专利名称：：光电动势装置及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及光电动势装置及其制造方法，特别涉及具有第一导电型的结晶硅、第二导电型的第一非晶硅层、和配置在结晶硅与第一非晶硅层之间的实质真性的第二非晶硅层的光电动势装置及其制造方法。
背景技术：
：现在，已知具有p型单晶硅基板(结晶硅)、n型非晶质硅层(第一非晶硅层)、和配置在p型单晶硅基板与n型非晶质硅层之间的实质真性的i型非晶质硅层(第二非晶硅层)的光电动势装置。例如，在"T.H.Wang，E.Iwaniczko，M.R.Page，D.H丄evi，Y,Yan，H.M.Branz，Q.^Vang"Effectofemitterdepositiontemperatureonsurfacepassivationinhotwirechemicalvapordepositedsiliconheterojunctionsolarcells"ThinSolidFilms501(2006)284-287"中公开有这种光电动势装置。在上述T.H.Wang等的资料中公开有以下情况当在p型单晶硅基板上形成i型非晶质硅层时，在p型单晶硅基板和i型非晶质硅层的界面的p型单晶硅基板的表面上，通过外延生长形成凹凸形状的外延层。并且，还记载有当该外延层大幅度生长时，由于界面特性劣化，导致光电动势装置的输出特性降低。在上述T.H.Wang等的资料中还提案有为了抑制上述光电动势装置的输出特性的降低，当在p型单晶硅基板上形成i型非晶质硅层时，通过使基板温度为低温而抑制在p型单晶硅基板上形成由外延生长产生的结晶硅(外延层)。S卩，在上述T.H.Wang等提出的结构中，在p型单晶硅基板上不形成外延层，而形成有i型非曰曰质硅层。
发明内容本发明的一个目的是提供能够使输出特性更加提高的光电动势装置及其制造方法。本发明的第一方面的光电动势装置，其具有第一导电型的结晶硅；第二导电型的第一非晶硅层；和配置在结晶硅和第一非晶硅层之间的实质真性的第二非晶硅层，其中，结晶硅在与第二非晶硅层的界面上设置有具有2nm以下的高度的非周期的凹凸形状。其中，本发明中的结晶硅为包括结晶系硅基板、在基板上形成的薄膜多晶硅等的宽广的概念。并且，本发明中的第一非晶硅层和第二非晶硅层为不仅包括非晶质硅层，还包括微晶硅层的宽广的概念。如上所述，在该第一方面的光电动势装置中，通过在结晶硅与第二非晶硅层的界面上形成具有2nm以下的高度的非周期的凹凸形状，与非周期的凹凸形状的高度比2nm大的情况以及不形成非周期的凹凸形状的情况相比，能够更加提高光电动势装置的输出特性。该效果已由后述的实验得到检证。在上述结构中，结晶硅的非周期的凹凸形状也可以具有lnm以下^^上述结构中，具有非周期的凹凸形状的结晶硅和第二非晶硅的界面的平均面，也可以从结晶硅的(111)面倾斜规定的角度。在上述结构中，平均面从结晶硅的(111)面倾斜3土1度。在上述结构中，结晶硅包括形成有(111)面露出在表面的多个平台部(termce)和连接相互邻接的平台部的台阶部的结晶硅基板；和在结晶硅基板上外延生长的外延层，平均面也可以在从结晶硅基板的平台部的(111)面露出的表面朝向上述台阶部的外表面的旋转方向上，从上述结晶硅的(111)面倾斜规定的角度。在上述结构中，结晶硅的与第二非晶硅的界面附近的部分也可以由通过外延生长形成的结晶硅构成。在上述结构中，第二非晶硅层也可以含有规定量以下的氢。在上述结构中，也可以有以下机构，即，在结晶硅的表面形成有棱锥(pyramid)状凹凸，在棱镜状凹凸的表面上形成有非周期的凹凸形状。