光生伏特元件及其制造方法技术

层叠结构(ST)具有在半导体基板(100)上交替设置的多个隧道氧化物层(104)和多个结晶系薄膜半导体层(106)。多个隧道氧化物层(104)包含在半导体基板(100)上依次配置的第1至第n隧道氧化物层(104a～104f)。第1隧道氧化物层(104a)与半导体基板(100)抵接，并且对于半导体基板(100)的少数载流子具有势垒。多个结晶系薄膜半导体层(106)的各个层具有第1导电型。多个结晶系薄膜半导体层(106)包含在半导体基板(100)上依次配置的第1至第n结晶系薄膜半导体层(106a～106f)。多个结晶系薄膜半导体层(106)的各个层在50％以上的厚度范围中具有1原子％以下的平均氢含量，并且具有50％以上的结晶率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光生伏特元件及其制造方法
本专利技术涉及光生伏特元件及其制造方法。
技术介绍
作为典型的光生伏特元件，有结晶系的硅太阳能电池。结晶系硅太阳能电池使用单晶硅或多晶硅，特别是使用单晶基板的太阳能电池具有高的转换效率。在结晶系硅太阳能电池中，为了提高其开路电压，广泛应用钝化技术。具体地，在基板表面形成非常薄的氧化膜，在其上形成硅掺杂层。该薄的氧化膜作为隧道氧化物层来发挥功能。通过隧道氧化物层所形成的能带势垒和掺杂层产生的电场效应，将少数载流子击退。由此少数载流子的复合受到抑制。通过钝化技术，能够得到超过700mV的高的开路电压。另一方面，由于多数载流子的传输可通过隧道效应来顺利地进行，因此能够避免由隧道氧化物层引起的串联电阻的增大。根据以上，通过钝化技术，可兼顾高的开路电压和曲线因子。在下述的非专利文献1的方法中，在n型硅基板的背面形成隧道氧化物层/磷掺杂硅层后，在超过600℃且不到1000℃下进行热处理。然后，在磷掺杂硅层上直接全面地形成背面电极。作为形成电极的方法，将Ti/Pd/Ag的种子层热蒸镀后、进行镀Ag。在下述的专利文献1的方法中，在隧道氧化物层/半导体层上，设置透明导电膜、和该透明导电膜上的梳型电极。透明导电膜具有作为保护掺杂层免受电极形成损伤的保护膜的功能。另外，透明导电膜由于具有导电性，因此与使用绝缘层作为保护膜的情况不同，具有不必为了设置电极与半导体层的接触而设置开口的优点。在下述的专利文献2的方法中，在低温下交替形成薄膜半导体层与绝缘膜。在其上形成掺杂层及钝化膜。然后，例如通过丝网印刷法来形成电极。具体地，进行使用银糊的丝网印刷、和被印刷的银糊的烧成。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2012-60080号公报专利文献2：日本特表2015-526894号公报非专利文献非专利文献1：F.Feldmann等，“Passivatedrearcontactsforhigh-efficiencyn-typeSiSolarCellsprovidinghighinterfacepassivationqualityandexcellenttransportcharacteristics”，SolarEnergyMaterials&SolarCells120(2014)270-274
技术实现思路
专利技术要解决的课题在上述非专利文献1的方法中，在与隧道氧化物层一起构成隧道接合的掺杂层上，使用蒸镀法及镀敷法来形成用于光电流收集的电极。但是，如果考虑大量生产时的生产率，就电极而言，如专利文献2的方法，优选采用使用有银糊的印刷法来形成。如果通过印刷法，进行高温烧成工艺，由此能够形成：具有可靠性高的接触性和低电阻的电极。另一方面，如果通过印刷法，由于烧成工艺引起的热损伤或银的侵蚀等，可发生隧道接合层的特性劣化。就烧成引起的特性劣化而言，不仅在隧道接合层侧使用烧成电极的情况下，而且在只在与隧道接合层相反侧的面使用烧成电极的情况下也可发生。