專利名稱：光電動勢裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電動勢裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
為了提高太陽能電池等光電動勢裝置的性能，如何能夠高效地將太陽光取入到光 電動勢裝置內(nèi)部成為重要的要素。因此，以往，制作了在光入射側(cè)的表面有意圖地形成了幾 十nm 幾十μ m的尺寸的微細(xì)的凹凸的紋理(texture)結(jié)構(gòu)。在該紋理結(jié)構(gòu)中，使在表面 反射了一次的光再次入射到表面，而將更多的太陽光取入到光電動勢裝置內(nèi)部中，從而使 產(chǎn)生電流增大，而提高光電變換效率。作為在太陽能電池用基板上形成紋理結(jié)構(gòu)的方法，在基板是單晶硅(Si)基板的 情況下，廣泛使用通過對蝕刻速度具有晶體方位依賴性的氫氧化鈉、氫氧化鉀等的堿性水 溶液而實(shí)現(xiàn)的利用了晶體方位的各向異性蝕刻處理(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。例如如果對 表面具有(100)面方位的基板表面進(jìn)行該各向異性蝕刻處理，則形成露出(111)面的金字 塔狀的紋理。但是，在多晶硅基板的情況下，在使用堿性水溶液來進(jìn)行各向異性蝕刻處理的方 法中，構(gòu)成基板表面的各晶體粒子的晶體面方位沒有對齊，并且使用堿性水溶液的各向異 性蝕刻處理本身根據(jù)晶體面而其蝕刻率有很大不同，所以只能是部分性地制作紋理結(jié)構(gòu)。 由于這樣的情形，在多晶硅基板的情況下，存在在反射率的降低中存在界限這樣的問題。例 如，如果觀察波長628nm下的反射率，則在表面被鏡面研磨的硅中是約36%，在對(100)面 的單晶硅基板進(jìn)行濕蝕刻了的情況下是約15%，相對于此，在對多晶硅基板進(jìn)行了濕蝕刻 的情況下是27 30%左右。因此，作為不依賴于晶體面方位而在整個(gè)面形成紋理結(jié)構(gòu)的方法，提出了使用了 蝕刻掩模的混合酸蝕刻(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。在蝕刻掩模的制作方法中，可以使用基于 在半導(dǎo)體工藝中使用的平板印刷術(shù)的方法、在耐蝕刻性材料的溶液中混合蝕刻耐性較低的 微粒子并涂敷到基板面上的方法等。然后，在這樣形成了紋理結(jié)構(gòu)的P型的硅基板的表面涂敷包含N型的擴(kuò)散源的摻 雜劑液，并進(jìn)行熱處理而使其擴(kuò)散，從而在紋理結(jié)構(gòu)的表面形成磷濃度較高的高濃度N型 擴(kuò)散層，在硅基板的紋理結(jié)構(gòu)上的規(guī)定的位置處，形成梳狀地配置的由銀等金屬構(gòu)成的柵 電極(grid electrode)、和用于集中來自柵電極的電流的由銀等金屬構(gòu)成的匯流電極(bus electrode)，并在背面形成由鋁、銀等金屬構(gòu)成的背面電極，而形成了太陽能電池(例如， 參照專利文獻(xiàn)3)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平10-70296號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2003-309276號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2005-116559號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在硅基板的紋理結(jié)構(gòu)側(cè)，為了使與由金屬構(gòu)成的柵電極的電接觸變得良好， 并將在光電動勢裝置內(nèi)產(chǎn)生的光電流高效地取出到外部電路，需要使雜質(zhì)高濃度地?cái)U(kuò)散。 但是，為了得到良好的光電動勢，優(yōu)選將在紋理結(jié)構(gòu)側(cè)的硅基板內(nèi)擴(kuò)散的雜質(zhì)濃度控制得 低到規(guī)定的等級以下。因此，在使用了所述以往的技術(shù)的結(jié)構(gòu)的光電動勢裝置中，犧牲光電 變換效率而將在光電動勢裝置內(nèi)產(chǎn)生的光電流高效地取出到外部電路，期望不會降低向外 部電路取出光電流的效率，而與以往的技術(shù)相比進(jìn)一步改善光電變換效率的技術(shù)。本發(fā)明是鑒于所述問題而完成的，其目的在于得到一種光電動勢裝置及其制造方 法，不會與以往相比降低向外部電路取出光電流的效率，而可以與以往相比改善光電變換 效率。為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明的光電動勢裝置具備第1導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板；第 1擴(kuò)散層，在所述半導(dǎo)體基板的光的入射面?zhèn)刃纬?，按照?濃度擴(kuò)散了第2導(dǎo)電類型的雜 質(zhì)；形成在所述第1擴(kuò)散層上的梳狀的柵電極和匯流電極，該匯流電極連接所述柵電極之 間；第2擴(kuò)散層，在所述半導(dǎo)體基板的與光的入射面對置的背面形成，由第1導(dǎo)電類型構(gòu)成； 以及背面電極，在所述第2擴(kuò)散層上形成，該光電動勢裝置的特征在于，具有以從所述第1 擴(kuò)散層的上表面到達(dá)所述半導(dǎo)體基板的方式按照規(guī)定間隔設(shè)置的凹部，相鄰的所述凹部之 間的區(qū)域的上表面包括所述第1擴(kuò)散層，在從所述凹部的形成面起規(guī)定的深度的范圍內(nèi)， 形成有按照比所述第1濃度低的第2濃度擴(kuò)散了第2導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的第3擴(kuò)散層。