JP2008085374A

JP2008085374A - 光起電力素子

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Publication number: JP2008085374A
Application number: JP2007327468A
Authority: JP
Inventors: Akira Terakawa; 朗寺川; Toshio Asaumi; 利夫浅海
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】入射光を最大限に活用できる光起電力素子を提供する。
【解決手段】ｎ型単結晶シリコン基板１の主面上にｉ型非晶質シリコン膜２および非晶質窒化シリコン等からなる反射防止膜３が順に形成されている。ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面には、正極１００および負極２００が隣接するように設けられている。正極１００は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に順に形成された側ｉ型非晶質シリコン膜５、ｐ型非晶質シリコン膜７、裏面電極９および集電極１１を含む。負極２００は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に順に形成されたｉ型非晶質シリコン膜４、ｎ型非晶質シリコン膜６、裏面電極８および集電極１０を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体接合を用いた光起電力素子およびその製造方法に関する。

近年、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン膜との接合を有する光起電力素子が開発されている。このような光起電力素子において、光電変換効率を向上させるためには、高い短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃを維持しつつ曲線因子Ｆ．Ｆ．を向上させる必要がある。

しかしながら、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン膜との接合部においては、界面準位が多数存在するため、キャリアの再結合が発生し、開放電圧Ｖｏｃが低下する。

そこで、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン膜との接合部におけるキャリア再結合を抑制するために、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン膜との間に実質的に真性な非晶質シリコン膜（ｉ型非晶質シリコン膜）が挿入されたＨＩＴ（真性薄膜を有するヘテロ接合：Heterojunctionwith Intrinsic Thin-Layer）構造を有する光起電力素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この光起電力素子は、ｎ型単結晶シリコン基板の主面側から受光し、ｎ型単結晶シリコン基板内で発電する。このときに発生する電力は、主面側および裏面側に設けられた電極により外部に取り出すことができる。
特開平１１−２２４９５４号公報

しかしながら、上記光起電力素子では、主面側の電極およびｐ型非晶質シリコン膜による光吸収により、ｎ型単結晶シリコン基板に入射するフォトン数が減少し、発電効率を制限することになる。

本発明の目的は、入射光を最大限に活用できる光起電力素子およびその製造方法を提供することである。

本明細書中における結晶系半導体には単結晶半導体および多結晶半導体が含まれるものとし、非晶質系半導体には非晶質半導体および微結晶半導体が含まれるものとする。

また、真性の非晶質系半導体膜とは、不純物が意図的にドープされていない非晶質系半導体膜であり、半導体原料に本来的に含まれる不純物または製造過程において自然に混入する不純物を含む非晶質系半導体膜も含む。

本発明に係る光起電力素子は、一面および他面を有する結晶系半導体を備え、結晶系半導体の一面の第１の領域に、真性の第１の非晶質系半導体膜と、一導電型を示す不純物を含む第２の非晶質系半導体膜と、第１の電極とを順に備え、結晶系半導体の一面の第２の領域に、一導電型と異なる他導電型を示す不純物を含む半導体層と、第２の電極とを順に備えるものである。

本発明に係る光起電力素子においては、結晶系半導体が他面側から受光すると正孔および電子が発生し、発生した正孔は第１の非晶質系半導体膜、第２の非晶質系半導体膜および第１の電極を経由する経路と半導体層および第２の電極を経由する経路とのいずれか一方の経路を通って外部へ取り出され、発生した電子は正孔とは逆の経路を通って外部へ取り出される。

この場合、第１の電極および第２の電極が一面側に形成されているので、入射光が劣化しない。それにより、結晶系半導体の他面から受光することにより、入射光を最大限に活用することができる。

結晶系半導体は、一導電型を示す不純物を含んでもよい。この場合、結晶系半導体と半導体層との間にｐｎ接合が形成され、キャリアの取り出しが効率良く行われる。

半導体層は、他導電型を示す不純物を含む第３の非晶質系半導体膜であり、結晶系半導体と第３の非晶質系半導体膜との間に真性の第４の非晶質系半導体膜をさらに備えてもよい。この場合、結晶系半導体と第３の非晶質系半導体膜との間のキャリアの再結合が防止され、発電効率が向上する。

