光电转换器件及其制造方法技术

一种光电转换器件包括位于第一电极与第二电极之间的一个或多个单元电池，其中半导体结通过按顺序堆叠以下层来形成：一种导电性类型的第一杂质半导体层；包含ＮＨ基或ＮＨ２基的本征非单晶半导体层；以及导电性类型与第一杂质半导体层相反的第二杂质半导体层。在光入射侧上的单元电池的非单晶半导体层中，通过二次离子质谱法测得的氮浓度为５×１０１８／ｃｍ３或更高以及５×１０２０／ｃｍ３或更低，且通过二次离子质谱法测得的氧和碳的浓度低于５×１０１８／ｃｍ３。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
为了对包括全球变暖的全球环境问题采取措施，以太阳能电池为代表的光电转换器件的市场已经扩大。实现高光电转换效率的块状晶体硅光电转换器件已被投入实用。对于块状晶体硅光电转换器件，使用了诸如单晶硅衬底或多晶硅衬底的块状硅衬底。然而，块状硅衬底的绝大多数部分作为对光电转换无贡献的支承件。此外，近年来，由于半导体市场的复苏和太阳能电池市场的迅速增长，硅供应已经非常短缺。根据这些方面，块状晶体硅的光电转换器件难以节省资源和降低成本。另一方面，在使用薄非晶硅膜、薄微晶硅膜等等的非单晶硅的薄膜型光电转换器件中，通过使用各种化学或物理气相沉积方法在支承衬底上形成了呈现光电转换功能的薄硅膜。因此，认为非单晶硅的薄膜型光电转换器件相比于块状光电转换器件能实现资源节省和成本降低。然而，诸如薄非晶硅膜和薄微晶硅膜的非单晶硅薄膜具有作为载流子陷阱的缺陷，诸如悬空键和晶粒边界。因此，难以获得足够的光电转换效率，从而块状晶体硅光电转换器件已在太阳能电池市场中获得较大份额。此外，给出薄膜中包含的杂质作为非单晶硅薄膜的低光电转换效率的因素。非单晶硅薄膜通常通过CVD方法或类似方法形成，但诸如氧和碳的杂质是在膜形成等期间引入的。因此，形成了包括氧、碳或类似物的非单晶硅薄膜。因此，提出了通过将非单晶硅薄膜中包括的特定残余杂质原子的浓度控制在适当浓度范围内以提高光电转换器件的性能的尝试(例如，专利文献1 日本已公开专利申请 No. 2000-58889)。在专利文献1中，提到了氧浓度和碳浓度，但未讨论氮浓度。此外，在专利文献1 中，氮被认为是与氧和碳一样的残余杂质，从而该文献认为氮浓度优选尽可能低。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术一个实施例的目的是形成其中缺陷减少的非单晶半导体层作为形成光电转换器件的半导体结的半导体层。本专利技术的实施例的另一目的是提高利用非单晶半导体层形成的光电转换器件的光电转换效率。本专利技术的另一实施例是为了提供一种光电转换器件，该光电转换器件具有其中氮浓度在预定范围内且氧浓度和碳浓度低的非单晶半导体层作为形成该光电转换器件的半导体层。具体而言，在包括半导体结的单元电池中形成了其中通过二次离子质谱法测得的氮的峰值浓度为5X 1018/cm3或更高以及5X 102°/cm3或更低、优选为1 X IO1Vcm3或更高以及5X 102°/cm3或更低且通过二次离子质谱法测得的氧和碳的各自峰值浓度低于5 X IO18/ cm3、优选低于lX1018/cm3的非单晶半导体层。注意，非单晶半导体层优选包含NH基。本专利技术的另一实施例是一种光电转换器件，其包括在第一电极与第二电极之间的一个或更多个单元电池，其中半导体结通过按顺序堆叠一种导电性类型的第一杂质半导体层而形成；非单晶半导体层；以及导电性类型与第一杂质半导体层相反的第二杂质半导体层。在光入射侧上的单元电池的非单晶半导体层中，通过二次离子质谱法测得的氮的峰值浓度为5X 1018/cm3或更高以及5X 102°/cm3或更低，且通过二次离子质谱法测得的氧和碳的各自峰值浓度低于5X1018/cm3。在上述结构中，在非单晶半导体层中，通过二次离子质谱法测得的氮的峰值浓度优选为1 X IO1Vcm3或更高以及5 X IO2tVcm3或更低。在上述结构中，非单晶半导体层优选包含NH基。此外，可使用在第一杂质半导体层与非单晶半导体层之间包含非晶半导体层的结构。