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JP2005191024A - Photovoltaic device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2005191024A JP2003426668A JP2003426668A JP2005191024A JP 2005191024 A JP2005191024 A JP 2005191024A JP 2003426668 A JP2003426668 A JP 2003426668A JP 2003426668 A JP2003426668 A JP 2003426668A JP 2005191024 A JP2005191024 A JP 2005191024A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photovoltaic power device which can suppress the decrease of output characteristics even when a collector electrode is formed of a high temperature sintered type conductive paste. <P>SOLUTION: This photovoltaic power device includes an n-type single crystal silicon substrate 1, a light incident side collector electrode 2 formed on the front surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 at the light incident side and made of the high temperature sintered type conductive paste baked at 500°C or higher, and an i-type amorphous silicon layer 4 and a p-type amorphous silicon layer 5 formed on the front surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 at the opposite side to the light incident side. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光起電力装置およびその製造方法に関し、特に、結晶系半導体層の表面上に非単結晶半導体層が形成された光起電力装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a photovoltaic device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a photovoltaic device in which a non-single-crystal semiconductor layer is formed on the surface of a crystalline semiconductor layer and a manufacturing method thereof.

従来、結晶系半導体層の表面上に非単結晶半導体層が形成された光起電力装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, a photovoltaic device in which a non-single-crystal semiconductor layer is formed on the surface of a crystalline semiconductor layer is known (see, for example, Patent Document 1).

上記特許文献1に開示された光起電力装置では、n型単結晶シリコン基板(結晶系半導体層)の光入射側の表面上に、非単結晶半導体層(i型非晶質シリコン層およびp型非晶質シリコン層)と透明導電膜とがこの順番で積層されている。   In the photovoltaic device disclosed in Patent Document 1, a non-single-crystal semiconductor layer (i-type amorphous silicon layer and p-type) is formed on the light incident side surface of an n-type single-crystal silicon substrate (crystalline semiconductor layer). Type amorphous silicon layer) and a transparent conductive film are laminated in this order.

また、従来、上記特許文献1に開示された構造の光起電力装置において、透明導電膜の表面上に集電極を形成することにより、光起電力装置で生成された電流を集電極を介して外部に取り出すことが可能な構造が知られている。この集電極は、スクリーン印刷法などにより透明導電膜の表面上の所定領域に導電ペーストを塗布した後、その塗布した導電ペーストを焼成することによって形成される。この集電極を形成するための導電ペーストの一例として、300℃以下の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストが知られている。この低温焼成型の導電ペーストによって集電極を形成した場合には、集電極の抵抗が非常に大きくなるという不都合がある。この場合に、集電極の抵抗を小さくするために集電極の幅を大きくすると、集電極により入射光が遮蔽される面積が大きくなるため、発電が行われる結晶系半導体層へ入射する光の量が減少するという不都合がある。   Conventionally, in the photovoltaic device having the structure disclosed in Patent Document 1, by forming a collector electrode on the surface of the transparent conductive film, current generated by the photovoltaic device is passed through the collector electrode. A structure that can be taken out is known. The collector electrode is formed by applying a conductive paste to a predetermined region on the surface of the transparent conductive film by a screen printing method or the like and then firing the applied conductive paste. As an example of a conductive paste for forming the collector electrode, a low-temperature fired conductive paste that is fired at a temperature of 300 ° C. or lower is known. When the collector electrode is formed by this low-temperature firing type conductive paste, there is a disadvantage that the resistance of the collector electrode becomes very large. In this case, if the width of the collector electrode is increased in order to reduce the resistance of the collector electrode, the area where incident light is shielded by the collector electrode increases, so the amount of light incident on the crystalline semiconductor layer where power generation is performed Has the disadvantage of decreasing.

一方、集電極を形成するための導電ペーストの他の例として、500℃以上の高温で焼成される高温焼結型の導電ペーストが知られている。この高温焼結型の導電ペーストによって集電極を形成した場合には、低温焼成型の導電ペーストによって集電極を形成した場合に比べて、集電極の抵抗は小さくなるので、上記した低温焼成型の導電ペーストを用いて集電極を形成することによる不都合な点を解消することができる。
特公平7−95603号公報
On the other hand, as another example of the conductive paste for forming the collector electrode, a high-temperature sintered type conductive paste that is fired at a high temperature of 500 ° C. or higher is known. When the collector electrode is formed with this high-temperature sintered conductive paste, the resistance of the collector electrode is smaller than when the collector electrode is formed with a low-temperature fired conductive paste. The disadvantages caused by forming the collector electrode using the conductive paste can be eliminated.
Japanese Patent Publication No. 7-95603

しかしながら、上記した高温焼結型の導電ペーストを用いて光起電力装置の光入射側に集電極を形成した場合には、高温焼結型の導電ペーストを焼成する際に、光入射側に形成された非単結晶半導体層が500℃以上の温度に加熱されるという不都合がある。この場合には、500℃以上の高温の加熱によって、非単結晶半導体層から、欠陥を不活性化させる水素が脱離するため、非単結晶半導体層中の欠陥によるキャリアの再結合が増加するという不都合がある。その結果、光起電力装置の出力特性が低下するという問題点があった。   However, when the collector electrode is formed on the light incident side of the photovoltaic device using the above-described high-temperature sintered conductive paste, it is formed on the light incident side when firing the high-temperature sintered conductive paste. There is a disadvantage that the non-single-crystal semiconductor layer thus formed is heated to a temperature of 500 ° C. or higher. In this case, hydrogen that inactivates defects is desorbed from the non-single-crystal semiconductor layer by heating at a high temperature of 500 ° C. or higher, so that recombination of carriers due to defects in the non-single-crystal semiconductor layer increases. There is an inconvenience. As a result, there has been a problem that the output characteristics of the photovoltaic device are degraded.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、高温焼結型の導電ペーストにより集電極を形成する場合にも、出力特性が低下するのを抑制することが可能な光起電力装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to reduce output characteristics even when a collector electrode is formed from a high-temperature sintered conductive paste. It is providing the photovoltaic apparatus which can suppress this.

課題を解決するための手段および発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

上記目的を達成するために、この発明の第1の局面における光起電力装置は、第1導電型の結晶系半導体層と、結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成され、500℃以上の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストからなる第1集電極と、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に形成された非単結晶半導体層とを備えている。なお、非単結晶とは、非晶質のみならず、微結晶も含む広い概念である。   In order to achieve the above object, a photovoltaic device according to a first aspect of the present invention is formed on a first conductivity type crystalline semiconductor layer and a light incident side surface of the crystalline semiconductor layer, and is at 500 ° C. A first collector electrode made of a high-temperature sintered conductive paste fired at the above temperature; and a non-single-crystal semiconductor layer formed on the surface of the crystalline semiconductor layer opposite to the light incident side. . Note that the non-single crystal is a broad concept including not only amorphous but also microcrystal.

この第1の局面による光起電力装置では、上記のように、500℃以上の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストからなる第1集電極を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成するとともに、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層を形成することによって、第1集電極を形成した後に非単結晶半導体層を形成することが可能になる。これにより、第1集電極を形成する際の500℃以上の温度が非単結晶半導体層に加えられるのを抑制することができるので、非単結晶半導体層が500℃以上に加熱されることに起因して非単結晶半導体層から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、非単結晶半導体層の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥に起因するキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、高温焼結型の導電ペーストにより第1集電極を形成する場合にも、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。また、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に形成することによって、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、非単結晶半導体層を介して結晶系半導体層に入射する光は減少される。これにより、非単結晶半導体層の光吸収が大きい場合にも、光起電力装置の光電変換効率が低下するのが抑制されるので、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、非単結晶半導体層の光吸収を大きくすることができる。つまり、非単結晶半導体層の厚みおよび不純物濃度を増加させることができるので、非単結晶半導体層を第2導電型に形成すれば、第1導電型の結晶系半導体層と第2導電型の非単結晶半導体層とにより良好なpn接合を得ることができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。   In the photovoltaic device according to the first aspect, as described above, the first collector electrode made of a high-temperature sintered conductive paste fired at a temperature of 500 ° C. or higher is used as the light incident side surface of the crystalline semiconductor layer. And forming the non-single crystal semiconductor layer on the surface opposite to the light incident side of the crystalline semiconductor layer, thereby forming the non-single crystal semiconductor layer after forming the first collector electrode. It becomes possible. Thereby, since it can suppress that the temperature of 500 degreeC or more at the time of forming a 1st collector electrode is added to a non-single-crystal semiconductor layer, that a non-single-crystal semiconductor layer is heated to 500 degreeC or more. This can suppress desorption of hydrogen that deactivates defects from the non-single-crystal semiconductor layer. For this reason, since it can suppress that the defect density of a non-single-crystal semiconductor layer increases, it can suppress that the recombination of the carrier resulting from a defect increases. As a result, it is possible to prevent the output characteristics of the photovoltaic device from being deteriorated even when the first collector electrode is formed from a high-temperature sintered conductive paste. Also, when the non-single crystal semiconductor layer is formed on the light incident side surface of the crystalline semiconductor layer by forming the non-single crystal semiconductor layer on the surface of the crystalline semiconductor layer opposite to the light incident side. In comparison, light incident on the crystalline semiconductor layer through the non-single-crystal semiconductor layer is reduced. Thereby, even when the light absorption of the non-single-crystal semiconductor layer is large, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device is suppressed from decreasing, so that the non-single-crystal semiconductor layer is placed on the light incident side of the crystalline semiconductor layer. The light absorption of the non-single-crystal semiconductor layer can be increased as compared with the case where it is formed over the surface. That is, since the thickness and impurity concentration of the non-single-crystal semiconductor layer can be increased, if the non-single-crystal semiconductor layer is formed in the second conductivity type, the first-conductivity-type crystal semiconductor layer and the second-conductivity-type semiconductor layer are formed. A favorable pn junction can be obtained with the non-single-crystal semiconductor layer. As a result, the output characteristics of the photovoltaic device can be improved.

上記第1の局面による光起電力装置において、好ましくは、第1集電極に接触する結晶系半導体層の表面に形成され、結晶系半導体層の第1導電型の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高不純物濃度領域をさらに備えている。このように構成すれば、高不純物濃度領域では第1集電極に対して良好なオーミック接触が得られるので、高不純物濃度領域を介する結晶系半導体層と第1集電極との間の抵抗を小さくすることができる。   In the photovoltaic device according to the first aspect, the impurity concentration is preferably higher than the impurity concentration of the first conductivity type of the crystalline semiconductor layer, which is formed on the surface of the crystalline semiconductor layer in contact with the first collector electrode. And a high impurity concentration region. With this configuration, a good ohmic contact with the first collector electrode can be obtained in the high impurity concentration region, so that the resistance between the crystalline semiconductor layer and the first collector electrode through the high impurity concentration region can be reduced. can do.

上記第1の局面による光起電力装置において、好ましくは、結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成され、結晶系半導体層の表面近傍の欠陥を不活性化する層をさらに備えている。このように構成すれば、結晶系半導体層の表面近傍の欠陥が減少されるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、結晶系半導体層の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。   The photovoltaic device according to the first aspect preferably further includes a layer that is formed on the surface on the light incident side of the crystalline semiconductor layer and inactivates defects near the surface of the crystalline semiconductor layer. . With this configuration, defects near the surface of the crystalline semiconductor layer are reduced, so that carriers can be prevented from being captured by the defects. As a result, the recombination of carriers near the surface of the crystalline semiconductor layer can be suppressed, so that the output characteristics of the photovoltaic device can be further improved.

上記第1の局面による光起電力装置において、好ましくは、非単結晶半導体層の表面上に形成され、300℃以下の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストからなる第2集電極をさらに備えている。このように構成すれば、第2集電極を形成する際に非単結晶半導体層に300℃を超える温度が与えられるのを抑制することができる。これにより、非単結晶半導体層が300℃を超える温度に加熱されることに起因して非単結晶半導体層から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、非単結晶半導体層の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥によるキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、光起電力装置の出力特性が低下するのをより抑制することができる。   In the photovoltaic device according to the first aspect described above, preferably, a second collector electrode formed on the surface of the non-single-crystal semiconductor layer and made of a low-temperature fired conductive paste fired at a temperature of 300 ° C. or lower is further provided. I have. If comprised in this way, when forming a 2nd collector electrode, it can suppress that the temperature exceeding 300 degreeC is given to a non-single-crystal-semiconductor layer. Thus, desorption of hydrogen that deactivates defects from the non-single-crystal semiconductor layer due to the non-single-crystal semiconductor layer being heated to a temperature exceeding 300 ° C. can be suppressed. For this reason, since it can suppress that the defect density of a non-single-crystal semiconductor layer increases, it can suppress that the recombination of the carrier by a defect increases. As a result, it is possible to further suppress the output characteristics of the photovoltaic device from being deteriorated.

上記第1の局面による光起電力装置において、好ましくは、非単結晶半導体層は、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に形成された実質的に真性の第1非単結晶半導体層と、第1非単結晶半導体層の表面上に形成された第2導電型の第2非単結晶半導体層とを含む。このように構成すれば、第1導電型の結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に実質的に真性の第1非単結晶半導体層と第2導電型の第2非単結晶半導体層とがこの順番で積層された光起電力装置において、光入射側に高温焼結型の導電ペーストからなる第1集電極を形成する際の500℃以上の温度が第1および第2非単結晶半導体層に与えられるのを抑制することができる。これにより、第1導電型の結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に実質的に真性の第1非単結晶半導体層と第2導電型の第2非単結晶半導体層とがこの順番で積層された光起電力装置において、光入射側に高温焼結型の導電ペーストからなる第1集電極を形成する場合にも、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。   In the photovoltaic device according to the first aspect, preferably, the non-single-crystal semiconductor layer is a substantially intrinsic first non-single crystal formed on the surface of the crystalline semiconductor layer opposite to the light incident side. A semiconductor layer; and a second conductivity type second non-single crystal semiconductor layer formed on the surface of the first non-single crystal semiconductor layer. If comprised in this way, a substantially intrinsic 1st non-single-crystal semiconductor layer and 2nd conductivity type 2nd non-single crystal on the surface on the opposite side to the light-incidence side of a 1st conductivity type crystalline semiconductor layer In the photovoltaic device in which the semiconductor layers are stacked in this order, the temperature of 500 ° C. or higher when forming the first collector electrode made of the high-temperature sintered conductive paste on the light incident side is the first and second non- Application to the single crystal semiconductor layer can be suppressed. As a result, the substantially intrinsic first non-single crystal semiconductor layer and the second conductivity type second non-single crystal semiconductor layer are formed on the surface opposite to the light incident side of the first conductivity type crystalline semiconductor layer. In the photovoltaic device laminated in this order, even when the first collector electrode made of a high-temperature sintered conductive paste is formed on the light incident side, the output characteristics of the photovoltaic device are prevented from deteriorating. be able to.

上記第1の局面による光起電力装置において、好ましくは、第2非単結晶半導体層は、0.3原子%以上10原子%以下の第2導電型の不純物を含有するとともに、3nm以上30nm以下の厚みを有する。このように構成すれば、容易に、第2非単結晶半導体層の抵抗を小さくすることができるので、容易に、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。   In the photovoltaic device according to the first aspect, preferably, the second non-single crystal semiconductor layer contains not less than 0.3 atomic% and not more than 10 atomic% of the second conductivity type impurity, and not less than 3 nm and not more than 30 nm. Having a thickness of With this configuration, the resistance of the second non-single-crystal semiconductor layer can be easily reduced, so that the output characteristics of the photovoltaic device can be easily improved.