結晶系半導体の第１の領域の第１の非晶質系半導体膜と第２の領域の第４の非晶質系半導体膜とが連続する共通の非晶質系半導体膜であってもよい。この場合、結晶系半導体の一面側が真性の非晶質系半導体膜で覆われる。それにより、結晶系半導体の一面側の露出部がなくなり、結晶系半導体の一面側におけるキャリアの再結合が防止され、発電効率が向上する。

第１の領域と第２の領域とが間隔をおいて設けられ、第１の領域と第２の領域との間における結晶系半導体の表面に保護層を備えてもよい。この場合、結晶系半導体の一面側において第１の領域と第２の領域との間隔の露出部が保護層で覆われる。それにより、結晶系半導体の一面側の露出部がなくなり、結晶系半導体の一面側におけるキャリアの再結合が防止され、発電効率が向上する。

半導体層は、結晶系半導体の第２の領域に他導電型を示す不純物がドープされたドープ層であってもよい。この場合、ドープ層により結晶系半導体と第２の非晶質系半導体との電気的接触が得られる。

他面の実質的に全面が光入射面であってもよい。この場合、他面から十分に光が入射するため、入射光を最大限に活用することができる。

本発明に係る光起電力素子の製造方法は、結晶系半導体の一面の第１の領域に真性の第１の非晶質系半導体膜を形成する工程と、第１の非晶質系半導体膜上に一導電型を示す不純物を含む第２の非晶質系半導体膜を形成する工程と、結晶系半導体の一面の第２の領域に一導電型と異なる他導電型を示す不純物を含む半導体層を形成する工程と、第２の非晶質系半導体膜上に第１の電極を形成する工程と、半導体層上に第２の電極を形成する工程とを備えるものである。

本発明に係る光起電力素子の製造方法においては、結晶系半導体の一面の第１の領域に第１の非晶質系半導体膜、第２の非晶質系半導体膜および第１の電極が形成され、結晶系半導体の一面の第２の領域に半導体層および第２の電極が形成される。

この場合、結晶系半導体が他面側から受光すると、正孔および電子が発生し、発生した正孔は第１の非晶質系半導体膜、第２の非晶質計半導体膜および第１の電極を経由する経路と半導体層および第２の電極を経由する経路とのいずれか一方の経路を通って外部へ取り出され、発生した電子は正孔とは逆の経路を通って外部へ取り出される。この場合、第１の電極および第２の電極が結晶系半導体の一面側に設けられているので、結晶系半導体の他面側から入射した光の反射損失および吸収損失を抑制できる。したがって、結晶系半導体の他面から受光することにより、入射光を最大限に活用することができる。

本発明に係る光起電力素子によれば、結晶系半導体の他面から受光することにより、入射光を最大限に活用することができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態について説明する。

図１（ａ）は本実施の形態に係る光起電力素子５００の裏面を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部拡大図である。

図１（ａ）に示すように、光起電力素子５００は、長方形状を有する。例えば、短辺の長さが５ｃｍであり、長辺の長さが１０ｃｍである。光起電力素子５００の裏面は、くし形の正極１００およびくし形の負極２００から構成される。正極１００および負極２００は、光起電力素子５００の短辺方向に延び、交互に並んでいる。また、光起電力素子５００の裏面の両長辺に沿ってそれぞれ電極３００，４００が設けられている。

図１（ｂ）に示すように、正極１００および負極２００には集電極１１，１０がそれぞれ設けられている。集電極１０は電極３００に接続されており、集電極１１は電極４００に接続されている。

図２は、本実施の形態に係る光起電力素子５００の構造を示す模式的断面図である。

図２に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の主面（表側の面）上にｉ型非晶質シリコン膜２（ノンドープ非晶質シリコン膜）および非晶質窒化シリコン等からなる反射防止膜３が順に形成されている。ｎ型単結晶シリコン基板１の主面側が光入射面となる。ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面には、正極１００および負極２００が隣接するように設けられている。

