專利名稱：光發(fā)電裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用了異質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)的光發(fā)電裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
光發(fā)電裝置根據(jù)吸收光然后主要變換為電流的部分的半導(dǎo)體種類，分為單結(jié)晶系列、多結(jié)晶系列、非晶態(tài)。研究了發(fā)揮非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜和結(jié)晶半導(dǎo)體的特長(zhǎng)，使兩者形成層疊結(jié)構(gòu)的混合型光發(fā)電裝置(例如，特開(kāi)平4-130671號(hào)公報(bào))。在通過(guò)組合具有彼此相反的導(dǎo)電型的結(jié)晶系列硅半導(dǎo)體和非晶態(tài)硅系半導(dǎo)體來(lái)形成半導(dǎo)體結(jié)時(shí)，通過(guò)在該光發(fā)電裝置中結(jié)界面插入帶電粒子不進(jìn)行控制(即沒(méi)有摻雜導(dǎo)電雜質(zhì))或摻雜微量硼等屬于周期表第3B族的元素的實(shí)質(zhì)上本征的非晶態(tài)硅系列薄膜，使界面特性有所提高，進(jìn)而提高光電變換特性。
因?yàn)橐?00℃以下的低溫形成該結(jié)構(gòu)的pn結(jié)，所以即使在基板的純度低而擔(dān)心高溫處理中雜質(zhì)或氧導(dǎo)致的缺陷的影響等情況下，也能得到較好的結(jié)特性。
另外，在上述光發(fā)電裝置的背面?zhèn)刃纬蓭щ娏Ｗ硬贿M(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上本征非晶態(tài)硅系薄膜和電荷控制的導(dǎo)電型非晶態(tài)硅系薄膜，通過(guò)所謂BSF(BackSurface Field)效應(yīng)來(lái)形成提高太陽(yáng)能電池特性的結(jié)構(gòu)。
圖8是表示凹凸化單結(jié)晶硅基板的表面，并在該結(jié)晶半導(dǎo)體和非晶態(tài)半導(dǎo)體的結(jié)界面上插入帶電粒子不進(jìn)行控制的實(shí)質(zhì)上本征(i型)的非晶態(tài)半導(dǎo)體層結(jié)構(gòu)的光發(fā)電裝置的立體圖。如圖所示，n型單結(jié)晶硅(Si)基板101的表面通過(guò)堿性蝕刻等方法將表面凹凸化。在凹凸化后的單結(jié)晶硅基板101的感光面?zhèn)纫来螌盈B形成i型非晶態(tài)硅(a-Si)層102、p型非晶態(tài)硅(a-Si)層103、由ITO(IndiumTin Oxide(銦錫氧化物))等透光性導(dǎo)電膜構(gòu)成的透明電極104。另外，在透明電極104上形成例如由銀(Ag)構(gòu)成的梳形集電極105。
另外，在單結(jié)晶硅基板101的背面?zhèn)纫来螌盈B形成i型非晶態(tài)硅(a-Si)層106、n型非晶態(tài)硅(a-Si)層107、由ITO等透光性導(dǎo)電膜構(gòu)成的透明電極108，得到可產(chǎn)生BSF效應(yīng)的結(jié)構(gòu)。另外，在透明電極108上形成例如由銀(Ag)構(gòu)成的梳形集電極109。
通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，由凹凸化的表面抑制光反射，高效地將光引入裝置內(nèi)。
另外，上述光發(fā)電裝置可通過(guò)低溫處理形成。因?yàn)槭堑蜏靥幚?，所以難以完全去除附著在基板表面上的水分或有機(jī)物，在基板表面上存在氧、氮、碳等雜質(zhì)。其中，含量最多的氧的濃度為1×1020cm-3，由于該雜質(zhì)導(dǎo)致的界面特性下降而擔(dān)心對(duì)pn結(jié)特性和BSF效應(yīng)產(chǎn)生不良影響。
另一方面，報(bào)道了摻雜微量硼后得到實(shí)質(zhì)上本征的非晶態(tài)硅膜的方法(例如，Applied Physics Letters 68卷，1996，1201-1203頁(yè))。該報(bào)告記載了導(dǎo)入相對(duì)于包含一定濃度的氧的非晶態(tài)硅膜的1/1000左右濃度(～1×1017cm-3)的硼可對(duì)該硅膜進(jìn)行補(bǔ)償。
但是，即使導(dǎo)入上述量的硼來(lái)補(bǔ)償氧的影響，但幾乎對(duì)太陽(yáng)能電池特性不產(chǎn)生影響。另外，雖然在提高特性上主要對(duì)太陽(yáng)能電池特性的開(kāi)路電壓產(chǎn)生影響，但無(wú)論有無(wú)補(bǔ)償，開(kāi)路電壓都無(wú)變化。
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有問(wèn)題而研制的，其目的在于提高結(jié)晶半導(dǎo)體與非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的界面特性，改善結(jié)特性，使用了本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置、尤其是太陽(yáng)能電池裝置的開(kāi)路電壓有所提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的光發(fā)電裝置是在一種導(dǎo)電型結(jié)晶半導(dǎo)體上形成帶電粒子不進(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜并設(shè)置一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，其特征在于在上述結(jié)晶半導(dǎo)體與帶電粒子不進(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜形成的界面上，存在一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)。
這里，所謂非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜不僅包含非晶態(tài)半導(dǎo)體，還包含微晶半導(dǎo)體。
上述結(jié)晶半導(dǎo)體是結(jié)晶系硅，非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜是非晶態(tài)硅薄膜，上述一種導(dǎo)電型雜質(zhì)是屬于周期表第5B族的原子，其界面雜質(zhì)原子面密度可在1×1011cm-2以上5×1014cm-2以下，另外，上述其他導(dǎo)電型雜質(zhì)是屬于周期表第3B族的原子，其界面雜質(zhì)原子面密度可在1×1011cm-2以上5×1013cm-2以下。
另外，上述結(jié)晶半導(dǎo)體是結(jié)晶系列硅，非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜是非晶態(tài)硅薄膜，上述一種導(dǎo)電型雜質(zhì)是屬于周期表第3B族的原子，其界面雜質(zhì)原子面密度可在1×1011cm-2以上5×1013cm-2以下，另外，上述其他導(dǎo)電型雜質(zhì)是屬于周期表第5B族的原子，其界面雜質(zhì)原子面密度可在1×1011cm-2以上5×1014cm-2以下。
如上所述，對(duì)于由結(jié)晶半導(dǎo)體和非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的pn結(jié)，通過(guò)在作為基板的結(jié)晶半導(dǎo)體和非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的界面附近適量介入一種導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)，可抑制界面處載流子的再耦合，可改善結(jié)特性。對(duì)于使用該結(jié)的太陽(yáng)能電池，可提高開(kāi)路電壓。
另外，對(duì)于由上述結(jié)晶半導(dǎo)體和實(shí)質(zhì)上本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的BSF結(jié)構(gòu)，通過(guò)在作為基板的結(jié)晶半導(dǎo)體和非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的界面附近適量夾雜一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)，可緩和頻帶偏移的影響，改善電子流，提高太陽(yáng)能電池特性。
本發(fā)明的制造方法的特征在于包含導(dǎo)入氫氣和包含低濃度的一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體后通過(guò)等離子體放電來(lái)進(jìn)行一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型的結(jié)晶半導(dǎo)體基板表面的清潔工序；在結(jié)晶半導(dǎo)體基板表面形成帶電粒子不進(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序；和在其上形成帶電粒子控制為一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序。
另外，本發(fā)明的另一制造方法的特征在于包含向結(jié)晶半導(dǎo)體基板表面導(dǎo)入包含構(gòu)成非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的材料的氣體和包含一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體，并通過(guò)氣相反應(yīng)來(lái)形成第一非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序；在該第一非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜上通過(guò)氣相反應(yīng)來(lái)形成實(shí)質(zhì)上本征的第二非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序；和在該第二非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜上形成帶電粒子控制為一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序。
另外，本發(fā)明的再一制造方法的特征在于包含在加熱的狀態(tài)下，將一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型結(jié)晶半導(dǎo)體基板暴露在氫氣和包含低濃度的一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體中的工序；在結(jié)晶半導(dǎo)體基板表面上形成帶電粒子不進(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序；和在其上形成帶電粒子控制為一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序。
根據(jù)上述制造方法，可在上述結(jié)晶半導(dǎo)體與實(shí)質(zhì)上為本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜層疊形成的界面上存在一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)原子。
如上所述，對(duì)于由結(jié)晶半導(dǎo)體和非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的pn結(jié)，通過(guò)在作為基板的結(jié)晶半導(dǎo)體與非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的界面附近適量夾雜一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)，可抑制界面處載流子的再耦合，改善結(jié)特性。對(duì)于使用該結(jié)的太陽(yáng)能電池，可提高開(kāi)路電壓。
另外，對(duì)于由上述結(jié)晶半導(dǎo)體和實(shí)質(zhì)上本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜構(gòu)成的BSF結(jié)構(gòu)，通過(guò)在作為基板的結(jié)晶半導(dǎo)體和非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的界面附近適量夾雜一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)，可緩和頻帶偏移的影響，改善電子流，提高太陽(yáng)能電池特性。


圖1是按制造工序表示本發(fā)明實(shí)施例1的光發(fā)電裝置的剖面圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的光發(fā)電裝置中半導(dǎo)體結(jié)的頻帶結(jié)構(gòu)圖。
圖3是表示未摻雜層的厚度為160nm、p型層約為8nm、觀察沿深度方向的雜質(zhì)輪廓的結(jié)果的模式圖。
圖4是開(kāi)路電壓相對(duì)在基板與非晶態(tài)層的界面附近導(dǎo)入微量制成的乙硼烷后的極薄p型非晶態(tài)硅層的乙硼烷導(dǎo)入量變化的特性圖。
圖5是按制造工序表示本發(fā)明實(shí)施例4的光發(fā)電裝置的剖面圖。
圖6是表示由SIMS分析測(cè)定本發(fā)明實(shí)施例4的光發(fā)電裝置的P濃度的特性圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施例4的光發(fā)電裝置的輸出(Pmax)與背面?zhèn)鹊慕缑媪自用芏鹊年P(guān)系的特性圖。
圖8是表示凹凸化單結(jié)晶硅基板表面、并在該結(jié)晶半導(dǎo)體與非晶態(tài)半導(dǎo)體的結(jié)界面中插入i型非晶態(tài)半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)的光發(fā)電裝置的斜視圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是按制造工序表示本發(fā)明實(shí)施例1的光發(fā)電裝置的剖面圖。
作為結(jié)晶半導(dǎo)體基板，有單結(jié)晶硅基板、多結(jié)晶硅基板等，作為本實(shí)施例，使用厚度為300微米、電阻率小于5Ωcm的單結(jié)晶硅基板11。使用氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液等堿性溶液在該單結(jié)晶硅基板11的表面背面實(shí)施各向異性蝕刻，進(jìn)行凹凸化。
洗凈單結(jié)晶硅基板11，放入真空室內(nèi)，加熱到低于200℃，盡量去除附著在基板表面上的水分。在本實(shí)施例中，基板溫度加熱到170℃。
接著，導(dǎo)入氫氣(H2)，進(jìn)行等離子體放電，清洗基板表面。可知該處理具有降低基板表面碳元素量的效果。
在本實(shí)施例中，在氫等離子體處理時(shí)，導(dǎo)入氫氣(H2)和乙硼烷氣體(B2H6)，分解硼(B)，并使硼吸附在表面上，向單結(jié)晶硅基板表面導(dǎo)入硼(參照?qǐng)D1(a))。此時(shí)的條件如表1所示。
