのシラン(SiH4)ガスと、100sccmの水素(H2)ガスとを反応室CB1に流し、反応室CB1の圧力を13.3Pa〜665Paの範囲に設定する。そして、RF電源は、16〜80mW/cm2の範囲のRFパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。これによって、反応室CB1内でプラズマが発生し、i型a−Siからなるノンドープ層がn型単結晶シリコン基板1の表面(=パッシベーション膜2が形成された面と反対側の表面)に堆積される。
When the n-type single
ノンドープ層の膜厚が5〜10nmになると、反応室CB1の平行平板電極へのRFパワーの印加を停止するとともに、SiH4ガスおよびH2ガスの反応室CB1への供給を停止し、排気機構によって1×10−5Pa以下に反応室CB1を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、ノンドープ層/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2を反応室CB1から反応室CB2へ搬送する。
When the film thickness of the non-doped layer becomes 5 to 10 nm, the application of RF power to the parallel plate electrode of the reaction chamber CB1 is stopped, and the supply of SiH 4 gas and H 2 gas to the reaction chamber CB1 is stopped, and the exhaust mechanism To evacuate the reaction chamber CB1 to 1 × 10 −5 Pa or less. Then, the partition valve is opened, and the non-doped layer / n-type single
その後、2sccmのSiH4ガスと、42sccmのH2ガスと、水素希釈された12sccmのジボラン(B2H6)ガスとを反応室CB2に流し、反応室CB2の圧力を13.3Pa〜665Paの範囲に設定する。そして、RF電源は、16〜80mW/cm2の範囲のRFパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。なお、水素希釈されたB2H6ガスの濃度は、0.1%である。 Thereafter, 2 sccm of SiH 4 gas, 42 sccm of H 2 gas, and 12 sccm of diborane (B 2 H 6 ) gas diluted with hydrogen are flowed into the reaction chamber CB2, and the pressure in the reaction chamber CB2 is set to 13.3 Pa to 665 Pa. Set to range. The RF power source applies RF power in the range of 16 to 80 mW / cm 2 to the parallel plate electrodes through the matching unit. The concentration of B 2 H 6 gas diluted with hydrogen is 0.1%.
これによって、反応室CB2内でプラズマが発生し、p型a−Siからなるp型不純物層がノンドープ層上に堆積される。その結果、非晶質膜11〜1m用の非晶質膜20がn型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された表面と反対側の表面)に形成される(図3の工程(c)参照)。
As a result, plasma is generated in the reaction chamber CB2, and a p-type impurity layer made of p-type a-Si is deposited on the non-doped layer. As a result, an
p型不純物層の膜厚が30〜35nmになると、反応室CB2の平行平板電極へのRFパワーの印加を停止するとともに、SiH4ガス、H2ガスおよびB2H6ガスの反応室CB2への供給を停止し、排気機構によって1×10−5Pa以下に反応室CB2を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、非晶質膜20/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2を反応室CB2から取出室へ搬送し、非晶質膜20/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2を室温まで冷却した後、取り出す。
When the thickness of the p-type impurity layer reaches 30 to 35 nm, the application of RF power to the parallel plate electrodes in the reaction chamber CB2 is stopped and the reaction chamber CB2 for SiH 4 gas, H 2 gas, and B 2 H 6 gas enters the reaction chamber CB2. And the reaction chamber CB2 is evacuated to 1 × 10 −5 Pa or less by an exhaust mechanism. Then, the gate valve is opened, and the
そして、取り出した非晶質膜20/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の非晶質膜20の全面にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン30を形成する(図3の工程(d)参照)。
Then, a resist is applied to the entire surface of the
その後、レジストパターン30をマスクとして非晶質膜20をドライエッチングまたはウェットエッチングによってエッチングし、非晶質膜51〜5mを形成する(図3の工程(e)参照)。
Thereafter, the
その後、非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の非晶質膜51〜5m側をフッ酸で洗浄し、非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2をプラズマ装置の仕込室の基板ホルダー上に配置する。
Thereafter, the
そして、仕込室の排気機構は、1×10−5Pa以下に仕込室内のガスを排気し、仕込室の加熱機構は、非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の温度を200℃に設定するように基板ホルダーを加熱する。
And the exhaust mechanism of the preparation chamber exhausts the gas in the preparation chamber to 1 × 10 −5 Pa or less, and the heating mechanism of the preparation chamber is the amorphous film 51-5 m / n type single
非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の温度が200℃に達すると、非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2を仕込室から反応室CB1へ搬送する。
When the temperature of the
非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2が反応室CB1へ搬送されると、10sccmのSiH4ガスと、100sccmのH2ガスとを反応室CB1に流し(表1参照)、反応室CB1の圧力を13.3Pa〜665Paの範囲に設定する。そして、RF電源は、16〜80mW/cm2の範囲のRFパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。これによって、反応室CB1内でプラズマが発生し、i型a−Siからなるノンドープ層が非晶質膜51〜5mおよびn型単結晶シリコン基板1の表面に堆積される。
When the
ノンドープ層の膜厚が5〜10nmになると、反応室CB1の平行平板電極へのRFパワーの印加を停止するとともに、SiH4ガスおよびH2ガスの反応室CB1への供給を停止し、排気機構によって1×10−5Pa以下に反応室CB1を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、ノンドープ層/非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2を反応室CB1から反応室CB3へ搬送する。
When the film thickness of the non-doped layer becomes 5 to 10 nm, the application of RF power to the parallel plate electrode of the reaction chamber CB1 is stopped, and the supply of SiH 4 gas and H 2 gas to the reaction chamber CB1 is stopped, and the exhaust mechanism To evacuate the reaction chamber CB1 to 1 × 10 −5 Pa or less. Then, the gate valve is opened, and the non-doped layer /
ノンドープ層/非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2が反応室CB3へ搬送されると、20sccmのSiH4ガスと、150sccmのH2ガスと、水素希釈された50sccmのフォスフィン(PH3)ガスとを反応室CB3に流し(表1参照)、反応室CB3の圧力を13.3Pa〜665Paの範囲に設定する。そして、RF電源は、16〜80mW/cm2の範囲のRFパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。なお、水素希釈されたPH3ガスの濃度は、0.2%である。
When the non-doped layer /
これによって、反応室CB3内でプラズマが発生し、n型a−Siからなるn型不純物層がノンドープ層上に堆積される。その結果、非晶質膜21〜2m−1用の非晶質膜40が非晶質膜51〜5mおよびn型単結晶シリコン基板1上に形成される(図4の工程(f)参照)。
As a result, plasma is generated in the reaction chamber CB3, and an n-type impurity layer made of n-type a-Si is deposited on the non-doped layer. As a result, an
n型不純物層の膜厚が30〜35nmになると、反応室CB3の平行平板電極へのRFパワーの印加を停止するとともに、SiH4ガス、H2ガスおよびPH3ガスの反応室CB3への供給を停止し、排気機構によって1×10−5Pa以下に反応室CB3を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、非晶質膜40/非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2を反応室CB3から取出室へ搬送する。そして、非晶質膜40/非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2を室温まで冷却し、取出室から取出す。
When the thickness of the n-type impurity layer reaches 30 to 35 nm, the application of RF power to the parallel plate electrodes in the reaction chamber CB3 is stopped and the supply of SiH 4 gas, H 2 gas, and PH 3 gas to the reaction chamber CB3 is stopped. And the reaction chamber CB3 is evacuated to 1 × 10 −5 Pa or less by an exhaust mechanism. Then, the partition valve is opened, and the
その後、非晶質膜40/非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の非晶質膜40上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン50を形成する(図4の工程(g)参照)。
Thereafter, a resist is applied on the
そして、レジストパターン50をマスクとして非晶質膜40をドライエッチングまたはウェットエッチングによってエッチングし、非晶質膜61〜6m−1を形成する(図4の工程(h)参照)。
Then, the
その後、非晶質膜61〜6m−1/非晶質膜51〜5m/n型単結晶シリコン基板1/パッシベーション膜2の非晶質膜51〜5m,61〜6m−1上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングしてレジストパターン60を形成する(図4の工程(i)参照)。
Thereafter, a resist is applied on the amorphous films 51-5m and 61-6m-1 of the amorphous films 61-6m-1 / amorphous films 51-5m / n type single
そして、レジストパターン60をマスクとして非晶質膜51〜5m,61〜6m−1をドライエッチングまたはウェットエッチングによってエッチングし、非晶質膜11〜1m,21〜2m−1を形成する(図5の工程(j)参照)。
Then, using the resist
引き続いて、非晶質膜11〜1m,21〜2m−1側にAgを蒸着し、その蒸着したAgをフォトリソグラフィおよびエッチングによってパターンニングし、電極31〜3m,41〜4m−1を形成する。これによって、光電変換素子100が完成する(図5の工程(k)参照)。
Subsequently, Ag is vapor-deposited on the
光電変換素子100において、太陽光がパッシベーション膜2側から光電変換素子100に照射されると、n型単結晶シリコン基板1中で電子および正孔が光励起される。
In the
光励起された電子および正孔は、パッシベーション膜2側へ拡散しても、パッシベーション膜2によるn型単結晶シリコン基板1のパッシベーション効果によって再結合し難く、非晶質膜11〜1m,21〜2m−1側へ拡散する。
Even if the photoexcited electrons and holes diffuse to the
そして、非晶質膜11〜1m,21〜2m−1側へ拡散した電子および正孔は、(ノンドープ層101およびp型不純物層102を含む非晶質膜11〜1m)/n型単結晶シリコン基板1(=pin接合)による内部電界によって分離され、正孔は、非晶質膜11〜1m(=ノンドープ層101/p型不純物層102)を介して電極31〜3mへ到達し、電子は、非晶質膜21〜2m−1(=ノンドープ層201/n型不純物層202)を介して電極41〜4m−1へ到達する。
The electrons and holes diffused toward the
電極41〜4m−1へ到達した電子は、電極31〜3mと電極41〜4m−1との間に接続された負荷を介して電極31〜3mへ到達し、正孔と再結合する。
The electrons that have reached the
このように、光電変換素子100は、n型単結晶シリコン基板1中で光励起された電子および正孔をn型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成されたn型単結晶シリコン基板1の表面と反対側の面)から取り出すバックコンタクト型の光電変換素子である。
As described above, the
そして、光電変換素子100においては、p型不純物層102を含む非晶質膜11〜1mにおいて、それぞれ、電極31〜3mに接する部分の膜厚が電極31〜3mに接しない部分の膜厚よりも薄い。また、n型不純物層202を含む非晶質膜21〜2m−1において、それぞれ、電極41〜4m−1に接する部分の膜厚が電極41〜4m−1に接しない部分の膜厚よりも薄い。その結果、正孔がn型単結晶シリコン基板1から非晶質膜11〜1mを介して電極31〜3mへ到達するときの直列抵抗が低下するとともに、電子がn型単結晶シリコン基板1から非晶質膜21〜2m−1を介して電極41〜4m−1へ到達するときの直列抵抗が低下する。また、電極31〜3mが形成されていない非晶質膜11〜1mの部分、および電極41〜4m−1が形成されていない非晶質膜21〜2m−1の部分は、40nm程度の膜厚があるので、n型単結晶シリコン基板1の裏面に対するパッシベーション効果が高く、n型単結晶シリコン基板1の裏面におけるキャリア(電子および正孔)の再結合が抑制される。
In the
従って、光電変換素子100の曲線因子FFおよび開放電圧Vocを向上できる。
Therefore, the fill factor FF and the open circuit voltage Voc of the
上記においては、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Aからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Aからなる場合(図2の(a)参照)について説明したが、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Aからなっていてもよい(図2の(b)参照)。この場合、図3の工程(c)において、p型不純物層103用のp型a−Siが表1に示すガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1の裏面(パッシベーション層2が形成された面と反対側の表面)に堆積される。
In the above description, the case where the
その結果、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなる場合も、非晶質膜11〜1mにおいて、電極31〜3mに接する部分の膜厚が電極31〜3mに接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Aからなる場合も、上述したように、光電変換素子100において、開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
また、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Aからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなっていてもよい(図2の(c)参照)。この場合、図4の工程(f)において、n型不純物層203用のn型a−Siが表1に示すガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1および非晶質膜51〜5m上に堆積される。
Further, the
その結果、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなる場合も、非晶質膜21〜2m−1において、電極41〜4m−1に接する部分の膜厚が電極41〜4m−1に接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Aからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなる場合も、上述したように、光電変換素子100において、開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
更に、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなっていてもよい(図2の(d)参照)。この場合、図3の工程(c)において、p型不純物層103用のp型a−Siが表1に示すガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1の裏面(パッシベーション層2が形成された面と反対側の表面)に堆積される。また、図4の工程(f)において、n型不純物層203用のn型a−Siが表1に示すガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1および非晶質膜51〜5m上に堆積される。
Furthermore, the
その結果、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなる場合も、非晶質膜11〜1mにおいて、電極31〜3mに接する部分の膜厚が電極31〜3mに接しない部分の膜厚よりも薄く、非晶質膜21〜2m−1において、電極41〜4m−1に接する部分の膜厚が電極41〜4m−1に接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなる場合も、上述したように、光電変換素子100において、開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
また、上記においては、非晶質膜11〜1mを構成するノンドープ層101は、i型a−Siからなると説明したが、実施の形態1においては、これに限らず、ノンドープ層101は、i型a−SiC、i型a−SiO、i型a−SiN、i型a−SiCNおよびi型a−SiGeのいずれかからなっていてもよい。
In the above description, it has been described that the
更に、非晶質膜11〜1mを構成するp型不純物層102,103の各々は、p型a−Siからなると説明したが、実施の形態1においては、これに限らず、p型不純物層102,103の各々は、p型a−SiC、p型a−SiO、p型a−SiN、p型a−SiCN、p型a−SiGeおよびp型a−Geのいずれかからなっていてもよい。
Further, it has been described that each of the p-type impurity layers 102 and 103 constituting the
更に、非晶質膜21〜2m−1を構成するノンドープ層201は、i型a−Siからなると説明したが、実施の形態1においては、これに限らず、ノンドープ層201は、i型a−SiC、i型a−SiO、i型a−SiN、i型a−SiCNおよびi型a−SiGeのいずれかからなっていてもよい。
Furthermore, although it has been described that the
更に、非晶質膜21〜2m−1を構成するn型不純物層202,203の各々は、n型a−Siからなると説明したが、実施の形態1においては、これに限らず、n型不純物層202,203の各々は、n型a−SiC、n型a−SiO、n型a−SiN、n型a−SiCN、n型a−SiGeおよびn型a−Geのいずれかからなっていてもよい。
Further, it has been described that each of the n-type impurity layers 202 and 203 constituting the
即ち、光電変換素子100においては、p型不純物層102,103、n型不純物層202,203およびノンドープ層101,201は、それぞれ、表2に示す材料のいずれかからなっていてもよい。
That is, in the
この場合、p型a−SiCは、SiH4ガス、メタン(CH4)ガス、B2H6ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。p型a−SiOは、SiH4ガス、酸素(O2)ガス、B2H6ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。p型a−SiNは、SiH4ガス、アンモニア(NH3)ガス、B2H6ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。p型a−SiCNは、SiH4ガス、CH4ガス、NH3ガス、B2H6ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。p型a−SiGeは、SiH4ガス、ゲルマン(GeH4)ガス、B2H6ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。p型a−Geは、GeH4ガス、B2H6ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。 In this case, the p-type a-SiC is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, methane (CH 4 ) gas, B 2 H 6 gas, and H 2 gas as material gases. The p-type a-SiO is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, oxygen (O 2 ) gas, B 2 H 6 gas and H 2 gas as material gases. The p-type a-SiN is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, ammonia (NH 3 ) gas, B 2 H 6 gas and H 2 gas as material gases. The p-type a-SiCN is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, CH 4 gas, NH 3 gas, B 2 H 6 gas and H 2 gas as material gases. The p-type a-SiGe is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, germane (GeH 4 ) gas, B 2 H 6 gas and H 2 gas as material gases. The p-type a-Ge is formed by the above-described plasma CVD method using GeH 4 gas, B 2 H 6 gas, and H 2 gas as material gases.