正極１００は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に順に形成された側ｉ型非晶質シリコン膜５、ｐ型非晶質シリコン膜７、裏面電極９および集電極１１を含む。負極２００は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に順に形成されたｉ型非晶質シリコン膜４、ｎ型非晶質シリコン膜６、裏面電極８および集電極１０を含む。図２の光起電力素子５００では、ｎ型単結晶シリコン基板１が主たる発電層となる。

裏面電極８，９は、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＳｎＯ₂（酸化錫）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等からなる透明電極である。集電極１０，１１はＡｇ（銀）等からなる。

ｉ型非晶質シリコン膜２の膜厚は例えば１０ｎｍ程度であり、反射防止膜３の膜厚は例えば７０ｎｍ程度であり、ｉ型非晶質シリコン膜４，５の膜厚は例えば１５ｎｍ程度であり、ｎ型非晶質シリコン膜６の膜厚は例えば２０ｎｍ程度であり、ｐ型非晶質シリコン膜７の膜厚は例えば１０ｎｍ程度であり、裏面電極８，９の膜厚は例えば７０ｎｍ程度であり、集電極１０，１１の膜厚は例えば２００ｎｍ程度であるが、それに限られない。

なお、ｎ型単結晶シリコン基板１とｐ型非晶質シリコン膜７との間におけるキャリアの走行距離を短くすることにより発電効率が高まることから、ｐ型非晶質シリコン膜７の幅はｎ型非晶質シリコン膜６の幅よりも広い方が好ましい。

本実施の形態の光起電力素子５００の正極１００は、ｐｎ接合特性を改善するためにｎ型単結晶シリコン基板１とｐ型非晶質シリコン膜７の間にｉ型非晶質シリコン膜５を設けたＨＩＴ構造を有し、負極２００は、キャリア再結合を防止するためにｎ型単結晶シリコン基板１の裏面にｉ型非晶質シリコン膜４およびｎ型非晶質シリコン膜６を設けたＢＳＦ（Back Surface Field）構造を有する。

次に、図２の光起電力素子５００の製造方法を説明する。まず、洗浄したｎ型単結晶シリコン基板１を真空チャンバ内で加熱する。それにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面に付着した水分が除去される。その後、真空チャンバ内にＨ₂（水素）ガスを導入して、プラズマ放電によりｎ型単結晶シリコン基板１表面のクリーニングを行う。

次に、真空チャンバ内にＳｉＨ₄（シラン）ガスおよびＨ₂ガスを導入し、プラズマＣＶＤ（化学蒸着）法によりｎ型単結晶シリコン基板１の主面上にｉ型非晶質シリコン膜２を形成する。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ₄ガスおよびＮＨ₃（アンモニア）ガスを導入して、ｉ型非晶質シリコン膜２上にプラズマＣＶＤ法により反射防止膜３を形成する。

次に、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の一部にメタルマスクを被せる。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ₄ガスおよびＨ₂ガスを導入して、プラズマＣＶＤ法によりｎ型単結晶シリコン基板１の裏面のメタルマスクを除く部分にｉ型非晶質シリコン膜５を形成する。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂ガスおよびＢ₂Ｈ₆ガスを導入して、ｉ型非晶質シリコン膜５上にプラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質シリコン膜７を形成する。

次いで、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の一部にｉ型非晶質シリコン膜５およびｐ型非晶質シリコン膜７を覆うようにメタルマスクを被せる。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ₄ガスおよびＨ₂ガスを導入して、プラズマＣＶＤ法によりｎ型単結晶シリコン基板１の裏面のメタルマスクを除く部分にｉ型非晶質シリコン膜４を形成する。続いて、真空チャンバ内にＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂ガスおよびＰＨ₃（ホスフィン）ガスを導入して、ｉ型非晶質シリコン膜４上にプラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶質シリコン膜６を形成する。

次いで、スパッタリング法により、ｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７上にそれぞれ裏面電極８，９を形成する。さらに、スクリーン印刷法により、裏面電極８，９上にそれぞれ集電極１０，１１を形成する。

本実施の形態の光起電力素子５００においては、入射光の有効利用を妨げる光入射面の導電型シリコン膜、透明電極および集電極が不要になる。それにより、製造工程が短縮化され、コストが低減されるとともに、入射光を最大限に活用できることから出力電圧および曲線因子を最大化できる。

また、本実施の形態の反射防止膜３には窒化シリコンを用いているが、酸化シリコンを用いてもよい。さらに、本実施の形態の光起電力素子５００においては、主面の界面特性を考慮する必要がないので、反射防止膜３は、光透過性に優れかつ入射光の反射を防止できる材料であればよい。ここで、シリコンの屈折率が約３．４であり、光起電力素子５００を使用する際に光起電力素子５００を覆うＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル樹脂）等の封止材の屈折率が約１．５であることから、屈折率が１．５〜３．４のものであれば反射防止膜３として使用できる。例えば、表１に示す材料が挙げられる。

また、本実施の形態のｎ型非晶質シリコン膜６には不純物としてＰ（リン）をドープしたが、それに限られない。例えば、不純物としてＡｓ（ヒ素）等のＶ族元素を不純物としてドープしてもよい。ｐ型非晶質シリコン膜７には不純物としてＢ（ボロン）をドープしたが、それに限られない。例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）等のIII 族元素を不純物としてドープしてもよい。また、ｎ型単結晶シリコン基板１の代わりにｎ型多結晶シリコン基板を用いてもよい。さらに、ｉ型非晶質シリコン膜２，４，５、ｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７は微結晶シリコンを含んでもよい。

また、本実施の形態のｎ型単結晶シリコン基板１、ｉ型非晶質シリコン膜２，４，５、ｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７の代わりに、例えば、ＳｉＣ（炭化シリコン）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）等のような他のＩＶ族元素を用いてもよい。

また、本実施の形態の光起電力素子５００においては、ｎ型単結晶シリコン基板１を用いているがそれに限られない。例えば、ｐ型単結晶シリコン基板の主面にｉ型非晶質シリコン膜および窒化シリコン膜を形成し、裏面に本実施の形態に係る光起電力素子５００と同様の正極１００および負極２００を設けてもよい。

さらに、本発明は、図２に示す光起電力素子５００の構造に限定されず、他の種々の構造を有する光起電力素子に適用することができる。例えば、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面のｉ型非晶質シリコン膜４およびｎ型非晶質シリコン膜６を設けなくてもよい。

（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図３は、第２の実施の形態に係る光起電力素子５００ａの構造を示す模式的断面図である。図３の光起電力素子５００ａが図１の光起電力素子５００と異なる点は、ｉ型非晶質シリコン膜４およびｎ型非晶質シリコン膜６の代わりに、ｎ型単結晶シリコン基板１中に不純物拡散層１ａを備える点である。

ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面においてｉ型非晶質シリコン膜５が形成されていない領域の一部に高濃度のＰ（リン）を熱拡散させることにより不純物拡散層１ａを形成する。その後、不純物拡散層１ａ上に裏面電極８および集電極１０を形成する。

本実施の形態では、負極２００の作製の際にｉ型非晶質シリコン膜４およびｎ型非晶質シリコン膜６を形成する必要がないので、製造工程の短縮化を図ることができる。

（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態について説明する。

図４は、第３の実施の形態に係る光起電力素子５００ｂの構造を示す模式的断面図である。図４の光起電力素子５００ｂが図１の光起電力素子５００と異なる点は、ｉ型非晶質シリコン膜４がｐ型非晶質シリコン膜７の端部に接している点である。

以下、図４の光起電力素子５００ｂの製造方法について説明する。ｎ型単結晶シリコン基板１の主面側のｉ型非晶質シリコン膜２、反射防止膜３、裏面側のｉ型非晶質シリコン膜５およびｐ型非晶質シリコン膜７の形成方法は図２の光起電力素子５００と同じである。

ｉ型非晶質シリコン膜４およびｎ型非晶質シリコン膜６を形成する際には、メタルマスクをｉ型非晶質シリコン膜５およびｐ型非晶質シリコン膜７の端面に揃うように被せる。それにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面の全面がｉ型非晶質シリコン膜４，５で覆われる。その結果、ｎ型単結晶シリコン基板１の露出部におけるキャリアの再結合が防止され、発電効率が向上する。