この発明の第2の局面における光起電力装置の製造方法は、500℃以上の温度で高温焼結型の導電ペーストを焼成することによって、第1導電型の結晶系半導体層の光入射側の表面上に集電極を形成する工程と、集電極を形成した後に、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層を形成する工程とを備えている。   In the method for manufacturing a photovoltaic device according to the second aspect of the present invention, a high temperature sintering type conductive paste is baked at a temperature of 500 ° C. or higher, so that the light incident side of the first conductive type crystalline semiconductor layer is formed. Forming a collector electrode on the surface; and forming a non-single-crystal semiconductor layer on the surface of the crystalline semiconductor layer opposite to the light incident side after the collector electrode is formed.

この第2の局面による光起電力装置の製造方法では、上記のように、500℃以上の温度で高温焼結型の導電ペーストを焼成することにより、結晶系半導体層の光入射側の表面上に集電極を形成した後、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層を形成することによって、集電極を形成する際の500℃以上の温度が非単結晶半導体層に加えられるのを抑制することができるので、非単結晶半導体層が500℃以上に加熱されることに起因して非単結晶半導体層から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、非単結晶半導体層の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥に起因するキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、高温焼結型の導電ペーストにより集電極を形成する場合にも、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。また、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に形成することによって、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、非単結晶半導体層を介して結晶系半導体層に入射する光は減少される。これにより、非単結晶半導体層の光吸収が大きい場合にも、光起電力装置の光電変換効率が低下するのが抑制されるので、非単結晶半導体層を結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、非単結晶半導体層の光吸収を大きくすることができる。つまり、非単結晶半導体層の厚みおよび不純物濃度を増加させることができるので、非単結晶半導体層を第2導電型に形成すれば、第1導電型の結晶系半導体層と第2導電型の非単結晶半導体層とにより良好なpn接合を得ることができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。   In the method for manufacturing a photovoltaic device according to the second aspect, as described above, the high temperature sintering type conductive paste is baked at a temperature of 500 ° C. or higher so that the surface of the crystalline semiconductor layer on the light incident side is After forming the collector electrode, a non-single crystal semiconductor layer is formed on the surface of the crystalline semiconductor layer opposite to the light incident side, so that the temperature at the time of forming the collector electrode is 500 ° C. or higher. Since addition to the semiconductor layer can be suppressed, hydrogen that inactivates defects is desorbed from the non-single-crystal semiconductor layer due to the non-single-crystal semiconductor layer being heated to 500 ° C. or higher. Can be suppressed. For this reason, since it can suppress that the defect density of a non-single-crystal semiconductor layer increases, it can suppress that the recombination of the carrier resulting from a defect increases. As a result, even when the collector electrode is formed from a high-temperature sintered type conductive paste, it is possible to suppress a decrease in output characteristics of the photovoltaic device. Also, when the non-single crystal semiconductor layer is formed on the light incident side surface of the crystalline semiconductor layer by forming the non-single crystal semiconductor layer on the surface of the crystalline semiconductor layer opposite to the light incident side. In comparison, light incident on the crystalline semiconductor layer through the non-single-crystal semiconductor layer is reduced. Thereby, even when the light absorption of the non-single-crystal semiconductor layer is large, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device is suppressed from decreasing, so that the non-single-crystal semiconductor layer is placed on the light incident side of the crystalline semiconductor layer. The light absorption of the non-single-crystal semiconductor layer can be increased as compared with the case where it is formed over the surface. That is, since the thickness and impurity concentration of the non-single-crystal semiconductor layer can be increased, if the non-single-crystal semiconductor layer is formed in the second conductivity type, the first-conductivity-type crystal semiconductor layer and the second-conductivity-type semiconductor layer are formed. A favorable pn junction can be obtained with the non-single-crystal semiconductor layer. As a result, the output characteristics of the photovoltaic device can be improved.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。まず、図1を参照して、第1実施形態による光起電力装置の構造について説明する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a photovoltaic device according to a first embodiment of the present invention. First, the structure of the photovoltaic device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

第1実施形態による光起電力装置は、図1に示すように、n型の不純物としてリンを含有するn型単結晶シリコン基板1を備えている。なお、このn型単結晶シリコン基板1は、本発明の「結晶系半導体層」の一例である。また、n型単結晶シリコン基板1は、CZ法(czochralski法)により形成された単結晶シリコンのインゴッドから採取されたシリコン基板であるとともに、約2×1016cm−3の不純物濃度を有する。また、n型単結晶シリコン基板1の光入射側の表面(上面)の全体に渡って、n型単結晶シリコン基板1の不純物濃度(約2×1016cm−3)よりも高い不純物濃度(約1×1018cm−3〜約5×1018cm−3)を有するn型高不純物濃度領域1aが形成されている。なお、このn型高不純物濃度領域1aは、本発明の「高不純物濃度領域」の一例である。また、n型高不純物濃度領域1aは、n型単結晶シリコン基板1の上面から約50nm〜約100nmの深さの領域に形成されている。 As shown in FIG. 1, the photovoltaic device according to the first embodiment includes an n-type single crystal silicon substrate 1 containing phosphorus as an n-type impurity. The n-type single crystal silicon substrate 1 is an example of the “crystalline semiconductor layer” in the present invention. The n-type single crystal silicon substrate 1 is a silicon substrate taken from a single crystal silicon ingot formed by the CZ method (czochralski method), and has an impurity concentration of about 2 × 10 16 cm −3 . Further, over the entire surface (upper surface) on the light incident side of the n-type single crystal silicon substrate 1, an impurity concentration (about 2 × 10 16 cm −3 ) higher than the impurity concentration (about 2 × 10 16 cm −3 ) of the n-type single crystal silicon substrate 1. An n-type high impurity concentration region 1 a having about 1 × 10 18 cm −3 to about 5 × 10 18 cm −3 ) is formed. The n-type high impurity concentration region 1a is an example of the “high impurity concentration region” in the present invention. The n-type high impurity concentration region 1 a is formed in a region having a depth of about 50 nm to about 100 nm from the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1.

また、n型高不純物濃度領域1aの上面上の所定領域には、約25μmの厚みと約70μmの幅とを有する光入射側集電極2が形成されている。この光入射側集電極2は、本発明の「集電極」および「第1集電極」の一例である。また、光入射側集電極2は、カーボングラファイトからなるバインダと銀(Ag)粒子とを含有するとともに、約500℃以上(第1実施形態では約600℃)の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストによって形成されている。また、光入射側集電極2上と、n型高不純物濃度領域1aの上面上の光入射側集電極2が形成されていない領域上とには、約700nmの厚みを有する非晶質シリコン窒化物層からなるパッシベーション層3が形成されている。このパッシベーション層3は、n型単結晶シリコン基板1(n型高不純物濃度領域1a)の上面近傍のダングリングボンドなどの欠陥を不活性化する機能を有している。また、パッシベーション層3は、n型単結晶シリコン基板1(n型高不純物濃度領域1a)の屈折率(約3.4)に比べて低い屈折率(約2.0)を有していることにより、n型単結晶シリコン基板1の上面上における光の反射を抑制するための反射防止層としての機能を有している。   In addition, a light incident side collector electrode 2 having a thickness of about 25 μm and a width of about 70 μm is formed in a predetermined region on the upper surface of the n-type high impurity concentration region 1a. The light incident side collector electrode 2 is an example of the “collector electrode” and “first collector electrode” of the present invention. The light incident side collector electrode 2 contains a binder made of carbon graphite and silver (Ag) particles, and is sintered at a temperature of about 500 ° C. or higher (about 600 ° C. in the first embodiment). It is formed by a conductive paste of a mold. Further, amorphous silicon nitride having a thickness of about 700 nm is formed on the light incident side collector electrode 2 and on the region on the upper surface of the n-type high impurity concentration region 1a where the light incident side collector electrode 2 is not formed. A passivation layer 3 made of a physical layer is formed. The passivation layer 3 has a function of inactivating defects such as dangling bonds in the vicinity of the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 (n-type high impurity concentration region 1a). The passivation layer 3 has a refractive index (about 2.0) lower than the refractive index (about 3.4) of the n-type single crystal silicon substrate 1 (n-type high impurity concentration region 1a). Thus, it has a function as an antireflection layer for suppressing light reflection on the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1.

また、n型単結晶シリコン基板1の光入射側と反対側の表面(下面)上には、約15nmの厚みを有する実質的に真性のi型非晶質シリコン層4が形成されている。このi型非晶質シリコン層4は、本発明の「非単結晶半導体層」および「第1非単結晶半導体層」の一例である。また、このi型非晶質シリコン層4の厚み(約15nm)は、実質的に発電に寄与しない程度の厚みに設定されている。また、i型非晶質シリコン層4の表面(下面)上には、約10nmの厚みを有するp型非晶質シリコン層5が形成されている。なお、このp型非晶質シリコン層5は、本発明の「非単結晶半導体層」および「第2非単結晶半導体層」の一例である。また、p型非晶質シリコン層5は、p型不純物として約8原子%のホウ素(B)を含有している。また、p型非晶質シリコン層5の表面(下面)上には、約70nmの厚みを有するITO(Indium Tin Oxide)層からなる透明導電膜6が形成されている。また、透明導電膜6の下面上の所定領域には、約25μmの厚みと約120μmの幅とを有する裏面側集電極7が形成されている。なお、この裏面側集電極7は、本発明の「第2集電極」の一例である。また、裏面側集電極7は、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などからなるバインダと銀(Ag)粒子とを含有するとともに、約200℃で焼成される低温焼成型の導電ペーストによって形成されている。   A substantially intrinsic i-type amorphous silicon layer 4 having a thickness of about 15 nm is formed on the surface (lower surface) opposite to the light incident side of the n-type single crystal silicon substrate 1. This i-type amorphous silicon layer 4 is an example of the “non-single-crystal semiconductor layer” and “first non-single-crystal semiconductor layer” in the present invention. The thickness (about 15 nm) of the i-type amorphous silicon layer 4 is set to a thickness that does not substantially contribute to power generation. A p-type amorphous silicon layer 5 having a thickness of about 10 nm is formed on the surface (lower surface) of the i-type amorphous silicon layer 4. The p-type amorphous silicon layer 5 is an example of the “non-single crystal semiconductor layer” and the “second non-single crystal semiconductor layer” in the present invention. The p-type amorphous silicon layer 5 contains about 8 atomic% boron (B) as a p-type impurity. A transparent conductive film 6 made of an ITO (Indium Tin Oxide) layer having a thickness of about 70 nm is formed on the surface (lower surface) of the p-type amorphous silicon layer 5. Further, in a predetermined region on the lower surface of the transparent conductive film 6, a back side collector electrode 7 having a thickness of about 25 μm and a width of about 120 μm is formed. The back side collector electrode 7 is an example of the “second collector electrode” in the present invention. The back-side collector electrode 7 includes a binder made of an epoxy resin, a urethane resin, or the like and silver (Ag) particles, and is formed of a low-temperature firing type conductive paste that is fired at about 200 ° C.

図2〜図7は、本発明の第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図1〜図7を参照して、第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。   2-7 is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment of this invention. Next, with reference to FIGS. 1-7, the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment is demonstrated.

まず、図2に示すように、n型不純物としてリンを含有するとともに、約2×1016cm−3の不純物濃度を有するn型単結晶シリコン基板1を準備する。なお、このn型単結晶シリコン基板1としては、CZ法により形成された単結晶シリコンのインゴッドから採取したシリコン基板を用いる。そして、n型単結晶シリコン基板1の光入射側の表面(上面)上の全体にリンガラス溶液を塗布した後、約200℃で約30分間焼成することによって、リンガラス層8を形成する。なお、リンガラス溶液としては、n型不純物としてリンを添加した珪素化合物(P:約6.0質量%、SiO:約1g/100ml)を有機溶剤に溶かした溶液を用いる。この後、リンガラス層8を窒素雰囲気中において約900℃〜約1100℃で約60分間加熱することにより、リンガラス層8からn型単結晶シリコン基板1中へリンを固相拡散(熱拡散)させる。これにより、図3に示すように、n型単結晶シリコン基板1の上面から約50nm〜約100nmの深さの領域に約1×1018cm−3〜約5×1018cm−3の不純物(リン)濃度を有するn型高不純物濃度領域1aが形成される。 First, as shown in FIG. 2, an n-type single crystal silicon substrate 1 containing phosphorus as an n-type impurity and having an impurity concentration of about 2 × 10 16 cm −3 is prepared. The n-type single crystal silicon substrate 1 is a silicon substrate taken from a single crystal silicon ingot formed by the CZ method. And after apply | coating a phosphorus glass solution to the whole surface (upper surface) of the light-incidence side of the n-type single crystal silicon substrate 1, the phosphorus glass layer 8 is formed by baking at about 200 degreeC for about 30 minutes. As the phosphorus glass solution, a silicon compound obtained by adding phosphorus as an n-type impurity (P 2 O 5: from about 6.0 wt%, SiO 2: about 1 g / 100 ml) The use of solutions in organic solvents. Thereafter, the phosphorous glass layer 8 is heated at about 900 ° C. to about 1100 ° C. for about 60 minutes in a nitrogen atmosphere, so that phosphorus is solid-phase diffused from the phosphorous glass layer 8 into the n-type single crystal silicon substrate 1 (thermal diffusion). ) As a result, as shown in FIG. 3, an impurity of about 1 × 10 18 cm −3 to about 5 × 10 18 cm −3 is formed in a region having a depth of about 50 nm to about 100 nm from the upper surface of the n-type single crystal silicon substrate 1. An n-type high impurity concentration region 1a having (phosphorus) concentration is formed.

次に、図4に示すように、リンガラス層8を除去した後、スクリーン印刷法により、n型高不純物濃度領域1aの上面上の所定領域に、カーボングラファイトからなるバインダと銀(Ag)粒子とを含有する高温焼結型の導電ペーストを塗布した後、約500℃以上の温度(第1実施形態では約600℃)で焼成することによって、約25μmの厚みと約70μmの幅とを有する光入射側集電極2を形成する。この後、光入射側集電極2が形成されたn型単結晶シリコン基板1を約0.5%のHF水溶液中に約20秒間浸漬することによって、導電ペーストを焼成する際にn型単結晶シリコン基板1の表面に形成された酸化膜を除去する。   Next, as shown in FIG. 4, after the phosphorus glass layer 8 is removed, a binder made of carbon graphite and silver (Ag) particles are formed in a predetermined region on the upper surface of the n-type high impurity concentration region 1a by screen printing. And then baking at a temperature of about 500 ° C. or higher (about 600 ° C. in the first embodiment) to have a thickness of about 25 μm and a width of about 70 μm. The light incident side collector electrode 2 is formed. Thereafter, the n-type single crystal silicon substrate 1 on which the light incident side collector electrode 2 is formed is immersed in an aqueous solution of about 0.5% HF for about 20 seconds, thereby firing the n-type single crystal when the conductive paste is baked. The oxide film formed on the surface of the silicon substrate 1 is removed.

次に、図5に示すように、プラズマCVD法により、n型高不純物濃度領域1aの上面上の光入射側集電極2が形成されていない領域上と、光入射側集電極2上とに約700nmの厚みを有する非晶質シリコン窒化物層からなるパッシベーション層3を形成する。この際の具体的な形成条件は、NHガス流量:約60sccm、SiHガス流量:約15sccm、圧力:約50Pa、パワー:約300Wである。 Next, as shown in FIG. 5, by plasma CVD, on the upper surface of the n-type high impurity concentration region 1 a on the light incident side collector electrode 2 and on the light incident side collector electrode 2. A passivation layer 3 made of an amorphous silicon nitride layer having a thickness of about 700 nm is formed. Specific formation conditions in this case are NH 3 gas flow rate: about 60 sccm, SiH 4 gas flow rate: about 15 sccm, pressure: about 50 Pa, and power: about 300 W.

次に、図6に示すように、プラズマCVD法により、n型単結晶シリコン基板1の光入射側と反対側の表面上に約15nmの厚みを有する実質的に真性のi型非晶質シリコン層4と、約10nmの厚みを有するp型非晶質シリコン層5とをこの順番で形成する。なお、p型非晶質シリコン層5は、p型の不純物として約8原子%のホウ素(B)を含有するように形成する。また、この際のi型非晶質シリコン層4の具体的な形成条件は、Hガス流量:約100sccm、SiHガス流量:約40sccm、圧力:約20Pa、パワー:約150Wである。また、p型非晶質シリコン層5の具体的な形成条件は、Hガス流量:約40sccm、SiHガス流量:約40sccm、B(2%)ガス流量:約20sccm、圧力:約20Pa、パワー:約150Wである。 Next, as shown in FIG. 6, substantially intrinsic i-type amorphous silicon having a thickness of about 15 nm on the surface opposite to the light incident side of the n-type single crystal silicon substrate 1 by plasma CVD. A layer 4 and a p-type amorphous silicon layer 5 having a thickness of about 10 nm are formed in this order. The p-type amorphous silicon layer 5 is formed so as to contain about 8 atomic% of boron (B) as a p-type impurity. The specific formation conditions of the i-type amorphous silicon layer 4 at this time are H 2 gas flow rate: about 100 sccm, SiH 4 gas flow rate: about 40 sccm, pressure: about 20 Pa, and power: about 150 W. The specific formation conditions of the p-type amorphous silicon layer 5 are as follows: H 2 gas flow rate: about 40 sccm, SiH 4 gas flow rate: about 40 sccm, B 2 H 6 (2%) gas flow rate: about 20 sccm, pressure: About 20 Pa, power: about 150 W.

次に、図7に示すように、スパッタリング法により、p型非晶質シリコン層5の下面上に約70nmの厚みを有するITO層からなる透明導電膜6を形成する。この際の具体的な形成条件は、Arガス流量:約10sccm、Oガス流量:約15sccm、圧力:約10Pa、パワー:約500Wである。最後に、スクリーン印刷法により、透明導電膜6の下面上の所定領域に、エポキシ樹脂やウレタン樹脂からなるバインダと銀(Ag)粒子とを含有する低温焼成型の導電ペーストを塗布した後、約200℃で焼成することによって、約25μmの厚みと約120μmの幅とを有する裏面側集電極7を形成する。このようにして、図1に示した第1実施形態による光起電力装置が形成される。 Next, as shown in FIG. 7, a transparent conductive film 6 made of an ITO layer having a thickness of about 70 nm is formed on the lower surface of the p-type amorphous silicon layer 5 by sputtering. Specific formation conditions at this time are an Ar gas flow rate: about 10 sccm, an O 2 gas flow rate: about 15 sccm, a pressure: about 10 Pa, and a power: about 500 W. Finally, after applying a low-temperature firing type conductive paste containing a binder made of epoxy resin or urethane resin and silver (Ag) particles to a predetermined region on the lower surface of the transparent conductive film 6 by a screen printing method, By baking at 200 ° C., the back-side collector electrode 7 having a thickness of about 25 μm and a width of about 120 μm is formed. In this way, the photovoltaic device according to the first embodiment shown in FIG. 1 is formed.

第1実施形態では、上記のように、約500℃以上の温度で高温焼結型の導電ペーストを焼成することにより、n型単結晶シリコン基板1の光入射側の表面上に光入射側集電極2を形成した後、n型単結晶シリコン基板1の光入射側と反対側の表面上にi型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5を形成することによって、光入射側集電極2を形成する際の約500℃以上の温度がi型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5に加えられるのを抑制することができるので、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5が約500℃以上に加熱されることに起因してi型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥に起因するキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、高温焼結型の導電ペーストにより光入射側集電極2を形成する場合にも、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。また、約500℃以上に加熱されることに起因してn型単結晶シリコン基板1およびp型非晶質シリコン層5の各々からn型不純物(リン)およびp型不純物(ホウ素)が、それぞれ、i型非晶質シリコン層4へ固相拡散(熱拡散)するのを抑制することができる。これにより、p型非晶質シリコン層5、i型非晶質シリコン層4およびn型単結晶シリコン基板1によって形成されるpin接合が阻害されるのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性が低下するのをより抑制することができる。   In the first embodiment, as described above, the high temperature sintering type conductive paste is baked at a temperature of about 500 ° C. or higher, so that the light incident side collector is formed on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate 1. After the electrode 2 is formed, the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 are formed on the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 on the side opposite to the light incident side. Since it is possible to suppress the temperature of about 500 ° C. or more when the side collector electrode 2 is formed from being applied to the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5, the i-type amorphous Defects are deactivated from i-type amorphous silicon layer 4 and p-type amorphous silicon layer 5 due to heating of silicon layer 4 and p-type amorphous silicon layer 5 to about 500 ° C. or higher. The desorption of hydrogen can be suppressed. For this reason, since it can suppress that the defect density of the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 increases, it suppresses that the recombination of the carrier resulting from a defect increases. be able to. As a result, even when the light incident side collector electrode 2 is formed of a high-temperature sintered type conductive paste, it is possible to suppress a decrease in output characteristics of the photovoltaic device. Further, n-type impurities (phosphorus) and p-type impurities (boron) are respectively emitted from the n-type single crystal silicon substrate 1 and the p-type amorphous silicon layer 5 due to heating to about 500 ° C. or higher, respectively. , Solid phase diffusion (thermal diffusion) into the i-type amorphous silicon layer 4 can be suppressed. This can inhibit the pin junction formed by the p-type amorphous silicon layer 5, the i-type amorphous silicon layer 4 and the n-type single crystal silicon substrate 1 from being inhibited, so that the photovoltaic power It can suppress more that the output characteristic of an apparatus falls.

また、第1実施形態では、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5をn型単結晶シリコン基板1の光入射側と反対側の表面上に形成することによって、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5をn型単結晶シリコン基板1の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5を介してn型単結晶シリコン基板1に入射する光は減少される。これにより、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5の光吸収が大きい場合にも、光起電力装置の光電変換効率が低下するのが抑制されるので、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5をn型単結晶シリコン基板1の光入射側の表面上に形成する場合に比べて、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5の光吸収を大きくすることができる。つまり、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5の厚みを増加させるとともに、p型非晶質シリコン層5の不純物濃度を増加させることができるので、p型非晶質シリコン層5、i型非晶質シリコン層4およびn型単結晶シリコン基板1によって、より良好なpin接合を得ることができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。   In the first embodiment, the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 are formed on the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 on the side opposite to the light incident side. Compared to the case where the n-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 are formed on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate 1, the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 4 are formed. Light incident on the n-type single crystal silicon substrate 1 through the amorphous silicon layer 5 is reduced. As a result, even when the light absorption of the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 is large, the photoelectric conversion efficiency of the photovoltaic device is suppressed from being lowered. Compared to the case where the crystalline silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 are formed on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate 1, the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer are formed. The light absorption of the quality silicon layer 5 can be increased. That is, the thickness of the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 can be increased and the impurity concentration of the p-type amorphous silicon layer 5 can be increased. A better pin junction can be obtained by the silicon layer 5, the i-type amorphous silicon layer 4 and the n-type single crystal silicon substrate 1. As a result, the output characteristics of the photovoltaic device can be improved.

また、第1実施形態では、光入射側集電極2に接触するn型単結晶シリコン基板1の表面に、n型高不純物濃度領域1aを形成することによって、n型高不純物濃度領域1aでは光入射側集電極2に対して良好なオーミック接触が得られるので、n型高不純物濃度領域1aを介するn型単結晶シリコン基板1と光入射側集電極2との間の抵抗を小さくすることができる。   In the first embodiment, by forming the n-type high impurity concentration region 1a on the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 that is in contact with the light incident side collector electrode 2, light is emitted from the n-type high impurity concentration region 1a. Since a good ohmic contact can be obtained with respect to the incident side collector electrode 2, the resistance between the n type single crystal silicon substrate 1 and the light incident side collector electrode 2 through the n type high impurity concentration region 1a can be reduced. it can.

また、第1実施形態では、n型単結晶シリコン基板1の光入射側の表面上に、n型単結晶シリコン基板1の表面近傍のダングリングボンドなどの欠陥を不活性化するパッシベーション層3を形成することによって、n型単結晶シリコン基板1の表面近傍の欠陥が減少されるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、n型単結晶シリコン基板1の光入射側の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。   In the first embodiment, the passivation layer 3 that inactivates defects such as dangling bonds in the vicinity of the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 is provided on the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 on the light incident side. By forming, defects near the surface of the n-type single crystal silicon substrate 1 are reduced, so that carriers can be prevented from being captured by the defects. As a result, recombination of carriers near the surface on the light incident side of the n-type single crystal silicon substrate 1 can be suppressed, so that the output characteristics of the photovoltaic device can be further improved.

また、第1実施形態では、低温焼成型の導電ペーストを約200℃の低温で焼成することによりn型単結晶シリコン基板1の光入射側と反対側に形成される透明導電膜6の下面上に裏面側集電極7を形成することによって、裏面側集電極7を形成する際にi型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5に約200℃を超える温度が与えられるのを抑制することができる。これにより、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5が約200℃を超える温度に加熱されることに起因してi型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5から欠陥を不活性化させる水素が脱離するのを抑制することができる。このため、i型非晶質シリコン層4およびp型非晶質シリコン層5の欠陥密度が増大するのを抑制することができるので、欠陥によるキャリアの再結合が増加するのを抑制することができる。その結果、光起電力装置の出力特性が低下するのをより抑制することができる。また、約200℃を超える温度に加熱されることに起因してn型単結晶シリコン基板1およびp型非晶質シリコン層5の各々からn型不純物(リン)およびp型不純物(ホウ素)が、それぞれ、i型非晶質シリコン層4へ固相拡散(熱拡散)するのを抑制することができる。これにより、p型非晶質シリコン層5、i型非晶質シリコン層4およびn型単結晶シリコン基板1によって形成されるpin接合が阻害されるのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性が低下するのをより抑制することができる。   Further, in the first embodiment, the low temperature firing type conductive paste is fired at a low temperature of about 200 ° C., on the lower surface of the transparent conductive film 6 formed on the side opposite to the light incident side of the n-type single crystal silicon substrate 1. By forming the back side collector electrode 7 on the surface, the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 are given a temperature exceeding about 200 ° C. when the back side collector electrode 7 is formed. Can be suppressed. As a result, the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 are heated to a temperature exceeding about 200 ° C. The desorption of hydrogen that inactivates defects from the silicon layer 5 can be suppressed. For this reason, since it can suppress that the defect density of the i-type amorphous silicon layer 4 and the p-type amorphous silicon layer 5 increases, it can suppress that the recombination of the carrier by a defect increases. it can. As a result, it is possible to further suppress the output characteristics of the photovoltaic device from being deteriorated. Further, n-type impurities (phosphorus) and p-type impurities (boron) are respectively emitted from n-type single crystal silicon substrate 1 and p-type amorphous silicon layer 5 due to heating to a temperature exceeding about 200 ° C. , Respectively, solid phase diffusion (thermal diffusion) to the i-type amorphous silicon layer 4 can be suppressed. This can inhibit the pin junction formed by the p-type amorphous silicon layer 5, the i-type amorphous silicon layer 4 and the n-type single crystal silicon substrate 1 from being inhibited, so that the photovoltaic power It can suppress more that the output characteristic of an apparatus falls.

(第2実施形態)
図8は、本発明の第2実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。図8を参照して、第2実施形態による光起電力装置の構造について説明する。この第2実施形態による光起電力装置では、上記した第1実施形態による光起電力装置と異なり、n型単結晶シリコン基板11の光入射側の表面の光入射側集電極2と接触する領域の近傍の領域のみにn型高不純物濃度領域11aが形成されている。すなわち、n型単結晶シリコン基板11の光入射側の表面の光入射側集電極2近傍の領域以外の領域には、n型高不純物濃度領域11aは形成されていない。第2実施形態による光起電力装置のこれ以外の構造は、上記した第1実施形態による光起電力装置の構造と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 is a sectional view showing the structure of the photovoltaic device according to the second embodiment of the present invention. With reference to FIG. 8, the structure of the photovoltaic device according to the second embodiment will be described. In the photovoltaic device according to the second embodiment, unlike the above-described photovoltaic device according to the first embodiment, a region in contact with the light incident side collector electrode 2 on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate 11. The n-type high impurity concentration region 11a is formed only in the region in the vicinity of. That is, the n-type high impurity concentration region 11 a is not formed in a region other than the region near the light incident side collector electrode 2 on the light incident side surface of the n type single crystal silicon substrate 11. The remaining structure of the photovoltaic device according to the second embodiment is similar to the structure of the photovoltaic device according to the first embodiment described above.

図9〜図11は、本発明の第2実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図9〜図11を参照して、第2実施形態による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。   FIGS. 9-11 is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 2nd Embodiment of this invention. Next, with reference to FIGS. 9-11, the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 2nd Embodiment is demonstrated.

第2実施形態による光起電力装置の製造プロセスとしては、図9に示すように、スクリーン印刷法により、n型単結晶シリコン基板11の光入射側の表面上の所定領域にリンガラス溶液を塗布した後、約200℃で約30分間焼成することによって、リンガラス層18を形成する。この後、窒素雰囲気中において約900℃〜約1100℃で約60分間加熱することにより、リンガラス層18からn型単結晶シリコン基板11中へリンを固相拡散(熱拡散)させる。これにより、図10に示すように、n型単結晶シリコン基板11の光入射側の表面の所定領域に約1×1018cm−3〜約5×1018cm−3の不純物(リン)濃度を有するn型高不純物濃度領域11aが形成される。また、このn型高不純物濃度領域11aは、n型単結晶シリコン基板11の表面から約50nm〜約100nmの深さの領域に形成される。 As a manufacturing process of the photovoltaic device according to the second embodiment, as shown in FIG. 9, a phosphorus glass solution is applied to a predetermined region on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate 11 by screen printing. Thereafter, the phosphor glass layer 18 is formed by baking at about 200 ° C. for about 30 minutes. Then, phosphorus is solid-phase-diffused (thermal diffusion) from the phosphorus glass layer 18 into the n-type single crystal silicon substrate 11 by heating at about 900 ° C. to about 1100 ° C. for about 60 minutes in a nitrogen atmosphere. As a result, as shown in FIG. 10, an impurity (phosphorus) concentration of about 1 × 10 18 cm −3 to about 5 × 10 18 cm −3 in a predetermined region on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate 11. An n-type high impurity concentration region 11a having n is formed. The n-type high impurity concentration region 11a is formed in a region having a depth of about 50 nm to about 100 nm from the surface of the n-type single crystal silicon substrate 11.

次に、図11に示すように、リンガラス層18を除去した後、n型単結晶シリコン基板11の表面のn型高不純物濃度領域11aが形成された領域上に、高温焼結型の導電ペーストからなる光入射側集電極2を形成する。第2実施形態による光起電力装置の上記以外の製造プロセスは、上記した第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスと同様である。   Next, as shown in FIG. 11, after removing the phosphor glass layer 18, a high-temperature sintered type conductive material is formed on the surface of the n-type single crystal silicon substrate 11 where the n-type high impurity concentration region 11 a is formed. The light incident side collector electrode 2 made of paste is formed. The manufacturing process of the photovoltaic device according to the second embodiment other than the above is the same as the manufacturing process of the photovoltaic device according to the first embodiment.

第2実施形態では、上記のように、n型単結晶シリコン基板11の光入射側の表面の光入射側集電極2と接触する領域の近傍の領域のみにn型高不純物濃度領域11aを形成することによって、n型単結晶シリコン基板11の表面全体に渡ってn型高不純物濃度領域11aを形成する場合に比べて、約1×1018cm−3〜約5×1018cm−3の不純物濃度を有することにより不純物に起因する欠陥の多いn型高不純物濃度領域11aを小さくすることができる。これにより、n型高不純物濃度領域11aの欠陥によって捕獲されるキャリアの数を減少させることができるので、欠陥に捕獲されることによりキャリアが再結合するのを抑制することができる。その結果、n型単結晶シリコン基板11の光入射側の表面全体に渡ってn型高不純物濃度領域を設けた第1実施形態に比べて、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。 In the second embodiment, as described above, the n-type high impurity concentration region 11a is formed only in the region in the vicinity of the region in contact with the light incident side collector electrode 2 on the light incident side surface of the n type single crystal silicon substrate 11. By doing so, it is about 1 × 10 18 cm −3 to about 5 × 10 18 cm −3 as compared with the case where the n-type high impurity concentration region 11 a is formed over the entire surface of the n-type single crystal silicon substrate 11. By having the impurity concentration, the n-type high impurity concentration region 11a having many defects caused by impurities can be reduced. As a result, the number of carriers trapped by the defects in the n-type high impurity concentration region 11a can be reduced, so that recombination of carriers by being trapped by the defects can be suppressed. As a result, the output characteristics of the photovoltaic device can be further improved as compared with the first embodiment in which the n-type high impurity concentration region is provided over the entire surface on the light incident side of the n-type single crystal silicon substrate 11. it can.

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。   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 further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.

たとえば、上記実施形態では、n型単結晶シリコン基板の光入射側と反対側の表面上にi型非晶質シリコン層およびp型非晶質シリコン層が積層される構造の光起電力装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、結晶系半導体層の光入射側の表面上に高温焼結型の導電ペーストからなる集電極が形成されるとともに、結晶系半導体層の光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層が形成される光起電力装置に広く適用可能である。   For example, in the above embodiment, a photovoltaic device having a structure in which an i-type amorphous silicon layer and a p-type amorphous silicon layer are stacked on the surface opposite to the light incident side of an n-type single crystal silicon substrate. Although described as an example, the present invention is not limited to this, and a collector electrode made of a high-temperature sintered conductive paste is formed on the surface of the light-incident side of the crystalline semiconductor layer, and the light incident on the crystalline semiconductor layer. The present invention can be widely applied to photovoltaic devices in which a non-single-crystal semiconductor layer is formed on the surface opposite to the side.

また、上記実施形態では、n型単結晶シリコン基板の光入射側の表面にn型高不純物濃度領域を形成したが、本発明はこれに限らず、n型単結晶シリコン基板の光入射側の表面にn型高不純物濃度領域を形成しなくてもよい。すなわち、n型単結晶シリコン基板をn型高不純物濃度領域を介することなく光入射側集電極と接触させてもよい。   In the above embodiment, an n-type high impurity concentration region is formed on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate. However, the present invention is not limited to this, and the light incident side of the n-type single crystal silicon substrate is not limited thereto. An n-type high impurity concentration region may not be formed on the surface. That is, the n-type single crystal silicon substrate may be brought into contact with the light incident side collector electrode without passing through the n-type high impurity concentration region.

また、上記実施形態では、約200℃で焼成される低温焼成型の導電ペーストを用いて裏面側集電極を形成したが、本発明はこれに限らず、約300℃以下の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストであれば、約200℃以外の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストを用いて裏面側集電極を形成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the back side collector electrode was formed using the low-temperature baking type electrically conductive paste baked at about 200 degreeC, this invention is not limited to this, and is baked at the temperature of about 300 degrees C or less. If the conductive paste is a low-temperature firing type, the back-side collector electrode may be formed using a low-temperature firing type conductive paste that is fired at a temperature other than about 200 ° C.

また、上記実施形態では、第2非単結晶半導体層としてのp型非晶質シリコン層にp型不純物としてホウ素を約8原子%含有させたが、本発明はこれに限らず、約0.3原子%以上約10原子%以下であれば、約8原子%以外の量の不純物を第2非単結晶半導体層に含有させてもよい。   In the above embodiment, the p-type amorphous silicon layer as the second non-single crystal semiconductor layer contains about 8 atomic% of boron as a p-type impurity. However, the present invention is not limited to this, and about 0.0. If it is 3 atomic percent or more and about 10 atomic percent or less, an amount of impurities other than about 8 atomic percent may be included in the second non-single-crystal semiconductor layer.

また、上記実施形態では、第2非単結晶半導体層としてのp型非晶質シリコン層を約10nmの厚みに形成したが、本発明はこれに限らず、約3nm以上約30nm以下の厚みであれば、第2非単結晶半導体層を約10nm以外のどのような厚みに形成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the p-type amorphous silicon layer as a 2nd non-single-crystal semiconductor layer was formed in thickness of about 10 nm, this invention is not restricted to this, In thickness of about 3 nm or more and about 30 nm or less If present, the second non-single-crystal semiconductor layer may be formed in any thickness other than about 10 nm.

また、上記実施形態では、i型非晶質シリコン層を約15nmの厚みに形成したが、本発明はこれに限らず、約10nm以上約30nm以下の厚みであれば、i型非晶質シリコン層を約15nm以外のどのような厚みに形成してもよい。なお、i型非晶質シリコン層を約10nm以上約30nm以下の厚みに形成すれば、容易に、i型非晶質シリコン層の厚み方向の抵抗をキャリアのi型非晶質シリコン層の厚み方向への移動を実質的に阻害しない程度の抵抗にすることができる。また、約10nm以上約30nm以下の厚みは、i型非晶質シリコン層が実質的に発電に寄与しない程度の厚みである。   In the above embodiment, the i-type amorphous silicon layer is formed with a thickness of about 15 nm. However, the present invention is not limited to this, and the i-type amorphous silicon layer has a thickness of about 10 nm to about 30 nm. The layer may be formed to any thickness other than about 15 nm. If the i-type amorphous silicon layer is formed to a thickness of about 10 nm to about 30 nm, the resistance in the thickness direction of the i-type amorphous silicon layer can be easily reduced by the thickness of the i-type amorphous silicon layer of the carrier. The resistance can be set to a level that does not substantially impede movement in the direction. The thickness of about 10 nm or more and about 30 nm or less is such a thickness that the i-type amorphous silicon layer does not substantially contribute to power generation.

また、上記実施形態では、非晶質シリコン窒化物層からなるパッシベーション層を約700nmの厚みに形成したが、本発明はこれに限らず、非晶質シリコン窒化物層からなるパッシベーション層を約800nm〜約1000nmの厚みに形成してもよい。このような厚みに形成すれば、パッシベーション層を反射防止層としてより良好に機能させることができる。   In the above embodiment, the passivation layer made of the amorphous silicon nitride layer is formed to a thickness of about 700 nm. However, the present invention is not limited to this, and the passivation layer made of the amorphous silicon nitride layer is about 800 nm. You may form in thickness of about 1000 nm. If it forms in such thickness, a passivation layer can be functioned more favorably as an antireflection layer.

また、上記実施形態では、パッシベーション層を非晶質シリコン窒化物層によって形成したが、本発明はこれに限らず、パッシベーション層を非晶質シリコン層または非晶質シリコン酸化物層によって形成してもよい。なお、パッシベーション層を非晶質シリコン窒化物層により形成した場合には、パッシベーション層を非晶質シリコン層により形成した場合に比べて、パッシベーション層による光吸収損失を低減することができる。   In the above embodiment, the passivation layer is formed of an amorphous silicon nitride layer. However, the present invention is not limited to this, and the passivation layer is formed of an amorphous silicon layer or an amorphous silicon oxide layer. Also good. Note that when the passivation layer is formed of an amorphous silicon nitride layer, light absorption loss due to the passivation layer can be reduced as compared with the case where the passivation layer is formed of an amorphous silicon layer.

また、上記実施形態では、裏面側集電極を透明導電膜の下面上の所定の領域のみに形成したが、本発明はこれに限らず、裏面側集電極を透明導電膜の下面上の全体に渡って形成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the back surface side collector electrode was formed only in the predetermined area | region on the lower surface of a transparent conductive film, this invention is not limited to this, The back surface side collector electrode is entirely on the lower surface of a transparent conductive film. It may be formed across.

また、上記第2実施形態では、スクリーン印刷法により、n型単結晶シリコン基板の光入射側の表面上の所定領域にリンガラス溶液を塗布することによって不純物を拡散させるためのリンガラス層を形成したが、本発明はこれに限らず、所定のマスクプロセスを用いて、n型単結晶シリコン基板の光入射側の表面上の所定領域に不純物を拡散させるための層を形成してもよい。   In the second embodiment, a phosphorous glass layer for diffusing impurities is formed by applying a phosphorous glass solution to a predetermined region on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate by screen printing. However, the present invention is not limited to this, and a layer for diffusing impurities may be formed in a predetermined region on the light incident side surface of the n-type single crystal silicon substrate using a predetermined mask process.

本発明の第1実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the structure of the photovoltaic apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the photovoltaic apparatus by 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、11 n型単結晶シリコン基板(結晶系半導体層)
1a、11a n型高不純物濃度領域
2 光入射側集電極(第1集電極、集電極)
3 パッシベーション層
4 i型非晶質シリコン層(第1非単結晶半導体層、非単結晶半導体層)
5 p型非晶質シリコン層(第2非単結晶半導体層、非単結晶半導体層)
6 透明導電膜
7 裏面側集電極(第2集電極)
8、18 リンガラス層
1,11 n-type single crystal silicon substrate (crystalline semiconductor layer)
1a, 11a n-type high impurity concentration region 2 Light incident side collector electrode (first collector electrode, collector electrode)
3 Passivation layer 4 i-type amorphous silicon layer (first non-single crystal semiconductor layer, non-single crystal semiconductor layer)
5 p-type amorphous silicon layer (second non-single crystal semiconductor layer, non-single crystal semiconductor layer)
6 Transparent conductive film 7 Back side collector (second collector)
8, 18 Phosphorus glass layer

Claims (7)

第1導電型の結晶系半導体層と、
前記結晶系半導体層の光入射側の表面上に形成され、500℃以上の温度で焼成される高温焼結型の導電ペーストからなる第1集電極と、
前記結晶系半導体層の前記光入射側と反対側の表面上に形成された非単結晶半導体層とを備えた、光起電力装置。
A first conductive type crystalline semiconductor layer;
A first collector electrode made of a high-temperature sintered conductive paste formed on the surface of the crystalline semiconductor layer on the light incident side and fired at a temperature of 500 ° C. or higher;
A photovoltaic device comprising: a non-single crystal semiconductor layer formed on a surface of the crystalline semiconductor layer opposite to the light incident side.
前記第1集電極に接触する前記結晶系半導体層の表面に形成され、前記結晶系半導体層の前記第1導電型の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する高不純物濃度領域をさらに備えた、請求項1に記載の光起電力装置。   And a high impurity concentration region formed on a surface of the crystalline semiconductor layer in contact with the first collector electrode and having an impurity concentration higher than the impurity concentration of the first conductivity type of the crystalline semiconductor layer. Item 2. The photovoltaic device according to item 1. 前記結晶系半導体層の前記光入射側の表面上に形成され、前記結晶系半導体層の表面近傍の欠陥を不活性化する層をさらに備えた、請求項1または2に記載の光起電力装置。   3. The photovoltaic device according to claim 1, further comprising a layer formed on the light incident side surface of the crystalline semiconductor layer and inactivating a defect in the vicinity of the surface of the crystalline semiconductor layer. 4. . 前記非単結晶半導体層の表面上に形成され、300℃以下の温度で焼成される低温焼成型の導電ペーストからなる第2集電極をさらに備えた、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光起電力装置。   4. The method according to claim 1, further comprising a second collector electrode formed on a surface of the non-single-crystal semiconductor layer and made of a low-temperature firing type conductive paste that is fired at a temperature of 300 ° C. or lower. The photovoltaic device described. 前記非単結晶半導体層は、前記結晶系半導体層の前記光入射側と反対側の表面上に形成された実質的に真性の第1非単結晶半導体層と、前記第1非単結晶半導体層の表面上に形成された第2導電型の第2非単結晶半導体層とを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光起電力装置。   The non-single crystal semiconductor layer includes a substantially intrinsic first non-single crystal semiconductor layer formed on a surface opposite to the light incident side of the crystalline semiconductor layer, and the first non-single crystal semiconductor layer. The photovoltaic device of any one of Claims 1-4 containing the 2nd non-single-crystal semiconductor layer of the 2nd conductivity type formed on the surface of this. 前記第2非単結晶半導体層は、0.3原子%以上10原子%以下の前記第2導電型の不純物を含有するとともに、3nm以上30nm以下の厚みを有する、請求項5に記載の光起電力装置。   6. The photovoltaic device according to claim 5, wherein the second non-single-crystal semiconductor layer contains not less than 0.3 atom% and not more than 10 atom% of the second conductivity type impurity and has a thickness of not less than 3 nm and not more than 30 nm. Power equipment. 500℃以上の温度で高温焼結型の導電ペーストを焼成することによって、第1導電型の結晶系半導体層の光入射側の表面上に集電極を形成する工程と、
前記集電極を形成した後に、前記結晶系半導体層の前記光入射側と反対側の表面上に非単結晶半導体層を形成する工程とを備えた、光起電力装置の製造方法。
Forming a collector electrode on the light incident side surface of the first conductive type crystalline semiconductor layer by firing a high temperature sintered type conductive paste at a temperature of 500 ° C. or higher;
Forming a non-single-crystal semiconductor layer on a surface of the crystalline semiconductor layer opposite to the light incident side after forming the collector electrode.
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