根據(jù)本發(fā)明，在硅基板的受光面?zhèn)刃纬傻碗娮璧牡?擴(kuò)散層，以不去除所有第1擴(kuò) 散層的方式，設(shè)置規(guī)定間隔的凹部，進(jìn)而在從凹部的表面起規(guī)定的深度的范圍中，設(shè)置比第 1擴(kuò)散層的雜質(zhì)濃度低的第3擴(kuò)散層，所以可以使所入射的太陽光的反射率降低，而在凹部 內(nèi)的第3擴(kuò)散層中高效地進(jìn)行光電變換，并且使通過光電變換產(chǎn)生的光電流經(jīng)由電阻較低 的硅基板表面的第1擴(kuò)散層而到達(dá)表面電極。光電流通過低電阻的第1擴(kuò)散層而集電到表 面電極，從而可以抑制電阻損耗，并且擴(kuò)大表面電極的間隔，而減少表面電極的形成面積， 可以向硅基板內(nèi)入射更多的太陽光。其結(jié)果，具有如下效果不會與以往相比降低向外部電 路取出光電流的效率，而可以與以往相比改善光電變換效率。


圖1-1是光電動勢裝置的俯視圖。圖1-2是光電動勢裝置的背面圖。圖1-3是圖1-2的A-A剖面圖。圖2是放大示出圖1-1 圖1-3所示的光電動勢裝置的柵電極周邊的一部分的立 體圖。圖3是圖2的B-B剖面圖。圖4-1是示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的柵電極周邊的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的剖 面圖。圖4-2是示出以往的光電動勢裝置的柵電極周邊的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。圖5-1是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其1)。
圖5-2是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其2)。圖5-3是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其3)。圖5-4是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其4)。圖5-5是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其5)。圖5-6是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其6)。圖5-7是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其7)。圖5-8是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其8)。圖5-9是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè) 例子的立體圖(其9)。圖6-1是圖5-1的B-B剖面圖。圖6-2是圖5-2的B-B剖面圖。圖6-3是圖5-3的B-B剖面圖。圖6-4是圖5-4的B-B剖面圖。圖6-5是圖5-5的B-B剖面圖。圖6-6是圖5-6的B-B剖面圖。圖6-7是圖5-7的B-B剖面圖。圖6-8是圖5-8的B-B剖面圖。圖6-9是圖5-9的B-B剖面圖。圖7是示意地示出形成開口的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。圖8-1是示意地示出在三角陣點(diǎn)上設(shè)置了開口的情況下的紋理蝕刻后的表面形 狀的圖。圖8-2是示意地示出在四角陣點(diǎn)上設(shè)置了開口的情況下的紋理蝕刻后的表面形 狀的圖。圖9是示出在實(shí)施方式3中在開口的形成中使用的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例 子的圖。圖10是示出在實(shí)施方式4中在開口的形成中使用的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè) 例子的圖。(附圖標(biāo)記說明)100 光電動勢裝置；101 硅基板；102 :N型擴(kuò)散層；102L 低電阻N型擴(kuò)散層； 102H:高電阻N型擴(kuò)散層；103 耐蝕刻膜；104 開口 ； 105a 紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域；105b 電 極形成區(qū)域；106 凹部；109 反射防止膜；110 :P+層；111 :柵電極；112 接合部分；113 匯流電極；121 背側(cè)電極；122 背側(cè)集電電極；200A、200B、200C 激光加工裝置；201 臺(stage) ；203 激光振蕩部；204 激光；205 反射鏡；206 分束器；207 光圈(aperture)； 208 縮小光學(xué)系統(tǒng)；211、213 電流鏡(galvanomirror) ；212 :X軸方向；214 :Y軸方向； 221 全息(holographic)光學(xué)元件；222 聚光透鏡。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖，對本發(fā)明的光電動勢裝置及其制造方法的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行 詳細(xì)說明。另外，本發(fā)明不限于這些實(shí)施方式。另外，以下的實(shí)施方式中使用的光電變換裝 置的剖面圖是示意性的圖，層的厚度與寬度的關(guān)系、各層的厚度的比率等和現(xiàn)實(shí)不同。(實(shí)施方式1)最初，在說明本發(fā)明的實(shí)施方式1的光電動勢裝置的結(jié)構(gòu)之前，對一般的光電動 勢裝置的整體結(jié)構(gòu)的概要進(jìn)行說明。圖1-1 圖1-3是示意地示出一般的光電動勢裝置的 整體結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖，圖1-1是光電動勢裝置的俯視圖，圖1-2是光電動勢裝置的背面 圖，圖1-3是圖1-2的A-A剖面圖。光電動勢裝置100具備光電變換層，該光電變換層包括 作為半導(dǎo)體基板的P型硅基板101 ；在該P(yáng)型硅基板101的一個(gè)主面(受光面)側(cè)的表面 形成的擴(kuò)散了 N型的雜質(zhì)的N型擴(kuò)散層102 ；以及在另一個(gè)主面(背面)側(cè)的表面形成的 與硅基板101相比更高濃度地包含P型的雜質(zhì)的P+層110。另外，光電動勢裝置100具備 防止向光電變換層的受光面的入射光的反射的反射防止膜109 ；為了對在光電變換層中發(fā) 電產(chǎn)生的電局部性地進(jìn)行集電而在受光面設(shè)置的由銀等構(gòu)成的柵電極111 ；為了取出在柵 電極111中進(jìn)行了集電的電而與柵電極111大致正交地設(shè)置的由銀等構(gòu)成的匯流電極113 ； 以在光電變換層中發(fā)電產(chǎn)生的電的取出和入射光的反射為目的而在P型硅基板101的背面 的大致整個(gè)面設(shè)置的由鋁等構(gòu)成的背側(cè)電極121 ；以及對在該背側(cè)電極121中產(chǎn)生的電進(jìn) 行集電的由銀等構(gòu)成的背側(cè)集電電極122。接下來，對作為該實(shí)施方式1的特征的部分進(jìn)行說明。圖2是放大示出圖1-1 圖1-3所示的光電動勢裝置的柵電極周邊的一部分的立體圖，圖3是圖2的B-B剖面圖。另 外，這些圖2和圖3是示出將該圖1-1 圖1-3的柵電極111周邊切出了的狀態(tài)的圖。如這些圖2和圖3所示，光電動勢裝置100的受光面?zhèn)染哂行纬闪司哂幸?guī)定間隔 的凹部106的紋理結(jié)構(gòu)的紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a ；以及形成了光電動勢裝置100的柵電極 111等光入射側(cè)電極的電極形成區(qū)域105b。紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a具有高濃度地?cái)U(kuò)散了 N型的雜質(zhì)的低電阻N型擴(kuò)散層 102L ；以及以使電阻高于低電阻N型擴(kuò)散層102L的方式低濃度地?cái)U(kuò)散了 N型的雜質(zhì)的高電 阻N型擴(kuò)散層102H。更具體而言，紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a在低電阻N型擴(kuò)散層102L中具 有以從低電阻N型擴(kuò)散層102L的上表面到達(dá)硅基板101的方式按照規(guī)定間隔形成的凹部 106，在與沒有形成凹部106的硅基板101的表面部分相當(dāng)?shù)牟糠种校笾戮W(wǎng)眼狀地殘留低 電阻N型擴(kuò)散層102L，在從凹部106的內(nèi)表面起規(guī)定的深度中，形成了高電阻N型擴(kuò)散層 102H。該凹部106的直徑小于相鄰的凹部106彼此的中心之間的距離。另外，在電極形成 區(qū)域105b中，在低電阻N型擴(kuò)散層102L上隔著接合部分112形成了柵電極111等光入射 側(cè)電極。由此，紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a內(nèi)的大致網(wǎng)眼狀地殘存了低電阻N型擴(kuò)散層102L 的部分和電極形成區(qū)域105b連續(xù)地連接。另外，對于低電阻N型擴(kuò)散層102L和高電阻N 型擴(kuò)散層102H的面電阻(薄膜電阻(sheet resistance))，在后面敘述。另外，硅基板101的受光面和背面的結(jié)構(gòu)與圖1-1 圖1-3中說明的部分相同，所以省略其說明。此處，對該實(shí)施方式1的光電動勢裝置100與以往的光電動勢裝置的差異進(jìn)行說 明。圖4-1是示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的柵電極周邊的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的剖面圖， 圖4-2是示出以往的光電動勢裝置的柵電極周邊的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。另外，在以往的 光電動勢裝置中，對與該實(shí)施方式1相同的構(gòu)成要素，附加了同一符號。如圖4-2所示，在以往的光電動勢裝置100A中，僅在受光面?zhèn)鹊碾姌O形成區(qū)域 105b的硅基板101的表面，形成了低電阻N型擴(kuò)散層102L，在紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a的表 面，全部形成了高電阻N型擴(kuò)散層102H。另外，該紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a中的硅基板101 的表面(上表面)的位置，由于形成了凹部106，從而與電極形成區(qū)域105b的硅基板101的 表面(上表面)的位置相比后退。設(shè)為這樣的結(jié)構(gòu)的原因在于，在低電阻N型擴(kuò)散層102L、 即高濃度地?cái)U(kuò)散了雜質(zhì)的區(qū)域中，光電變換特性顯著惡化，且無法有效地利用在該部分中 入射的太陽光，所以優(yōu)選在太陽光所入射的區(qū)域中，形成光電變換特性良好的雜質(zhì)濃度較 低的高電阻N型擴(kuò)散層102H。但是，在高電阻N型擴(kuò)散層102H中，雖然光電變換特性良好， 但通過該高電阻而產(chǎn)生的光電流成為熱的電阻損耗較大，所以必需使相鄰的柵電極111的 間隔變窄。將該柵電極111的間隔配置為窄意味著增加?xùn)烹姌O111的設(shè)置面積，針對入射 到硅基板101內(nèi)部的入射光成為陰影，使光電變換效率降低。相對于此，在該實(shí)施方式1的光電動勢裝置100中，如圖2、圖3以及圖4_1所示， 其結(jié)構(gòu)為，在硅基板101的受光面?zhèn)龋允沟碗娮鐽型擴(kuò)散層102L殘留的方式，設(shè)置規(guī)定間 隔的凹部106，并且，在從該凹部106的表面起規(guī)定的深度的范圍中，設(shè)置高電阻N型擴(kuò)散 層102H。通過凹部106，可以使所入射的太陽光的反射率降低，將在凹部106內(nèi)的高電阻N 型擴(kuò)散層102H中入射的太陽光高效地變換成光電流。進(jìn)而，由于太陽光的入射而生成的光 電流通過在硅基板101的表面殘留的大致網(wǎng)眼狀的低電阻N型擴(kuò)散層102L，而流到柵電極 111，所以可以降低光電流的由于電阻引起的損失。另外，由于經(jīng)由低電阻N型擴(kuò)散層102L 將光電流搬送至柵電極111，所以可以將柵電極111的間隔取得大于圖4-2的以往例。與其 相伴，可以使針對入射到柵電極111的硅基板101內(nèi)部的光的陰影的面積比以往例少，而可 以提高光電變換效率。接下來，對這樣的結(jié)構(gòu)的光電動勢裝置100的制造方法進(jìn)行說明。圖5-1 圖5-9 是示意地示出該實(shí)施方式1的光電動勢裝置的制造方法的處理步驟的一個(gè)例子的立體圖， 圖6-1 圖6-9分別是圖5-1 圖5-9的B-B剖面圖。另外，以下所示的尺寸是一個(gè)例子。首先，準(zhǔn)備硅基板101 (圖5-1、圖6-1)。此處，設(shè)為使用面向民用光電動勢裝置最 廣泛使用的P型多晶硅基板。從多晶硅的塊，通過多線切割機(jī)(multiwire saw)進(jìn)行切片， 通過使用了酸或者堿性溶液的濕蝕刻去除切片時(shí)的破損，從而制造出該硅基板101。破損去 除后的硅基板101的厚度是250 μ m，尺寸是150mmX 150mm。接下來，將破損去除后的硅基板101投入到熱氧化爐中，在作為N型的雜質(zhì)的磷 (P)的氣氛下進(jìn)行加熱，使磷在硅基板101表面高濃度地?cái)U(kuò)散，而形成低電阻N型擴(kuò)散層 102L (圖5-2、圖6-2)。此處，在磷氣氛的形成中使用氧氯化磷(POCl3)，在840°C下擴(kuò)散。之后，在一個(gè)主面上形成的低電阻N型擴(kuò)散層102L上，形成具有耐蝕刻性的膜 (以下，稱為耐蝕刻膜)103(圖5-3、圖6-3)。作為該耐蝕刻膜103，可以使用氮化硅膜 (以下，稱為SiN膜)、氧化硅(Si02、SiO)膜、氧氮化硅(SiON)膜、非晶硅(a-Si)膜、類金剛石碳膜、樹脂膜等。此處，作為耐蝕刻膜103，使用通過等離子體CVD(ChemiCal Vapor D印osition，化學(xué)氣相沉積)法形成的膜厚240nm的SiN膜。另外，雖然將膜厚設(shè)為了 240nm，但可以根據(jù)紋理蝕刻時(shí)的蝕刻條件和后續(xù)工序中的SiN膜的去除性來選擇恰當(dāng)?shù)哪ず?。接下來，在耐蝕刻膜103上的紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a中，形成開口 104(圖5_3、 圖6-3)。在不形成紋理結(jié)構(gòu)而想要形成光電動勢裝置100的光入射側(cè)電極的電極形成區(qū)域 105b中，不形成開口 104。在開口 104的形成中，可以使用基于在半導(dǎo)體工藝中使用的光刻 的方法、基于激光照射的方法等。另外，在基于激光照射的方法中，不需要在通過光刻技術(shù) 形成的情況下所需的抗蝕劑涂敷、曝光 顯影、蝕刻、抗蝕劑的去除這樣的復(fù)雜的工序，可以 僅通過照射激光來形成開口 104，具有可以簡化工序的優(yōu)點(diǎn)。圖7是示意地示出形成開口的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。該激光加工 裝置200A具備載置硅基板101等加工對象的臺201 ；輸出激光204的激光振蕩部203 ； — 邊使激光204反射一邊導(dǎo)入到光路中的反射鏡205 ；將激光204分離成多個(gè)激光的分束器 206 ；使波束形狀成為規(guī)定的形狀的光圈207 ；以及縮小通過了光圈207的激光204而照射 到加工對象的縮小光學(xué)系統(tǒng)208。在這樣的激光加工裝置200A中，從激光振蕩部203輸出的激光204在通過反射鏡 205變更了光路之后，通過分束器206擴(kuò)大而入射到光圈207，在通過光圈207之后，通過 縮小光學(xué)系統(tǒng)208被照射到耐蝕刻膜103上的規(guī)定的位置。其結(jié)果，在硅基板101上形成 的耐蝕刻膜103中形成多個(gè)微細(xì)孔即開口 104，露出基底的硅基板101(低電阻N型擴(kuò)散層 102L)的表面。此處，作為激光振蕩部203，使用組合了 Nd:YAG(Yttrium Aluminum Garnet，釔鋁 石榴石)激光器和3倍高次諧波發(fā)生器而得到的部件。由此，激光的波長成為355nm，成為 SiN膜可以吸收的波長。另外，光學(xué)系統(tǒng)的焦深被設(shè)定成ΙΟμπι以上。另外，通過選擇在去 除了 SiN膜的基礎(chǔ)上進(jìn)而可以在基底的硅基板101中形成凹坑的激光的強(qiáng)度，可以進(jìn)一步 增大凹坑深度與凹坑直徑之比，可以增大光的密閉效果。通過實(shí)驗(yàn)可知，在0.4J/cm2以上 時(shí)，可以在SiN膜中形成開口，在2J/cm2以上時(shí)，在基底的硅基板101中形成凹坑。因此， 此處，使用了 3J/cm2的激光強(qiáng)度。另外，作為激光源，使用了 Nd: YAG激光器的3倍高次諧 波，但只要是可以輸出能夠?qū)⒂杉す鈱杌?01造成的破損抑制在成為紋理蝕刻深度以 內(nèi)的4μπι以內(nèi)的、比700nm短的波長的激光的激光源，則還可以使用其他激光源。另外，作為所述激光加工裝置200A中的光圈207，使用了對金屬板形成開口而得 到的部件。通過了光圈207的激光204被縮小后被照射到加工對象，所以也可以使光圈207 的開口圖案比較大。因此，作為光圈207，也可以使用在金屬板中利用濕蝕刻或者噴沙來形 成了開口的部件。另外，還可以將在玻璃板中形成了鉻膜等薄膜金屬圖案的玻璃掩模用作 光圈207。但是，在該情況下，需要留意玻璃的透射率和金屬薄膜的耐性。接下來，通過在耐蝕刻膜103中形成的開口 104，對包括低電阻N型擴(kuò)散層102L 的硅基板101的表面附近進(jìn)行蝕刻，而形成凹部106 (圖5-5、圖6-5)。在該蝕刻中，通過微 細(xì)的開口 104對硅基板101進(jìn)行蝕刻，所以在硅基板101的表面，以微細(xì)的開口 104為中 心，在其同心位置處，形成凹部106。如果通過混合酸系的蝕刻液來進(jìn)行蝕刻，則不會對硅 基板101表面的晶體面方位造成影響而形成均勻的紋理，可以制造表面反射損失少的光電動勢裝置100。此處，作為蝕刻液，使用氫氟酸和硝酸的混合液?；旌媳仁菤浞? 硝酸 20 水10。另外，可以根據(jù)期望的蝕刻速度、蝕刻形狀，將蝕刻液的混合比變更成恰當(dāng)?shù)幕?合比。另外，在通過該蝕刻形成的凹部106的表面中，在基板表面?zhèn)?，形成了低電阻N型擴(kuò) 散層102L，但在比其深的區(qū)域中，沒有導(dǎo)入雜質(zhì)。進(jìn)而，在通過該蝕刻來形成凹部106時(shí)，以往，如圖4-2所示，將光入射面?zhèn)鹊牡碗?阻N型擴(kuò)散層102L幾乎全部去除，但此處，如圖5-5和圖6-5所示使相鄰的凹部106之間 的低電阻N型擴(kuò)散層102L有意圖地殘留，從而使在光入射面產(chǎn)生的光電流通過作為低電阻 的電流路徑的低電阻N型擴(kuò)散層102L而導(dǎo)入到光入射側(cè)電極(柵電極111)。接下來，在使用氫氟酸等去除了耐蝕刻膜103之后(圖5-6、圖6-6)，將硅基板101 再次投入到熱氧化爐中，在氧氯化磷(POCl3)蒸氣的存在下進(jìn)行加熱，而形成在凹部106的 表面低濃度地?cái)U(kuò)散了磷的高電阻N型擴(kuò)散層102H(圖5-7、圖6-7)。將此時(shí)的擴(kuò)散溫度設(shè)為 840°C。此處，電極形成區(qū)域105b是在蝕刻時(shí)低電阻N型擴(kuò)散層102L殘留的部分，所以即 使從其上方再次進(jìn)行低濃度的擴(kuò)散，電阻仍維持較低。另外，紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a的凹 部106的內(nèi)表面成為在蝕刻時(shí)去除了低電阻N型擴(kuò)散層102L的狀態(tài)，但通過該擴(kuò)散處理， 形成高電阻N型擴(kuò)散層102H。另外，低電阻N型擴(kuò)散層102L的薄膜電阻越低，與電極的接觸性越良好，并且可以 取寬的柵電極111的配置間隔，可以抑制由于配置柵電極111而引起的對硅基板101的陰 影的影響。但是，為了實(shí)現(xiàn)低電阻化，需要增加擴(kuò)散時(shí)的加熱時(shí)間、或者提高加熱溫度，這些 處理成為引起多晶硅(硅基板101)的質(zhì)量降低的原因。這樣，低電阻N型擴(kuò)散層102L的低 電阻化和硅基板101的質(zhì)量處于折衷的關(guān)系，所以需要以成為與對所制造的光電動勢裝置 100要求的特性對應(yīng)的低電阻N型擴(kuò)散層102L的薄膜電阻值那樣的條件，進(jìn)行硅基板101 的加熱處理。一般，低電阻N型擴(kuò)散層102L的表面薄膜電阻優(yōu)選為大于等于30 Ω / 口小于 60 Ω / □，但在還考慮了批量生產(chǎn)性的情況下，優(yōu)選為大于等于45 Ω / □小于55 Ω / 口。另 外，一般，高電阻N型擴(kuò)散層102Η的表面薄膜電阻優(yōu)選為大于等于60 Ω / □小于150 Ω / □， 但如果考慮批量生產(chǎn)時(shí)的特性的穩(wěn)定性，則優(yōu)選為大于等于70 Ω / □小于100 Ω / 口。接下來，在氫氟酸溶液中去除在氧氯化磷(POCl3)蒸氣的存在下進(jìn)行加熱而形成 的磷玻璃層。之后，通過等離子體CVD法在單元表面形成由SiN膜等構(gòu)成的反射防止膜109(圖 5-8、圖6-8)。將該反射防止膜109的膜厚以及折射率設(shè)定成最能抑制光反射的值。另外，也可 以層疊折射率不同的2層以上的膜。另外，也可以通過溉射法等不同的成膜方法來形成。之后，在硅基板101的表面和背面，分別形成表面電極(柵電極111、匯流電極 113)和背面電極(背側(cè)電極121、背側(cè)集電電極122)(圖5-9、圖6-9)。此處，首先，作為 背側(cè)電極121，在整個(gè)面上通過絲網(wǎng)印刷形成混入了鋁的漿料(paste)。接下來，作為柵電 極111(匯流電極113)，通過絲網(wǎng)印刷，梳形地形成混入了銀的漿料。然后，實(shí)施燒焙處理。 另外，在電極形成區(qū)域105b上形成成為柵電極111的基礎(chǔ)的漿料。另外，在大氣氣氛中，在 760°C下實(shí)施燒焙處理。此時(shí)，柵電極111在接合部分112中穿過反射防止膜109而與低 電阻N型擴(kuò)散層102L接觸。由此，可以得到低電阻N型擴(kuò)散層102L與上部電極(柵電極 111、匯流電極113)的良好的電阻性接合。另外，通過燒焙，背側(cè)電極121的鋁擴(kuò)散到硅基 板101，從硅基板101的背面起在規(guī)定的范圍內(nèi)形成P+層110。如上所述，制作出光電動勢 裝置100。
另外，在所述圖5-4和圖6-4中，在紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a的耐蝕刻膜103中形 成開口 104時(shí)，既可以設(shè)置在三角陣點(diǎn)上，也可以設(shè)置在四角陣點(diǎn)上。圖8-1是示意地示出 在三角陣點(diǎn)上設(shè)置了開口的情況下的紋理蝕刻后的表面形狀的圖，圖8-2是示意地示出在 四角陣點(diǎn)上設(shè)置了開口的情況下的紋理蝕刻后的表面形狀的圖。在如圖8-1所示，在三角陣點(diǎn)上設(shè)置開口 104，進(jìn)行了紋理蝕刻的情況下，不形成 凹部106的大致平坦的部分(平坦部)130的比例是約9%左右，入射到光電動勢裝置100 的光入射面的太陽光的90%以上入射到通過蝕刻形成的凹坑(凹部106)，所以可以有效地 利用光。另一方面，在如圖8-2所示，在四角陣點(diǎn)上設(shè)置開口 104，進(jìn)行了紋理蝕刻的情況 下，不形成凹部106的平坦部130的比例超過21%。因此，從光的有效利用的觀點(diǎn)來看，不 如在三角陣點(diǎn)上形成凹部106的情況。但是，可以使開口點(diǎn)數(shù)比形成三角陣點(diǎn)的情況少，所 以從批量生產(chǎn)化的觀點(diǎn)來看是優(yōu)越的。綜上所述，根據(jù)對所制造的光電動勢裝置要求的性 能/成本比，來判斷在三角陣點(diǎn)上設(shè)置開口、還是在四角陣點(diǎn)上設(shè)置開口。根據(jù)該實(shí)施方式1，在從太陽光的受光面?zhèn)鹊谋砻嫫鹨?guī)定的深度的范圍中設(shè)置電 阻較低的低電阻N型擴(kuò)散層102L，在紋理結(jié)構(gòu)形成區(qū)域105a按照規(guī)定間隔設(shè)置凹部106， 在該凹部106的內(nèi)表面形成電阻較高的高電阻N型擴(kuò)散層102H，所以在受光面?zhèn)刃纬墒嵝?的柵電極111時(shí)，高效地將入射到光電動勢裝置100內(nèi)的光變換成光電流，并且將所生成的 光電流經(jīng)由電阻較低的低電阻N型擴(kuò)散層102L搬送至柵電極111。即，與通過高電阻N型 擴(kuò)散層102H的情況相比，電阻損耗被抑制，所以具有如下效果可以使在受光面?zhèn)刃纬傻?柵電極111的間隔比以往的結(jié)構(gòu)的光電動勢裝置100寬。另外，在與和以往相同尺寸(面 積)的光電動勢裝置進(jìn)行了比較的情況下，光電變換效率更優(yōu)越，所以能量效率良好，且具 有節(jié)能效果。(實(shí)施方式2)在實(shí)施方式1的說明中，在圖5-7和圖6-7中在凹部106內(nèi)形成了高電阻N型擴(kuò) 散層102H之后，用氫氟酸溶液去除了低電阻N型擴(kuò)散層102L和高電阻N型擴(kuò)散層102H上 的磷玻璃層，但也可以通過例如氫氟酸和硝酸的混合液，對低電阻N型擴(kuò)散層102L和高電 阻N型擴(kuò)散層102H的極最表面進(jìn)行蝕刻。另外，其他處理工序與實(shí)施方式1中說明的工序 相同，所以省略其說明。根據(jù)該實(shí)施方式2，在低電阻N型擴(kuò)散層102L和高電阻N型擴(kuò)散層102H之上的磷 玻璃層的蝕刻之后，用氫氟酸和硝酸的混合液等混合酸，對這些擴(kuò)散層102L、102H的最表 面進(jìn)行蝕刻，所以具有可以抑制N型擴(kuò)散層中的載流子再次結(jié)合速度這樣的效果。