专利名称：光电转换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光电转换装置。
背景技术：
近年来，作为全球变暖对策，发电时不排出二氧化碳的光电转换装置备受瞩目。作为上述光电转换装置的典型例子，已知使用单晶硅、多晶硅等结晶硅衬底的太阳能电池。在使用结晶硅衬底的太阳能电池中，广泛地使用具有所谓同质结(homojunction)的结构，其中在结晶硅衬底的一个面一侧通过扩散杂质来形成其导电型与该结晶娃衬底相反的层。另外，也已知如下结构，其中通过在结晶硅衬底的一个面上形成其光学带隙及导电型与该结晶娃衬底不同的非晶娃，来形成异质结(hetero junction)(参照专利文献1、2)。[专利文献I]日本专利申请公开平4-130671号公报[专利文献2]日本专利申请公开平10-135497号公报在上述具有异质结的太阳能电池中，形成有在一导电型的单晶半导体衬底和具有与该单晶半导体衬底相反的导电型的非晶半导体层之间插入有i型非晶半导体层的p-n结。上述p-n结区中的i型非晶半导体层的插入发挥在终结单晶半导体衬底的表面缺陷的同时形成陡峭的结合的效果，并有助于减少异质界面中的载流子复合。另一方面，作为窗口层设置的具有与该单晶硅衬底相反的导电型的非晶半导体层以及上述i型非晶半导体层成为光吸收损失的原因之一。虽然在窗口层中也产生光载流子，但是在窗口层内少数载流子易复合，因此能够作为电流取出的光载流子的大部分产生在与p-n结相反一侧的结晶硅衬底内的背面电极一侧。因此，在窗口层中被吸收的光实质上不被利用。此外，上述i型非晶半导体层因为是非晶所以导电率小，这也成为电阻损失的原因。
发明内容
因此，本发明的一个方式的目的之一是提供一种光吸收损失少的光电转换装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种电阻损失少的光电转换装置。本说明书所公开的本发明的一个方式是一种使用第一硅半导体层及第二硅半导体层的叠层形成窗口层的光电转换装置，第二硅半导体层的载流子浓度高于第一硅半导体层的载流子浓度，且具有开口部。在本说明书中公开的本发明的一个方式是一种光电转换装置，包括结晶硅衬底；形成在结晶娃衬底的一个面上的第一娃半导体层；形成在第一娃半导体层上的具有开口部的第二娃半导体层；形成在第一娃半导体层及第二娃半导体层上的透光导电膜；形成在透光导电膜上的重叠于第二硅半导体层的第一电极；形成在结晶硅衬底的另一个面上的第三硅半导体层；形成在第三硅半导体层上的第四硅半导体层；以及形成在第四硅半导体层上的第二电极。另外，本说明书等中的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混同而附加上的，不是用于限定顺序或数量。也可以在上述第四硅半导体层中形成有开口部，在第三硅半导体层及第四硅半导体层上形成有透光导电膜。此外，可以以重叠于第二硅半导体层的一部分的方式形成第一电极。在本说明书中公开的本发明的其他方式是一种光电转换装置，包括结晶硅衬底；形成在结晶娃衬底的一个面上的第一娃半导体层；形成在第一娃半导体层上的具有开口部的第一透光导电膜；形成在开口部中的接触于第一娃半导体层的第二娃半导体层；形成在第二硅半导体层上的第一电极；覆盖第一透光导电膜、第二硅半导体层及第一电极的第二透光导电膜；形成在结晶硅衬底的另一个面上的第三硅半导体层；形成在第三硅半导体层上的第四硅半导体层；以及形成在第四硅半导体层上的第二电极。在本说明书中公开的本发明的其他方式是一种光电转换装置，包括结晶硅衬底；形成在结晶娃衬底的一个面上的第一娃半导体层；形成在第一娃半导体层上的具有开口部的第二硅半导体层；重叠于第二硅半导体层上的第一电极；覆盖第一硅半导体层、第二硅半导体层及第一电极的透光薄膜 ；形成在结晶硅衬底的另一个面上的第三硅半导体层；形成在第三硅半导体层上的第四硅半导体层；以及形成在第四硅半导体层上的第二电极。优选上述结晶娃衬底的导电型为n型,第一娃半导体层及第二娃半导体层的导电型为P型，第三硅半导体层的导电型为i型或n型，第四硅半导体层的导电型为n型。优选第二硅半导体层的载流子浓度高于第一硅半导体层的载流子浓度，第四硅半导体层的载流子浓度高于第三硅半导体层的载流子浓度。通过使用本发明的一个方式，可以减少光电转换装置的窗口层中的光吸收损失。此外，可以减少光电转换装置的电阻损失。从而可以提供一种转换效率高的光电转换装置。
图1A及图1B是说明本发明的一个方式的光电转换装置的平面图及截面图；图2A及图2B是说明本发明的一个方式的光电转换装置的平面图及截面图；图3A及图3B是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图；图4A及图4B是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图；图5是说明本发明的一个方式的光电转换装置的平面图；图6是说明本发明的一个方式的光电转换装置的平面图；图7A至图7C是说明本发明的一个方式的光电转换装置的制造方法的工序截面图；图8A至图SC是说明本发明的一个方式的光电转换装置的制造方法的工序截面图；图9是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图；图1OA及图1OB是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图1lA至图1lC是说明本发明的一个方式的光电转换装置的制造方法的工序截面图；图12A至图12C是说明本发明的一个方式的光电转换装置的制造方法的工序截面图；图13是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图；图14A及图14B是说明本发明的一个方式的光电转换装置的截面图；图15A至图15C是说明本发明的一个方式的光电转换装置的制造方法的工序截面图；图16A至图16C是说明本发明的一个方式的光电转换装置的制造方法的工序截面图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。