（第４の実施の形態）
以下、本発明の第４の実施の形態について説明する。

図５は、第４の実施の形態に係る光起電力素子５００ｃの構造を示す模式的断面図である。図５の光起電力素子５００ｃが図１の光起電力素子５００と異なる点は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面全面にｉ型非晶質シリコン膜４が形成されている点である。それにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の露出部におけるキャリアの再結合が防止され、発電効率が向上する。

以下、図５の光起電力素子５００ｃの製造方法について説明する。ｎ型単結晶シリコン基板１の主面側のｉ型非晶質シリコン膜２および反射防止膜３の形成方法は図２の光起電力素子５００と同じである。

ｉ型非晶質シリコン膜４をｎ型単結晶シリコン基板１の裏面全面に形成した後にｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７を形成する。それにより、ｉ型非晶質シリコン膜５を形成する必要がなくなり、製造工程の短縮化が図れる。

（第５の実施の形態）
以下、本発明の第５の実施の形態について説明する。

図６は、第５の実施の形態に係る光起電力素子５００ｄの構造を示す模式的断面図である。図６の光起電力素子５００ｄが図５の光起電力素子５００ｃと異なる点は、ｉ型非晶質シリコン膜４内に不純物拡散層４ａが形成され、ｎ型非晶質シリコン膜６がｉ型非晶質シリコン膜４上の全面に形成されている点である。

以下、図６の光起電力素子５００ｄの製造方法について説明する。ｎ型単結晶シリコン基板１の主面側のｉ型非晶質シリコン膜２および反射防止膜３の形成方法は図２の光起電力素子５００と同じである。

ｉ型非晶質シリコン膜４上の一部の領域にメタルマスクを被せる。続いて、高濃度のＢ等のIII 族元素をｉ型非晶質シリコン膜４にプラズマドープ法によりドープし、不純物拡散層４ａを形成する。その後、ｉ型非晶質シリコン膜４上の全面にｎ型非晶質シリコン膜６を形成する。

本実施の形態では、ｎ型非晶質シリコン膜６を形成する際にメタルマスクを被せる工程が削減されるため、製造工程の短縮化を図ることができる。なお、ｎ型非晶質シリコン膜６の膜厚は非常に小さいため、不純物拡散層４ａとｎ型非晶質シリコン膜６との間のｐｎ接合は、発電効率にほとんど影響を及ぼさない。

（第６の実施の形態）
以下、本発明の第６の実施の形態について説明する。

図７は、第６の実施の形態に係る光起電力素子５００ｅの構造を示す模式的断面図である。図７の光起電力素子５００ｅが図１の光起電力素子５００と異なる点は、ｐ型非晶質シリコン膜７の全面に裏面電極９が形成されており、ｎ型非晶質シリコン膜６の全面に裏面電極８が形成されている点である。

以下、図７の光起電力素子５００ｃの製造方法について説明する。ｎ型単結晶シリコン基板１の主面側のｉ型非晶質シリコン膜２および反射防止膜３の形成方法は図２の光起電力素子５００と同じである。

ｐ型非晶質シリコン膜７を形成する際に用いるメタルマスクを用いて裏面電極９を形成し、ｎ型非晶質シリコン膜６を形成する際に用いるメタルマスクを用いて裏面電極８を形成する。それにより、ｐ型非晶質シリコン膜７の全面に裏面電極９を形成し、ｎ型非晶質シリコン膜６の全面に裏面電極８を形成することができる。この場合、メタルマスクの位置決め回数が低減されるため、効率的である。

また、ｉ型非晶質シリコン膜４，５をＣＶＤ法により形成する前に、ｉ型非晶質シリコン膜４とｉ型非晶質シリコン膜５との間に線状の樹脂からなるリフトオフ層をスクリーン印刷法により予め形成しておいてもよい。

この場合、図５の方法によりｉ型非晶質シリコン膜４，５、ｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７を形成し、ｎ型非晶質シリコン膜６、ｐ型非晶質シリコン膜７およびリフトオフ層の全面に裏面電極を形成し、リフトオフ層を取り除く。それにより、裏面電極８，９を形成することができる。