(實(shí)施方式3)在該實(shí)施方式3中，對通過與實(shí)施方式1不同的方法來形成開口的情況進(jìn)行說明。 圖9是示出在實(shí)施方式3中在開口的形成中使用的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。 該激光加工裝置200B具備載置硅基板101等加工對象的臺201 ；輸出激光204的激光振 蕩部203 ；配置在臺201與激光振蕩部203之間，一邊使激光204在X軸方向212上掃描一 邊導(dǎo)入到光路中的第1電流鏡211 ；以及一邊使在第1電流鏡211中反射的激光204在Y軸 方向214上掃描，一邊導(dǎo)入到光路中的第2電流鏡213。在這樣的結(jié)構(gòu)的激光加工裝置200B中，通過使第1和第2電流鏡211、213進(jìn)行掃描，將以點(diǎn)狀會聚的激光204照射到硅基板101上的耐蝕刻膜103的規(guī)定的位置而形成開 口 104。這樣，使第1電流鏡211轉(zhuǎn)動而在X軸方向212上掃描激光204，使第2電流鏡213 轉(zhuǎn)動而在Y軸方向214上掃描激光204，從而可以在硅基板101的整個(gè)區(qū)域中，高速地形成 開口 104。具體而言，在使用重復(fù)頻率500kHz的激光，按照15 μ m間距針對每一個(gè)掃描線形 成10000個(gè)開口 104的情況下，將第1電流鏡211的X軸方向212的掃描頻率設(shè)定成50Hz 即可。另一方面，為了以三角格子上的最密配置形成開口，需要將掃描線的Y軸方向214的 間隔設(shè)定成13 μ m,所以使硅基板101面上的Y軸方向214的掃描速度設(shè)為0. 65mm/秒。這 樣，可以在耐蝕刻膜103中按照15μπι間距的最密配置，形成直徑5μπι的開口 104。根據(jù)該實(shí)施方式3，可以使用第1和第2電流鏡211、213，對作為加工對象的耐蝕 刻膜103上的表面進(jìn)行掃描而照射激光204，所以具有即使不是多點(diǎn)照射也可以高速地設(shè) 置開口 104這樣的效果。(實(shí)施方式4)在該實(shí)施方式4中，對通過與實(shí)施方式1不同的方法來形成開口的情況進(jìn)行說明。 圖10是示出在實(shí)施方式4中在開口的形成中使用的激光加工裝置的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。 該激光加工裝置200C具備載置硅基板101等加工對象的臺201 ；輸出激光204的激光振 蕩部203 ；反射激光204而導(dǎo)入到光路中的反射鏡205 ；全息光學(xué)元件221 ；以及聚光透鏡 222。在該激光加工裝置200C中，可以將從激光振蕩部203輸出并通過反射鏡205導(dǎo)入 而入射到全息光學(xué)元件221的1束激光204，通過光的干涉效應(yīng)和聚光透鏡222，按照期望 的間隔，同時(shí)在加工對象上照射幾100點(diǎn)。然后，對于該可以同時(shí)照射的激光204，一邊在硅 基板101的耐蝕刻膜103上進(jìn)行掃描一邊進(jìn)行照射，從而與使用圖7、圖9的激光加工裝置 200Α.200Β的情況相比，可以大幅縮短形成開口 104的加工時(shí)間。這樣，通過利用使用了全息光學(xué)元件221的激光加工裝置200C，可以在硅基板101 的整個(gè)區(qū)域中，極其高速地形成開口 104。具體而言，通過使用重復(fù)頻率20kHz的激光，在 150mm見方的硅基板101整個(gè)面的加工中只要幾10秒即可，這樣可以在耐蝕刻膜103中按 照約15 μ m間距的最密配置來形成直徑約5 μ m的開口 104。根據(jù)該實(shí)施方式4，可以使用全息光學(xué)元件221通過1次(one-shot)的激光脈沖 在耐蝕刻膜103中形成多個(gè)開口 104，所以具有飛躍地提高加工的吞吐量這樣的效果。另外，在實(shí)施方式1 4中，說明了作為硅基板101使用P型的硅基板101的 情況，但在使用N型的硅基板101并形成P型擴(kuò)散層的相反的導(dǎo)電類型的光電動勢裝 置100中也起到同樣的效果。另外，作為基板使用了多晶硅，但即使使用單晶硅基板， 也具有同樣的效果。進(jìn)而，此處，將基板厚度設(shè)為了 250 μ m,但還可以使用能夠自己保 持(self-maintainable)的例如薄型化至50 μ m左右的基板。另外，將尺寸也敘述為 150mmX 150mm，但這只是一個(gè)例子，不論比它大還是小，都可以得到同樣的效果。進(jìn)而，作為 基板，以硅基板為例子進(jìn)行了說明，但不限于硅基板，而可以在全體半導(dǎo)體基板中應(yīng)用所述 實(shí)施方式1 4。產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，本發(fā)明的光電動勢裝置對使用太陽光來進(jìn)行發(fā)電的太陽能電池是有用 的。
權(quán)利要求
一種光電動勢裝置，具備第1導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板；第1擴(kuò)散層，在所述半導(dǎo)體基板的光的入射面?zhèn)刃纬桑凑盏?濃度擴(kuò)散了第2導(dǎo)電類型的雜質(zhì)；形成在所述第1擴(kuò)散層上的梳狀的柵電極和匯流電極，該匯流電極連接所述柵電極之間；第2擴(kuò)散層，在所述半導(dǎo)體基板的與光的入射面對置的背面形成，由第1導(dǎo)電類型構(gòu)成；以及背面電極，在所述第2擴(kuò)散層上形成，該光電動勢裝置的特征在于，具有以從所述第1擴(kuò)散層的上表面到達(dá)所述半導(dǎo)體基板的方式按照規(guī)定間隔設(shè)置的凹部，相鄰的所述凹部之間的區(qū)域的上表面包括所述第1擴(kuò)散層，在從所述凹部的形成面起規(guī)定的深度的范圍內(nèi)，形成有按照比所述第1濃度低的第2濃度擴(kuò)散了第2導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的第3擴(kuò)散層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述凹部形成在三角陣點(diǎn)上或者四角陣點(diǎn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述第1擴(kuò)散層的薄膜電阻大于等于30 Ω / □且小于60Ω/ □， 所述第3擴(kuò)散層的薄膜電阻大于等于60 Ω / □且小于150 Ω / 口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電動勢裝置，其特征在于， 所述凹部的直徑小于相鄰的所述凹部彼此的中心之間的距離。
5.一種光電動勢裝置的制造方法，包括第1擴(kuò)散層形成工序，在第1導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體基板的光的入射面?zhèn)?，使?導(dǎo)電類型 的雜質(zhì)擴(kuò)散，從而形成第1濃度的第1擴(kuò)散層；耐蝕刻膜形成工序，在所述第1擴(kuò)散層上形成具有耐蝕刻性的耐蝕刻膜； 微細(xì)孔形成工序，在所述耐蝕刻膜上的規(guī)定的位置形成微細(xì)孔，使所述第1擴(kuò)散層露出；凹部形成工序，以所述第1擴(kuò)散層的露出位置為中心，對所述第1擴(kuò)散層和所述半導(dǎo)體 基板進(jìn)行蝕刻而形成凹部；以及第2擴(kuò)散層形成工序，在形成所述凹部的面擴(kuò)散低于所述第1濃度的第2濃度的第2 導(dǎo)電類型的雜質(zhì)，從而形成第2擴(kuò)散層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于，在所述凹部形成工序中，在殘存相鄰的所述微細(xì)孔之間的所述第1擴(kuò)散層的條件下， 進(jìn)行蝕刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于，在所述微細(xì)孔形成工序中，使用所述耐蝕刻膜吸收的波長的激光來進(jìn)行微細(xì)孔的形成處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于，在所述耐蝕刻膜形成工序中，作為所述耐蝕刻膜形成SiN膜， 在所述微細(xì)孔形成工序中，使用波長是700nm以下的激光。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于，在所述微細(xì)孔形成工序中，利用掩模對所述激光的一部分進(jìn)行遮光，從而在所述耐蝕 刻膜中同時(shí)形成多個(gè)所述微細(xì)孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于，在所述微細(xì)孔形成工序中，使用電流鏡而使所述激光在所述耐蝕刻膜上掃描，從而形 成多個(gè)所述微細(xì)孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于，在所述微細(xì)孔形成工序中，使用全息光學(xué)元件而使所述激光在所述耐蝕刻膜上掃描， 從而形成多個(gè)所述微細(xì)孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電動勢裝置的制造方法，其特征在于，在所述微細(xì)孔形成工序中，在所述耐蝕刻膜的三角陣點(diǎn)上或者四角陣點(diǎn)上，形成所述 微細(xì)孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電動勢裝置，不會比以往相比降低向外部電路取出光電流的效率，而可以與以往相比改善光電變換效率。具備P型硅基板101；在光的入射面?zhèn)刃纬傻陌凑盏?濃度擴(kuò)散了N型的雜質(zhì)的低電阻N型擴(kuò)散層102L；在低電阻N型擴(kuò)散層102L上形成的柵電極111；在背面形成的P+層110；以及在P+層110上形成的背面電極，具有以從低電阻N型擴(kuò)散層102L的上表面到達(dá)硅基板101的方式，按照規(guī)定間隔設(shè)置的凹部106，在相鄰的凹部106之間的區(qū)域的上表面，包括低電阻N型擴(kuò)散層102L，在從凹部106的形成面起規(guī)定的深度的范圍中，形成了按照比第1濃度低的第2濃度擴(kuò)散了N型的雜質(zhì)的高電阻N型擴(kuò)散層102H。
文檔編號H01L31/0236GK101960617SQ20088012789
公開日2011年1月26日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者石原隆, 西村邦彥 申請人:三菱電機(jī)株式會社