[0092] “其中,“位置(A1)的深度D(A1)”被定义为有效杂质分布浓度(CD)为极大值(CDMax)的1/2的位置的深度。”
[0093] 通过将层厚(d1)设为上述范围,能够使层区域(4)111中包含的有效杂质的总数大于通过照射UV光而生成的固定电荷数和界面能级数。
[0094] 当层厚(d1)超过20nm时,由于通过照射UV光所生成的固定电荷和界面能级而导致内部电场发生变化,发电效率下降,从而并不理想。
[0095] UV劣化防止层109的层厚(d1+d2)优选为以下范围。
[0096] 2nm≤(d1+d2)≤60nm····式(4)
[0097] 当层厚(d1+d2)小于2nm时,层区域(4)中包含的有效杂质的总数小于通过照射UV光而生成的固定电荷数和界面能级数,由此导致发电效率下降,另外,当超过60nm时,由PN结形成的耗尽层的内部电场变得难以在硅表面附近形成,因此难以将光电荷输送至光伏产生层,从而并不理想。
[0098] 此外,在图1A示出的太阳能电池100中,省略了用于将电力取出到外部的
电极(例如受光面电极、背面电极)。
[0099] 在UV劣化防止层109上还设置其它层的情况下,当将该其它层直接设置在UV劣化防止层109上时,根据情况而在UV劣化防止层109与该其它层的界面或该界面的UV劣化防止层109侧附近处形成表面能级或本地能级,成为使发电效率下降的原因。为了避免这一点,使用适当的材料在适当的制法和条件下形成中间层113。
[0100] 另外,除了以上述目的而设置中间层112以外,还能够使中间层112具有防反射功能而设为防反射膜。
[0101] 被称为
覆盖层或密封层的表
面层113例如出于以下目的而被设置:使太阳能电池100具有防
水性、防雨性、耐污染性等来避免发
电能力下降,从而防止耐用年限的减少。
[0102] 图1B示出光伏产生部100a中含有的半导体杂质的有效分布浓度(“有效半导体杂质分布浓度(CD)”)的优选例之一。在图1B中,横轴为距表面107的深度,纵轴为有效半导体杂质分布浓度(CD)的对数显示。
[0103] 以后的图1C~图1I中的横轴、纵轴也相同。
[0104] 图1B示出的半导体杂质的有效分布浓度的曲线具有三个峰(“Pmax(1)、Pmax(2)、Pmax(3)”),能够按每个峰来分为三个区域。
[0105] 图1B清楚地示出的太阳能电池100具备层区域(1)103、层区域(2)104、UV劣化防止层109这三个区域,在各区域中,设置有有效半导体杂质分布浓度(CD)的极大值(峰)。即,设太阳能电池100具备分别在层区域(1)103中深度D1的位置处、在层区域(1)103中深度D2的位置处、在UV劣化防止层109中深度108的位置处设置有极大值(峰)的有效半导体杂质分布浓度(CD)。
[0106] 图1B示出的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线在位置(点)B1(“如果用坐标显示来示出则为(B1,0)”),C1(“如果用坐标显示来示出则为(C1,0)”)处具有拐点。
[0107] 在层区域(1)103与层区域(2)104之间的
接触面、层区域(2)104与UV劣化防止层109之间的接触面上分别形成有半导体结105(1)、105(2)。
[0108] 在本发明中,特别是在技术上重要的是UV劣化防止层109中的半导体杂质的有效分布浓度的曲线的形状与横轴/纵轴的值。
[0109] 在本发明中,为了有效地达到目的,根据从我们
发明人的设备制作与设备特性的测量/验证/仿真这一系列大量的试验结果中通过归纳法导出的结果,优选的是,UV劣化防止层109中的峰Pmax(3)(极大点)以表面107为基准,处于直到UV劣化防止层109的层内4nm为止的层厚内,并且其值(有时还称为“峰值”或“极大值”)至少为1×1019个/cm3。上限优选20 3
为4×10 个/cm。而且,优选从峰Pmax(3)起左侧(“层区域(2)104”侧)的半导体杂质的有效分布浓度的曲线急剧减少。
[0110] 根据本申请的发明人们的大量的试验结果可知,当将从表面107起的峰位置设为A0(108)时,更优选的是,在距表面107的深度位置A1处,期望至少减少至极大值(CDMax)的半值(个/cm3)。即,如果用图1B的示例进行说明,则在深度位置A1处优选为:
[0111] b1=极大值(CDMax)的半值(个/cm3)···式(5)。
[0112] 根据试验结果可知,在技术上重要的是将峰Pmax(3)尽可能设置于表面107附近来作为深度位置A1。
[0113] 因此,在本发明中,理想的是优选设计成满足式(3)。
[0114] 当深度位置A1变为深度位置(A0)108以下(“峰Pmax(3)”不存在于“层区域(4)111”内)时层区域(4)111中包含的有效杂质总数小于通过照射UV光而生成的固定电荷数和界面能级数,由此导致发电效率下降。当超过20nm时由于有效半导体杂质分布浓度(CD)的深度方向的变化而产生的内部电场减小,因此难以将由侵入长度短的UV光产生的光电荷输送到光伏产生层。总之,在本发明中,深度位置(A1)在式(3)中的范围之外是不理想的。
[0115] 在图1B的示例中,例如,如果层区域103为n型,则层区域104为p型,层区域109为n型。在本发明的情况下,能够容易地想到即使设为将各层区域的该n型、p型替换得到的极性也没有关系这一情况,属于本发明的范畴。
[0116] 在图1B的示例中,在层区域103、104的情况下,在浓度分布曲线中也在从表面107起的深度位置(D1)106(1)、深度位置(D2)106(2)处分别设置峰Pmax(1)、Pmax(2)。
[0117] 在图1C的例子的情况下,除了层区域103中的半导体杂质的有效浓度分布大致变平以外,实质上与图1B的情况相同。
[0118] 在图1D的情况下,除了层区域(4)111中的半导体杂质的有效浓度分布如图所示不同以外,实质上与图1C的情况相同。
[0119] 在图1B、图1C的情况下,峰Pmax(3)的图中左侧的半导体杂质的有效分布浓度曲线在呈减少趋势的状态下到达纵轴,但是在图1D的情况下,在暂时减少并到达极小点Pmin(3)之后再次增加并到达纵轴上的点a1。点a1的分布浓度值为与峰Pmax(3)的分布浓度值相同或更大的值。
[0120] 在图1E中示出另外一个优选例。
[0121] 除了UV劣化防止层109中的分布浓度曲线不同以外,图1E实质上与图1D的情况相同。
[0122] 在图1E的情况下,在暂时减少并到达极小点Pmin(3)之后再次增加并到达纵轴上的点a1。点a1的分布浓度值为与峰Pmax(3)的分布浓度值相同或更大的值。
[0123] 在图1F中示出另一个优选例。
[0124] 图1F示出的太阳能电池100F的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线与图1C的情况下的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线的不同之处在于以下的点。
[0125] 即,图1F示出的太阳能电池的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线与图1C的情况同样地具有三个拐点,但是处于位置B1的拐点被设置于坐标点(B1、y1)而并未设置于横轴上。如图所示,层区域(1)103、层区域(2)104、UV劣化防止层109的半导体极性为n/p/p或p/n/n。
[0126] 在图1G中示出又一例的优选例。
[0127] 图1G示出的太阳能电池100G的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线与图1F的情况下的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线的不同之处在于以下的点。
[0128] 即,图1G示出的太阳能电池的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线与图1F的情况不同,仅有一个或实质上仅有一个拐点。
[0129] 在层区域(2)104与UV劣化防止层109的边界,有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线连续地发生变化。而且,层区域(2)104与UV劣化防止层109的半导体极性为相同极性。即,图1G示出的太阳能电池具有从与太阳光的入射侧相反一侧起为n/p/p或p/n/n的半导体极性的层构造。
[0130] 在图1H中示出再一例的优选例。
[0131] 在图1H示出的太阳能电池100H的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线的UV劣化防止层109的部分中,除了如图1E的情况那样具有极大峰Pmax(3)和极小峰Pmin(3)以外,实质上与图1G的情况相同。
[0132] 在图1I示出再又一例的优选例。
[0133] 在图1I示出的太阳能电池100I的有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线的UV劣化防止层109的部分中,除了如图1D的情况那样具有极大峰Pmax(3)和极小峰Pmin(3)以外,实质上与图1G的情况相同。
[0134] 在图2中示出本发明的另一个优选实施方式例。
[0135] 在图2中示意性地示出太阳能电池200的构造。
[0136] 在图2示出的太阳能电池100中,光照射侧的层构造具有锯齿状、金字塔状或波纹状的凹凸构造。通过设置这种凹凸构造,能够利用多重反射效果将照射光高效地取入到太阳能电池200内。
[0137] 太阳能电池200具备晶体性半导体部201。晶体性半导体部201由单晶、多晶、微/
纳米晶体中的任一种的硅(Si)半导体材料等半导体材料构成,但是理想的是优选由
单晶硅(Si)半导体材料构成。
[0138] 晶体性半导体部201在内部具有光伏产生层202和UV劣化防止层205、背面高浓度层207。
[0139] 光伏产生层202具有层区域(1)203和层区域(2)204。在层区域(1)203与层区域(2)204的接触面上形成有半导体结。例如将层区域(1)203和层区域(2)204中的任一个设为某种半导体极性,将另一个设为与该极性不同的半导体极性,由此形成该半导体结。具体地说,将层区域(1)203和层区域(2)204中的任一个设为P型,将另一个设为N型。
[0140] 晶体性半导体部201在光照射侧(图的上侧)具备防反射层206和受光面电极208,在与光照射侧相反的一侧(图的下侧)具备背面电极209。
[0141] 背面高浓度层207是为了尽可能减小或实质上消除层区域(1)203与背面电极209之间的
电阻、并尽可能高效地进行光伏的取出而设置的。为此目的,在背面高浓度层207中含有高浓度的期望的半导体极性的半导体杂质。具体地说,例如在晶体性半导体部201由Si半导体材料构成的情况下,由P+型或N+型的Si半导体材料构成。
[0142] 以同样的目的设置的是设置于受光面电极208的下部的上表面高浓度层210。
[0143] 背面电极209例如由
铝(Al)等构成。
[0144] 在太阳能电池200中,UV劣化防止层205并未设置于被遮光的受光面电极208的下部,但是从制造效率方面来看,设置于遮光的受光面电极208的下部也没有关系。
[0145] UV劣化防止层205中的半导体杂质的浓度分布采用图1B至图1I示出的浓度分布曲线的任一图案。
[0146] 图2A是示意性地示出太阳能电池200的上表面(从图2的上方侧观察到的面)的图。
[0147] 如图所示,受光面电极208配置于太阳能电池200的周围和入射面211的周围,使得受光面电极208的表面212成为光照射侧。受光面电极208例如由
银(Ag)等构成。
[0148] 在图2B中作为图2示出的太阳能电池200的
变形例而示出本发明的另一个优选实施方式例。
[0149] 图2B示出的太阳能电池200B的层构造和有效半导体杂质分布浓度(CD)的曲线类似于图1G至图1I示出的太阳能电池的情况。
[0150] 接着,具体地描述本发明所涉及的太阳能电池的典型制造例之一。
[0151] 以下是在图1F中示出有效浓度分布的具有p+pn型元件构造的本发明的太阳能电池的主要部分的优选制造例。
[0152] 元件构造的极性即使是相反极性也包括在本发明的范畴内,这在本技术领域中是显而易见的。
[0153] 本发明的太阳能电池能够通过通常的半导体制造技术而形成。因而,在以下工序中进行的说明中省略对本领域技术人员而言显而易见的部分,简要说明要点。
[0154] ·工序(1):准备Si
晶圆(半导体基体)。在此,准备n型的杂质浓度为1×1014cm-3的n型Si晶圆。
[0155] 由于Si晶圆的杂质浓度越低则长光波长范围的灵敏度越高,因此是优选的,但是也不拒绝使用1×1014cm-3以外的杂质浓度。另外,也可以使用p型的Si晶圆。
[0156] ·工序(2):在半导体基体(n型Si晶圆)表面形成7nm的SiO2膜。在此进行750℃的水分氧化,但是也可以使用
化学气相沉积法。
[0157] 另外,在该工序之前,也可以使用
湿蚀刻工序等来形成用于抑制入射光的反射的表面纹理构造。
[0158] ·工序(3):进行用于形成埋入p型的半导体区域的
离子注入。
[0159] 离子注入条件设为离子种类为B+,注入能量为20keV,剂量为4×1012cm-2。
[0160] ·工序(4):为了将在工序(4)中注入的杂质
原子激活,进行
热处理。
[0161] 在此,在氮气环境下进行5秒钟的1000℃的热处理。
[0162] ·工序(5):进行用于形成UV劣化阻止层的离子注入。
[0163] 离子注入条件设为离子种类为BF2+,注入能量为8keV,剂量为8.0×1013cm-2。
[0164] ·工序(6):形成布线层间绝缘膜,在此,使用化学气相沉积法来形成300nm的SiO2膜。
[0165] ·工序(7):形成用于连接埋入p型的半导体区域与布线的接触孔开口。
[0166] 在此,通过湿蚀刻对布线层间绝缘膜进行蚀刻。
[0167] ·工序(8):进行用于在接触孔开口区域内形成p+半导体层的离子注入。
[0168] 在此,离子种类为BF2+,能量为35keV,剂量为3.0×1015cm-2。
[0169] ·工序(9):为了对在工序(5)和工序(8)中注入的杂质原子进行激活,进行热处理。在此,在氮气环境下进行1秒钟的950℃的热处理。
[0170] ·工序(10):为了形成Al布线,使用
溅射法形成500nm厚的Al膜。
[0171] ·工序(11):为了形成Al布线,通过干蚀刻对Al的局部区域进行蚀刻并
图案化。
[0172] ·工序(12):在Si晶圆背面形成用于与基体相连接的Al电极。
[0173] 如上述那样制作的本发明的太阳能电池对200nm~1100nm的光波长范围具有高灵敏度,尤其是对200nm~900nm的光波长范围具有理想的
量子效率,并且,可知即使照射使用超高压水银灯作为
光源的强紫外光,也不会引起灵敏度的劣化。
[0174] 图3是表示本发明所涉及的太阳能电池的受光灵敏度的一个典型例的图表。
[0175] 实施例以及比较例
[0176] 以下,示出本发明中的实施例和比较例。
[0177] 以下描述的实施例为本发明所涉及的典型示例,但是并不唯一地限定本发明,示出本发明的优越性。
[0178] 制作出仅改变上述工序(5)的剂量条件的试样(1)~(4)。在试样(1)(本例1)中,将剂量设为2.0×1013cm-2,在试样(2)(本例2)中,将剂量设为8.0×1014cm-2,在试样(3)(比较13 -2 15 -2
例1)中,将剂量设为1.0×10 cm ,在试样(4)(比较例2)中,将剂量设为1.6×10 cm 。
[0179] 其它工序的条件与上述工序相同。制作出的试样的CDMax在试样(1)中为1×1019cm-3,在试样(2)中为4×1020cm-3,在试样(3)中为5×1018cm-3,在试样(4)中为8×1020cm-3。
[0180] 另外,在试样(1)~(4)中均是A0为2nm、A1为8nm,在试样(1)~(4)中均满足式(3)的条件。试样(1)满足式(1)的下限,试样(2)满足式(2)的上限,试样(3)不满足式(1)的下限,试样(4)不满足式(1)的上限。
[0181] 为了进一步比较,制作出试样(5)(比较例3)。在试样(5)中,在上述工序(5)中,离子种类为BF2+,注入能量为25keV,剂量为3.0×1013cm-2。
[0182] 在制作出的试样(5)中,CDMax为1×1019cm-3,A1为25nm,尽管满足式(1)的条件,但是不满足式(3)的条件。
[0183] 试样(1)和(2)得到了与图3相同的特性。另一方面,在试样(3)中,初始特性得到了与图3相同的特性,但是照射紫外光之后的紫外光范围中的灵敏度的劣化大,从而无法得到良好的特性。另外,在试样(4)中,被导入固体
溶解度以上的杂质的结果是,
暗电流高而无法得到良好的特性。另外,在试样(5)中,初始特性得到了与图3相同的特性,但是照射紫外光之后的紫外光范围中的灵敏度的劣化大,从而无法得到良好的特性。
[0184] 接着,另外作为比较而描述不具有本发明所涉及的UV劣化层的太阳能电池的制造例和受光灵敏度的特性。
[0185] ·工序(1A):准备Si晶圆(半导体基体)。在此,准备p型的杂质浓度为1×1014cm-3的p型Si晶圆。
[0186] ·工序(2A):通过将半导体基体(p型Si晶圆)表面暴露在大气中来形成1nm左右的自然氧化膜。另外,在该工序之前,通过湿蚀刻工序形成用于抑制入射光的反射的表面纹理构造。
[0187] ·工序(3A):为了形成光伏产生层而与p型的半导体基体形成pn结,进行用于形成n型的半导体区域的离子注入。
[0188] 离子注入条件设为离子种类为As+,注入能量为35keV,剂量为3×1015cm-2。
[0189] ·工序(4A):为了对在工序(3A)中注入的杂质原子进行激活,进行热处理。
[0190] 在此,在氮气环境下进行5秒钟的1000℃的热处理。
[0191] ·工序(5A):为了形成Al布线,使用溅射法形成500nm厚的Al膜。
[0192] ·工序(6A):为了形成Al布线,通过干蚀刻对Al的局部区域进行蚀刻并图案化。
[0193] ·工序(7A):在Si晶圆背面形成用于与基体相连接的Al电极。
[0194] 图4是表示在上述工序中制作出的太阳能电池(比较试样4)的受光灵敏度的一例的图表。从制作初始阶段起在光波长450nm以下的波长范围中一直低于理想的灵敏度特性。这是由于,尤其不存在将由侵入长度短的光波长产生的光电荷高效地输送到光伏产生层的内部电场。另外,在照射超高压水银灯之后380nm以下的光波长范围中的灵敏度大幅劣化,另外,即使在600nm以下的波长范围中灵敏度也从初始特性起发生了劣化。其结果,太阳光的发电效率与初始值相比劣化了8%左右。
[0195] 以上,使用图1A至图3说明的本发明的实施方式的几个优选例以及它们的变形例均示出是优异的太阳能电池这一情况,通过目前的描述更加明确本发明并不限定于这些例子而得到。
[0196] 本发明并不限于上述实施方式,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,能够进行各种变更和变形。因而,附加
权利要求书以公开本发明的范围。
[0197] 附图标记说明
[0198] 100、200、200B:太阳能电池;100a:光伏产生部;102、202、202B:光伏产生层;103、203、203B:层区域(1);104、204、204B:层区域(2);105(1)、105(2):半导体结;106(1)、106(2):浓度分布曲线的峰位置;107:表面;108:极大值位置;109、205、205B:UV劣化防止层;
110:层区域(3);111:层区域(4);112:中间层;113:表面层;201、201B:晶体性半导体部;
206、206B:防反射膜;207、207B:背面高浓度层;208、208B:受光面电极;209、209B:背面电极;210、210B:上表面高浓度层;211、211B:入射面;212、212B:电极表面。