また、n型a−SiCは、SiH4ガス、CH4ガス、PH3ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。n型a−SiOは、SiH4ガス、O2ガス、PH3ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。n型a−SiNは、SiH4ガス、NH3ガス、PH3ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。n型a−SiCNは、SiH4ガス、CH4ガス、NH3ガス、PH3ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。n型a−SiGeは、SiH4ガス、GeH4ガス、PH3ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。n型a−Geは、GeH4ガス、PH3ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。 The n-type a-SiC is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, CH 4 gas, PH 3 gas, and H 2 gas as material gases. The n-type a-SiO is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, O 2 gas, PH 3 gas, and H 2 gas as material gases. The n-type a-SiN is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, NH 3 gas, PH 3 gas, and H 2 gas as material gases. The n-type a-SiCN is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, CH 4 gas, NH 3 gas, PH 3 gas, and H 2 gas as material gases. The n-type a-SiGe is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, GeH 4 gas, PH 3 gas, and H 2 gas as material gases. The n-type a-Ge is formed by the above-described plasma CVD method using GeH 4 gas, PH 3 gas, and H 2 gas as material gases.
更に、i型a−SiCは、SiH4ガス、CH4ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。i型a−SiOは、SiH4ガス、O2ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。i型a−SiNは、SiH4ガス、NH3ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。i型a−SiCNは、SiH4ガス、CH4ガス、NH3ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。i型a−SiGeは、SiH4ガス、GeH4ガスおよびH2ガスを材料ガスとして、上述したプラズマCVD法によって形成される。 Furthermore, i-type a-SiC is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, CH 4 gas, and H 2 gas as material gases. i-type a-SiO is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, O 2 gas, and H 2 gas as material gases. i-type a-SiN is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, NH 3 gas, and H 2 gas as material gases. The i-type a-SiCN is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, CH 4 gas, NH 3 gas, and H 2 gas as material gases. i-type a-SiGe is formed by the above-described plasma CVD method using SiH 4 gas, GeH 4 gas, and H 2 gas as material gases.
なお、ノンドープ層101,201としては、i型a−Geも想定されるが、i型a−Geは、n型単結晶シリコン基板1よりも光学バンドギャップが小さいので、i型a−Geをノンドープ層101,201として用いた場合、開放電圧Vocの向上が困難である。光電変換素子100においては、非晶質膜11〜1m,21〜2m−1におけるノンドープ層101,201の光学バンドギャップが開放電圧Vocを支配的に決定するからである。
Note that i-type a-Ge is also assumed as the
そこで、実施の形態1においては、n型単結晶シリコン基板1の光学バンドギャップよりも大きい光学バンドギャップを有するi型a−SiC,i型a−SiO,i型a−SiN,i型a−SiCN,i型a−Si,i型a−SiGeをノンドープ層101,201として用いることにした。
Therefore, in the first embodiment, i-type a-SiC, i-type a-SiO, i-type a-SiN, and i-type a- having an optical band gap larger than the optical band gap of the n-type single
また、光電変換素子100においては、非晶質膜11〜1mの電極31〜3mと接する部分の膜厚は、非晶質膜21〜2m−1の電極41〜4m−1と接する部分の膜厚と同じであってもよく、異なっていてもよい。
Moreover, in the
更に、光電変換素子100においては、ノンドープ層101の膜厚は、ノンドープ層201の膜厚と同じあってもよく、異なっていてもよい。
Furthermore, in the
更に、光電変換素子100においては、p型不純物層102,103におけるB濃度は、n型不純物層202,203におけるP濃度と同じであってもよく、異なっていてもよい。
Further, in the
更に、光電変換素子100においては、n型単結晶シリコン基板1のパッシベーション膜2側の表面は、テクスチャ化されていてもよい。
Furthermore, in the
[実施の形態2]
図6は、実施の形態2による光電変換素子の構成を示す断面図である。図6を参照して、実施の形態2による光電変換素子200は、図1に示す光電変換素子100の非晶質膜21〜2m−1をそれぞれ非晶質膜121〜12m−1に代えたものであり、その他は、光電変換素子100と同じである。
[Embodiment 2]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element according to the second embodiment. Referring to FIG. 6, in
非晶質膜121〜12m−1は、非晶質相からなる。そして、非晶質膜121は、非晶質膜11,12およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置され、非晶質膜122は、非晶質膜12,13およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置され、以下、同様にして、非晶質膜12m−1は、非晶質膜1m−1,1mおよびn型単結晶シリコン基板1に接して配置される。
The
光電変換素子200においては、電極41〜4m−1は、それぞれ、非晶質膜121〜12m−1に接して配置される。
In the
図7は、図6に示す非晶質膜11,121の拡大図である。図7を参照して、非晶質膜121は、非晶質膜121A,121Bのいずれかからなる。そして、非晶質膜11A,11Bと非晶質膜121A,121Bとの組み合わせは、図7の(a)〜(d)に示すように4通りである。
FIG. 7 is an enlarged view of the
非晶質膜121Aは、ノンドープ層1201と、n型不純物層1202とからなる。ノンドープ層1201は、n型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された面と反対側の表面)に接して配置される。n型不純物層1202は、ノンドープ層1201に接して配置される。n型不純物層1202は、ノンドープ層1201に接する面と反対側に凹部204を有しない。
The
ノンドープ層1201は、i型の導電型を有し、例えば、i型a−Siからなり、膜厚は、例えば、5〜10nmである。n型不純物層1202は、n型の導電型を有し、例えば、n型a−Siからなり、例えば、5×1019cm−3のPを含む。電極41は、n型不純物層1202のノンドープ層1201に接する面と反対側の面に接して形成される。そして、n型不純物層1202は、電極41に接する部分および電極41に接しない部分において同じ膜厚を有し、その膜厚は、例えば、30〜35nmである。従って、非晶質膜121Aは、全体では、電極41に接する部分および電極41に接しない部分において同じ膜厚を有し、その膜厚は、35〜45nmである。このように、非晶質膜121Aは、電極41に接する部分における膜厚が電極41に接しない部分における膜厚と同じである構造からなる。
The
非晶質膜121Bは、n型不純物層1203からなる。n型不純物層1203は、n型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された面と反対側の表面)に接して配置される。そして、n型不純物層1203は、n型単結晶シリコン基板1の裏面に接する面と反対側に凹部204を有しない。また、n型不純物層1203は、例えば、n型a−Siからなり、例えば、5×1019cm−3のPを含む。更に、n型不純物層1203は、電極41に接する部分および電極41に接しない部分において、35〜45nmの膜厚を有する。従って、非晶質膜121B(=n型不純物層1203)は、電極41に接する部分の膜厚が電極41に接しない部分の膜厚と同じである構造からなる。
The
このように、非晶質膜121Aは、i型a−Si/n型a−Siからなり、非晶質膜121Bは、n型a−Siからなる。
Thus, the
なお、図6に示す非晶質膜122〜12m−1の各々も、図7に示す非晶質膜121A,121Bのいずれかからなる。
Each of the
非晶質膜11〜1mの各々が図7に示す非晶質膜11A,11Bのいずれかからなり、非晶質膜121〜12m−1の各々が図7に示す非晶質膜121A,121Bのいずれかからなる場合、電極31〜3mの各々は、p型不純物層102(またはp型不純物層103)に接して設けられ、電極41〜4m−1の各々は、n型不純物層1202(またはn型不純物層1203)に接して設けられる。
Each of the
上述したように、非晶質膜121〜12m−1の各々は、非晶質膜121A(=ノンドープ層1201/n型不純物層1202)、または非晶質膜121B(=n型不純物層1203)からなる。従って、非晶質膜121〜12m−1の各々は、少なくともn型不純物層を含む非晶質膜である。
As described above, each of the
再び、図6を参照して、非晶質膜11〜1mおよび非晶質膜121〜12m−1は、図6の紙面に垂直な方向において同じ長さを有する。そして、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜11〜1mの全体の面積がn型単結晶シリコン基板1の面積に占める割合である面積占有率は、60〜93%であり、少なくともn型不純物層を含む非晶質膜121〜12m−1の全体の面積がn型単結晶シリコン基板1の面積に占める割合である面積占有率は、5〜20%である。