本专利技术的另一实施例是一种用于制造光电转换器件的方法，该方法包括以下步骤在衬底上形成第一电极；在第一电极上形成一个或更多个单元电池，在这些单元电池中，通过按顺序堆叠一种导电性类型的第一杂质半导体层、具有通过二次离子质谱法测得的氮峰值浓度为5X 1018/cm3或更高以及5X IO2tVcm3或更低且通过二次离子质谱法测得的氧和碳的各自峰值浓度低于5X1018/cm3的非单晶半导体层以及与第一杂质半导体层的导电性类型相反的第二杂质半导体层形成半导体结；以及在该单元电池上形成第二电极。在上述结构中，该非单晶半导体层优选通过向处理室中引入半导体源气体、稀释气体以及含氮的气体并产生等离子体来形成，该处理室经过抽真空至1 X IO-8Pa或更低、优选地是的真空度。此外，优选使用含氨、氯胺、氟胺等等的气体或氮气作为含氮的气体。在本说明书中，氮浓度、氧浓度以及碳浓度是通过二次离子质谱法(SIMQ测得的峰值浓度。本说明书中的术语“非单晶半导体”包括其类别中的基本本征半导体，具体而言指的是其所具有的赋予P型导电性(典型地为硼)或η型导电性的杂质(典型地为磷，且注意在此，氮未被包含在赋予η型导电性的杂质中)的浓度为lX102°cm_3或更低、且其光电导率为暗电导率的100倍或更多倍的非单晶半导体。注意，存在当未有意地添加用于控制价电子的杂质元素时非单晶半导体具有弱η型导电性的情况；因此，可在膜形成的同时或膜形成之后添加赋予P型导电性的杂质元素(典型地为硼)。在这种情况下，非单晶半导体中包括的P型杂质的浓度约为1 X IO1VcnT3到6Χ 1016/cm_3。本说明书中的术语“光电转换层”包括其类别中的半导体层，通过该半导体层实现了光电(内光电)效应，而且还包括被接合以形成内电场或半导体结的杂质半导体层。也就是说，本说明书中的光电转换层指的是具有以p-i-n结或类似物为典型的结的半导体层。本说明书中的术语“p-i-n结”包括其中ρ型半导体层、i型半导体层以及η型半导体层以此顺序从光入射侧堆叠的结，以及其中η型半导体层、i型半导体层以及P型半导体层以此顺序从光入射侧堆叠的结。注意，在本说明书中，所给出的包括在术语中的诸如“第一”、“第二”或“第三”的数字是为了方便区别各要素，而不是限制数量、布置以及步骤的顺序。根据本专利技术的一个实施例中，能提供具有缺陷减少的非单晶半导体层作为光电转换层的光电转换器件。此外，能提高具有非单晶半导体层的光电转换器件的光电转换效率。附图简述图1是示出本专利技术一个实施例的光电转换器件的横截面示意图。图2是示出可应用于本专利技术一个实施例的光电转换器件制造的等离子体CVD装置的横截面示意图。图3是示出可应用于本专利技术一个实施例的光电转换器件制造的多室等离子体CVD 装置的平面示意图。图4A和4B分别示出模型1和模型2，模型1和模型2示出非单晶半导体层。图5A和5B分别示出模型1的波函数的形状和模型2的波函数的形状。图6是示出本专利技术另一实施例的光电转换器件的横截面示意图。图7是示出本专利技术另一实施例的光电转换器件的横截面示意图。图8A至8C是示出用于制造本专利技术一实施例的光电转换器件模块的方法的横截面图。图9是示出用于制造本专利技术一实施例的光电转换器件模块的方法的横截面图。图10是示出本专利技术一实施例的非单晶半导体层的绘图。图IlA至IlC是示出本专利技术一实施例的非单晶半导体层的绘图。图12是示出本专利技术一实施例的非单晶半导体层的曲线图。图13A至13D是示出本专利技术一实施例的非单晶半导体层的绘图。图14A和14B是示出本专利技术一实施例的非单晶半导体层的绘图。图15是示出本专利技术一实施例的非单晶半导体层的曲线图。具体实施例方式将参照附图说明本专利技术的实施例。然而，本专利技术不限于以下描述，而且本领域技术人员容易理解的是，这些方式和细节可本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光电转换器件，包括：位于第一电极与第二电极之间的单元电池，所述单元电池包括按顺序堆叠从而形成半导体结的一种导电性类型的第一杂质半导体层、非单晶半导体层以及导电性类型与所述第一杂质半导体层相反的第二杂质半导体层，其中所述非单晶半导体层包含ＮＨ基。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫入秀和，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP