专利名称：太阳能电池装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及通过提高硅太阳能电池装置的开路端电压，实现高变换效率的硅太阳能电池装置及其制造方法。
图10是表示现有技术的太阳能电池装置102的结构的剖视图。
太阳能电池装置102，是在作为透明玻璃基片的绝缘性基片10的表面上形成透明氧化物电极12，同时在该透明氧化物电极12的表面上依次叠合p型半导体层18，缓冲层20，本征半导体层22，n型半导体层24，金属电极26而形成多层结构。
绝缘性基片10，把从未形成透明氧化物电极12的一侧表面(图面的下侧)入射的光传达到透明氧化物电极12。
透明氧化物电极12，是为了经由绝缘性基片10把入射的光(主要是太阳光)引导到p型半导体层18并经由缓冲层20引导到本征半导体层22，同时保持与p型半导体层18的欧姆接触而形成的。
p型半导体层18，是为了把由入射光在本征半导体层22中产生的电荷载体引导到透明氧化物电极12而设置的由p型半导体组成的层。缓冲层20，具有防止在p型半导体层18中包含的掺杂物(硼)混入本征半导体层22而使其禁带宽度狭窄化的缓冲层的作用。本征半导体层22，是由吸收入射光而产生电荷载体用的本征半导体形成的层。n型半导体层24，是为了把在本征半导体层22中生成的电荷载体引导到金属电极26而设置的由n型半导体组成的层。在金属电极26上连接取出电动势用的配线。
下面用图11至图15就上述现有技术的太阳能电池装置的制造方法进行说明。
首先，为了在绝缘性基片10上形成透明氧化物电极12，在氧化锡形成之后，在其整个表面上涂布感光性树脂13。然后用规定的掩模对该感光性树脂13进行曝光和显像处理，在成为太阳能电池装置102的区域里保留感光性树脂13。
接着，如图11中所示，以该感光性树脂13为刻蚀掩模，把碘化氢(HI)和氩(Ar)用作原料气体，用反应性离子刻蚀装置对透明氧化物电极12进行刻蚀。然后，如果去除感光性树脂13，则成为如图12中所示在绝缘性基片10的整个表面上设置透明氧化物电极12的状态。
接着，如图13中所示，通过等离子体CVD(化学气相沉积)法在绝缘性基片10的整个表面上形成p型半导体层18，以便覆盖透明氧化物电极12。此时，作为原料气体，使用甲硅烷(SiH4)和硼烷(B2H6)。此外，同时引入甲烷气体(CH4)进行p型半导体层18的碳化硅化，借此防止其禁带宽度的狭窄化，同时防止光变换效率的降低。接着在p型半导体层18的整个表面上叠合形成缓冲层20。这些通过使用甲硅烷(SiH4)和甲烷气体(CH4)的等离子体CVD法来进行。接着，在缓冲层20的整个表面上形成本征半导体层22。这些也是通过作为原料气体使用甲硅烷(SiH4)的等离子体CVD法来进行。
进而，如图14中所示，在本征半导体层22的整个表面上形成n型半导体层24。这些通过作为原料气体使用甲硅烷(SiH4)和磷化氢(PH3)等离子体CVD法来进行。然后，通过溅射法在n型半导体层24的整个表面上形成制成金属电极26用的金属模25，然后在其整个表面上涂布感光性树脂15。
然后，如图15中所示，用规定的掩模对感光性树脂15进行曝光和显像处理，仅在成为太阳能电池装置102的区域保留感光性树脂15。接着，以该感光性树脂15为刻蚀掩模通过反应性离子刻蚀法刻蚀去掉金属模25及重叠在其下侧的各层，进而，去掉该用于刻蚀掩模的感光性树脂15。
这样一来，如图10中所示，可以制造在透明氧化物电极12上依次层叠p型半导体层18、缓冲层20、本征半导体层22、n型半导体层24以及金属电极26的太阳能电池装置102。
可是，虽然通过以上的制造方法可以制造现有技术中的太阳能电池装置102，但是该太阳能电池装置102，因为备有用氧化锡作为透明氧化物电极12的结构，所以关于该结构存在着下面这样的问题。也就是说，氧化锡是化学上极其活泼的物质，具有容易与重叠在透明氧化物电极12上的半导体层起反应的性质。因此，在透明氧化物电极12与p型半导体层18之间容易进行原子的相互扩散，存在着透明氧化物电极12的透明性劣化而透光率降低，非晶体半导体层(特别是本征半导体层22)的膜质劣化，因此引起开路端电压降低这样的问题。
一般来说在太阳能电池中，尽可能地提高把光有效地转换成电能的效率是必要的。因为能量的转换效率，可以按入射光所具有的能量对根据开路端电压与短路电流之积求出的最大输出功率之比求出，故如果开路端电压降低，则招致太阳能电池的最大输出功率降低而使能量的转换效率降低。因而，使透明氧化物电极的表面稳定化，对于防止其膜质的劣化引起的开路端电压的降低，使太阳能电池的输出特性提高来说是极其重要的。
本发明的目的在于，通过在太阳能电池装置及其制造方法中，解决这种问题，提高以提高太阳能电池的开路端电压为主的太阳能电池的输出特性。
本发明，为了实现上述目的，是在绝缘性基片上设置透明氧化物电极，在该透明氧化物电极上依次设置p型半导体层和本征半导体层和n型半导体层，同时在该n型半导体层上设置金属电极的太阳能电池装置中，在透明氧化物电极的表面上设置施行氧化性等离子体处理而成的表面处理层，经由该表面处理层设置p型半导体层，由此制成太阳能电池装置。
该太阳能电池装置，因为通过设置表面处理层而使透明氧化物电极化学上稳定化，故开路端电压提高。
此外，该太阳能电池装置，也可以制成这样的构成，即在表面处理层与p型半导体层之间有氮化硅膜。这样一来，透明氧化物电极化学上进一步稳定化。
而且，透明氧化物电极的未设置p型半导体层的侧面可以形成从上端向绝缘性基片逐渐向外倾斜的锥状。这样一来，防止了金属电极的断线和短路。
本发明还提供一种太阳能电池装置的制造方法，其特征在于具有，在绝缘性基片上形成透明氧化物电极的工序，在该透明氧化物电极的表面上施行氧化性等离子体处理而形成表面处理层的工序，在该表面处理层上依次形成p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层的工序，以及在该n型半导体层上形成金属电极的工序。
在该制造方法的场合下，可以在形成表面处理层的工序之后，增加在该表面处理层上形成氮化硅膜的工序。
此外，在形成透明氧化物电极的工序中，可以这样形成透明氧化物电极，即，使未设置p型半导体层的侧面，成为从上端向绝缘性基片逐渐向外倾斜的锥状。
图1是表示本发明的最佳实施例中的太阳能电池装置的结构的剖视图。
图2是表示太阳能电池装置的使用状态的剖视图。
图3至图9是表示本发明的最佳实施例中的太阳能电池装置的制造方法的各工序的剖视图。
图10是表示现有技术的太阳能电池装置的结构的剖视图。
图11至图15是表示现有技术的太阳能电池装置的制造方法的各工序的剖视图。
下面用附图详细说明实施根据本发明的太阳能电池装置及其制造方法的最佳形态。
首先，用图1就根据本发明的太阳能电池装置的结构进行说明。其中与图10中所示的现有技术的太阳能电池装置相同的结构，采用与之相同的标号来说明。图1是表示根据本发明的最佳实施例中的太阳能电池装置的结构的剖视图。
如图1中所示，太阳能电池装置2，是在作为透明的玻璃基片的绝缘性基片10的表面上设置透明氧化物电极12，在该透明氧化物电极12的表面上施行氧化性等离子体处理而设置表面处理层14，同时在其上设置氮化硅膜16，在该氮化硅膜16上依次重叠p型半导体层18、缓冲层20、本征半导体层22、n型半导体层24、金属电极26而形成多层结构。
绝缘性基片10，形成宽度、纵深适当且具有适度的厚度的板状，使入射光从未形成透明氧化物电极12一侧的表面(图面中的下侧)传到透明氧化物电极12。
透明氧化物电极12，把经由绝缘性基片10入射的光(主要是太阳光)经由表面处理层14、氮化硅膜16、p型半导体层18和缓冲层20导入本征半导体层22，同时是为了保持与p型半导体层18的欧姆接触而形成的，连接有用来把产生的电动势取出到外部的配线。
此外，如图1中所示，根据本发明的透明氧化物电极12，把未设置p型半导体层18的侧面12a形成从上端向绝缘性基片10逐渐向外倾斜的锥状。由此，防止金属电极26的断路和短路。
虽然在该透明氧化物电极12的表面上，施行氧化性等离子体处理而形成表面处理层14，但是该表面处理层14，抑制透明氧化物电极12的还原，使表面化学上稳定化，作为用来提高太阳能电池装置2的特性的表面稳定化层发挥作用。也就是说，通过施行氧化性等离子体处理，使氧原子等离子体形成的表面处理层14中所包含的氧原子与透明氧化物电极12的表面上出现的游离的锡原子相结合，抑制p型半导体层18中所包含的掺杂物(硼)与该游离的锡原子的结合(还原的抑制)。这样一来，表面处理层14使透明氧化物电极12的表面稳定化。
氮化硅膜16，是为了防止透明氧化物电极12与p型半导体层18的相互扩散，防止入射的太阳光的反射，使之高效率地入射到本征半导体层22而形成的。
p型半导体层18，是由为了形成把由入射光在本征半导体层22中生成的电荷载体引入透明氧化物电极12用的内部电场而设置的p型半导体组成的层。
缓冲层20，作为防止p型半导体层18中包含的p型掺杂物(硼)混入本征半导体层22而使其禁带宽度狭窄化，防止光吸收效率的降低用的缓冲层而发挥作用。本征半导体层22，是由生成与吸收的入射光的能量相对应的电荷载体(电子和正空穴对)用的本征半导体形成的层。n型半导体层24，是由为了形成把在本征半导体层22中生成的电荷载体导入金属电极26用的内部电场而设置的n型半导体形成的层。在金属电极26上，连接着取出产生的电动势用的配线。
具有以上构成的太阳能电池装置2，如图2中所示地使用。也就是说，把配线软线27经由表面处理层14连接到透明氧化物电极12的表面，同时把配线软线28连接到金属电极26，把负载阻抗29连接到配线软线27和配线软线28。
而且，如果使光30从绝缘性基片10的未形成透明氧化物电极12的背面入射，则该入射光30从透明氧化物电极12经由表面处理层14、氮化硅膜16、p型半导体层18、缓冲层20到达本征半导体层22。于是，接受该光30的能量，在本征半导体层22中生成电子、正空穴对。该电子、正空穴对，被由p型半导体层18和n型半导体层24所形成的电场分离，在透明氧化物电极12和金属电极26上出现电动势。该电动势，从经由配线软线27、28连接的负载阻抗29取出。这样一来，就把入射光具有的能量转换成电能。
此时，透明氧化物电极12，因为设置通过对其表面氧化性等离子体处理产生的表面处理层14，所以抑制其表面上的还原，成为化学上稳定化了的。因而，由于没有其透光率降低，也没有非晶体半导体层的膜质的劣化，所以可以使开路端电压提高，作为太阳能电池装置得到良好的输出特性。此外，由于通过设置氮化硅膜16，可以使透明氧化物电极12的膜质进一步稳定化，所以可以使开路端电压进一步提高。下面用图3～图9和图1就根据本发明的太阳能电池装置的制造方法详细地进行说明。
首先，如图3中所示，为了在绝缘性基片10上形成透明氧化物电极12而形成氧化锡。此时的膜厚度，为900nm左右，用CVD法来形成。接着，在形成了氧化锡的绝缘性基片10上的整个表面上涂布膜厚2.3μm左右的感光性树脂13，然后用规定的掩模对该感光性树脂13进行曝光和显像处理，在成为太阳能电池装置2的区域内保留感光性树脂13。
接着，如图4中所示，以该感光性树脂13为刻蚀掩模，把碘化氢(HI)和氩(Ar)用作原料气体，用反应性离子刻蚀装置来进行刻蚀，把成膜的氧化锡形成图案。该成膜的氧化锡的刻蚀，为了防止金属电极26的断线和短路，这样来进行以便使未被感光性树脂13所覆盖的侧面12a成为从上端向绝缘性基片10逐渐向外侧倾斜的锥状。而且，如果去掉感光性树脂13，则如图5中所示，成为在绝缘性基片10上形成透明氧化物电极12的状态。
接着，为了把该透明氧化物电极12的表面稳定化而进行氧化性等离子体处理并形成表面处理层14。该氧化性等离子体处理，用由流量比为6∶1的氧(O2)和氩(Ar)组成的原料气体，通过使透明氧化物电极12暴露于以300W施加13.56MHz的高频电力的等离子体气氛来进行。于是，如图6中所示，不用说透明氧化物电极12的表面，就连侧面12a都形成施行氧化性等离子体处理的膜厚几nm的表面处理层14。
进而，如图7中所示，以大约2nm左右的厚度在绝缘性基片10的整个表面上形成防止入射的太阳光的反射的氮化硅膜16。该处理，用甲硅烷(SiH4)和氮气(N2)作原料气体，通过大约13.56MHz的高频放电产生的等离子体CVD(化学气相沉积)法来进行。
然后，通过等离子体CVD(化学气相沉积)法在绝缘性基片10的整个表面上形成p型半导体层18以便覆盖氮化硅膜16。此时，原料气体，使用甲硅烷(SiH4)和硼烷(B2H6)，p型半导体层18的膜厚取为10nm左右。此外，同时引入甲烷气体(CH4)进行p型半导体层18的碳化硅化，由此防止其禁带宽度的狭窄化，同时防止光吸收效率的降低。接着在p型半导体层18的整个表面上叠合形成缓冲层20。这些，通过使用甲硅烷(SiH4)和甲烷气体(CH4)和氢(H2)作为原料气体的等离子体CVD法来进行，把缓冲层20的膜厚取为13nm左右。然后，在缓冲层20的整个表面上形成本征半导体层22。虽然使用甲硅烷(SiH4)作为原料气体，但也是通过等离子体CVD法来进行。本征半导体层22的膜厚取为600nm左右。
进而，如图8中所示，在本征半导体层22的整个表面上形成n型半导体层24。它通过使用甲硅烷(SiH4)和磷化氢(PH3)作为原料气体的等离子体CVD法来进行，膜厚成长到40nm左右。然后，通过溅射法在n型半导体层24的整个表面上形成制成金属电极26用的金属模25。此时，用钛(Ti)作原料，形成为金属模25的膜厚为200nm左右。然后，通过旋转涂布法在金属模25的整个表面上涂布感光性树脂17，到膜厚1.2μm左右。
然后，如图9中所示，用规定的掩模对感光性树脂17进行曝光和显像处理，形成图案以便仅在成为太阳能电池装置2的区域内保留感光性树脂17。接着，以该感光性树脂17为刻蚀掩模，首先，通过使用氯(Cl2)和三氯化硼(BCl3)为刻蚀气体的反应性离子刻蚀装置刻蚀去掉金属模25，由此形成金属电极26。
接着，以同一感光性树脂17和金属电极26作为刻蚀掩模，以六氟化硫(SF6)和四氟化碳(CF4)和氧(O2)作为原料气体，借助于反应性离子刻蚀装置，自行调整地刻蚀重叠在金属电极26的下侧的n型半导体层24、本征半导体层22、缓冲层20、p型半导体层18以及氮化硅膜16。进而，去掉用于该刻蚀掩模的感光性树脂17。