即，由于烧成时的高温过程，可发生隧道氧化物层/掺杂层的结构的劣化。在使用烧成工艺在掺杂层上直接形成电极的情况下，就特性劣化而言，电极由于烧穿而突破100nm以下的掺杂层并侵蚀基板而发生。为了防止其，考虑降低烧成温度、进而使用可低温烧结的银糊的方法。但是，该方法招致电阻的增大和电接触性的恶化。另外，电极印刷时的摩擦等所导致的物理损伤将掺杂层损伤也是问题。对于单纯地使掺杂层变厚的方法而言，不能抑制掺杂层中的复合的影响到达基板界面，可导致急剧的特性劣化。在上述专利文献1的方法中，在掺杂层与电极之间设置透明导电膜。认为：由此，烧成电极对基板侵蚀、印刷时产生物理损伤受到抑制。但是，透明导电膜具有高的载流子浓度，因此容易吸收光。因此，电流损失增加。另外，透明导电膜缺乏耐热性，因此在烧成时电特性或结构容易劣化。因此，工艺温度受到限制。因此，有时未必能够选择简易、大量生产性及可靠性高的工艺。在专利文献2的方法中，在低温下进行将薄膜半导体层和绝缘膜交替成膜的工序。因此，薄膜半导体层中的掺杂剂的活化率低，因此其电场效应弱。因此，得到的钝化效果也变弱。进而，因为成膜在低温下进行，因此含有大量的氢，或者内含大的变形。因此，如果为了电极的烧成而进行800℃左右的热处理，则由于在层间所夹持的氢的脱离或者变形的释放，容易发生膜剥离。膜剥离可使为了得到高钝化效果的结构紊乱。本专利技术为了解决以上的课题而完成，其目的在于提供能够更可靠地得到高钝化效果的光生伏特元件及其制造方法。用于解决课题的手段本专利技术的光生伏特元件具有半导体基板、层叠结构和保护膜。半导体基板具有第1导电型及与第1导电型相反的第2导电型中的任一者。层叠结构具有在半导体基板上交替设置的多个隧道氧化物层及多个结晶系薄膜半导体层。保护膜设置在层叠结构上，由电介质制作。多个隧道氧化物层包含在半导体基板上依次配置的第1至第n隧道氧化物层。第1隧道氧化物层与半导体基板抵接，且对于半导体基板的少数载流子具有势垒。多个结晶系薄膜半导体层的各个层具有第1导电型。多个结晶系薄膜半导体层包含在半导体基板上依次配置的第1至第n结晶系薄膜半导体层。多个结晶系薄膜半导体层的各个层在50％以上的厚度范围具有1原子％以下的平均氢含量，且具有50％以上的结晶率。就根据本专利技术的一个方面的光生伏特元件的制造方法而言，具有以下的工序。形成层叠结构，所述层叠结构具有：在具有第1导电型及与第1导电型相反的第2导电型中的任一者的半导体基板上交替配置的多个隧道氧化物层及多个结晶系薄膜半导体层。在层叠结构上形成由电介质制作的保护膜。多个隧道氧化物层包含在半导体基板上依次配置的第1至第n隧道氧化物层。第1隧道氧化物层与半导体基板抵接，且对于半导体基板的少数载流子具有势垒。多个结晶系薄膜半导体层的各个层具有第1导电型。多个结晶系薄膜半导体层包含在半导体基板上依次配置的第1至第n结晶系薄膜半导体层。第1至第n结晶系薄膜半导体层分别具有第1至第n杂质浓度。第1至第n杂质浓度中第1杂质浓度比其他的任意杂质浓度都低。就形成层叠结构的工序而言，包含依次形成第1至第n结晶系薄膜半导体层的工序，在形成第1至第n结晶系薄膜半导体层的各个层的工序中，形成第2至第n的结晶系薄膜半导体层的工序的各个工序中所使用的温度比形成第1结晶系薄膜半导体层的工序中所使用的温度低。就根据本专利技术的另一方面的光生伏特元件的制造方法而言，具有以下的工序。形成层叠结构，所述层叠结构具有：在具有第1导电型及与第1导电型相反的第2导电型中的任一者的半导体基板上交替配置的多个隧道氧化物层和多个结晶系薄膜半导体层。在层叠结构上形成由电介质制作的保护膜。多个隧道氧化物层包含在半导体基板上依次配置的第1至第n隧道氧化物层。第1隧道氧化物层与半导体基板抵接，且对于半导体基板的少数载流子具有势垒。多个结晶系薄膜半导体层的各个层具有第1导电型。多个结晶系薄膜半导体层包含在半导体基板上依次配置的第1至第n结晶系薄膜半导体层。第1至第n结晶系薄膜半导体层分别具有第1至第n杂质浓度。第1至第n杂质浓度中第k(n≥k≥2)的杂质浓度分别比第k-1的杂质浓度高。就形成层叠结构的工序而言，包含依次形成第1至第n结晶系薄膜半导体层的工序。形成第1至第n结晶系薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光生伏特元件(201，202)，具备：半导体基板(100)，其具有第1导电型及与所述第1导电型相反的第2导电型中的任一者；层叠结构(ST)，其具有在所述半导体基板(100)上交替设置的多个隧道氧化物层(104)及多个结晶系薄膜半导体层(106)；和保护膜(107)，其在所述层叠结构(ST)上设置、由电介质制作，所述多个隧道氧化物层(104)包含在所述半导体基板(100)上依次配置的第1至第n隧道氧化物层，所述第1隧道氧化物层与所述半导体基板(100)抵接，且对于所述半导体基板(100)的少数载流子具有势垒；所述多个结晶系薄膜半导体层(106)的各个层具有所述第1导电型，所述多个结晶系薄膜半导体层(106)包含在所述半导体基板(100)上依次配置的第1至第n结晶系薄膜半导体层；所述多个结晶系薄膜半导体层(106)的各个层在50％以上的厚度范围中具有1原子％以下的平均氢含量，且具有50％以上的结晶率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.01 JP 2016-1100621.一种光生伏特元件(201，202)，具备：半导体基板(100)，其具有第1导电型及与所述第1导电型相反的第2导电型中的任一者；层叠结构(ST)，其具有在所述半导体基板(100)上交替设置的多个隧道氧化物层(104)及多个结晶系薄膜半导体层(106)；和保护膜(107)，其在所述层叠结构(ST)上设置、由电介质制作，所述多个隧道氧化物层(104)包含在所述半导体基板(100)上依次配置的第1至第n隧道氧化物层，所述第1隧道氧化物层与所述半导体基板(100)抵接，且对于所述半导体基板(100)的少数载流子具有势垒；所述多个结晶系薄膜半导体层(106)的各个层具有所述第1导电型，所述多个结晶系薄膜半导体层(106)包含在所述半导体基板(100)上依次配置的第1至第n结晶系薄膜半导体层；所述多个结晶系薄膜半导体层(106)的各个层在50％以上的厚度范围中具有1原子％以下的平均氢含量，且具有50％以上的结晶率。2.根据权利要求1所述的光生伏特元件(201，202)，其特征在于，所述第1至第n结晶系薄膜半导体层分别具有第1至第n杂质浓度，所述第1至第n杂质浓度中所述第1杂质浓度比其他的任意的杂质浓度都低。3.根据权利要求1所述的光生伏特元件(201，202)，其特征在于，所述第1至第n结晶系薄膜半导体层分别具有第1至第n杂质浓度，所述第1至第n杂质浓度中第k(n≥k≥2)的杂质浓度分别比第k-1的杂质浓度高。4.根据权利要求1-3中任一项所述的光生伏特元件(201，202)，其中，所述第1至第n结晶系薄膜半导体层的各个层含有磷原子作为掺杂剂。5.根据权利要求1-4中任一项所述的光生伏特元件(201，202)，其特征在于，所述第1杂质浓度为1原子％以下。6.一种光生伏特元件(201，202)的制造方法，其具备：形成层叠结构(ST)的工序，所述层叠结构(ST)具有：在具有第1导电型及与所述第1导电型相反的第2导电型中的任一者的半导体基板(100)上交替配置的多个隧道氧化物层(104)及多个结晶系薄膜半导体层(106)；和在所述层叠结构(ST)上形成由电介质制作的保护膜(...

【专利技术属性】
技术研发人员：绵引达郎，小林裕美子，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP