JP2640389B2 - Solar cell manufacturing method - Google Patents

Solar cell manufacturing method

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は太陽電池の製造方法に関し、特にエネルギー
変換効率が良好な太陽電池の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly, to a method for manufacturing a solar cell having good energy conversion efficiency.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

各種機器において、駆動エネルギー源として太陽電池
が利用されている。
In various devices, a solar cell is used as a driving energy source.

太陽電池は機能部分にpn接合を用いており、該pn接合
を構成する半導体としては一般にシリコンが用いられて
いる。光エネルギーを起電力に変換する効率の点から
は、単結晶シリコンを用いるのが好ましいが、大面積化
および低コスト化の点からはアモルファスシリコンが有
利とされている。
A solar cell uses a pn junction in a functional part, and silicon is generally used as a semiconductor forming the pn junction. From the viewpoint of the efficiency of converting light energy into electromotive force, it is preferable to use single crystal silicon, but from the viewpoint of increasing the area and reducing the cost, amorphous silicon is advantageous.

近年においては、アモルファスシリコンなみの低コス
トと単結晶シリコンなみの高エネルギー変換効率とを得
る目的で多結晶シリコンの使用が検討されている。とこ
ろが、従来提案されている方法では塊状の多結晶をスラ
イスして板状体としこれを用いていたために厚さを0.3m
m以下にすることは困難であり、従って光量を十分に吸
収するのに必要以上の厚さとなり、この点で材料の有効
利用が十分ではなかった。即ちコストを下げるためには
十分な薄型化が必要である。
In recent years, the use of polycrystalline silicon has been studied for the purpose of obtaining low cost comparable to amorphous silicon and high energy conversion efficiency comparable to single crystal silicon. However, in the conventionally proposed method, a thick polycrystal was sliced into a plate-like body, which was used to reduce the thickness to 0.3 m.
It is difficult to reduce the thickness to less than m, so that the thickness becomes more than necessary to sufficiently absorb the amount of light, and in this regard, the effective use of the material is not sufficient. That is, it is necessary to reduce the thickness sufficiently in order to reduce the cost.

そこで、化学的気相成長法(CVD)等の薄膜形成技術
を用いて多結晶シリコンの薄膜を形成する試みがなされ
ているが、結晶粒径がせいぜい百分の数ミクロン程度に
しかならず、塊状多結晶シリコンスライス法の場合に比
べてもエネルギー変換効率が低い。
Therefore, attempts have been made to form a polycrystalline silicon thin film using a thin film forming technique such as a chemical vapor deposition (CVD) method. Energy conversion efficiency is lower than that of the crystalline silicon slice method.

また、上記CVD法により形成した多結晶シリコン薄膜
にレーザ光を照射し溶融再結晶化させて結晶粒径を大き
くするという試みもなされているが低コスト化が十分で
なく、また安定した製造も困難である。
Attempts have also been made to increase the crystal grain size by irradiating the polycrystalline silicon thin film formed by the above-described CVD method with laser light and melting and recrystallizing it, but cost reduction is not sufficient, and stable production is also not possible. Have difficulty.

このような事情はシリコンのみならず、化合物半導体
においても共通な問題となっている。
Such a situation is a common problem not only in silicon but also in compound semiconductors.

これに対し、米国特許第4,816,420号明細書に開示さ
れている方法、即ち、マスク材を介して結晶基板上に選
択的エピタキシャル成長および横方向成長法によりシー
ト状の結晶を形成した後基板より分離することを特徴と
する太陽電池の製造方法により薄型の結晶太陽電池が得
られることが示された。
On the other hand, the method disclosed in U.S. Pat.No. 4,816,420, that is, a sheet-like crystal is formed by selective epitaxial growth and a lateral growth method on a crystal substrate via a mask material and then separated from the substrate. It has been shown that a thin crystalline solar cell can be obtained by the method for manufacturing a solar cell characterized by the above.

〔発明が解決しようとしている課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述の方法においてマスク材に設けられる開口部はラ
イン状であり、このラインシードより選択的エピタキシ
ャル成長および横方向成長を用いて成長させたシート状
の結晶を分離するには結晶の劈開を利用して機械的に剥
がすためにラインシードの形状がある程度の大きさ以上
では基板との接地面積が多くなるので剥がす途中でシー
ト状結晶の破損をひき起こしてしまう。特に太陽電池の
大面積化を図る場合にはどんなにライン幅を狭くしても
(実際的には1μm前後)ライン長が数mm〜数cmあるい
はそれ以上の大きさになれば致命的な問題となる。
In the above-described method, the opening provided in the mask material has a line shape. To separate a sheet-like crystal grown by selective epitaxial growth and lateral growth from the line seed, the cleavage of the crystal is used. If the shape of the line seed is larger than a certain size due to mechanical peeling, the ground contact area with the substrate increases, so that the sheet crystal is damaged during the peeling. In particular, when increasing the area of solar cells, no matter how narrow the line width (actually around 1 μm), if the line length becomes several mm to several cm or more, it is a fatal problem. Become.

また上述の方法においてマスク材としてSiO2を用いて
1000℃の基板温度で選択的エピタキシャル成長および横
方向成長によりシリコン薄膜を成長させる例が示されて
いるが、このような高温度においては成長するシリコン
膜とSiO2との反応によってシリコン層/SiO2界面近傍に
おいてシリコン層側にかなりの積層欠陥(面欠陥)が導
入されることが一般的によく知られている。このような
欠陥は太陽電池としての特性に多大な悪影響を与える。
これとは逆に成長温度が低い程、欠陥密度も低くなるこ
とが報告されているが〔H.Kitajima,A.Ishitani,N.Endo
and K.Tanno,Jpn.J.Appl.Phys.22,L783(1983)〕、成
長速度が急激に落ちるため実用的な時間内で太陽電池形
成に必要な膜厚を得ることができなくなる。
In the above method, SiO 2 was used as a mask material.
Although examples of growing a silicon thin film is shown by the selective epitaxial growth and lateral growth at a substrate temperature of 1000 ° C., the silicon layer / SiO 2 by the reaction between the silicon film and the SiO 2 to grow in this high temperature It is generally well known that considerable stacking faults (plane defects) are introduced on the silicon layer side near the interface. Such defects have a great adverse effect on the characteristics of the solar cell.
Conversely, it has been reported that the lower the growth temperature is, the lower the defect density is [H. Kitajima, A. Ishitani, N. Endo
and K. Tanno, Jpn. J. Appl. Phys. 22 , L783 (1983)], the growth rate drops rapidly, and the film thickness required for solar cell formation cannot be obtained within a practical time.

〔発明の目的〕[Object of the invention]

本発明の方法は上記従来技術の持つ欠点を除去し、良
質な薄型シリコン太陽電池の製造方法を提供するもので
ある。
The method of the present invention eliminates the above-mentioned disadvantages of the prior art and provides a method of manufacturing a high-quality thin silicon solar cell.

本発明の目的はシリコンウエハ上に形成した薄型半導
体層をガラス基板等の基板に転写することにより安価な
太陽電池を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an inexpensive solar cell by transferring a thin semiconductor layer formed on a silicon wafer to a substrate such as a glass substrate.

また本発明の他の目的は絶縁層を介した選択的結晶成
長において成長結晶/絶縁層界面近傍での成長結晶中の
欠陥を低減することで高品質な太陽電池を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a high-quality solar cell by reducing defects in a grown crystal near an interface between a grown crystal and an insulating layer in selective crystal growth via an insulating layer.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

本発明は、上述の従来技術における問題を解決し、上
記の目的を達成すべく本発明者らによる鋭意研究の結果
完成に至ったものであり、特性の良好な薄型シリコン太
陽電池の製造方法に係わるものである。即ち、本発明の
太陽電池の製造方法は、シリコンウエハ上に絶縁層を形
成する工程、該絶縁層の表面を格子点状に露出する空隙
を有する多結晶の半導体層を該絶縁層上に形成する工
程、該絶縁層を前記空隙を利用してエッチング除去し、
前記シリコンウエハから前記半導体層を分離する工程、
及び前記分離された半導体層に電極を設ける工程、とを
有することを特徴とする太陽電池の製造方法である。
The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art and has been completed as a result of intensive studies by the present inventors in order to achieve the above object. It is concerned. That is, in the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, a step of forming an insulating layer on a silicon wafer, forming a polycrystalline semiconductor layer having voids exposing the surface of the insulating layer in a lattice-like manner on the insulating layer Step, the insulating layer is removed by etching using the gap,
Separating the semiconductor layer from the silicon wafer,
And a step of providing an electrode on the separated semiconductor layer.

本発明の主要な技術は第2図に示されたシリコンウエ
ハ上に形成された非核形成面とシリコン種部(シード
部)の領域を用いて行われる選択的エピタキシャル成長
およびそれに引き続いて行われる横方向成長により、結
晶方位と大きさ(粒径)の揃った単結晶体の集合である
多結晶シリコン薄膜を形成することである。
The main technique of the present invention is the selective epitaxial growth using the non-nucleation surface formed on the silicon wafer and the region of the silicon seed portion (seed portion) formed on the silicon wafer shown in FIG. The purpose of the present invention is to form a polycrystalline silicon thin film, which is a set of single crystals having the same crystal orientation and size (grain size) by growth.

ここで選択的エピタキシャル成長法の一般的な原理に
ついて簡単に説明する。選択的エピタキシャル成長法と
は、気相成長法を用いてエピタキシャル成長を行う場合
に、第2図(A),(B)に示されるように、シリコン
ウエハ上に形成された酸化膜等の絶縁層上では核形成が
起きないような条件で絶縁層に設けられた開口部内の露
出したシリコン表面を種結晶としてこの開口部内のみで
エピタキシャル成長を行う選択的結晶成長法である。開
口部を埋めたエピタキシャル層がさらに成長を続けた場
合には結晶層は縦方向の成長を続けながら絶縁層の表面
に沿って横方向にも成長していく。これが横方向成長法
(Epiatxial Lateral Overgrowth)と呼ばれるもので、
横方向に成長を続けると最終的に異なる開口部から成長
したシリコン結晶同士が接触して連続膜が形成される。
この時の縦方向対横方向の成長比やファセットの出現は
一般に成長条件および基板の面方位や絶縁層の厚さ、さ
らに絶縁層上に設けられる開口部の形状に依存する。
Here, the general principle of the selective epitaxial growth method will be briefly described. The selective epitaxial growth method refers to a method of performing epitaxial growth using a vapor phase growth method, as shown in FIGS. 2A and 2B, on an insulating layer such as an oxide film formed on a silicon wafer. Is a selective crystal growth method in which an exposed silicon surface in an opening provided in an insulating layer is used as a seed crystal under the condition that nucleation does not occur, and epitaxial growth is performed only in this opening. When the epitaxial layer filling the opening continues to grow, the crystal layer grows in the horizontal direction along the surface of the insulating layer while continuing to grow in the vertical direction. This is called the lateral growth method (Epiatxial Lateral Overgrowth),
As the growth continues in the lateral direction, silicon crystals finally grown from different openings come into contact with each other to form a continuous film.
The appearance of the vertical to horizontal growth ratio or facet at this time generally depends on the growth conditions, the plane orientation of the substrate, the thickness of the insulating layer, and the shape of the opening provided on the insulating layer.

本発明者らは幾多の実験を重ねることにより、開口部
の大きさを数μm以下の微小な領域とすることにより、
絶縁層の厚さに関係なく縦方向対横方向の成長比がほぼ
1で三次元的に絶縁層上で結晶成長していくこと、明瞭
なファセットが現れて山型の単結晶体が得られ、これら
が接触して連続膜を形成することを見い出した(第2
図、第3図)。
The present inventors have conducted a number of experiments to reduce the size of the opening to a small area of several μm or less,
Regardless of the thickness of the insulating layer, the crystal grows three-dimensionally on the insulating layer with a growth ratio in the vertical direction to the horizontal direction of about 1, and a clear facet appears to obtain a mountain-shaped single crystal. Found that they contacted to form a continuous film (second
FIG. 3).

このとき、完全に連続膜を形成する前、即ち隣接する
山型の単結晶同士の間に空隙が残っている状態でこの空
隙を通してエッチングにより絶縁膜がほぼ完全に除去で
きることを見い出し、その結果上述の単結晶体の集合体
である多結晶薄膜をシリコンウエハより容易に分離可能
であるという知見を得た。
At this time, it has been found that the insulating film can be almost completely removed by etching through the gap before the completely continuous film is formed, that is, in a state where a gap remains between adjacent mountain-shaped single crystals. It has been found that a polycrystalline thin film which is an aggregate of single crystal bodies can be easily separated from a silicon wafer.

また本発明者らはさらに実験を重ねることにより、従
来第4図(A)に示すようにシリコンウエハ上の絶縁層
をSiO2としたときに開口部のまわりの絶縁層との界面近
傍に多数入っていた積層欠陥が、結晶成長時の成長温度
を制御して成長初期は温度を下げ引き続いて温度を上げ
ることによりあるいは絶縁層をSiO2からSi3N4に替える
ことにより、それぞれ同図(B),(C)に示すように
大幅に減少できることを見い出した。特に(B)の場合
にはSiO2上で実効的な成長速度をあまり落とさずに界面
での欠陥の少ない連続薄膜が得られる。
In addition, the present inventors have conducted further experiments and found that when the insulating layer on the silicon wafer was SiO 2 as shown in FIG. The stacking faults contained in the same figure were controlled by controlling the growth temperature during crystal growth and lowering the temperature in the early stage of growth and then increasing the temperature, or by changing the insulating layer from SiO 2 to Si 3 N 4 , respectively. As shown in (B) and (C), it has been found that it can be greatly reduced. In particular, in the case of (B), a continuous thin film having few defects at the interface can be obtained without significantly lowering the effective growth rate on SiO 2 .

また本発明者らはさらに実験を重ねることにより第4
図(A)に示した欠陥に対して結晶成長の初期の段階に
おいて同図(D)に示すように意図的に不純物を導入し
て、欠陥の多い領域を不活性化してその上に欠陥の少な
い良質な結晶層を成長させてこれを活性領域として使う
ことにより良好な半導体層が得られることを見い出し、
これらによって本発明の完成に至った。以下に本発明者
らの行った実験について詳述する。
The present inventors have further repeated experiments to obtain the fourth
At the initial stage of crystal growth, impurities are intentionally introduced at the initial stage of the crystal growth as shown in FIG. It has been found that a good semiconductor layer can be obtained by growing a few high-quality crystal layers and using this as an active region.
Thus, the present invention has been completed. Hereinafter, an experiment performed by the present inventors will be described in detail.

実験1 選択的結晶成長 第2図(A)に示すように、500μm厚の(100)シリ
コンウエハ201の表面に絶縁層202として熱酸化膜を1000
Å形成し、フォトリソグラフィーを用いてエッチングを
行い、第3図(A)に示すような配置で一辺がaである
ような正方形の開口部をb=50μmの間隔で設けた。こ
こでaの値として1.2μm、2μm、4μmの3種類の
開口部を設けた。次に第7図に示す通常の減圧CVD装置
(LPCVD装置)により選択的結晶成長を行った。原料ガ
スにはSiH2Cl2を用い、キャリアガスとしてH2をさらに
絶縁層202の酸化膜上での核の発生を制御するためにHCl
を添加した。この時の成長条件を表1に示す。
Experiment 1 Selective crystal growth As shown in FIG. 2A, a thermal oxide film as an insulating layer 202 was formed on the surface of a (100) silicon wafer 201 having a thickness of 500 μm.
Å Formed, etched using photolithography, and provided with square openings each having a side a at an interval of b = 50 μm in an arrangement as shown in FIG. 3A. Here, three types of openings of 1.2 μm, 2 μm, and 4 μm were provided as the value of a. Next, selective crystal growth was performed by a normal low pressure CVD apparatus (LPCVD apparatus) shown in FIG. HCl to using SiH 2 Cl 2 as a raw material gas, and controls the generation of nuclei on the oxide film of an insulating layer 202 with H 2 as a carrier gas
Was added. Table 1 shows the growth conditions at this time.