这样一来，如图1中所示，可以制造在透明氧化物电极12上形成表面处理层14，同时在其上表面上形成氮化硅膜16，而且依次重叠p型半导体层18、缓冲层20、本征半导体层22、n型半导体层24以及金属电极26的太阳能电池装置2。
根据本发明的太阳能电池装置，因为在透明氧化物电极的表面上设置由氧化性等离子体处理产生的表面处理层，所以透明氧化物电极的表面化学上稳定化。因而，其透光率不降低，非晶体半导体层的膜质不劣化，开路端电压提高，作为太阳能电池装置得到良好的输出特性。通过设置氮化硅膜，透明氧化物电极的膜质进一步稳定化，开路端电压进一步提高。
此外，如果用根据本发明的太阳能电池装置的制造方法，可以容易地制造开路端电压提高，具有良好的输出特性的太阳能电池装置。
权利要求
1．一种太阳能电池装置，在绝缘性基片上设置有透明氧化物电极，在该透明氧化物电极上依次设置有p型半导体层和本征半导体层和n型半导体层，同时在该n型半导体层上设置有金属电极，其特征在于，在所述透明氧化物电极的表面上设置施行氧化性等离子体处理而成的表面处理层，并经由该表面处理层设置所述p型半导体层。
2．权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征在于，在所述表面处理层与所述p型半导体层之间有氮化硅膜。
3．权利要求1所述的太阳能电池装置，其特征在于，所述透明氧化物电极的未设置所述p型半导体层的侧面形成从上端向所述绝缘性基片逐渐向外倾斜的锥状。
4．权利要求2所述的太阳能电池装置，其特征在于，所述透明氧化物电极的未设置所述p型半导体层的侧面形成从上端向所述绝缘性基片逐渐向外倾斜的锥状。
5．一种太阳能电池装置的制造方法，其特征在于包括在绝缘性基片上形成透明氧化物电极的工序，在该透明氧化物电极的表面上施行氧化性等离子体处理而形成表面处理层的工序，在该表面处理层上依次形成p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层的工序，以及在该n型半导体层上形成金属电极的工序。
6．一种太阳能电池装置的制造方法，其特征在于包括在绝缘性基片上形成透明氧化物电极的工序，在该透明氧化物电极的表面上施行氧化性等离子体处理而形成表面处理层的工序，在该表面处理层上形成氮化硅膜的工序，在该氮化硅膜上依次形成p型半导体层、本征半导体层和n型半导体层的工序，以及在该n型半导体层上形成金属电极的工序。
7．权利要求5所述的太阳能电池装置，其中在形成所述透明氧化物电极的工序中，所述透明氧化物电极形成为使未设置所述p型半导体层的侧面，成为从上端向所述绝缘性基片逐渐向外倾斜的锥状。
8．权利要求6所述的太阳能电池装置，其中在形成所述透明氧化物电极的工序中，所述透明氧化物电极形成为使未设置所述p型半导体层的侧面，成为从上端向所述绝缘性基片逐渐向外倾斜的锥状。
全文摘要
一种太阳能电池(2),具有依次叠合绝缘透明玻璃基片(10)、透明氧化物电极(12)、通过对透明氧化物电极(12)进行氧化性等离子体处理而形成的表面处理层(14)、氮化硅膜(16)、p型半导体层(18)、缓冲层(20)、本征半导体层(22)、n型半导体层(24)、以及金属电极(26)而成的多层结构。透明氧化物电极(12)的表面通过表面处理层(14)而化学稳定化,由此提高开路端电压。
文档编号H01L31/075GK1287690SQ99801904
公开日2001年3月14日 申请日期1999年1月22日 优先权日1998年1月22日
发明者栁町信三 申请人:时至准钟表股份有限公司