在上述结构中，也可以构成为，至少光从形成有非周期的凹凸形状的第二非晶硅层一侧向结晶硅的表面入射。在上述结构中，结晶硅也可以包括单晶硅基板。在上述结构中，第一非晶硅层和第二非晶硅层也可以由非晶质硅构成。在上述结构中，还可以具有相对于结晶硅，配置在与第一非晶硅层相反的一侧的第一导电型的第三非晶硅层；和配置在结晶硅与第三非晶硅层之间的实质真性的第四非晶硅层。在上述结构中，第三非晶硅层和上述第四非晶硅层也可以由非晶质硅构成。本发明的第二方面的一种光电动势装置的制造方法，其包括对形成有(111)面露出在表面的多个平台部(terrace)和连接相互邻接的平台部的台阶部的结晶硅基板加以形成的工序；在结晶硅上形成实质真性的第一非晶硅层的工序；和在第一非晶质硅层上形成第二导电型的第二非晶硅层的工序，其中，形成第一非晶硅层的工序包括在结晶硅与第一非晶硅层的界面处形成具有2nm以下的高度的非周期的凹凸形状的工序。在上述结构中，结晶硅也可以包括单晶硅基板。在上述结构中，形成第一非晶硅层的工序也可以包括在单晶硅基板上形成具有外延生长的非周期的凹凸形状的外延层，并且在外延层上形成第一非晶硅层的工序。在上述结构中，形成第一非晶硅层的工序也可以包括利用等离子体CVD法形成第一非晶硅层的工序。在上述结构中，形成第一非晶硅层的工序也可以包括在硅垸气体的氢气的稀释率为5倍以下的条件下，利用等离子体CVD法形成第一非晶硅层的工序。在上述结构中，具有非周期的凹凸形状的结晶硅和第一非晶硅的界面的平均面，也可以从结晶硅的(111)面倾斜规定的角度。在上述结构中，平均面也可以在从结晶硅的平台部的(111)面露出的表面朝向台阶部的外表面的旋转方向上，从上述结晶硅的(111)面倾斜规定的角度。图1为表示本发明的一个实施方式的光电动势装置的结构的截面图。图2为表示图1所示的n型单晶硅基板周边的详细结构的截面图。图3为表示形成i型非晶质硅层之前的n型单晶硅基板的截面图。图4为表示实施例的n型单晶硅基板和i型非晶质硅层的界面的放大截面图。具体实施方式以下，根据附图，对将本发明具体化的实施方式加以说明。首先，参照图1和图2说明本实施方式的光电动势装置的结构。如图1所示，在本实施方式的光电动势装置中，在n型单晶硅(c-Si)基板1的一个表面上依次形成有非晶质硅(a-Si)层2、具有约70nm约100nm的厚度的由ITO(氧化铟锡)构成的表面电极3、和具有几十Pm厚度的由银构成的集电极4。非晶质硅层2由在n型单晶硅基板1的上表面上形成的具有约9nm约13nm的较小厚度的实质真性的、且含有规定量以下的氢的i型非晶质硅层2a、和在i型非晶质硅层2a上形成的、厚度约为2nm5nm的、掺杂有硼(B)且含有氢的p型非晶质硅层2b构成。其中，i型非晶质硅层2a的厚度为i型非晶质硅层2a对发电实质上没有贡献的较小的厚度。另外，n型单晶硅基板1、i型非晶质硅层2a和p型非晶质硅层2b分别为本发明的"结晶硅"、"第二非晶硅层"和"第一非晶硅层"的一个例子。另外，如图2所示，在n型单晶硅基板1的一个表面上形成有比较大的棱锥状凹凸，在该具有棱锥状凹凸的表面上形成有i型非晶质硅层2a、p型非晶质硅层2b和表面电极3。该棱锥状凹凸宽度W约为几Pm几十um，高度Hl约为几wm几十um。硅(111)面在该棱锥状凹凸的表面上露出。当使光从一个表面一侧入射时，由于该棱锥状凹凸形成的光封闭结构，n型单晶硅基板1的一个表面的光反射率降低，能够增加短路电流。另外，如图1所示，在n型单晶硅基板1的另一个表面上，从接近n型单晶硅基板1的另一个表面的一侧开始，依次形成有非晶质硅层5、由ITO构成的厚度为约70nm约100nm的表面电极6、和由银构成的厚度为几十um的集电极7。非晶质硅层5由在n型单晶硅基板1的另一表面上形成的具有约9nm约13nm较小厚度的实质真性的i型非晶质硅层5a、和在i型非晶质硅层5a的另一表面上形成的、厚度为约10nm约20nm的、掺杂有磷(P)的n型非晶质硅层5b构成。i型非晶质硅层5a的厚度为i型非晶质硅层5a实质上对发电没有贡献的较小的厚度。另外，由i型非晶质硅层5a、n型非晶质硅层5b和表面电极6构成有所谓的背面电场(BSF:BackSurfaceField)结构。并且，这种结构的光电动势装置通常利用n型单晶硅基板1的一个表面的一侧作为光入射侧，也可以利用n型单晶硅基板1的另一个表面的一侧作为光入射面。接着，参照图1图4，对实际制作上述实施方式的光电动势装置并评价输出特性时的比较实验(实施例和比较例l，2)加以说明。首先，对与上述实施方式对应的实施例的光电动势装置的制造过程加以说明。首先，如图2所示，通过对具有(100)面的n型单晶硅基板l的表面进行各向异性蚀刻，形成起因于(111)面的棱锥状凹凸形状。并且，在该状态下，如图3所示，在n型单晶硅基板1的表面形成有硅(lll)面露出的平台部lb和连接邻接的平台部lb的台阶部lc。以下，分别称平台部lb的表面和台阶部lc的表面为(lll)面的主面和(lll)面的副面。之后，在以下的表1的条件下，在n型单晶硅基板1的一个表面和另一个表面上形成各层。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>具体而言，如表1所示，使用RF等离子体CVD法，在基板温度为130°C180°C，H/气体流量为0sccm100sccm，硅烷(SiH4)气体流量为40sccm，压力为40Pa120Pa，RF功率密度为5mW/cm215mW/cn^的条件下，在n型单晶硅基板1的一个表面上形成厚度为10nm的i型非晶质硅层2a。这时，以Osccm100sccm的流量控制使用气体(H2)的流量，使得硅烷(SiH4)气体的氢稀释率为5倍以下。由此，以图3的台阶部lc为起点，形成外延层la，并且在外延层la上形成i型非晶质硅层2a。另外，由于外延层la叠层在台阶部lc和平台部lb的平均面(n型单晶硅基板1的表面)上，所以外延层la的非周期的凹凸形状部分的平均面相对于露出在平台部lb上的硅(111)面倾斜规定的角度。这样，如图4所示，在n型单晶硅基板1和i型非晶质硅层2a的界面上形成非周期的凹凸形状部分，并且，在该凹凸形状部分上形成i型非晶质硅层2a。接着，如表1所示，利用RF等离子体CVD法，在基板温度为150°C180°C，氢(H2)气体流量为Osccm100sccm，硅烷(SiH4)气体流量为40sccm，乙硼烷(B2H6)/H2(8必6气体对于H2的浓度为2%)气体流量为40sccm，压力为40Pa120Pa和RF功率密度为5mW/cm215mW/cm2的条件下，在i型非晶质硅层2a上形成厚度为6nm的、掺杂有硼(B)的p型非晶质硅层2b。接着，如表1所示，使用RF等离子体CVD法，在基板温度为170。C，硅烷(SiH4)气体流量为40sccm，压力为40Pa和RF功率密度为8.33mW/cr^条件下，在n型单晶硅基板l的另一个表面上形成厚度为lOnm的i型非晶质硅层5a。接着，如表1所示，利用RF等离子体CVD法，在基板温度为170T，氢(H2)气流量为0sccm100sccm，硅烷(SiH4)气体流量为40sccm，膦化氢(PH3)/H2(PH3对于H2的浓度为1%)气体流量为40sccm，压力为40Pa、和RF功率密度为8.33mW/cn^的条件下，在i型非晶质硅层5a的另一个表面上形成厚度为15nm的掺杂有磷(P)的n型非晶质硅层5b。最后，利用溅射法，在p型非晶质硅层2b的表面上和n型非晶质硅层5b的表面上分别形成由ITO构成的厚度为85nm的表面电极3和表面电极6后，在表面电极3和表面电极6上的规定区域形成由银构成的厚度为几十^m的集电极4、7。这样，形成实施例的光电动势装置。另外，与现有的一个例子对应的比较例1的光电动势装置，作为形成i型非晶质硅层时的形成条件，以使硅烷(SiH4)气体的氢稀释率变得比5倍还大的方式，将氢气流量一定地保持为接近100sccm的较高的值，由此形成。另外，与现有的另一个例子对应的比较例2的光电动势装置，作为形成i型非晶质硅层时的形成条件，将H2气体流量一定地保持为接近Osccm的较低的值而形成。此外的部分的制造过程与上述实施例的光电动势装置相同。在实施例的光电动势装置中，如图4所示，在n型单晶硅基板1和i型非晶质硅层2a的界面上形成有非周期的微小的凹凸形状。另外，n型单晶体基板1和i型非晶质硅层2a的界面附近的包括凹凸形状的部分(外延层la)，为在形成i型非晶质硅层2a时通过外延生长而形成的部分。该外延层la的微小的凹凸的高度H2比lnm小。又如图4所示，具有非周期的凹凸形状的n型单晶硅基板1的与i型非晶质硅层2a的界面的平均面，在从n型单晶硅基板1的(111)面的主面((111)面露出的平台部lb的表面)朝向副面(台阶部lc的外表面)的旋转方向上倾斜规定的角度a(约3士1度)。另外，比较例1的光电动势装置，通过利用上述形成条件进行制造，其外延生长得到促进，由外延生长形成的包括非周期的凹凸的部分(外延层)的高度比2nm大。另外，比较例2的光电动势装置，通过利用上述形成条件进行制造，在n型单晶硅基板和i型非晶质硅层的界面上不由外延生长形成非周期的凹凸部分，而在具有图3所示的平台部lb和台阶部lc的n型单晶硅基板的表面上直接形成有i型非晶质硅层。接着，对以上述方法制造的实施例、比较例1和比较例2的光电动势装置的输出特性进行测定。测定数据为Voc(开放电压)、Isc(短路电流)、F.F(曲线因子)禾nPmax(电池(cell)功率)。该测定结果表示在以下的表2中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>‘如上述表2所示，相对于在n型单晶硅基板和i型非晶质硅层的界面上形成有高度比2nm大的外延层的比较例1，没有形成外延层的比较例2的输出特性提高。具体而言，比较例1的开放电压Voc为0.680V，而比较例2的开放电压Voc为0.709V。考虑这是以下的理由造成的。即，由于在比较例1中形成有高度比2nm大的外延层，所以与没有形成外延层的比较例2相比，比较例1的n型单晶硅基板和i型非晶质硅层的界面的特性劣化。认为由于该界面特性的劣化，导致与比较例1相比，比较例2的开放电压Voc变高。另外，相对于比较例2，在形成有高度比lnm小的外延层la的实施例中，输出特性更加提高。具体而言，比较例2的开放电压Voc为0.709V,而实施例的开放电压Voc为0.725V。另外，比较例2的短路电流Isc也比比较例1大。但实施例的短路电流比比较例1大，比比较例2小。具体而言，比较例1、比较例2和实施例的短路电流分别为3.820A、3.880A和3.850A。艮卩，可知外延层的高度越低短路电流越增加。另夕卜，比较例2的曲线因子F.F比比较例1大，实施例的曲线因子F.F比比较例2更大。具体而言，比较例l、比较例2和实施例曲线因子F.F分别为0.752，0.762和0.769。另夕卜，比较例2的电池功率Pmax比比较例1大，实施例比比较例2更大。具体而言，比较例l、比较例2和实施例的电池功率Pmax分别为1.953W、2.096W和2.147W。这样，与比较例1和2相比，实施例的电池功率得到大幅度改善。如上所述，在本实施方式和实施例中，通过在n型单晶硅基板1和i型非晶质硅层2a的界面上形成高度比lnm小的非周期的凹凸形状，与非周期的凹凸形状的高度比2nm大的情况、和没有形成非周期的凹凸形状的情况相比，能够提高光电动势装置的特性。而且，以上说明的实施方式和实施例在所有方面均为例示，不应认为是限制。本发明的范围不由上述实施方式和实施例表示，而由本发明的
发明内容表示，并且还包括与
发明内容的范围为相同意思以及在
发明内容的范围内的全部变更。例如，在上述实施方式和实施例中，对在n型单晶硅基板l的一个表面上隔着实质真性的i型非晶质硅层2a形成p型非晶质硅层2b的例子进行了说明，但本发明不限于此，也可以在p型单晶硅基板的一个表面上，隔着实质真性的i型非晶质硅层形成n型非晶质硅层。在这种情况下，也可以在p型单晶硅基板的另一个表面上，隔着实质真性的i型非晶质硅层形成p型非晶质硅层。另外，在上述实施例中，对将外延层la的非周期的凹凸的高度形成为比lnm小的例子进行了说明，但本发明不限于此，也可以形成为2nm以下。这样，通过使非周期的凹凸的高度为2nm以下，与上述实施例相同，能够提高光电动势装置的输出特性。另外，在上述实施方式和实施例中，对利用RF等离子体CVD法形成非晶质硅层2(i型非晶质硅层2a和p型非晶质硅层2b)的例子进行了说明，但本发明不限于此，也可以利用ECR(电子回旋共振)等离子体CVD法、催化化学气相沉积(Cat-CVD:CatalyticChemicalVaporDeposition)法和溅射法等其他薄膜形成法形成非晶质硅层2。另外，在上述实施例形式和实施例中，虽然具有在n型单晶硅基板1的另一个表面上形成有非晶质硅层2(i型非晶层硅层2a和n型非晶质硅层2b)的BSF结构，但本发明不限于此，也可以在n型单晶硅基板的另一个表面上，不形成n侧(背面侧)的非晶质硅层而形成表面电极。另外，在上述实施方式和实施例中，虽然对具有非周期的凹凸形状的n型单晶硅基板1与i型非晶质硅层2a的界面的平均面，在从n型单晶硅基板l的(111)面的主面朝向副面的旋转方向上倾斜规定的角度a(约3士1度)的例子进行了说明，但本发明不限于此，也可以倾斜规定角度a(约3士1度)以外的角度。另外，在上述实施方式和实施例中，对在n型单晶硅基板1与i型非晶质硅层2a的界面形成有非周期的凹凸形状的例子进行了说明，但本发明不限于此，也可以在n型单晶硅基板1和i型非晶质硅层5a的界面上形成非周期的凹凸形状。权利要求1.一种光电动势装置，其特征在于，包括第一导电型的结晶硅；第二导电型的第一非晶硅层；和配置在所述结晶硅和所述第一非晶硅层之间的实质真性的第二非晶硅层，其中所述结晶硅，在与所述第二非晶硅层的界面处形成有具有2nm以下的高度的非周期的凹凸形状。2.如权利要求l所述的光电动势装置，其特征在于所述结晶硅的非周期的凹凸形状具有lnm以下的高度。3.如权利要求l所述的光电动势装置，其特征在于具有所述非周期的凹凸形状的结晶硅和所述第二非晶硅的界面的平均面，从所述结晶硅的(111)面倾斜规定的角度。4.如权利要求3所述的光电动势装置，其特征在于所述平均面从所述结晶硅的(111)面倾斜3土1度。5.如权利要求3所述的光电动势装置，其特征在于所述结晶硅包括形成有(111)面露出在表面的多个平台部和连接相互邻接的所述平台部的台阶部的结晶硅基板；和在所述结晶硅基板上外延生长的外延层，所述平均面，在从所述结晶硅基板的平台部的(111)面露出的表面朝向所述台阶部的外表面的旋转方向上，从所述结晶硅的(111)面倾斜规定的角度。6.如权利要求l所述的光电动势装置，其特征在于-所述结晶硅的与所述第二非晶硅的界面附近的部分由通过外延生长形成的结晶硅构成。7.如权利要求l所述的光电动势装置，其特征在于所述第二非晶硅层含有规定量以下的氢。8.如权利要求l所述的光电动势装置，其特征在于在所述结晶硅的表面形成有棱锥状凹凸，在所述棱镜状凹凸的表面形成有所述非周期的凹凸形状。9.如权利要求l所述的光电动势装置，其特征在于以至少光从形成有所述非周期的凹凸形状的所述第二非晶硅层一侧向所述结晶硅入射的方式构成。10.如权利要求1所述的光电动势装置，其特征在于所述结晶硅包括单晶硅基板。11.如权利要求l所述的光电动势装置，其特征在于所述第一非晶硅层和所述第二非晶硅层由非晶质硅构成。12.如权利要求1所述的光电动势装置，其特征在于，还包括相对于所述结晶硅，配置在与所述第一非晶硅层相反的一侧的第一导电型的第三非晶硅层；和配置在所述结晶硅与所述第三非晶硅层之间的实质真性的第四非晶硅层。13.如权利要求12所述的光电动势装置，其特征在于所述第三非晶硅层和所述第四非晶硅层由非晶质硅构成。14.一种光电动势装置的制造方法，其特征在于，包括形成第一导电型的结晶硅的工序，该第一导电型的结晶硅形成有面(111)露出在表面的多个平台部和连接相互邻接的所述平台部的台阶部；在所述结晶硅上形成实质真性的第一非晶硅层的工序；和在所述第一非晶质硅层上形成第二导电型的第二非晶硅层的工序，其中形成所述第一非晶硅层的工序包括在所述结晶硅和所述第一非晶硅层的界面处形成具有2nm以下的高度的非周期的凹凸形状的工序。15.如权利要求14所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于-所述结晶硅包括单晶硅基板。16.如权利要求15所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于形成所述第一非晶硅层的工序包括在所述单晶硅基板上形成外延生长的具有所述非周期的凹凸形状的外延层，并且在所述外延层上形成所述第一非晶硅层的工序。17.如权利要求14所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于形成所述第一非晶硅层的工序包括利用等离子体CVD法形成所述第一非晶硅层的工序。18.如权利要求17所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于形成所述第一非晶硅层的工序包括在硅烷气体的氢气的稀释率为5倍以下的条件下，利用等离子体CVD法形成所述第一非晶硅层的工序。19.如权利要求14所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于具有所述非周期的凹凸形状的结晶硅和所述第一非晶硅的界面的平均面，从所述结晶硅的(111)面倾斜规定的角度。20.如权利要求19所述的光电动势装置的制造方法，其特征在于所述平均面，在从所述结晶硅的平台部的(111)面露出的表面朝向所述台阶部的外表面的旋转方向上，从所述结晶硅的(111)面倾斜规定的角度。全文摘要本发明提供一种光电动势装置，该光电动势装置能够更加提高输出特性。该光电动势装置具有第一导电型的结晶硅；第二导电型的第一非晶硅层；和配置在结晶硅与第一非晶硅层之间的实质真性的第二非晶硅层，结晶硅在与第二非晶硅层的界面上形成有具有2nm以下的高度的非周期的凹凸形状。文档编号H01L31/0352GK101271930SQ200810086840公开日2008年9月24日申请日期2008年3月19日优先权日2007年3月19日发明者寺川朗申请人:三洋电机株式会社