但是，本发明不局限于以下说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式和详细内容可以被变换为各种形式。此外，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。注意，在用于说明实施方式的所有附图中，使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，并省略其重复说明。实施方式I 在本实施方式中，对本发明的一个方式的光电转换装置及其制造方法进行说明。图1A是本发明的一个方式中的光电转换装置的平面图，图1B是沿着该平面图的线A1-A2的截面图。该光电转换装置包括结晶硅衬底100 ;形成在该结晶硅衬底的一个面上的第一硅半导体层110、第二硅半导体层120、透光导电膜150及第一电极170 ;以及形成在该结晶硅衬底的另一个面上的第三硅半导体层130、第四硅半导体层140及第二电极190。另外,第一电极170为栅网电极(grid electrode)并且第一电极170 —侧成为受光面。注意，图1A的平面图所示的第一电极170的形状只是一个例子而已，不局限于此。例如，为了将纵、横的各电极的一方用作母线电极并且将另一方用作指状电极，实施者可以任意设定纵、横的各电极的宽度、个数、间隔。此外，如图5所示，也可以减少第一电极170与第二硅半导体层120重叠的区域，以扩大受光区域。另外，图1B示出对结晶硅衬底100的表面及背面进行了凹凸加工的例子。在进行了凹凸加工的面上入射光多重反射，且在光电转换区内倾斜地行进，因此可以使光路长度增大。另外，也可以产生使背面反射光在表面全反射的所谓陷光效果(light trappingeffect) 0此外，为了防止第一电极170的扩宽或断开，也可以不对接触于第一硅半导体层110的结晶硅衬底100的一个区域进行凹凸加工，而将其形成为平坦的区域。作为结晶硅衬底100，可以使用具有一导电型的单晶硅衬底或多晶硅衬底。在本实施方式中，作为结晶硅衬底100使用具有n型导电型的单晶硅衬底。 在上述结构中，作为形成在结晶硅衬底100的一个面上的第一硅半导体层110及具有开口部的第二硅半导体层120可以使用p型硅半导体层。作为该p型硅半导体层例如可以使用包含硼、铝或镓等的赋予P型导电型的杂质及氢的硅半导体层。
另外，作为第一硅半导体层110可以使用其载流子浓度低于第二硅半导体层120的硅半导体层。为使上述结构清楚起见，在本说明书中，将第一硅半导体层110等载流子浓度相对低的P型半导体层的导电型称为P_型，而将第二硅半导体层120等载流子浓度相对高的P型半导体层的导电型称为P+型。此外，为了调整半导体层的载流子浓度，当利用等离子体CVD法等形成膜时改变掺杂气体的流量比率即可。通过提高掺杂气体(例如，乙硼烷、磷化氢等)在原料气体(例如，甲硅烷等)中所占的流量比率，可以使载流子浓度提高。或者，通过改变成膜压力、温度、电力密度等，也可以改变形成在半导体层中的杂质的活化率来调整载流子浓度。另外，作为本发明的一个方式中的？_型硅半导体层优选使用因杂质导致的局部能级少的非晶硅半导体层。该非晶硅半导体层的导电率在暗状态下为IXKTkiSA^i至I X 10 5S/cm,优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 6S/cm,更优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 7S/cm。另外，具有上述导电率(暗导电率)的非晶硅半导体层是通过故意地添加赋予P型导电型的杂质而被控制为P—型的非晶硅半导体层。另外，本发明的一个方式中的P+型硅半导体层的导电率在暗状态下优选大于I X 10 5S/cm。在使用p-n结的光电转换装置中，提高p-n结内的电场且提高扩散电位是提高电特性的一种手段。一般而言，通过使用载流子浓度高的P+型半导体或n+型半导体形成结合可以提高扩散电位。但是，P+型半导体及n+型半导体包含大量的赋予导电型的杂质，该杂质会增加局部能级。此外，因该局部能级促进界面能级的生成，所以在结合部近旁会诱发载流子复合。因此，只提高结合层的载流子浓度，不能实现光电转换装置的电特性的提高。另一方面，在本发明的一个方式的光电转换装置中，在结晶硅衬底100的一个面上层叠P_型硅半导体层和P+型硅半导体层。该P_型硅半导体层是包含氢的缺陷少的半导体层，在用作终结结晶硅衬底表面的缺陷的钝化层的同时，还用作形成扩散电位的接合层。另外，该P+型硅半导体层起进一步提高扩散电位的作用。通过形成这样的平缓的结合(n-p_-p+)，可以在提高扩散电位的同时尽量抑制因界面能级的影响导致的载流子复合。此外，在本发明的一个方式的光电转换装置中，在第二硅半导体层120中设置有开口部。因此，在开口部中，可以对光电转换区域的结晶硅衬底照射光，而不经过第二硅半导体层120。在现有的异质结型光电转换装置中，由于用来减少界面缺陷的钝化层和用来提高扩散电位的接合层的双方都层叠在光电转换区的整个区域，所以光吸收损失很明显。另一方面，在本发明的一个方式的光电转换装置中，由于在上述开口部中不发生因相当于接合层的第二硅半导体层120的光吸收，所以可以使光吸收损失极少。通过上述效果，尤其是可以提高光电转换装置的短路电流。另外，本发明的一个方式的光电转换装置也可以具有图2A所示的平面图及图2B所示的沿着该平面图的线B1-B2的截面图的结构。该光电转换装置与图1A、图1B所示的光电转换装置的不同之处在于减少了第二硅半导体层120的开口部，而其他结构都是相同的。此外，第二硅半导体层120的开口形状或开口面积不局限于图示的例子，可以自由地设
定。 另外，图2A的平面图所示的第一电极170的形状只是一个例子而已，不局限于此。例如，为了将纵、横的各电极的一方用作母线电极并且将另一方用作指状电极，实施者可以任意设定纵、横的各电极的宽度、个数、间隔。此外，如图6所示，也可以减少第一电极170与第二硅半导体层120重叠的区域，以扩大受光区域。通过采用上述结构，可以进一步提高扩散电位，并可以提高开放电压及曲线因子。此外，在图2A、图2B所示的光电转换装置中，由于第二硅半导体层120的一部分吸收光，所以与图1A、图1B所示的光电转换装置相比短路电流变小。因此，实施者根据用途适当地选择上述两种结构中的一种。作为形成在结晶硅衬底100的另一个面上的第三硅半导体层130及第四硅半导体层140可以使用n型硅半导体层。作为该n型硅半导体层例如可以使用包含磷、砷或锑等的赋予n型导电型的杂质及氢的硅半导体层。另外，作为第三硅半导体层130可以使用其载流子浓度低于第四硅半导体层140的硅半导体层。为使上述结构清楚起见，在本说明书中，将第三硅半导体层130等载流子浓度相对低的n型半导体层的导电型称为n_型，而将第四硅半导体层140等载流子浓度相对高的n型半导体层的导电型称为n+型。另外，作为本发明的一个方式中的n_型硅半导体层优选使用因杂质导致的局部能级少的非晶硅半导体层。该非晶硅半导体层是包含氢的缺陷少的半导体层，并可以用作终结结晶硅衬底100的表面缺陷的钝化层。该非晶硅半导体层的导电率在暗状态下为I X 10 9S/cm 至 I X 10 4S/cm,优选为 I X 10 8S/cm 至 I X 10 5S/cm,更优选为 I X 10 8S/cm 至I X 10 6S/cm。另外，具有上述导电率(暗导电率)的非晶硅半导体层是通过故意地添加赋予n型导电型的杂质而被控制为n_型的非晶硅半导体层。另外，本发明的一个方式中的n+型硅半导体层的导电率在暗状态下优选大于I X 10 4S/cm。此外，在n+型 硅半导体层的第四硅半导体层140与结晶硅衬底100之间隔着第三娃半导体层130形成n-n+结。换言之,第四娃半导体层140用作BSF(Back Surface Field 背面电场)层。由于该n-n+结，因该结合形成的电场少数载流子被反弹到p-n结一侧，因此可以防止在第二电极190近旁载流子复合。另外，在本发明的一个方式的光电转换装置中，第三硅半导体层130也可以为i型。在本实施方式中，i型半导体层是不故意添加赋予P型或n型的杂质的高电阻半导体层或者是通过故意添加赋予P型或n型的杂质来调整导电型的高电阻半导体层，是指其导电率(暗导电率)小于上述P—型硅半导体层及n_型硅半导体层的实质上i型的半导体层。作为透光导电膜150，例如可以使用铟锡氧化物、包含硅的铟锡氧化物、包含锌的氧化铟、氧化锌、包含镓的氧化锌、包含铝的氧化锌、氧化锡、包含氟的氧化锡、包含锑的氧化锡或石墨烯等。另外，透光导电膜不局限于单层，而也可以为不同膜的叠层。另外，第一电极170及第二电极190可以使用银、铝、铜等低电阻金属且通过溅射法或真空蒸镀法等来形成。或者，也可以通过丝网印刷法或喷墨法使用银膏或铜膏等导电树脂形成。另外，在本发明的一个方式的光电转换装置中，也可以如图3A、图3B所示那样采用只对表面和背面中的任一方进行凹凸加工的结构。在两面经过凹凸加工的光电转换装置中，可以得到光路长度增大等的光学效果，但是，由于结晶硅衬底的表面积增大，所以会导致表面缺陷的绝对量增大。因此，实施者应考虑光学效果与表面缺陷量的平衡以能够获得更好的电特性的方式决定结构。此外，本发明的一个方式的光电转换装置如图4A、图4B所示也可以采用将两面都用作受光面的结构，其中，在第三硅半导体层上形成具有开口部的第四硅半导体层140，在该第四硅半导体层上形成透光导电膜180，在该透光导电膜上形成栅网形状的第二电极190。接着，使用图7A至图8C说明图1A、图1B所示的光电转换装置的制造方法。作为能够用于本发明的一个方式中的结晶硅衬底100，可以使用具有n型导电型的单晶硅衬底或多晶硅衬底。对这些结晶硅衬底的制造方法没有特别的限制。在本实施方式中，作为结晶娃衬底100使用通过MCZ(Magnetic Czochralsk1:磁场直拉)法制造的表面为(100)面的单晶硅衬底。接着，对结晶娃衬底100的表面和背面进行凹凸加工(参照图7A)。另外，在此以上面所述的使用表面为(100)面的单晶硅衬底的情况为例，对凹凸的加工方法的一个例子进行说明。当作为结晶硅衬底100使用多晶硅衬底时，可以使用干蚀刻等进行凹凸加工。当初期的单晶硅衬底为仅经过切割加工的衬底时，通过湿蚀刻工序从单晶硅衬底的表面去除残留的10 至20 的损伤层。作为蚀刻液可以使用较高浓度的碱溶液，例如，10 %至50 %的氢氧化钠水溶液或相同浓度的氢氧化钾水溶液。或者,还可以使用将氢氟酸与硝酸混合了的混合酸或对该混合酸混合了醋酸的混合酸。接着，通过酸清洗去除付着于去除了损伤层之后的单晶硅衬底表面的杂质。作为酸，例如可以使用0. 5%氢氟酸与1%过氧化氢的混合液(FPM)等。或者也可以进行RCA清洗等。另外，也可以省略该酸 清洗工序。在对结晶硅的利用碱溶液的蚀刻中，利用相对于面方位的蚀刻速度的不同来形成凹凸。作为蚀刻液可以使用较低浓度的碱溶液，例如I %至5 %的氢氧化钠水溶液或相同浓度的氢氧化钾水溶液，优选添加有几％的异丙醇。将蚀刻液的温度设定为70°C至90°C，将单晶硅衬底浸溃于蚀刻液中30分钟至60分钟。通过该处理，可以在单晶硅衬底表面形成由微细的大致为四角锥形的多个凸部及由相邻的凸部之间形成的凹部构成的凹凸。接着，由于在上述形成凹凸的蚀刻工序中在硅的表层形成有不均匀的氧化层，所以去除该氧化层。