Referring to FIG. 6 again, amorphous films 11-1m and amorphous films 121-12m-1 have the same length in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. The area occupancy ratio, which is the ratio of the total area of the
このように、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜11〜1mの面積占有率を少なくともn型不純物層を含む非晶質膜121〜12m−1の面積占有率よりも大きくするのは、n型単結晶シリコン基板1中で光励起された電子および正孔がpn接合(少なくともp型不純物層を含む非晶質膜11〜1m/n型単結晶シリコン基板1)によって分離され易くし、光励起された電子および正孔の発電への寄与率を高くするためである。
As described above, the area occupation ratio of the
以下、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Aからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Aからなる場合について説明する。
Hereinafter, the case where the
図8は、図6に示す光電変換素子200の製造工程の一部を示す工程図である。光電変換素子200は、図3から図5に示す工程(a)〜工程(k)の工程(i),(j),(k)をそれぞれ図8に示す工程(i’),(j’),(k’)に代えた工程に従って製造される。
FIG. 8 is a process diagram showing a part of the manufacturing process of the
光電変換素子200の製造が開始されると、上述した工程(a)〜工程(h)が順次実行される。そして、工程(h)の後、非晶質膜51〜5m−1,121〜12m−1上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングし、レジストパターン70を形成する(図8の工程(i’)参照)。
When the manufacture of the
その後、レジストパターン70をマスクとして非晶質膜51〜5mをドライエッチングまたはウェットエッチングによってエッチングし、非晶質膜11〜1mを形成する(図8の工程(j’)参照)。
Thereafter, the
引き続いて、非晶質膜11〜1m,121〜12m−1側にAgを蒸着し、その蒸着したAgをフォトリソグラフィおよびエッチングによってパターンニングし、電極31〜3m,41〜4m−1を形成する。これによって、光電変換素子200が完成する(図8の工程(k’)参照)。
Subsequently, Ag is deposited on the
光電変換素子200において、太陽光がパッシベーション膜2側から光電変換素子200に照射されると、n型単結晶シリコン基板1中で電子および正孔が光励起される。
In the
光励起された電子および正孔は、パッシベーション膜2側へ拡散しても、パッシベーション膜2によるn型単結晶シリコン基板1のパッシベーション効果によって再結合し難く、非晶質膜11〜1m,121〜12m−1側へ拡散する。
Even if the photoexcited electrons and holes diffuse to the
そして、非晶質膜11〜1m,121〜12m−1側へ拡散した電子および正孔は、(ノンドープ層101およびp型不純物層102を含む非晶質膜11〜1m)/n型単結晶シリコン基板1(=pin接合)による内部電界によって分離され、正孔は、非晶質膜11〜1m(=ノンドープ層101/p型不純物層102)を介して電極31〜3mへ到達し、電子は、非晶質膜121〜12m−1(=ノンドープ層1201/n型不純物層1202)を介して電極41〜4m−1へ到達する。
The electrons and holes diffused toward the
電極41〜4m−1へ到達した電子は、電極31〜3mと電極41〜4m−1との間に接続された負荷を介して電極31〜3mへ到達し、正孔と再結合する。
The electrons that have reached the
このように、光電変換素子200は、n型単結晶シリコン基板1中で光励起された電子および正孔をn型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成されたn型単結晶シリコン基板1の表面と反対側の面)から取り出すバックコンタクト型の光電変換素子である。
As described above, the
そして、光電変換素子200においては、n型不純物層1202を含む非晶質膜121〜12m−1は、それぞれ電極41〜4m−1に接する部分および電極41〜4m−1に接しない部分において同じ膜厚を有するが、p型不純物層102を含む非晶質膜11〜1mにおいて、それぞれ、電極31〜3mに接する部分の膜厚が電極31〜3mに接しない部分の膜厚よりも薄い。その結果、正孔がn型単結晶シリコン基板1から非晶質膜11〜1mを介して電極31〜3mへ到達するときの直列抵抗が低下する。また、電極31〜3mに接しない非晶質膜11〜1mの部分、および非晶質膜121〜12m−1は、40nm程度の膜厚を有するので、n型単結晶シリコン基板1の裏面に対するパッシベーション効果が高く、n型単結晶シリコン基板1の裏面におけるキャリア(電子および正孔)の再結合が抑制される。
In the
従って、光電変換素子200の曲線因子FFおよび開放電圧Vocを向上できる。
Therefore, the fill factor FF and the open circuit voltage Voc of the
上記においては、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Aからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Aからなる場合(図7の(a)参照)について説明したが、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Aからなっていてもよい(図7の(b)参照)。この場合、図3の工程(c)において、p型不純物層103用のp型a−Siが表1に示すガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1の裏面(パッシベーション層2が形成された面と反対側の表面)に堆積される。
In the above description, the case where the
その結果、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなる場合も、非晶質膜11〜1mにおいて、電極31〜3mに接する部分の膜厚が電極31〜3mに接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Aからなる場合も、上述したように、光電変換素子200の開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
また、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Aからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Bからなっていてもよい(図7の(c)参照)。この場合、図4の工程(f)において、n型不純物層1203用のn型a−Siが表1に示すn型不純物層203のガス流量と同じガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1および非晶質膜51〜5m上に堆積される。
Further, the
その結果、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Bからなる場合も、非晶質膜11〜1mにおいて、電極31〜3m−1に接する部分の膜厚が電極31〜3m−1に接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Aからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Bからなる場合も、上述したように、光電変換素子200の開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
更に、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Bからなっていてもよい(図7の(d)参照)。この場合、図3の工程(c)において、p型不純物層103用のp型a−Siが表1に示すガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1の裏面(パッシベーション層2が形成された面と反対側の表面)に堆積される。また、図4の工程(f)において、n型不純物層1203用のn型a−Siが表1に示すn型不純物層203のガス流量と同じガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1および非晶質膜51〜5m上に堆積される。
Further, the
その結果、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Bからなる場合も、非晶質膜11〜1mにおいて、電極31〜3mに接する部分の膜厚が電極31〜3mに接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜11〜1mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜121〜12m−1が非晶質膜121Bからなる場合も、上述したように、光電変換素子200の開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
また、上記においては、非晶質膜121〜12m−1を構成するノンドープ層1201は、i型a−Siからなると説明したが、実施の形態2においては、これに限らず、ノンドープ層1201は、i型a−SiC、i型a−SiO、i型a−SiN、i型a−SiCNおよびi型a−SiGeのいずれかからなっていてもよい。
In the above description, it has been described that the
更に、非晶質膜121〜12m−1を構成するn型不純物層1202,1203の各々は、n型a−Siからなると説明したが、実施の形態1においては、これに限らず、n型不純物層1202,1203の各々は、n型a−SiC、n型a−SiO、n型a−SiN、n型a−SiCN、n型a−SiGeおよびn型a−Geのいずれかからなっていてもよい。
Further, it has been described that each of the n-
即ち、光電変換素子200においては、n型不純物層1202,1203およびノンドープ層1201は、それぞれ、表2に示すn型不純物層202,203およびノンドープ層101,201を構成する材料のいずれかからなっていてもよい。
That is, in the
更に、光電変換素子200においては、ノンドープ層101の膜厚は、ノンドープ層1201の膜厚と同じあってもよく、異なっていてもよい。
Furthermore, in the
更に、光電変換素子200においては、p型不純物層102,103におけるB濃度は、n型不純物層1202,1203におけるP濃度と同じであってもよく、異なっていてもよい。
Further, in the
実施の形態2におけるその他の説明は、実施の形態1と同じである。 Other explanations in the second embodiment are the same as those in the first embodiment.