之后，導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)及作為稀釋氣體的氫氣(H2)，將基板保持在170℃，通過(guò)等離子體CVD法，形成未摻雜的i型非晶態(tài)硅層12。接著，導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)、作為稀釋氣體的氫氣(H2)和作為摻雜氣體的乙硼烷氣體(B2H6)，由等離子體CVD法依次形成p型非晶態(tài)硅層13，并形成pn結(jié)(參照?qǐng)D1(b))，此時(shí)的條件如表1所示。
接著，在上述n型單結(jié)晶硅基板11的背面?zhèn)韧瑯有纬蓺浠蔷B(tài)硅薄膜。首先，將n型單結(jié)晶硅基板11放入真空室內(nèi)，加熱到200℃以下。在本實(shí)施例中，基板加熱到170℃。接著，在氫氣(H2)中進(jìn)行等離子體放電。之后，導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)及作為稀釋氣體的氫氣(H2)，將基板保持在170℃，通過(guò)等離子體CVD法，形成未摻雜的i型非晶態(tài)硅層14。接著，導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)、作為稀釋氣體的氫氣(H2)和作為摻雜氣體的磷化氫氣體(PH3)，由等離子體CVD法依次形成n型非晶態(tài)硅層15，并在n型單結(jié)晶硅基板11的背面?zhèn)刃纬葿SF結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D1(c))，此時(shí)的形成條件如表1所示。
另外，通過(guò)濺射法形成氧化銦錫(ITO)膜16作為表面?zhèn)入姌O，通過(guò)網(wǎng)印法形成銀電極18作為集電極。另外，通過(guò)濺射法形成ITO膜17作為背面?zhèn)入姌O，通過(guò)網(wǎng)印法形成銀電極19作為集電極，完成光發(fā)電裝置(參照?qǐng)D1(d))。
在上述實(shí)施例中，在背面?zhèn)刃纬伤^BSF結(jié)構(gòu)，但也可不形成BSF結(jié)構(gòu)。當(dāng)形成BSF結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)于制作非晶態(tài)硅層的順序，如上所述，既可以從表面?zhèn)?p型側(cè))開(kāi)始形成，也可從背面?zhèn)?n型側(cè))開(kāi)始形成。
上述光發(fā)電裝置的具體形成條件如表1所示。
表1

圖2表示本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)的頻帶結(jié)構(gòu)。圖2中，實(shí)線表示本發(fā)明的頻帶結(jié)構(gòu)，虛線表示在氫等離子體處理中未導(dǎo)入乙硼烷的現(xiàn)有頻帶結(jié)構(gòu)。
由上述方法形成的光發(fā)電裝置在n型單結(jié)晶硅基板11上形成實(shí)質(zhì)為i型的非晶態(tài)硅層12并在其上形成n型非晶態(tài)硅層13，再在n型非晶態(tài)硅層13上形成ITO膜16。另外，向基板11和i型非晶態(tài)硅層12的界面中導(dǎo)入過(guò)量補(bǔ)償i型非晶態(tài)硅層所需的硼。
如圖2所示，通過(guò)向單結(jié)晶基板11和i型非晶態(tài)硅層12的界面中導(dǎo)入大于補(bǔ)償非晶態(tài)硅層所需量的硼，界面附近的非晶態(tài)硅層12變?yōu)闃O弱的p型，同時(shí)，可局限在界面附近的單結(jié)晶硅基板11內(nèi)的電場(chǎng)變強(qiáng)。因此，可有效地分離界面附近存在的電子與空穴，降低在界面再耦合的概率。另外，價(jià)電子帶在界面中的頻帶的不連接部分的勢(shì)壘相對(duì)變小，載流子移動(dòng)變?nèi)菀?。結(jié)果，可提高太陽(yáng)能電池特性中的開(kāi)路電壓。
此時(shí)，雖然i型非晶態(tài)硅層中存在的電場(chǎng)強(qiáng)度變?nèi)?，但由此可得到使非晶態(tài)層內(nèi)的載流子移動(dòng)變得非常容易的電場(chǎng)。
另外，若提供硼過(guò)剩，則i型非晶態(tài)硅層12的電場(chǎng)強(qiáng)度變小，該部分中的載流子再耦合增加，若進(jìn)一步增加，則基本與直接在n型單結(jié)晶硅基板上堆積p型非晶態(tài)硅層等價(jià)，通過(guò)過(guò)剩存在的硼進(jìn)行再耦合，太陽(yáng)能電池特性降低。
作為本發(fā)明的光發(fā)電裝置，在上述表1所示的形成條件下制作光發(fā)電裝置。如此制作的光發(fā)電裝置的輸出特性如表2所示。這里，使用在上述的氫等離子體處理中不導(dǎo)入乙硼烷氣體的情況作為比較例。這些樣品同時(shí)形成背面?zhèn)鹊腂SF層。
表2

從表2可知，在氫等離子體處理中導(dǎo)入乙硼烷氣體，發(fā)現(xiàn)開(kāi)路電壓提高，確認(rèn)本發(fā)明的有效性。
表1所示實(shí)施例的非晶態(tài)層的膜厚，i型非晶態(tài)硅層約為7nm，p型層約為5nm，因?yàn)椴荒苡涩F(xiàn)有的二次離子質(zhì)量分析儀在深度方向的分辨能力(10nm至20nm)觀察，所以圖3中示出觀察i型非晶態(tài)硅層厚度為160nm、p型層約為8nm的沿深度方向的雜質(zhì)輪廓的結(jié)果。