另外，由于该氧化层中容易残存碱溶液的成分，所以去除残存的碱溶液成分也是目的之一。当碱金属例如Na离子、K离子侵入到硅中时硅的寿命发生劣化，导致光电转换装置的电特性明显下降。另外，可以使用1%至5%的稀氢氟酸去除该氧化层。接着，优选使用混合了氢氟酸和硝酸的混合酸或对该混合酸混合了醋酸的混合酸对单晶硅衬底的表面进行蚀刻，来去除金属成分等杂质。通过混合醋酸，可以维持硝酸的氧化力且使蚀刻工序稳定并能够调节蚀刻速度。例如，可以将各酸的体积比例设定为氢氟酸(大约50%):硝酸(60%以上)醋酸(90%以上)=1: (1. 5至3) (2至4)。另夕卜，在本说明书中，将氢氟酸、硝酸及醋酸的混合酸液称为氢氟硝醋酸(HF-nitric-aceticacid)。另外，在使用该氢氟硝醋酸的蚀刻工序中，凸部的顶点的截面中的角度变大而表面积减小，由此可以降低表面缺陷的绝对量。另外，当进行使用该氢氟硝醋酸的蚀刻时，可以省略上述使用稀氢氟酸去除氧化层的工序。根据上述工序可以在结晶硅衬底100的单晶硅衬底表面形成凹凸。
另外，如图3A、图3B所示，当只对结晶硅衬底100的一个面进行凹凸加工时，在进行上述凹凸加工工序之前，在结晶硅衬底100的一个面设置碱耐受性及酸耐受性强的树脂膜，在上述凹凸加工工序之后去除该树脂膜即可。接着，在经过水清洗等适当的清洗后，利用等离子体CVD法在结晶硅衬底100的与受光面相反一侧的表面上形成第三娃半导体层130。第三娃半导体层130的厚度优选为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第三硅半导体层130为n_型的非晶硅，其膜厚度为 5nm。作为第三娃半导体层130的成膜条件,例如可以将甲娃烧氢基磷化氢(0. 5% )=1 (0.3至小于I)的流量比例的原料气体引入反应室，将反应室内的压力设定为IOOPa以上且200Pa以下，将电极间隔设定为IOmm以上且40mm以下，并将以阴极的面积为基准的电力密度设定为8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并将衬底温度设定为150°C以上且300°C以下。接着，在第三硅半导体层130上形成第四硅半导体层140(参照图3B)。优选将第四娃半导体层140的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第四娃半导体层140为n+型非晶硅，其膜厚度为10nm。作为第四硅半导体层140的成膜条件，例如可以将甲硅烷氢基磷化氢(0. 5% )=1 (I至15)的流量比例的原料气体引入反应室，将反应室内的压力设定为IOOPa以上且200Pa以下，将电极间隔设定为IOmm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设定为8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并将衬底温度设定为150°C以上且300°C以下。接着，利用等离子体CVD法在结晶硅衬底100的成为受光面一侧的表面上形成第一硅半导体层110 (参照图7B)。优选将第一硅半导体层110的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第一娃半导体层110为p_型非晶娃,其膜厚度为5nm。作为第一硅半导体层HO的成膜条件，例如可以将甲硅烷氢基乙硼烷(0. 1% )=I (0.01至小于I)的流量比例的原料气体引入反应室，将反应室内的压力设定为IOOPa以上且200Pa以下，将电极间隔设定为IOmm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设定为8mW/cm2以上且120mW/cm2以下，并将衬底温度设定为150°C以上且300°C以下。接着，在第一硅半导体层110上形成具有开口部的掩模200。通过剥离(lift-off)法利用该掩模形成第二硅半导体层120。优选使用光致抗蚀剂或氧化硅等无机材料形成该掩模。在本实施方式中，利用溅射法等成膜方法形成氧化硅层，利用光刻法、蚀刻法等已知的方法形成掩模200 (参照图7C)。接着，在掩模200及第一娃半导体层110上形成具有p型导电型的娃半导体膜120a(参照图8A)。优选将硅半导体膜120a的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，硅半导体膜120a为P+型非晶硅，其膜厚度为10nm。作为硅半导体膜I2Oa的成膜条件，例如可以将甲硅烷氢基乙硼烷(0.1 % )=I (I至20)的流量比例的原料气体引入反应室，将反应室内的压力设定为IOOPa以上且200Pa以下，将电极间隔设定为8mm以上且40mm以下，将以阴极的面积为基准的电力密度设定为8mW/cm2以上且50mW/cm2以下，并将衬底温度设定为150°C以上且300°C以下。
接着，使用稀氢氟酸或氢氟酸和氟化铵的混合液的缓冲氢氟酸同时去除掩模200及多余的硅半导体膜120a，以形成第二硅半导体层120 (参照图SB)。另外,虽然在本实施方式中作为第一娃半导体层110、第二娃半导体层120、第三硅半导体层130及第四硅半导体层140的成膜时使用的电源使用频率为13. 56MHz的RF电源，但是也可以使用27. 12MHz,60MHz或IOOMHz的RF电源。此外，除了通过连续放电，还可以通过脉冲放电进行成膜。通过进行脉冲放电，可以提高膜质量并减少在气相中产生的粒子。此外，设置于结晶硅衬底100的表面和背面上的膜的形成顺序不限于上述方法，只要能形成图8B所示的结构即可。例如，也可以在形成第三硅半导体层130之后形成第一娃半导体层110。接着,在第二娃半导体层120上形成透光导电膜150。该透光导电膜例如可以利用溅射法等使用上述材料形成。优选将其厚度设定为IOnm以上且IOOOnm以下。接着，在第四硅半导体层140上形成第二电极190。第二电极190可以使用银、铝、铜等低电阻金属且通过溅射法或真空蒸镀法等来形成。或者，也可以使用丝网印刷法或喷墨法且利用银膏、铜膏导电树脂来形成。接着，在透光导电膜150上重叠于第二娃半导体层120地形成第一电极170 (参照图SC)。第一电极170为栅网电极，优选使用银膏、铜膏、镍膏、钥膏等导电树脂且利用丝网印刷法或喷墨法形成。另外，第一电极170也可以为通过层叠银膏和铜膏等来形成的不同材料的叠层。
另外，为了制造图2A、图2B所示的光电转换装置，可以以第一电极170与第二硅半导体层120的一部分重叠的方式使它们的形状彼此不同地形成。另外，为了形成图4A及图4B的结构的光电转换装置，在形成第三硅半导体层130之后，根据图7C至图SC所示的第二硅半导体层120、透光导电膜150、第一电极170的形成方法形成第四硅半导体层140、透光导电膜180、第二电极190，即可。通过上述步骤，可以制造本发明的一个方式的光吸收损失及电阻损失少的光电转
换装置。本实施方式可以与其他实施方式自由地组合。实施方式2在本实施方式中，说明与实施方式I所示的光电转换装置不同的结构的光电转换装置。此外，关于与实施方式I共通的部分，在本实施方式中省略其详细说明。图9是本发明的一个方式中的光电转换装置的截面图。该光电转换装置包括其表面被凹凸加工的结晶娃衬底300 ;形成在该结晶娃衬底的一个面上的第一娃半导体层310 ;形成在该第一硅半导体层上的具有开口部的第一透光导电膜410 ;形成在该开口部中的第二硅半导体层320 ;形成在该第二硅半导体层上的第一电极370 ；以及覆盖形成在该结晶硅衬底的一个面上的上述叠层膜的第二透光导电膜420。此外，该光电转换装置包括形成在该结晶硅衬底的另一个面上的第三硅半导体层330 ;形成在该第三硅半导体层上的第四硅半导体层340;以及形成在该第四硅半导体层上的第二电极390。此外，第一电极370为栅网电极并且第一电极370 —侧成为受光面。另外，也可以如图1OA所示那样采用只对表面和背面中的任一方进行凹凸加工的结构。此外，为了防止第一电极370的扩宽或断开，也可以不对接触于第一硅半导体层310的结晶硅衬底300的一个区域进行凹凸加工，而将其形成为平坦的区域。另外，如图1OB所示，也可以为将两面都用作受光面的结构，其中，在第三硅半导体层330上形成具有开口部的第三透光导电膜430，在该开口部中形成第四硅半导体层340，在该第四硅半导体层上形成第二电极390，形成覆盖形成在该结晶硅衬底的另一个面上的上述叠层膜的第四透光导电膜440。在上述结构中，作为形成在结晶硅衬底300的一个面上的第一硅半导体层310及第二硅半导体层320可以使用p型硅半导体层。作为该p型硅半导体层例如可以使用包含硼、铝或镓等的赋予P型导电型的杂质及氢的硅半导体层。另外，作为第一硅半导体层310可以使用其载流子浓度低于第二硅半导体层320的硅半导体层。换言之，作为第一硅半导体层310可以使用具有p—型的导电型的硅半导体层，且作为第二硅半导体层320可以使用具有P+型的导电型的硅半导体层。另外，作为本发明的一个方式中的？_型硅半导体层优选使用因杂质导致的局部能级少的非晶硅半导体层。该非晶硅半导体层的导电率在暗状态下为IXKTkiSA^i至I X 10 5S/cm,优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 6S/cm,更优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 7S/cm。另外，本发明的一个方式中的P+型硅半导体层的导电率在暗状态下优选大于I X 10 5S/cm。作为形成在结晶娃衬底300的另一个面上的第三娃半导体层330及第四娃半导体层340可以使用n型硅半导体层。作为该n型硅半导体层例如可以使用包含磷、砷或锑等的赋予n型导电型的杂质及氢的硅半导体层。
另外，作为第三硅半导体层330可以使用其载流子浓度低于第四硅半导体层340的硅半导体层。换言之，作为第三硅半导体层330可以使用具有n_型的导电型的硅半导体层，且作为第四硅半导体层340可以使用n+型的导电型的硅半导体层。另外，作为本发明的一个方式中的n_型硅半导体层优选使用因杂质导致的局部能级少的非晶硅半导体层。该非晶硅半导体层的导电率在暗状态下为lX10_9S/cm至I X 10 4S/cm,优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 5S/cm,更优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 6S/cm。另外，本发明的一个方式中的n+型硅半导体层的导电率在暗状态下优选大于I X 10 4S/cm。作为第一至第四透光导电膜410、420、430、440，例如可以使用铟锡氧化物、包含娃的铟锡氧化物、包含锌的氧化铟、氧化锌、包含镓的氧化锌、包含铝的氧化锌、氧化锡、包含氟的氧化锡、包含锑的氧化锡或石墨烯等。另外，透光导电膜不局限于单层，而也可以为不同膜的叠层。另外，第一电极370及第二电极390可以使用银、铝、铜等低电阻金属且通过溅射法或真空蒸镀法等来形成。或者，也可以通过丝网印刷法或喷墨法使用银膏或铜膏等导电树脂形成。具有上述结构的本实施方式中的光电转换装置具有如下结构，即与实施方式I所说明的光电转换装置同样形成平缓的结合(n-p_-p+)，在提高扩散电位的同时可以尽量抑制因界面能级的影响导致的载流子复合。因此，尤其是可以提高开放电压及曲线因子。另外，在本实施方式的光电转换装置中，在第一透光导电膜410的开口部形成有第二硅半导体层320，由于不会发生由第二硅半导体层320引起的光吸收，所以可以使光吸收损失极少。接着，参照图1lA至图1lC及图12A至图12C说明图9所示的光电转换装置的制
造方法。作为能够用于本发明的一个方式中的结晶硅衬底300，可以使用具有n型导电型的单晶硅衬底或多晶硅衬底。接着，根据说明实施方式I的图7A的方法对结晶硅衬底300的表面及背面进行凹凸加工(参照图11A)。接着，利用等离子体CVD法在结晶硅衬底300的成为与受光面相反一侧的表面上形成第三娃半导体层330。优选将第三娃半导体层330的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第三硅半导体层330为n_型非晶硅，其膜厚度为5nm。作为第三硅半导体层330的成膜条件，可以参照实施方式I所说明的第三硅半导体层130的成膜条件。接着，在第三硅半导体层330上形成第四硅半导体层340。优选将第四硅半导体层340的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第四娃半导体层340为n+型非晶硅，其膜厚度为10nm。作为第四硅半导体层340的成膜条件，可以参照实施方式I所说明的第四硅半导体层140的成膜条件。接着，利用等离子体CVD法在结晶硅衬底300的成为受光面一侧的表面上形成第一硅半导体层 310 (参照图11B)。优选将第一硅半导体层310的厚度设定为3nm以上且50nm以下,在本实施方式中，第一娃半导体层310为p.型非晶娃,其膜厚度为5nm。作为第一娃半导体层310的成膜条件,可以参照实施方式I所说明的第一娃半导体层110的成膜条件。接着，在第一硅半导体层310上形成具有开口部的第一透光导电膜410(参照图11C)。该透光导电膜的开口部在成膜后利用光蚀刻法、蚀刻法等已知的方法形成或者利用使用金属掩模的成膜或剥离法等形成。此外，该透光导电膜的成膜优选使用溅射法。接着，在第一硅半导体层310及第一透光导电膜410上形成具有p型导电型的硅半导体膜320a (参照图12A)。优选将硅半导体膜320a的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，娃半导体膜320a为P+型非晶娃,其膜厚度为10nm。作为硅半导体膜320a的成膜条件，可以参照实施方式I所说明的硅半导体膜120a的成膜条件。此外，设置于结晶硅衬底300的表面和背面上的膜的形成顺序不限于上述方法，只要能形成图12A所示的结构即可。例如，也可以在形成第三硅半导体层330之后形成第一娃半导体层310。接着，在硅半导体膜320a上形成第一电极370。此时，第一电极370优选根据形成在第一透光导电膜410中的开口部的形状形成。第一电极370的形成方法可以参照实施方式I的第一电极170的形成方法。而且，将第一电极370用作掩模，利用已知的方法去除多余的硅半导体膜320a，形成第二硅半导体层320 (参照图12B)。接着，在第四硅半导体层340上形成第二电极390。第二电极390的形成方法可以参照实施方式I的第二电极190的形成方法。接着，以覆盖形成在第一透光导电膜410上的上述叠层的方式形成第二透光导电膜420(参照图12C)。第二透光导电膜420利用溅射法等形成即可。通过上述步骤，可以制造本发明的一个方式的光吸收损失及电阻损失少的光电转
换装置。本实施方式可以与其他实施方式自由地组合。实施方式3在本实施方式中，说明与实施方式I及2所示的光电转换装置不同的结构的光电转换装置。此外，关于与实施方式I及2共通的部分，在本实施方式中省略其详细说明。图13是本发明的一个方式中的光电转换装置的截面图。该光电转换装置包括其表面被凹凸加工过的结晶娃衬底500 ;形成在该结晶娃衬底的一个面上的第一娃半导体层510 ;形成在该第一娃半导体层上的具有开口部的第二娃半导体层520 ;形成在该第二娃半导体层上的第一电极570;以及覆盖形成在该结晶硅衬底的一个面上的上述叠层膜的透光薄膜610。此外，该光电转换装置包括形成在该结晶硅衬底的另一个面上的第三硅半导体层530 ;形成在该第三硅半导体层上的第四硅半导体层540 ;以及形成在该第四硅半导体层上的第二电极590。此外,第一电极570为栅网电极并且第一电极570 —侧成为受光面。另外，也可以如图14A所示那样采用只对表面和背面中的一方进行凹凸加工的结构。此外，为了防止第一电极570的扩宽或断开，也可以不对接触于第一硅半导体层510的结晶硅衬底500的一个区域进行凹凸加工，而将其形成为平坦的区域。另外，如图14B所示，也可以为将两面都用作受光面的结构，其中，在第三硅半导体层530上形成具有开口部的第四硅半导体层540，在该第四硅半导体层上形成第二电极590，形成覆盖形成在该结晶硅衬底的另一个面上的上述叠层膜的透光导电膜630。在上述结构中，作为形成在结晶硅衬底500的一个面上的第一硅半导体层510及第二硅半导体层520可以使用p型硅半导体层。作为该p型硅半导体层例如可以使用包含硼、铝或镓等的赋予P型导电型的杂质及氢的硅半导体层。另外，作为第一硅半导体层510可以使用其载流子浓度低于第二硅半导体层520的硅半导体层。换言之，作为第一硅半导体层510可以使用具有p—型的导电型的硅半导体层，且作为第二硅半导体层520可以使用P+型的导电型的硅半导体层。另外，作为本发明的一个方式中的？_型硅半导体层优选使用因杂质导致的局部能级少的非晶硅半导体层。该非晶硅半导体层的导电率在暗状态下为IXKTkiSA^i至I X 10 5S/cm,优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 6S/cm,更优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 7S/cm。另外，本发明的一个方式中的P+型硅半导体层的导电率在暗状态下优选大于I X 10 -5S/cm。另外，作为形成在结晶硅衬底500的另一个面上的第三硅半导体层530及第四硅半导体层540可以使用n型硅半导体层。作为该n型硅半导体层例如可以使用包含磷、砷或锑等的赋予n型导电型的杂质及氢的硅半导体层。另外，作为第三硅半导体层530可以使用其载流子浓度低于第四硅半导体层540的硅半导体层。换言之，作为第三硅半导体层530可以使用具有n_型的导电型的硅半导体层，且作为第四硅半导体层540可以使用n+型的导电型的硅半导体层。
