光电转换元件的制作方法

文档序号:9439215阅读:644来源:国知局
光电转换元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及将光转换成电的光电转换元件相关。
【背景技术】
[0002] W往,公知了通过对单晶娃基板(100)面进行各向异性蚀刻来形成由(111)面引 起的金字塔形状的凹凸构造的光限制构造。根据该光限制构造,娃基板的表面的反射率降 低,所W能够增加短路电流。
[0003] 在日本特开2011-77240号公报中,记载了具备第1导电类型的单晶娃基板、在该 单晶娃基板表面隔着本征非晶娃层而形成的另一导电类型的非晶娃层、W及在该非晶娃层 上形成的透明导电膜的光伏发电装置。在该光伏发电装置中,关于单晶娃基板的设置有非 晶娃层的表面,W与近似直线的标准偏差低于1.Onm的方式来规定表面的凹凸。

【发明内容】

[0004] 在娃晶体系的光电转换元件中,由于表面的悬空键而少数载流子的寿命变短。因 此,在娃基板的表面形成纯化膜,抑制在表面的少数载流子的煙灭。 阳〇化]另一方面,如果在上述的凹凸构造上形成纯化膜,则在凹部附近对纯化膜施加强 的应力,纯化的效果降低。
[0006] 本发明的目的在于,提供一种通过使具有金字塔形状的凹凸构造的受光面均匀地 纯化来提高转换效率的光电转换元件。
[0007] 此处公开的光电转换元件是将光转换成电的光电转换元件,具备至少在一个面形 成有包括多个倾斜面的凹凸构造的娃基板。在与夹着所述凹凸构造的凹部且相邻的2个倾 斜面相交的线垂直的剖面中,在将所述2个倾斜面中的一方的切线与所述凹部的最深部的 切线相交的点、和所述2个倾斜面中的另一方的切线与所述凹部的最深部的切线相交的点 之间的距离设为底部宽度时,所述底部宽度为20nmW上。
[0008] 根据上述的结构,通过将底部宽度设为20nmW上,能够缓和从夹着凹部地相邻的 2个倾斜面施加的应力。因此,能够在具有金字塔形状的凹凸构造的受光面形成均匀的纯化 膜,能够提高光电转换元件的转换效率。
【附图说明】
[0009] 图1是示意地示出本发明的第1实施方式的光电转换元件的结构的剖视图。
[0010] 图2是示意地示出娃基板的凹凸构造的俯视图。
[0011] 图3是沿着图2的III-III线的剖视图,并且是凹部附近的剖面的TEM像。
[0012] 图4是用于说明底部宽度化的不意图。
[0013] 图5是用于说明底部宽度化的示意图,并且是示出在凹部没有平坦部分的情况的 图。
[0014] 图6A是用于说明本发明的第1实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0015] 图6B是用于说明本发明的第I实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0016] 图6C是用于说明本发明的第1实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0017] 图抓是用于说明本发明的第1实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。 阳0化]图7是在底部宽度化低于20皿的情况下的凹部附近的剖面的TEM像。
[0019] 图8是图7中的区域A的放大图。
[0020] 图9是示出本发明的第2实施方式的光电转换元件的概略结构的剖视图。
[0021] 图10是示出本发明的第3实施方式的光电转换元件的概略结构的剖视图。
[0022] 图IlA是用于说明本发明的第3实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0023] 图IlB是用于说明本发明的第3实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0024] 图IlC是用于说明本发明的第3实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0025] 图12是示出本发明的第4实施方式的光电转换元件的概略结构的剖视图。
[0026] 图13是示出本发明的第5实施方式的光电转换元件的概略结构的剖视图。
[0027] 图14是示出本发明的第6实施方式的光电转换元件的概略结构的剖视图。
[0028] 图15是从背面侧观察本发明的第6实施方式的光电转换元件的俯视图。
[0029] 图16A是用于说明本发明的第6实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0030] 图16B是用于说明本发明的第6实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0031] 图16C是用于说明本发明的第6实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0032] 图1抓是用于说明本发明的第6实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0033] 图16E是用于说明本发明的第6实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0034] 图16F是用于说明本发明的第6实施方式的光电转换元件的制造方法的一个例子 的图。
[0035] 图17是示出本发明的第7实施方式的光电转换元件的概略结构的剖视图。
[0036] 图18是实施例1的光电转换元件的凹凸构造的凹部附近的剖面TEM像。
[0037] 图19是比较例1的光电转换元件的凹凸构造的凹部附近的剖面TEM像。
[0038] 图20是示出反射率与底部宽度化的关系的示图。
[0039] 图21是示出短路电流密度Jsc与底部宽度化的关系的示图。
[0040] 图22是示出载流子寿命与底部宽度化的关系的示图。
[0041] 图23是示出开路电压Voc与底部宽度化的关系的示图。
[0042] 图24是示出串联电阻Rs与底部宽度化的关系的示图。
[0043] 图25是示出转换效率n与底部宽度化的关系的示图。
[0044] 图26是放大地示出图25的一部分的图。
[0045] 图27是示出倾斜角a与底部宽度化的关系的示图。
[0046] 图28是示出本实施方式的光电转换模块的结构的一个例子的概略图。
[0047] 图29是示出本实施方式的太阳能发电系统的结构的一个例子的概略图。
[0048] 图30是示出图29所示的光电转换模块阵列的结构的一个例子的概略图。
[0049] 图31是示出本实施方式的太阳能发电系统的结构的另一个例子的概略图。
[0050] 图32是示出本实施方式的太阳能发电系统的结构的另一个例子的概略图。
[0051] 图33是示出本实施方式的太阳能发电系统的结构的另一个例子的概略图。
【具体实施方式】
[0052] W下,参照附图,详细说明本发明的实施方式。对图中相同或者相当的部分,附加 相同符号而不重复其说明。此外,为了容易理解说明,在W下参照的附图中,简化或者示意 化地示出结构,或者省略一部分的结构部件。另外,各图所示的结构部件间的尺寸比不一定 表示实际的尺寸比。 阳〇5引[第1实施方式]
[0054] 图1是示意地示出本发明的第1实施方式的光电转换元件1的结构的剖视图。光 电转换元件1具备娃基板101、半导体层102和103、透明导电膜104和105、W及电极106 和107。下面,将电极106W及107的厚度方向称为Z方向,将与Z方向垂直的平面(xy平 面)称为基准面。 阳化日]娃基板101是导电类型为n型的单晶基板。娃基板101的厚度例如是80~200ym。 娃基板101的电阻率例如是1~4Qcm。
[0056] 在娃基板101的两面,形成了由多个倾斜面IOla构成的凹凸构造TX。凹凸构造 TX降低娃基板101的表面反射率。光电转换元件1通过凹凸构造TX,能够获取更多的光。
[0057] 在娃基板101的入射光的一侧的面(W下,称为受光面),依次形成了半导体层 102、透明导电膜104、W及电极106。在娃基板101的另一个面(W下,称为背面),依次形 成了半导体层103、透明导电膜105、W及电极107。
[0058] 半导体层102包括i型非晶质膜102i、W及n型非晶质膜10化。i型非晶质膜 102iW及n型非晶质膜10化覆盖娃基板101的受光面地依次形成。同样地,半导体层103 包括i型非晶质膜103i、W及P型非晶质膜10化。i型非晶质膜103iW及P型非晶质膜 10化覆盖娃基板101的背面地依次形成。
[0059] i型非晶质膜102iW及103i是实质上本征的、含有氨的非晶质半导体的膜。此 夕F,在本说明书中,设为在非晶质半导体中包括微晶半导体。微晶半导体是指在非晶质半导 体中析出的半导体晶体的平均粒径为1~50nm的半导体。
[0060] i型非晶质膜102iW及103i是例如i型非晶娃、i型非晶娃错、i型非晶质错、i 型非晶质碳化娃、i型非晶质氮化娃、i型非晶质氧化娃、i型非晶娃碳氧化物等的膜。i型 非晶质膜l〇2iW及103i的厚度例如是几A~25nm。
[0061] n型非晶质膜10化是导电类型为n型的、含有氨的非晶质半导体的膜。n型非晶 质膜10化例如含有憐来作为渗杂物。渗杂物浓度为例如1Xl〇is~1X1021畑13。n型非晶 质膜10化是例如n型非晶娃、n型非晶娃错、n型非晶质错、n型非晶质碳化娃、n型非晶质 氮化娃、n型非晶质氧化娃、n型非晶娃碳氧化物等的膜。n型非晶质膜10化的厚度例如是 2 ~SOnniD
[0062] P型非晶质膜10化是导电类型为P型的、含有氨的非晶质半导体的膜。P型非晶 质膜10化例如含有棚来作为渗杂物。渗杂物浓度为例如1Xl〇is~1X102Icm3。P型非晶 质膜10化是例如P型非晶娃、P型非晶娃错、P型非晶质错、P型非晶质碳化娃、P型非晶质 氮化娃、P型非晶质氧化娃、P型非晶娃碳氧化物等的膜。P型非晶质膜10化的厚度例如是 2 ~50nm。
[0063] i型非晶质膜102iW及103i如后面所述,作为娃基板101的纯化膜发挥功能。因 此,光电转换元件1优选具备i型非晶质膜l〇2iW及103i。但是,光电转换元件1也可W 不具备i型非晶质膜102iW及103i。
[0064] 半导体层102优选是i型非晶娃与n型非晶娃的组合。另外,半导体层103优选 是i型非晶娃与P型非晶娃的组合。
[0065] 透明导电膜104覆盖半导体层102地形成。透明导电膜105覆盖半导体层103地 形成。透明导电膜104W及105是例如透明导电性氧化物(TC0,TransparentConductive Oxide)。透明导电膜104W及105的厚度例如是50~lOOnm。
[0066] 此外,作为透明导电膜104W及105,优选采用铜锡氧化物(口0=IndiumTin Oxide)、Sn〇2、或者化0。
[0067] 在透明导电膜104上形成电极106,在透明导电膜105上形成电极107。电极106 W及107例如是揉进了银粉末等导电性填充物的树脂组成物。
[0068] 图2是示意地示出娃基板101的凹凸构造TX的俯视图。 W例凹凸构造TX包括多个凸部TXa。在图2所示的例子中,凸部TXa分别具有由4个 倾斜面IOla构成的金字塔形状。运样的凹凸构造TX如后面所述,例如能够通过对单晶娃 基板(100)面进行各向异性蚀刻来形成。根据该方法,形成由(111)面引起的相互对称的 倾斜面101a。
[0070] 此外,图2的凹凸构造TX只不过是示
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