[実施の形態3]
図9は、実施の形態3による光電変換素子の構成を示す断面図である。図9を参照して、実施の形態3による光電変換素子300は、図1に示す光電変換素子100の非晶質膜11〜1mをそれぞれ非晶質膜111〜11mに代えたものであり、その他は、光電変換素子100と同じである。
[Embodiment 3]
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the photoelectric conversion element according to the third embodiment. Referring to FIG. 9, the
非晶質膜111〜11mは、非晶質相からなる。そして、非晶質膜111は、非晶質膜21およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置され、非晶質膜112は、非晶質膜21,22およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置され、非晶質膜113は、非晶質膜22,23およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置され、以下、同様にして、非晶質膜11m−1は、非晶質膜2m−2,2m−1およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置され、非晶質膜11mは、非晶質膜2m−1およびn型単結晶シリコン基板1に接して配置される。
The
光電変換素子300においては、電極31〜3mは、それぞれ、非晶質膜111〜11mに接して配置される。
In the
図10は、図9に示す非晶質膜111,21の拡大図である。図10を参照して、非晶質膜111は、非晶質膜111A,111Bのいずれかからなる。そして、非晶質膜111A,111Bと非晶質膜21A,21Bとの組み合わせは、図10の(a)〜(d)に示すように4通りである。
FIG. 10 is an enlarged view of the
非晶質膜111Aは、ノンドープ層1101と、p型不純物層1102とからなる。ノンドープ層1101は、n型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された面と反対側の表面)に接して配置される。p型不純物層1102は、ノンドープ層1101に接して配置される。p型不純物層1102は、ノンドープ層1101に接する面と反対側に凹部104を有しない。
The
ノンドープ層1101は、i型の導電型を有し、例えば、i型a−Siからなり、膜厚は、例えば、5〜10nmである。p型不純物層1102は、p型の導電型を有し、例えば、p型a−Siからなり、例えば、5×1019cm−3のBを含む。電極31は、p型不純物層1102のノンドープ層1101に接する面と反対側の面に接して形成される。そして、p型不純物層1102は、電極31に接する部分および電極31に接しない部分において同じ膜厚を有し、その膜厚は、例えば、30〜35nmである。従って、非晶質膜111Aは、全体では、電極31に接する部分および電極31に接しない部分において同じ膜厚を有し、その膜厚は、35〜45nmである。このように、非晶質膜111Aは、電極31に接する部分における膜厚が電極31に接しない部分における膜厚と同じである構造からなる。
The
非晶質膜111Bは、p型不純物層1103からなる。p型不純物層1103は、n型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成された面と反対側の表面)に接して配置される。そして、p型不純物層1103は、n型単結晶シリコン基板1の裏面に接する面と反対側に凹部104を有しない。また、p型不純物層1103は、例えば、p型a−Siからなり、例えば、5×1019cm−3のBを含む。更に、p型不純物層1103は、電極31に接する部分および電極31に接しない部分において、35〜45nmの膜厚を有する。従って、非晶質膜111B(=p型不純物層1103)は、電極31に接する部分の膜厚が電極31に接しない部分の膜厚と同じである構造からなる。
The
このように、非晶質膜111Aは、i型a−Si/p型a−Siからなり、非晶質膜111Bは、p型a−Siからなる。
Thus, the
なお、図9に示す非晶質膜112〜11mの各々も、図10に示す非晶質膜111A,111Bのいずれかからなる。
Each of the
非晶質膜21〜2m−1の各々が図10に示す非晶質膜21A,21Bのいずれかからなり、非晶質膜111〜11mの各々が図10に示す非晶質膜111A,111Bのいずれかからなる場合、電極31〜3mの各々は、p型不純物層1102(またはp型不純物層1103)に接して設けられ、電極41〜4m−1の各々は、n型不純物層202(またはn型不純物層203)に接して設けられる。
Each of the amorphous films 21-2m-1 is made of any of the
上述したように、非晶質膜111〜11mの各々は、非晶質膜111A(=ノンドープ層1101/p型不純物層1102)、または非晶質膜111B(=p型不純物層1103)からなる。従って、非晶質膜111〜11mの各々は、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜である。
As described above, each of the
再び、図9を参照して、非晶質膜111〜11mおよび非晶質膜21〜2m−1は、図9の紙面に垂直な方向において同じ長さを有する。そして、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜111〜11mの全体の面積がn型単結晶シリコン基板1の面積に占める割合である面積占有率は、60〜93%であり、少なくともn型不純物層を含む非晶質膜21〜2m−1の全体の面積がn型単結晶シリコン基板1の面積に占める割合である面積占有率は、5〜20%である。
Referring again to FIG. 9, amorphous films 111-11m and amorphous films 21-2m-1 have the same length in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. The area occupancy ratio, which is the ratio of the total area of the
このように、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜111〜11mの面積占有率を少なくともn型不純物層を含む非晶質膜21〜2m−1の面積占有率よりも大きくするのは、n型単結晶シリコン基板1中で光励起された電子および正孔がpn接合(少なくともp型不純物層を含む非晶質膜111〜11m/n型単結晶シリコン基板1)によって分離され易くし、光励起された電子および正孔の発電への寄与率を高くするためである。
As described above, the area occupation ratio of the
以下、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Aからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Aからなる場合について説明する。
Hereinafter, a case where the
図11は、図9に示す光電変換素子300の製造工程の一部を示す工程図である。光電変換素子300は、図3から図5に示す工程(a)〜工程(k)の工程(i),(j),(k)をそれぞれ図11に示す工程(i”),(j”),(k”)に代えた工程に従って製造される。
FIG. 11 is a process diagram illustrating a part of the manufacturing process of the
光電変換素子300の製造が開始されると、上述した工程(a)〜工程(h)が順次実行される。この場合、工程(c)〜(e)において、非晶質膜111〜11mが形成される。そして、工程(h)の後、非晶質膜111〜11m,61〜6m−1上にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによってパターンニングし、レジストパターン80を形成する(図11の工程(i”)参照)。
When the manufacture of the
その後、レジストパターン80をマスクとして非晶質膜61〜6m−1をドライエッチングまたはウェットエッチングによってエッチングし、非晶質膜21〜2m−1を形成する(図11の工程(j”)参照)。
Thereafter, the
引き続いて、非晶質膜111〜11m,21〜2m−1側にAgを蒸着し、その蒸着したAgをフォトリソグラフィおよびエッチングによってパターンニングし、電極31〜3m,41〜4m−1を形成する。これによって、光電変換素子300が完成する(図11の工程(k”)参照)。
Subsequently, Ag is vapor-deposited on the
光電変換素子300において、太陽光がパッシベーション膜2側から光電変換素子300に照射されると、n型単結晶シリコン基板1中で電子および正孔が光励起される。
In the
光励起された電子および正孔は、パッシベーション膜2側へ拡散しても、パッシベーション膜2によるn型単結晶シリコン基板1のパッシベーション効果によって再結合し難く、非晶質膜111〜11m,21〜2m−1側へ拡散する。
Even if the photoexcited electrons and holes are diffused to the
そして、非晶質膜111〜11m,21〜2m−1側へ拡散した電子および正孔は、(ノンドープ層1101およびp型不純物層1102を含む非晶質膜111〜11m)/n型単結晶シリコン基板1(=pin接合)による内部電界によって分離され、正孔は、非晶質膜111〜11m(=ノンドープ層1101/p型不純物層1102)を介して電極31〜3mへ到達し、電子は、非晶質膜21〜2m−1(=ノンドープ層201/n型不純物層202)を介して電極41〜4m−1へ到達する。
The electrons and holes diffused toward the
電極41〜4m−1へ到達した電子は、電極31〜3mと電極41〜4m−1との間に接続された負荷を介して電極31〜3mへ到達し、正孔と再結合する。
The electrons that have reached the
このように、光電変換素子300は、n型単結晶シリコン基板1中で光励起された電子および正孔をn型単結晶シリコン基板1の裏面(=パッシベーション膜2が形成されたn型単結晶シリコン基板1の表面と反対側の面)から取り出すバックコンタクト型の光電変換素子である。
As described above, the
そして、光電変換素子300においては、p型不純物層1102を含む非晶質膜111〜11mは、それぞれ電極31〜3mに接する部分および電極31〜3mに接しない部分において同じ膜厚を有するが、n型不純物層202を含む非晶質膜21〜21m−1において、それぞれ、電極41〜4m−1に接する部分の膜厚が電極41〜4m−1に接しない部分の膜厚よりも薄い。その結果、電子がn型単結晶シリコン基板1から非晶質膜21〜2m−1を介して電極41〜4m−1へ到達するときの直列抵抗が低下する。また、非晶質膜111〜11m、および電極41〜4m−1に接しない非晶質膜21〜2m−1の部分は、40nm程度の膜厚を有するので、n型単結晶シリコン基板1の裏面に対するパッシベーション効果が高く、n型単結晶シリコン基板1の裏面におけるキャリア(電子および正孔)の再結合が抑制される。
In the
従って、光電変換素子300の曲線因子FFおよび開放電圧Vocを向上できる。
Therefore, the fill factor FF and the open circuit voltage Voc of the
上記においては、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Aからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Aからなる場合(図10の(a)参照)について説明したが、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Aからなっていてもよい(図10の(b)参照)。この場合、図3の工程(c)において、p型不純物層1103用のp型a−Siが表1に示すp型不純物層103のガス流量と同じガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1の裏面(パッシベーション層2が形成された面と反対側の表面)に堆積される。
In the above description, the case where the
その結果、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Bからなる場合も、非晶質膜21〜2m−1において、電極41〜4m−1に接する部分の膜厚が電極41〜4m−1に接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Aからなる場合も、上述したように、光電変換素子300の開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
また、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Aからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなっていてもよい(図10の(c)参照)。この場合、図4の工程(f)において、n型不純物層203用のn型a−Siが表1に示すガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1および非晶質膜111〜11m上に堆積される。
Further, the
その結果、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Aからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなる場合も、非晶質膜21〜2m−1において、電極41〜4m−1に接する部分の膜厚が電極41〜4m−1に接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Aからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなる場合も、上述したように、光電変換素子300の開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
更に、非晶質膜111〜11mが非晶質膜11Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなっていてもよい(図10の(d)参照)。この場合、図3の工程(c)において、p型不純物層1103用のp型a−Siが表1に示すp型不純物層103のガス流量と同じガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1の裏面(パッシベーション層2が形成された面と反対側の表面)に堆積される。また、図4の工程(f)において、n型不純物層203用のn型a−Siが表1に示すガス流量を用いてn型単結晶シリコン基板1および非晶質膜111〜11m上に堆積される。
Further, the
その結果、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなる場合も、非晶質膜21〜2m−1において、電極41〜4m−1に接する部分の膜厚が電極41〜4m−1に接しない部分の膜厚よりも薄い。従って、非晶質膜111〜11mが非晶質膜111Bからなり、非晶質膜21〜2m−1が非晶質膜21Bからなる場合も、上述したように、光電変換素子300の開放電圧Vocおよび曲線因子FFを向上できる。
As a result, even when the
また、上記においては、非晶質膜111〜11mを構成するノンドープ層1101は、i型a−Siからなると説明したが、実施の形態3においては、これに限らず、ノンドープ層1101は、i型a−SiC、i型a−SiO、i型a−SiN、i型a−SiCNおよびi型a−SiGeのいずれかからなっていてもよい。
In the above description, the
更に、非晶質膜111〜11mを構成するp型不純物層1102,1103の各々は、p型a−Siからなると説明したが、実施の形態3においては、これに限らず、p型不純物層1102,1103の各々は、p型a−SiC、p型a−SiO、p型a−SiN、p型a−SiCN、p型a−SiGeおよびp型a−Geのいずれかからなっていてもよい。
Further, it has been described that each of the p-
即ち、光電変換素子300においては、p型不純物層1102,1103およびノンドープ層1101は、それぞれ、表2に示すp型不純物層102,103およびノンドープ層101,201を構成する材料のいずれかからなっていてもよい。
That is, in the
更に、光電変換素子300においては、ノンドープ層1101の膜厚は、ノンドープ層201の膜厚と同じあってもよく、異なっていてもよい。
Further, in the
更に、光電変換素子300においては、p型不純物層1102,1103におけるB濃度は、n型不純物層202,203におけるP濃度と同じであってもよく、異なっていてもよい。
Further, in the
実施の形態3におけるその他の説明は、実施の形態1と同じである。 Other explanations in the third embodiment are the same as those in the first embodiment.
上記においては、単結晶シリコン基板としてn型単結晶シリコン基板1を備える光電変換素子100,200,300について説明したが、この発明の実施の形態による光電変換素子は、単結晶シリコン基板としてp型単結晶シリコン基板を備える光電変換素子であってもよい。
In the above, the
この場合、非晶質膜11〜1m,111〜11mは、ノンドープ層(=i型a−Si等)/n型不純物層(=n型a−Si等)、またはn型不純物層(=n型a−Si等)からなり、非晶質膜21〜2m−1,121〜12m−1は、ノンドープ層(=i型a−Si等)/p型不純物層(=p型a−Si等)、またはp型不純物層(=p型a−Si等)からなる。即ち、非晶質膜11〜1m,111〜11mは、少なくともn型不純物層を含む非晶質膜からなり、非晶質膜21〜2m−1,121〜12m−1は、少なくともp型不純物層を含む非晶質膜からなる。
In this case, the
そして、非晶質膜11〜1m,111〜11mと非晶質膜21〜2m−1,121〜12m−1との組み合わせは、図2、図7および図10に示す組み合わせと同じである。 The combinations of the amorphous films 11-1m, 111-11m and the amorphous films 21-2m-1, 121-12m-1 are the same as the combinations shown in FIGS.
また、p型単結晶シリコン基板を備える光電変換素子は、上述した工程(a)〜(k)、工程(a)〜(h),(i’),(j’),(k’)および工程(a)〜(h),(i”),(j”),(k”)のいずれかに従って製造される。 In addition, the photoelectric conversion element including the p-type single crystal silicon substrate includes the steps (a) to (k), the steps (a) to (h), (i ′), (j ′), (k ′), and It is produced according to any of steps (a) to (h), (i ″), (j ″), (k ″).
実施の形態1においては、p型不純物層102,103を含む非晶質膜11〜1m、およびn型不純物層202,203を含む非晶質膜21〜2m−1の両方において、電極に接する部分の膜厚が電極に接しない部分の膜厚よりも薄い場合について説明した。
In the first embodiment, both
また、実施の形態2においては、p型不純物層102,103を含む非晶質膜11〜1mにおいて、電極に接する部分の膜厚が電極に接しない部分の膜厚よりも薄い場合について説明した。
In the second embodiment, the case where the
更に、実施の形態3においては、n型不純物層202,203を含む非晶質膜21〜2m−1において、電極に接する部分の膜厚が電極に接しない部分の膜厚よりも薄い場合について説明した。
Further, in the third embodiment, in the
従って、この発明の実施の形態による光電変換素子は、第1の導電型を有する単結晶シリコンからなる半導体基板と、半導体基板の一方の表面に接して設けられ、第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第1の不純物層を少なくとも含む第1の非晶質膜と、半導体基板の面内方向において第1の非晶質膜に隣接して半導体基板の一方の表面に接して設けられ、第1の導電型を有する第2の不純物層を少なくとも含む第2の非晶質膜と、第1の非晶質膜の第1の不純物層に接して設けられた第1の電極と、第2の非晶質膜の第2の不純物層に接して設けられた第2の電極とを備え、第1および第2の非晶質膜の少なくとも一方において、電極に接する部分の膜厚が電極に接しない部分の膜厚よりも薄ければよい。 Therefore, the photoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention is provided in contact with one surface of the semiconductor substrate made of single crystal silicon having the first conductivity type, and opposite to the first conductivity type. A first amorphous film including at least a first impurity layer having a second conductivity type, and is in contact with one surface of the semiconductor substrate adjacent to the first amorphous film in an in-plane direction of the semiconductor substrate; A second amorphous film including at least a second impurity layer having the first conductivity type, and a first amorphous film provided in contact with the first impurity layer of the first amorphous film. An electrode and a second electrode provided in contact with the second impurity layer of the second amorphous film, wherein at least one of the first and second amorphous films is in a portion in contact with the electrode It suffices that the film thickness is thinner than the film thickness of the portion not in contact with the electrode.
そして、n型単結晶シリコン基板1が用いられる場合、第1の導電型は、n型であり、第2の導電型は、p型である。また、p型単結晶シリコン基板が用いられる場合、第1の導電型は、p型であり、第2の導電型は、n型である。
When the n-type single
また、この発明の実施の形態による光電変換素子の製造方法は、上述した光電変換素子100,200,300と、光電変換素子100,200,300と同様の裏面構造を有し、p型単結晶シリコン基板を用いた光電変換素子を製造する製造方法であればよい。従って、この発明の実施の形態による光電変換素子の製造方法は、第1の導電型を有する単結晶シリコンからなる半導体基板の一方の表面に接して、第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第1の不純物層を少なくとも含む第1の非晶質膜を形成する第1の工程と、半導体基板の面内方向において第1の非晶質膜に隣接して半導体基板の一方の表面に接して、第1の導電型を有する第2の不純物層を少なくとも含む第2の非晶質膜を形成する第2の工程と、第1および第2の不純物層の少なくとも一方の不純物層において半導体基板の面内方向における一部分を除去する第3の工程と、一部分が除去された少なくとも一方の不純物層に接して電極を形成する第4の工程とを備えていればよい。 Moreover, the manufacturing method of the photoelectric conversion element by this Embodiment has the back surface structure similar to the photoelectric conversion element 100,200,300 mentioned above, and the photoelectric conversion element 100,200,300, and is a p-type single crystal. Any manufacturing method for manufacturing a photoelectric conversion element using a silicon substrate may be used. Therefore, in the method of manufacturing a photoelectric conversion element according to the embodiment of the present invention, the second conductivity opposite to the first conductivity type is in contact with one surface of the semiconductor substrate made of single crystal silicon having the first conductivity type. A first step of forming a first amorphous film including at least a first impurity layer having a conductivity type; and one of the semiconductor substrates adjacent to the first amorphous film in an in-plane direction of the semiconductor substrate A second step of forming a second amorphous film including at least a second impurity layer having the first conductivity type in contact with the surface of the first impurity layer, and at least one impurity of the first and second impurity layers A third step of removing a portion of the layer in the in-plane direction of the semiconductor substrate and a fourth step of forming an electrode in contact with at least one impurity layer from which a portion has been removed may be provided.
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、上記した実施の形態の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 shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
この発明は、光電変換素子およびその製造方法に適用される。 The present invention is applied to a photoelectric conversion element and a manufacturing method thereof.
1 n型単結晶シリコン基板、2 パッシベーション膜、11〜1m,11A,11B,20,21〜2m−1,21,1B,40,51〜5m,61〜6m−1,111〜11m,111A,111B,121〜12m−1,121A,121B 非晶質膜、30,50,60,70,80 レジストパターン、31〜3m,41〜4m−1 電極、100,200,300 光電変換素子、101,201,1101,1201 ノンドープ層、102,103,1102,1103 p型不純物層、104,204 凹部、202,203,1202,1203 n型不純物層。 1 n-type single crystal silicon substrate, 2 passivation film, 11 to 1m, 11A, 11B, 20, 21 to 2m-1, 21, 1B, 40, 51 to 5m, 61 to 6m-1, 111 to 11m, 111A, 111B, 121-12m-1, 121A, 121B amorphous film, 30, 50, 60, 70, 80 resist pattern, 31-3m, 41-4m-1 electrode, 100, 200, 300 photoelectric conversion element, 101, 201, 1101, 1201 Non-doped layer, 102, 103, 1102, 1103 p-type impurity layer, 104, 204 recess, 202, 203, 1202, 1203 n-type impurity layer.
Claims (17)
前記半導体基板の一方の表面に接して設けられ、前記第1の導電型と反対の第2の導電型を有する第1の不純物層を少なくとも含む第1の非晶質膜と、
前記半導体基板の面内方向において前記第1の非晶質膜に隣接して前記半導体基板の一方の表面に接して設けられ、前記第1の導電型を有する第2の不純物層を少なくとも含む第2の非晶質膜と、
前記第1の非晶質膜の前記第1の不純物層に接して設けられた第1の電極と、
前記第2の非晶質膜の前記第2の不純物層に接して設けられた第2の電極とを備え、
前記第1および第2の非晶質膜の少なくとも一方において、前記電極に接する部分の膜厚が前記電極に接しない部分の膜厚よりも薄い、光電変換素子。 A semiconductor substrate made of single crystal silicon having a first conductivity type;
A first amorphous film provided in contact with one surface of the semiconductor substrate and including at least a first impurity layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
A first impurity layer provided at least in contact with one surface of the semiconductor substrate adjacent to the first amorphous film in an in-plane direction of the semiconductor substrate and including at least a second impurity layer having the first conductivity type; Two amorphous films;
A first electrode provided in contact with the first impurity layer of the first amorphous film;
A second electrode provided in contact with the second impurity layer of the second amorphous film,
In at least one of the first and second amorphous films, a photoelectric conversion element in which a film thickness of a part in contact with the electrode is thinner than a film thickness of a part not in contact with the electrode.
前記第2の非晶質膜は、前記第2の電極に接する部分において第3の膜厚を有し、前記第2の電極に接しない部分において前記第3の膜厚よりも厚い第4の膜厚を有する、請求項1に記載の光電変換素子。 The first amorphous film has a first film thickness at a portion in contact with the first electrode, and a second film thicker than the first film thickness at a portion not in contact with the first electrode. Has a film thickness,
The second amorphous film has a third film thickness at a portion in contact with the second electrode, and is thicker than the third film thickness at a portion not in contact with the second electrode. The photoelectric conversion element of Claim 1 which has a film thickness.
前記第2の非晶質膜は、前記第2の電極に接する部分および前記第2の電極に接しない部分において同じ膜厚を有する、請求項1に記載の光電変換素子。 The first amorphous film has a first film thickness at a portion in contact with the first electrode, and a second film thicker than the first film thickness at a portion not in contact with the first electrode. Has a film thickness,
2. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the second amorphous film has the same film thickness in a portion in contact with the second electrode and a portion not in contact with the second electrode.
前記第2の非晶質膜は、前記第2の電極に接する部分において第1の膜厚を有し、前記第2の電極に接しない部分において前記第1の膜厚よりも厚い第2の膜厚を有する、請求項1に記載の光電変換素子。 The first amorphous film has the same film thickness in a portion in contact with the first electrode and a portion not in contact with the first electrode,
The second amorphous film has a first film thickness at a portion in contact with the second electrode, and a second film thicker than the first film thickness at a portion not in contact with the second electrode. The photoelectric conversion element of Claim 1 which has a film thickness.
前記半導体基板の一方の表面に接して設けられ、i型の導電型を有する第1のノンドープ層と、
前記第1のノンドープ層に接して設けられた前記第1の不純物層とを含み、
前記第2の非晶質膜は、
前記半導体基板の一方の表面に接して設けられ、i型の導電型を有する第2のノンドープ層と、
前記第2のノンドープ層に接して設けられた前記第2の不純物層とを含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The first amorphous film includes:
A first non-doped layer provided in contact with one surface of the semiconductor substrate and having an i-type conductivity;
Including the first impurity layer provided in contact with the first non-doped layer,
The second amorphous film is
A second non-doped layer provided in contact with one surface of the semiconductor substrate and having an i-type conductivity;
The photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising: the second impurity layer provided in contact with the second non-doped layer.
前記第2の非晶質膜は、
前記半導体基板の一方の表面に接して設けられ、i型の導電型を有するノンドープ層と、
前記ノンドープ層に接して設けられた前記第2の不純物層とを含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The first amorphous film includes the first impurity layer over the entire thickness direction,
The second amorphous film is
A non-doped layer provided in contact with one surface of the semiconductor substrate and having an i-type conductivity;
The photoelectric conversion element of any one of Claims 1-4 containing the said 2nd impurity layer provided in contact with the said non-doped layer.
前記半導体基板の一方の表面に接して設けられ、i型の導電型を有するノンドープ層と、
前記ノンドープ層に接して設けられた前記第1の不純物層とを含み、
前記第2の非晶質膜は、厚み方向の全体に亘って前記第2の不純物層を含む、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The first amorphous film includes:
A non-doped layer provided in contact with one surface of the semiconductor substrate and having an i-type conductivity;
Including the first impurity layer provided in contact with the non-doped layer,
5. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the second amorphous film includes the second impurity layer over the entire thickness direction. 6.
前記第1の不純物層は、p型の導電型を有し、
前記第2の不純物層は、n型の導電型を有する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The semiconductor substrate is made of n-type single crystal silicon,
The first impurity layer has p-type conductivity.
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the second impurity layer has an n-type conductivity type.
前記第2の不純物層は、n型アモルファスシリコンカーバイド、n型アモルファスシリコンナイトライド、n型アモルファスシリコンカーボンナイトライド、n型アモルファスシリコンオキサイド、n型アモルファスシリコン、n型アモルファスシリコンゲルマニウムおよびn型アモルファスゲルマニウムのいずれかからなる、請求項10に記載の光電変換素子。 The first impurity layer includes p-type amorphous silicon carbide, p-type amorphous silicon nitride, p-type amorphous silicon carbon nitride, p-type amorphous silicon oxide, p-type amorphous silicon, p-type amorphous silicon germanium, and p-type amorphous germanium. Consisting of either
The second impurity layer includes n-type amorphous silicon carbide, n-type amorphous silicon nitride, n-type amorphous silicon carbon nitride, n-type amorphous silicon oxide, n-type amorphous silicon, n-type amorphous silicon germanium, and n-type amorphous germanium. The photoelectric conversion element according to claim 10, comprising any of the following.
前記第1の不純物層は、n型の導電型を有し、
前記第2の不純物層は、p型の導電型を有する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The semiconductor substrate is made of p-type single crystal silicon,
The first impurity layer has n-type conductivity.
The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the second impurity layer has a p-type conductivity type.
前記第2の不純物層はは、p型アモルファスシリコンカーバイド、p型アモルファスシリコンナイトライド、p型アモルファスシリコンカーボンナイトライド、p型アモルファスシリコンオキサイド、p型アモルファスシリコン、p型アモルファスシリコンゲルマニウムおよびp型アモルファスゲルマニウムのいずれかからなる、請求項12に記載の光電変換素子。 The first impurity layer includes n-type amorphous silicon carbide, n-type amorphous silicon nitride, n-type amorphous silicon carbon nitride, n-type amorphous silicon oxide, n-type amorphous silicon, n-type amorphous silicon germanium, and n-type amorphous. Made of either germanium,
The second impurity layer includes p-type amorphous silicon carbide, p-type amorphous silicon nitride, p-type amorphous silicon carbon nitride, p-type amorphous silicon oxide, p-type amorphous silicon, p-type amorphous silicon germanium, and p-type amorphous. The photoelectric conversion element according to claim 12, comprising any one of germanium.
前記半導体基板の面内方向において前記第1の非晶質膜に隣接して前記半導体基板の一方の表面に接して、前記第1の導電型を有する第2の不純物層を少なくとも含む第2の非晶質膜を形成する第2の工程と、
前記第1および第2の不純物層の少なくとも一方の不純物層において前記半導体基板の面内方向における一部分を除去する第3の工程と、
前記一部分が除去された前記少なくとも一方の不純物層に接して電極を形成する第4の工程とを備える光電変換素子の製造方法。 A first non-layer including at least a first impurity layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type in contact with one surface of the semiconductor substrate made of single crystal silicon having the first conductivity type. A first step of forming a crystalline film;
A second impurity layer including at least a second impurity layer having the first conductivity type in contact with one surface of the semiconductor substrate adjacent to the first amorphous film in an in-plane direction of the semiconductor substrate; A second step of forming an amorphous film;
A third step of removing a portion of at least one of the first and second impurity layers in the in-plane direction of the semiconductor substrate;
And a fourth step of forming an electrode in contact with the at least one impurity layer from which the part has been removed.
前記第4の工程において、前記一部分が除去された第1の不純物層に接して第1の電極を形成し、前記第2の不純物層に接して第2の電極を形成する、請求項14に記載の光電変換素子の製造方法。 In the third step, the first impurity layer is partially removed in the in-plane direction of the semiconductor substrate, and the second impurity layer is not removed in the in-plane direction of the semiconductor substrate;
15. In the fourth step, the first electrode is formed in contact with the first impurity layer from which the part has been removed, and the second electrode is formed in contact with the second impurity layer. The manufacturing method of the photoelectric conversion element of description.
前記第4の工程において、第1の不純物層に接して第1の電極を形成し、前記一部分が除去された第2の不純物層に接して第2の電極を形成する、請求項14に記載の光電変換素子の製造方法。 In the third step, a part of the first impurity layer in the in-plane direction of the semiconductor substrate is not removed, and a part of the second impurity layer in the in-plane direction of the semiconductor substrate is removed;
The said 4th process WHEREIN: A 1st electrode is formed in contact with a 1st impurity layer, and a 2nd electrode is formed in contact with the 2nd impurity layer from which the said part was removed. Manufacturing method of the photoelectric conversion element.
前記第4の工程において、前記一部分が除去された第1の不純物層に接して第1の電極を形成し、前記一部分が除去された第2の不純物層に接して第2の電極を形成する、請求項14に記載の光電変換素子の製造方法。 In the third step, removing a part of the first and second impurity layers in the in-plane direction of the semiconductor substrate;
In the fourth step, a first electrode is formed in contact with the first impurity layer from which the part has been removed, and a second electrode is formed in contact with the second impurity layer from which the part has been removed. The manufacturing method of the photoelectric conversion element of Claim 14.
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