這里，由SIMS(secondary ion mass spectroscopy)分析，從非晶態(tài)硅層側(cè)沿深度方向測(cè)定界面的硼原子密度，通過(guò)在深度方向積分來(lái)求出硼(B)的體積濃度。另外，根據(jù)深度方向的界面前后(2nm-3nm)的體積密度計(jì)算界面的面密度，作為界面硼原子密度。
圖中，虛線為根據(jù)輪廓預(yù)測(cè)的形成各層的界面位置?；褰缑嬷写嬖诩s6×1011cm-2的界面硼原子密度量的硼(B)。從p型非晶態(tài)硅表面向本征(i型)非晶態(tài)硅層內(nèi)的硼量的單調(diào)減少、從基板界面向基板內(nèi)的硼量的單調(diào)減少任一個(gè)都比高斯分布更傾向于平緩，從經(jīng)驗(yàn)可知是由于SIMS分析中在濺射時(shí)的打入效應(yīng)。
因此，認(rèn)為實(shí)際上硼濃度在各界面上急劇減少，基本上未從i型非晶態(tài)硅層和基板界面向基板內(nèi)擴(kuò)散。在觀察實(shí)際的太陽(yáng)能電池的情況下，也通過(guò)使用深度方向分辨率高的(1nm-2nm)低加速SIMS等測(cè)定方法，認(rèn)為是具有類似于圖3的硼(B)輪廓的輪廓的測(cè)定結(jié)果。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2。
洗凈洗凈了的n型單結(jié)晶硅基板，放入真空室內(nèi)，加熱到低于200℃，盡量去除附著在基板表面上的水分。在本實(shí)施例中，基板加熱到170℃。
接著，導(dǎo)入氫氣(H2)，進(jìn)行等離子體放電，清洗基板表面。之后，導(dǎo)入氫氣(H2)、乙硼烷氣體(B2H6)、硅烷氣體(SiH4)，進(jìn)行等離子體放電，在基板表面堆積約1nm的極薄且導(dǎo)入低濃度p型雜質(zhì)的第一非晶態(tài)硅層①，向界面附近導(dǎo)入硼。之后，與實(shí)施例1一樣，依次形成i型非晶態(tài)硅層②、p型非晶態(tài)硅層，完成pn結(jié)。此外，通過(guò)濺射法形成氧化銦錫(ITO)膜作為表面?zhèn)入姌O，通過(guò)網(wǎng)印法形成銀電極作為集電極。
在表3所示的形成條件下形成本發(fā)明實(shí)施例2的光發(fā)電裝置。
表3

圖4表示開(kāi)路電壓特性相對(duì)在由上述表3所示條件形成的基板與非晶態(tài)硅層的界面附近導(dǎo)入微量制成的乙硼烷氣體(B2H6)后的極薄p型非晶態(tài)硅層的硼導(dǎo)入量變化的特性圖。
由圖4可知，與未導(dǎo)入乙硼烷氣體(B2H6)的情況相比，開(kāi)路電壓階段上升，并且，若摻雜量更多時(shí)，開(kāi)路電壓轉(zhuǎn)向減少傾向。與未導(dǎo)入的情況相比，將硼導(dǎo)入量作為界面的硼原子面密度，在在1×1011cm-2以上5×1013cm-2以下的范圍下可改善開(kāi)路電壓。根據(jù)圖4，最好控制乙硼烷氣體(B2H6)的量，使導(dǎo)入基板與非晶態(tài)硅層的界面中的界面硼原子面密度在在1×1011cm-2以上5×1013cm-2以下的范圍內(nèi)。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例3。
洗凈洗凈了的n型單結(jié)晶硅基板，放入真空室內(nèi)，加熱到低于200℃，盡量去除附著在基板表面上的水分。在本實(shí)施例中，基板加熱到170℃。
接著，導(dǎo)入氫氣(H2)，進(jìn)行等離子體放電，清洗基板表面。之后，導(dǎo)入氫氣(H2)、乙硼烷氣體(B2H6)，將基板曝露在上述氣體中。乙硼烷氣體(B2H6)在加熱的基板表面分解，吸附在基板表面上，可向界面導(dǎo)入硼。作為曝露條件，基板溫度為170℃，2％的乙硼烷氣體(B2H6)為100sccm，壓力為40Pa，時(shí)間為1-600秒。
之后，與實(shí)施例1一樣，依次形成i型非晶態(tài)硅層、p型非晶態(tài)硅層，完成pn結(jié)。此外，通過(guò)濺射法形成氧化銦錫(ITO)膜作為表面?zhèn)入姌O，通過(guò)網(wǎng)印法形成銀電極作為集電極。
在此情況下也與實(shí)施例1一樣，確認(rèn)開(kāi)路電壓提高。另外，基本上沒(méi)有曝露條件變化下的特性差別，有無(wú)曝露引起的變化大。
如上所述，對(duì)于由結(jié)晶系列硅和非晶態(tài)硅半導(dǎo)體構(gòu)成的pn結(jié)，通過(guò)在作為基板的結(jié)晶系列硅與非晶態(tài)硅半導(dǎo)體薄膜的界面附近適量夾雜硼，可抑制界面處的載流子再耦合，改善耦合特性。對(duì)于使用該耦合的太陽(yáng)能電池，可提高開(kāi)路電壓。
上述實(shí)施例1-3中說(shuō)明了改善pn結(jié)特性，實(shí)施例4中使BFS效應(yīng)良好。下面說(shuō)明實(shí)施例4。
下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。圖5是按制造工序表示本發(fā)明實(shí)施例4的光發(fā)電裝置的剖面圖。
作為結(jié)晶半導(dǎo)體基板，有單結(jié)晶硅基板、多結(jié)晶硅基板等，作為實(shí)施例4，與實(shí)施例1一樣，使用厚度為300微米、電阻率小于5Ωcm的單結(jié)晶硅基板11。使用氫氧化鈉溶液、氫氧化鉀溶液等堿性溶液對(duì)該單結(jié)晶硅基板11的表面背面實(shí)施各向異性蝕刻，進(jìn)行凹凸化。
接著，導(dǎo)入氫氣(H2)，進(jìn)行等離子體放電，清洗基板表面。
在實(shí)施例4中，在氫等離子體處理時(shí)，導(dǎo)入氫氣(H2)和磷化氫氣體(PH3)，分解磷(P)，并使磷吸附在表面上，向單結(jié)晶硅基板11的背面導(dǎo)入磷(參照?qǐng)D5(a))。此時(shí)的條件如表4所示。
之后，導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)及作為稀釋氣體的氫氣(H2)，將基板保持在170℃，通過(guò)等離子體CVD法，形成未摻雜的i型非晶態(tài)硅層14。接著，導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)、作為稀釋氣體的氫氣(H2)和作為摻雜氣體的磷化氫氣體(PH3)，由等離子體CVD法依次形成n型非晶態(tài)硅層15，并在n型單結(jié)晶硅基板11的背面?zhèn)刃纬葿SF結(jié)構(gòu)(參照?qǐng)D5(b))，此時(shí)的條件如表4所示。
接著，在上述n型單結(jié)晶硅基板11的背面?zhèn)韧瑯有纬蓺浠蔷B(tài)硅薄膜。首先，將n型單結(jié)晶硅基板11放入真空室內(nèi)，加熱到200℃以下。在實(shí)施例4中，基板加熱到170℃。接著，在氫氣(H2)中進(jìn)行等離子體放電。之后，導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)及作為稀釋氣體的氫氣(H2)，將基板保持在170℃，通過(guò)等離子體CVD法形成實(shí)質(zhì)為i型非晶態(tài)硅層12。接著，導(dǎo)入硅烷氣體(SiH4)、作為稀釋氣體的氫氣(H2)和作為摻雜氣體的乙硼烷氣體(B2H6)，由等離子體CVD法依次形成p型非晶態(tài)硅層13，并形成pn結(jié)(參照?qǐng)D5(c))，此時(shí)的條件如表4所示。
另外，通過(guò)濺射法形成ITO膜16作為表面?zhèn)入姌O，通過(guò)網(wǎng)印法形成銀電極18作為集電極。另外，通過(guò)濺射法形成ITO膜17作為背面?zhèn)入姌O，通過(guò)網(wǎng)印法形成銀電極19作為集電極，完成光發(fā)電裝置(參照?qǐng)D5(d))。
上述光發(fā)電裝置的具體形成條件如表4所示。
表4

接著，在單結(jié)晶硅基板11背面?zhèn)鹊臍錃夂土谆瘹?PH3)的混合氣體的等離子體處理中，使PH3氣體的流量濃度變化，改變界面磷原子密度時(shí)測(cè)定的輸出特性結(jié)果如表5所示。如圖6所示，界面磷原子濃度由SIMS分析從非晶態(tài)硅層16側(cè)沿深度方向測(cè)定，沿深度方向積分后求出磷(P)的體積濃度。另外，根據(jù)圖6中加陰影的區(qū)域、即深度方向的界面前后(2nm-3nm)的體積密度計(jì)算界面的面密度，作為界面磷原子濃度。
表5

從表5可知，在單結(jié)晶硅基板11背面?zhèn)鹊牡入x子體處理中，與未導(dǎo)入磷化氫氣體(PH3)的比較例相比，根據(jù)導(dǎo)入磷化氫氣體(PH3)的本發(fā)明實(shí)施例4可知提高了開(kāi)路電壓和填充因數(shù)(F.F.)。通過(guò)向界面導(dǎo)入磷，可緩和頻帶偏移的影響，改善電子流。
圖7示出測(cè)定導(dǎo)入磷化氫氣體(PH3)后進(jìn)行等離子體處理的情況下的光發(fā)電裝置的輸出(單元輸出)(Pmax)與背面?zhèn)鹊慕缑媪自用芏鹊年P(guān)系的結(jié)果。
從圖7可知，界面磷原子密度若在1×1011cm-2以上5×1014cm-2以下，則單元輸出超過(guò)1.900W，得到好的結(jié)果。由此，在單結(jié)晶硅基板11的背面?zhèn)鹊牡入x子體處理中，控制導(dǎo)入磷化氫氣體(PH3)的流量，使界面磷原子密度在1×1011cm-2以上5×1014cm-2以下。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例5。
洗凈洗凈后的n型單結(jié)晶硅基板，放入真空室內(nèi)，加熱到低于200℃，盡量去除附著在基板表面上的水分。在本實(shí)施例中，基板加熱到170℃。
接著，導(dǎo)入氫氣(H2)，進(jìn)行等離子體放電，清洗基板表面。之后，導(dǎo)入氫氣(H2)、磷化氫氣體(PH3)、硅烷氣體(SiH4)，進(jìn)行等離子體放電，在基板表面堆積約1nm的極薄且導(dǎo)入低濃度n型雜質(zhì)的第四非晶態(tài)硅層④，向界面附近導(dǎo)入磷。之后，與實(shí)施例4一樣，依次形成i型非晶態(tài)硅層⑤、n型非晶態(tài)硅層，完成BSF結(jié)構(gòu)。另外，在n型單結(jié)晶硅基板表面?zhèn)纫才c實(shí)施例4一樣，依次形成i型非晶態(tài)硅層、p型非晶態(tài)硅層，并形成pn結(jié)。通過(guò)濺射法形成氧化銦錫(ITO)膜作為表面?zhèn)燃氨趁鎮(zhèn)入姌O，通過(guò)網(wǎng)印法形成銀電極作為集電極。
在表6所示條件下形成本發(fā)明實(shí)施例5的光發(fā)電裝置。
表6

此時(shí)，與實(shí)施例4一樣，確認(rèn)開(kāi)路電壓提高。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例6。
洗凈洗凈了的n型單結(jié)晶硅基板，放入真空室內(nèi)，加熱到低于200℃，盡量去除附著在基板表面上的水分。在本實(shí)施例中，基板加熱到170℃。
接著，導(dǎo)入氫氣(H2)，進(jìn)行等離子體放電，清洗基板表面。之后，導(dǎo)入氫氣(H2)、磷化氫氣體(PH3)，將基板曝露在上述氣體中。磷化氫氣體(PH3)在加熱的基板表面分解，吸附在基板表面上，可向界面導(dǎo)入硼。作為曝露條件，基板溫度為170℃，1％的磷化氫氣體(PH3)為100sccm，壓力為40Pa，時(shí)間為1-600秒。
之后，與實(shí)施例4一樣，依次形成i型非晶態(tài)硅層、n型非晶態(tài)硅層，完成BSF結(jié)構(gòu)。另外，在n型單結(jié)晶硅基板表面?zhèn)纫才c實(shí)施例4一樣，依次形成實(shí)質(zhì)上為i型的非晶態(tài)硅層、p型非晶態(tài)硅層，并形成pn結(jié)。通過(guò)濺射法形成氧化銦錫(ITO)膜作為表面?zhèn)燃氨趁鎮(zhèn)入姌O，通過(guò)網(wǎng)印法形成銀電極作為集電極。
在此情況下也與實(shí)施例4一樣，確認(rèn)開(kāi)路電壓提高。另外，在曝露條件變化下特性基本沒(méi)有差別，有無(wú)曝露引起的變化大。
另外，上述各實(shí)施例使用n型基板，但不用說(shuō)，在將基板設(shè)為p型，在表側(cè)制作i型的非晶態(tài)硅層、n型的非晶態(tài)硅層及ITO膜、銀電極，在背側(cè)制作i型的非晶態(tài)硅層、p型的非晶態(tài)硅層及ITO膜、銀電極時(shí)也完全一樣處理。另外，作為結(jié)晶系列基板，在使用n型、p型多結(jié)晶硅基板來(lái)制作的情況下也可得到同樣的結(jié)果。
另外，在上述各實(shí)施例中，雖然在基板的表面?zhèn)冉缑婊虮趁鎮(zhèn)鹊慕缑婺骋环街写嬖谝粚?dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)，但也可在表面背面的兩界面中導(dǎo)入雜質(zhì)。例如，通過(guò)組合實(shí)施例1和實(shí)施例4，在基板的表面背面的界面中導(dǎo)入各自對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)，雙方的效果組合可期待進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池的特性。
另外，在上述實(shí)施例中，使用非晶態(tài)硅薄膜作為非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，但同樣也可使用微結(jié)晶硅薄膜。另外，在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了使用硅作為半導(dǎo)體的情況，但在使用鍺的情況下也可期待同樣的效果。
另外，在上述實(shí)施例中，雖然描述了使用磷作為屬于周期表第5B族的原子的情況，但使用其他屬于周期表第5B族的原子、例如砷元素(As)、銻(Sb)等也可期待同樣的效果。另外，雖然描述了使用硼作為屬于周期表第3B族的原子的情況，但使用其他屬于周期表第3B族的原子、例如鋁元素(Al)等也可期待同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種光發(fā)電裝置，其特征在于在一導(dǎo)電型結(jié)晶半導(dǎo)體上插入帶電粒子不進(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上為本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜并設(shè)置一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜，在上述結(jié)晶半導(dǎo)體與帶電粒子不進(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上為本片非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜形成的界面上，存在一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光發(fā)電裝置，其特征在于所述結(jié)晶半導(dǎo)體是結(jié)晶系列硅，非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜是非晶態(tài)硅薄膜，所述一導(dǎo)電型雜質(zhì)是屬于周期表第5B族的原子，其界面雜質(zhì)原子面密度在1×1011cm-2以上5×1014cm-2以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光發(fā)電裝置，其特征在于所述結(jié)晶半導(dǎo)體是結(jié)晶系列硅，非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜是非晶態(tài)硅薄膜，所述其他導(dǎo)電型雜質(zhì)是屬于周期表第3B族的原子，其界面雜質(zhì)原子面密度在1×1011cm-2以上5×1013cm-2以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光發(fā)電裝置，其特征在于所述結(jié)晶半導(dǎo)體是結(jié)晶系列硅，非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜是非晶態(tài)硅薄膜，所述一導(dǎo)電型雜質(zhì)是屬于周期表第3B族的原子，其界面雜質(zhì)原子面密度在1×1011cm-2以上5×1013cm-2以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的光發(fā)電裝置，其特征在于所述結(jié)晶半導(dǎo)體是結(jié)晶系列硅，非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜是非晶態(tài)硅薄膜，所述其他導(dǎo)電型雜質(zhì)是屬于周期表第5B族的原子，其界面雜質(zhì)原子面密度在1×1011cm-2以上5×1014cm-2以下。
6.一種光發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，包含導(dǎo)入氫氣和包含低濃度一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體后通過(guò)等離子體放電來(lái)進(jìn)行一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型結(jié)晶半導(dǎo)體基板表面清潔的工序；在結(jié)晶半導(dǎo)體基板表面形成帶電粒子不進(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體的薄膜的工序；和在其上形成帶電粒子控制為一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序。
7.一種光發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，包含向結(jié)晶半導(dǎo)體基板表面導(dǎo)入包含構(gòu)成非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的材料的氣體和包含一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體，并通過(guò)氣相反應(yīng)來(lái)形成第一非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序；在該第一非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜上通過(guò)氣相反應(yīng)來(lái)形成實(shí)質(zhì)上本征的第二非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序；和在該第二非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜上形成帶電粒子控制為一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序。
8.一種光發(fā)電裝置的制造方法，其特征在于，包含在加熱的狀態(tài)下，將一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型結(jié)晶半導(dǎo)體基板曝露在氫氣和包含低濃度的一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型雜質(zhì)的氣體中的工序；在結(jié)晶半導(dǎo)體基板表面上形成帶電粒子不進(jìn)行控制或?qū)嵸|(zhì)上本征的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序；和在其上形成帶電粒子控制為一導(dǎo)電型或其他導(dǎo)電型的非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的工序。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提高結(jié)晶半導(dǎo)體與非晶態(tài)半導(dǎo)體薄膜的界面特性，改善結(jié)特性。一種光發(fā)電裝置的制造方法，插入i型非晶態(tài)硅薄膜12來(lái)層疊n型單結(jié)晶硅基板11和p型非晶態(tài)硅薄膜13，并在單結(jié)晶硅基板11的背面?zhèn)炔迦雐型非晶態(tài)硅層14來(lái)設(shè)置n型非晶態(tài)硅層15，使用氫氣和含硼氣體的混合氣體，使單結(jié)晶硅基板11的表面等離子體放電，對(duì)單結(jié)晶硅基板11的表面實(shí)施等離子體處理后，形成i型非晶態(tài)硅層12，并在單結(jié)晶硅基板11與i型非晶態(tài)硅層12的界面上夾雜硼原子。
文檔編號(hào)H01L31/20GK1445865SQ0215758
公開(kāi)日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者淺海利夫, 寺川朗, 田口幹朗 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社