另外，作为本发明的一个方式中的n_型硅半导体层优选使用因杂质导致的局部能级少的非晶硅半导体层。该非晶硅半导体层的导电率在暗状态下为lX10_9S/cm至I X 10 4S/cm,优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 5S/cm,更优选为 1X10 9S/cm 至 1X10 6S/cm。另外，本发明的一个方式中的n+型硅半导体层的导电率在暗状态下优选大于I X 10 4S/cm。作为透光薄膜610可以使用氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅(SiNx0y(x >y >0))膜、氧氮化硅(SiOxNyU >y>0))膜、氧化铝膜等绝缘膜。通过设置透光薄膜610，可以减少第一硅半导体层510的表面近旁的少数载流子的复合。此外，透光薄膜610也可以用作抗反射膜。另外，为在第一电极570与布线等连接的部分透光薄膜610被去除的结构。第一电极570及第二电极590可以利用丝网印刷法或喷墨法等使用银膏、铜膏等导电树脂形成。此外，也可以利用溅射法或真空蒸镀法等使用银、铝、铜等低电阻金属形成。在此，第一·电极570的宽度优选为IOOiim以下，更优选为50 iim以下。此外，形成第一电极570的间隔为500 iim以下，优选为100 y m以下，更优选为50iim以下。像这样，通过使第一电极570的宽度窄且间隔短，可以抑制光载流子的损失。换言之，与实施方式I或2所说明的光电装换装置不同，可以不设置透光导电膜。另外，图14A及图14B中的第二电极590也是同样的。具有上述结构的本实施方式中的光电转换装置具有如下结构，即与实施方式I或2所说明的光电转换装置同样形成平缓的结合(n-p--p+)，在提高扩散电位的同时可以尽量抑制因界面能级的影响导致的载流子复合。因此，尤其是可以提高开放电压及曲线因子。另外，在本实施方式的光电转换装置中，第二硅半导体层520具有开口部，在该开口部中，由于不会发生由第二硅半导体层520引起的光吸收，所以可以使光吸收损失极少。此外，由于不形成透光导电膜，所以可以消除因该透光导电膜引起的光吸收损失的影响。接着，参照图15A至图15C及图16A至图16C说明图13所示的光电转换装置的制造方法。作为能够用于本发明的一个方式中的结晶硅衬底500，可以使用具有n型导电型的单晶硅衬底或多晶硅衬底。接着，根据说明实施方式I的图7A的方法对结晶硅衬底500的表面及背面进行凹凸加工(参照图15A)。接着，利用等离子体CVD法在结晶硅衬底500的成为与受光面相反一侧的表面上形成第三娃半导体层530。优选将第三娃半导体层530的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第三娃半导体层530为n_型非晶娃,其膜厚度为5nm。作为第三硅半导体层530的成膜条件，可以参照实施方式I所说明的第三硅半导体层130的成膜条件。接着，在第三硅半导体层530上形成第四硅半导体层540。优选将第四硅半导体层540的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，第四娃半导体层540为n+型非晶硅，其膜厚度为10nm。作为第四硅半导体层540的成膜条件，可以参照实施方式I所说明的第四硅半导体层140的成膜条件。接着，利用等离子体CVD法在结晶硅衬底500的成为受光面一侧的表面上形成第一娃半导体层510(参照图15B)。优选将第一娃半导体层510的厚度设定为3nm以上且50nm以下,在本实施方式中，第一娃半导体层510为p.型非晶娃,其膜厚度为5nm。作为第一娃半导体层510的成膜条件,可以参照实施方式I所说明的第一娃半导体层110的成膜条件。接着，在第一硅半导体层510上形成具有开口部的掩模600。通过剥离法利用该掩模形成第二硅半导体层520。优选使用光致抗蚀剂或氧化硅等无机材料形成该掩模。在本实施方式中，利用溅射法等成膜方法形成氧化硅层，利用光刻法、蚀刻法等已知的方法形成掩模600 (参照图15C)。接着，在掩模600及第一娃半导体层510上形成具有p型导电型的娃半导体膜520a。优选将娃半导体膜520a的厚度设定为3nm以上且50nm以下。在本实施方式中，娃半导体膜520a为P+型非晶硅，其膜厚度为10nm。接着，在掩模600的开口部且在硅半导体膜520a上形成导电层570a(参照图16A)。该导电层可以利用丝网印刷法或喷墨法等使用银膏、铜膏等导电树脂形成。此外，也可以利用溅射法或真空蒸镀法等使用银、铝、铜等低电阻金属形成。接着，使用稀氢氟酸或氢氟酸及氟化铵的混合液的缓冲氢氟酸同时去除掩模600及多余的硅半导体膜520a，来形成第二硅半导体层520 (参照图16B)。接着，以覆盖第一娃半导体层510、第二娃半导体层520及第一电极570的方式形成透光薄膜610。作为该透光薄膜可以使用通过等离子体CVD法或溅射法形成的厚度为50nm以上且IOOnm以下的氧化娃膜或氮化娃膜。在本实施方式中，使用50nm的氮化娃膜作为透光薄膜610。接着，在第四硅半导 体层540上形成第二电极590。第二电极590的形成方法可以参照实施方式I所说明的第二电极190的形成方法。通过上述步骤，可以制造本发明的一个方式的光吸收损失及电阻损失少的光电转