また、図２の光起電力素子５００のｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７を形成した後に、裏面電極をｎ型非晶質シリコン膜６、ｐ型非晶質シリコン膜７およびｎ型単結晶シリコン基板１の露出部に形成し、レーザスクライブ法により裏面電極の不要な領域を除去することにより、裏面電極８，９を形成してもよい。レーザの照射条件を調整することにより裏面電極の一部領域を選択的に除去することができる。

この場合、レーザの種類としては、エキシマもしくはＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）のＳＨＧ（セカンドハーモニックジェネレーション）、ＴＨＧ（サードハーモニックジェネレーション）等を使用することができる。

また、レーザスクライブ法の代わりに機械スクライブ法を用いてな裏面電極の不要な領域を除去してもよい。

本実施の形態に係る光起電力素子５００ｅにおいては、裏面電極８，９がｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７上の全面に形成されていることから、ｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７からキャリアの収集を効率良く行うことができる。それにより、光起電力素子５００ｅの発電効率が向上する。

（第７の実施の形態）
以下、本発明の第７の実施の形態について説明する。

図８は、第７の実施の形態に係る光起電力素子５００ｆの構造を示す模式的断面図である。図８の光起電力素子５００ｆが図７の光起電力素子５００ｅと異なる点は、ｉ型非晶質シリコン膜５とｉ型非晶質シリコン膜４との間に樹脂等からなる保護層１２が形成されている点である。

ｉ型非晶質シリコン膜４，５を形成する前に予め保護層１０をスクリーン印刷法により形成しておくことにより、図７で説明したレーザスクライブ法、機械スクライブ法等により裏面電極の不要な領域を除去する際にｎ型単結晶シリコン基板１へのダメージを防止することができる。

（第８の実施の形態）
以下、本発明の第８の実施の形態について説明する。

図９は、第８の実施の形態に係る光起電力素子５００ｇの構造を示す模式的断面図である。図９の光起電力素子５００ｇが図７の光起電力素子５００ｅと異なる点は、ｉ型非晶質シリコン膜４がｎ型単結晶シリコン基板１の裏面全面に形成されている点である。

図５で説明した方法によりｉ型非晶質シリコン膜４まで形成した後に、図７で説明した方法によりｎ型非晶質シリコン膜６、ｐ型非晶質シリコン膜７、裏面電極９，１０および集電極１０，１１を形成することにより図９の光起電力素子５００ｇを製造することができる。

本実施の形態に係る光起電力素子５００ｇにおいては、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面全面にｉ型非晶質シリコン膜４が形成されていることから、ｎ型単結晶シリコン基板１の露出部におけるキャリアの再結合が防止されるとともに、裏面電極８，９がｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７上の全面に形成されていることからｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７からキャリアの収集を効率良く行うことができる。それにより、発電効率がさらに向上する。

（第９の実施の形態）
以下、本発明の第９の実施の形態について説明する。

図１０は、第９の実施の形態に係る光起電力素子５００ｈの構造を示す模式的断面図である。図１０の光起電力素子５００ｈが図７の光起電力素子５００ｅと異なる点は、ｉ型非晶質シリコン膜４がｎ型単結晶シリコン基板１の裏面全面に形成されるとともに、ｎ型非晶質シリコン膜６とｐ型非晶質シリコン膜７との間に樹脂等からなる保護層１２が形成されている点である。

ｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７を形成する前に予め保護層１０をスクリーン印刷法により形成しておくことにより、図７で説明したレーザスクライブ法、機械スクライブ法等により裏面電極の不要な領域を除去する際にｉ型非晶質シリコン膜４へのダメージを防止することができる。

本実施の形態に係る光起電力素子５００ｈにおいては、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面全面にｉ型非晶質シリコン膜４が形成されていることから、ｎ型単結晶シリコン基板１の露出部におけるキャリアの再結合が防止されるとともに、裏面電極８，９がｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７上の全面に形成されていることからｎ型非晶質シリコン膜６およびｐ型非晶質シリコン膜７からキャリアの収集を効率良く行うことができる。それにより、発電効率がさらに向上する。

（実施例）
以下の実施例では、上記実施の形態の方法で図５の構造を有する光起電力素子５００ｃを作製し、出力特性を測定した。実施例の光起電力素子の作製条件を表２に示す。

表２に示すように、ｐ型非晶質シリコン膜７を形成する際にはＨ₂ガス希釈したＢ₂Ｈ₆ガスを用い、ＳｉＨ₄に対するＢ₂Ｈ₆の濃度を２％にした。また、ｎ型非晶質シリコン膜６を形成する際にはＨ₂ガス希釈したＰＨ₃ガスを用い、ＳｉＨ₄に対するＰＨ₃の濃度を１％にした。

（比較例）
図１１は、比較例の光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。

図１１に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１０１の主面（表側の面）上にｉ型非晶質シリコン膜１０５（ノンドープ非晶質シリコン膜）およびｐ型非晶質シリコン膜１０７が順に形成されている。ｐ型非晶質シリコン膜１０７上にＩＴＯからなる表面電極１０９が形成され、表面電極１０９上にＡｇからなるくし形の集電極１１１が形成されている。

ｎ型単結晶シリコン基板１０１の裏面には、ｉ型非晶質シリコン膜１０４およびｎ型非晶質シリコン膜１０６が順に形成されている。ｎ型非晶質シリコン膜１０６上にＩＴＯからなる裏面電極１０８が形成され、裏面電極１０８上にＡｇからなるくし形の集電極１１０が形成されている。比較例の光起電力素子では、ｎ型単結晶シリコン基板１０１が主たる発電層となる。

比較例では、図１１の構造を有する光起電力素子を作製し、出力特性を測定した。比較例の光起電力素子の各膜作製条件は実施例と同じである。

（評価）
実施例および比較例の光起電力素子の出力特性を測定した。実施例および比較例の光起電力素子の出力特性を表３に示す。

表３に示すように、実施例の光起電力素子は、比較例の光起電力素子に比して最大出力Ｐｍａｘ、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流Ｉｓｃおよび曲線因子Ｆ．Ｆ．のいずれも高い値となった。

以上のことから、実施例の光起電力素子は比較例の光起電力素子よりも高い出力特性を有することがわかった。

以上のように、本発明に係る光起電力素子においては、入射光を最大限に活用できる。また、本発明に係る光起電力素子の製造方法においては、上記光起電力素子を製造することができる。したがって、本発明に係る光起電力素子は、半導体接合を用いた光起電力素子としての用途に適しており、本発明に係る光起電力素子の製造方法は、半導体接合を用いた光起電力素子を製造する用途に適している。

（ａ）は第１の実施の形態に係る光起電力素子の裏面を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。第１の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。第２の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。第３の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。第４の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。第５の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。第６の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。第７の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。第８の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。第９の実施の形態に係る光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。比較例の光起電力素子の構造を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ｎ型単結晶シリコン基板
２ｉ型非晶質シリコン膜
３反射防止膜
４，５ｉ型非晶質シリコン膜
６ｎ型非晶質シリコン膜
７ｐ型非晶質シリコン膜
８，９裏面電極
１０，１１集電極
１００正極
２００負極
３００，４００電極
５００光起電力素子

Claims

一面および他面を有する結晶系半導体を備え、
前記結晶系半導体の前記一面の第１の領域に、真性の第１の非晶質系半導体膜と、一導電型を示す不純物を含む第２の非晶質系半導体膜と、第１の電極とを順に備え、
前記結晶系半導体の前記一面の第２の領域に、真性の第４の非晶質系半導体膜と前記一導電型と異なる他導電型を示す不純物を含む第３の非晶質系半導体膜と、第２の電極とを順に備え、
前記第１の非晶質系半導体膜と前記第４の非晶質系半導体膜とは連続する共通の非晶質系半導体膜であり、
前記第３の非晶質系半導体膜は、前記第２の非晶質系半導体膜上を含んで前記第１の非晶質系半導体膜上の全面に形成されていることを特徴とする光起電力素子。
前記第２の非晶質系半導体膜は、前記第１の非晶質系半導体膜内に前記一導電型を示す不純物が拡散されて形成されたことを特徴とする請求項１記載の光起電力素子。
前記他面の実質的に全面が光入射面であることを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力素子。
前記他面に、ｉ型非晶質シリコン膜及び反射防止膜を順に備えることを特徴とする請求項３記載の光起電力素子。