换装置。本实施方式可以与其他实施方式自由地组合。
权利要求
1.一种光电转换装置，包括结晶娃衬底；形成在所述结晶娃衬底的一个面上的第一娃半导体层，该第一娃半导体层具有P型导电性；部分地形成在所述第一硅半导体层上的第二硅半导体层，该第二硅半导体层具有P型导电性；所述第二硅半导体层上的第一透光导电膜；以及所述第一透光导电膜上的第一电极，其中，所述第一电极部分地重叠于所述第二硅半导体层，并且，所述第一硅半导体层包括不重叠于所述第二硅半导体层及所述第一电极的部分。
2.根据权利要求1所述的光电转换装置，还包括所述结晶硅衬底下的第三硅半导体层，该第三硅半导体层具有η型导电性或i型导电所述第三硅半导体层下的第四硅半导体层，该第四硅半导体层具有η型导电性；以及所述第四硅半导体层下的第二电极。
3.根据权利要求1所述的光电转换装置，还包括所述结晶硅衬底下的第三硅半导体层，该第三硅半导体层具有η型导电性或i型导电所述第三硅半导体层下的第四硅半导体层，该第四硅半导体层部分地重叠于所述第三硅半导体层并具有η型导电性；所述第四硅半导体层下的第二透光导电膜；以及所述第二透光导电膜下的第二电极，其中所述第二电极部分地重叠于所述第四硅半导体层，并且所述第三硅半导体层包括不重叠于所述第四硅半导体层及所述第二电极的部分。
4.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中所述一个面和与所述一个面相反的面中的至少一个具有多个凸部。
5.根据权利要求1所述的光电转换装置，其中所述第二硅半导体层具有比所述第一硅半导体层高的载流子浓度。
6.根据权利要求3所述的光电转换装置，其中所述第四硅半导体层具有比所述第三硅半导体层高的载流子浓度。
7.一种光电转换装置，包括结晶娃衬底；形成在所述结晶娃衬底的一个面上的第一娃半导体层，该第一娃半导体层具有P型导电性；具有第一开口且形成在所述第一硅半导体层上的第一透光导电膜；形成在第一开口中且接触于所述第一硅半导体层的第二硅半导体层，该第二硅半导体层具有P型导电性；所述第二硅半导体层上的第一电极；以及所述第一电极上的第二透光导电膜，其中，所述第一电极部分地重叠于所述第二硅半导体层，以使所述第一透光导电膜不被所述第一电极覆盖。
8.根据权利要求7所述的光电转换装置，还包括所述结晶硅衬底下的第三硅半导体层，该第三硅半导体层具有η型导电性或i型导电所述第三硅半导体层下的第四硅半导体层，该第四硅半导体层具有η型导电性；以及所述第四硅半导体层下的第二电极。
9.根据权利要求7所述的光电转换装置，还包括所述结晶硅衬底下的第三硅半导体层，该第三硅半导体层具有η型导电性或i型导电具有第二开口且形成在所述第三硅半导体层下的第三透光导电膜；形成在所述第二开口中且接触于所述第三硅半导体层的第四硅半导体层，该第四硅半导体层具有η型导电性；所述第四硅半导体层下的第二电极；以及所述第二电极下的第四透光导电膜，其中所述第二电极部分地重叠于所述第四硅半导体层，以使所述第一透光导电膜不被所述第一电极覆盖。
10.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中所述一个面和与所述一个面相反的面中的至少一个具有多个凸部。
11.根据权利要求7所述的光电转换装置，其中所述第二硅半导体层具有比所述第一硅半导体层高的载流子浓度。
12.根据权利要求9所述的光电转换装置，其中所述第四硅半导体层具有比所述第三硅半导体层高的载流子浓度。
13.一种光电转换装置，包括结晶娃衬底；形成在所述结晶娃衬底的一个面上的第一娃半导体层，该第一娃半导体层具有P型导电性；部分地形成在所述第一硅半导体层上的第二硅半导体层，该第二硅半导体层具有P型导电性；所述第二硅半导体层上的第一电极；以及所述第一电极上的第一透光薄膜，其中，所述第一电极部分地重叠于所述第二硅半导体层，以使所述第一电极不接触于所述第一娃半导体层。
14.根据权利要求13所述的光电转换装置，还包括所述结晶硅衬底下的第三硅半导体层，该第三硅半导体层具有η型导电性或i型导电所述第三硅半导体层下的第四硅半导体层，该第四硅半导体层具有η型导电性；以及所述第四硅半导体层下的第二电极。
15.根据权利要求13所述的光电转换装置，还包括所述结晶硅衬底下的第三硅半导体层，该第三硅半导体层具有η型导电性或i型导电所述第三硅半导体层下的第四硅半导体层，该第四硅半导体层部分地重叠于所述第三硅半导体层并具有η型导电性；所述第四硅半导体层下的第二电极；以及所述第二电极下的第二透光薄膜，其中所述第二电极部分地重叠于所述第四硅半导体层，以使所述第二电极不接触于所述第三娃半导体层。
16.根据权利要求13所述的光电转换装置，其中所述一个面和与所述一个面相反的面中的至少一个具有多个凸部。
17.根据权利要求13所述的光电转换装置，其中所述第二硅半导体层具有比所述第一硅半导体层高的载流子浓度。
18.根据权利要求15所述的光电转换装置，其中所述第四硅半导体层具有比所述第三硅半导体层高的载流子浓度。
全文摘要
本发明的一个方式提供一种提高了电特性的光电转换装置。本发明的一个方式是一种光电转换装置，其中在结晶硅衬底的一个面上使用第一硅半导体层及第二硅半导体层的叠层形成窗口层，第二硅半导体层的载流子浓度高于第一硅半导体层的载流子浓度且具有开口部。在该开口部中，由于光不经过第二硅半导体层地照射到第一硅半导体层，所以可以减少窗口层中的光吸收损失。
文档编号H01L31/068GK103035753SQ201210367388
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年10月5日
发明者广濑贵史, 楠木直人 申请人:株式会社半导体能源研究所