成長終了後、ウエハ表面の様子を光学顕微鏡で観察し
たところ、第2図(C)あるいは第3図(B)に示すよ
うに、どのaの値に対しても粒径が約20μmの山型ファ
セットを有する単結晶体203(303)が50μm間隔で格子
点上に規則正しく配列しており、第3図(A)で決めら
れた開口部301のパターンに従って選択結晶成長が行わ
れていることが確かめられた。このとき、開口部に対し
て成長した結晶が占める割合はどのaの値に対しても10
0%であった。また、成長した単結晶体の中で表面のフ
ァセットがくずれないで明確に出ているものの割合はa
の値に依存し、表2に示すようにaが小さい程くずれて
いる割合は少ない。
After the growth was completed, the state of the wafer surface was observed with an optical microscope, and as shown in FIG. 2 (C) or FIG. 3 (B), a peak having a particle size of about 20 μm was obtained for any value of a. Single crystal bodies 203 (303) having facets are regularly arranged on lattice points at intervals of 50 μm, and selective crystal growth is performed according to the pattern of opening 301 determined in FIG. 3 (A). I was assured. At this time, the ratio of the crystal grown to the opening is 10% for any value of a.
It was 0%. In the grown single crystal, the ratio of the facet on the surface that clearly appears without being distorted is a
And as shown in Table 2, the smaller the value of a, the smaller the ratio of deviation.

得られた単結晶体は全て互いに方位が揃っており、基
板であるシリコンウエハから結晶方位を正確に受け継い
でいることがわかった。
All the obtained single crystal bodies had the same orientation, and it was found that the crystal orientation was accurately inherited from the silicon wafer as the substrate.

次に表1に示す条件でさらに成長時間を90minと長く
して成長を行い、成長終了後上と同様にウエハ表面を光
学顕微鏡で観察したところ、第2図(D)あるいは第3
図(C)に示すように、どのaの値に対しても単結晶体
203(303)は隣接するもの同士が完全に接触しており、
基板上方から見てマスク目状に整然と並んだ単結晶体の
集合からなる多結晶薄膜が得られていることが確かめら
れた。この時の単結晶体の高さは酸化膜202上から約40
μmであった。第3図(C)に示すB−B′に沿って多
結晶を劈開し、断面研磨後、Seccoエッチングにより欠
陥顕在化処理を行って走査型電子顕微鏡により粒界付近
を観察したところ、通常の結晶方位が揃っていない多結
晶シリコンで見られるような明確な界面は認められなか
った。ただし、酸化膜との界面付近では結晶中に第4図
(A)に対応するような多数の欠陥が入っているのが認
められた。このときの面欠陥密度は約7×104cm-1であ
った。
Next, under the conditions shown in Table 1, the growth time was further extended to 90 minutes, and growth was performed. After the growth was completed, the wafer surface was observed with an optical microscope in the same manner as above.
As shown in FIG. (C), for any value of a, a single crystal
In 203 (303), adjacent objects are completely in contact with each other,
It was confirmed that a polycrystalline thin film composed of a collection of single crystal bodies arranged neatly in a mask shape when viewed from above the substrate was obtained. At this time, the height of the single crystal body is about 40
μm. The polycrystal was cleaved along the line BB 'shown in FIG. 3 (C), and after the cross section was polished, defects were revealed by Secco etching and the vicinity of the grain boundary was observed with a scanning electron microscope. No clear interface such as that seen in polycrystalline silicon having a non-uniform crystal orientation was observed. However, near the interface with the oxide film, it was observed that the crystal contained many defects as shown in FIG. 4 (A). The surface defect density at this time was about 7 × 10 4 cm −1 .

得られた多結晶には第3図(C)に示すように隣接す
る単結晶体303同士の間に約8μm角の空隙304が残って
おり、絶縁層である酸化膜302が一部露出している様子
が見られた。この空隙304は成長時間をさらに長くする
ことにより完全に消失することが別の実験により確かめ
られた。
In the obtained polycrystal, as shown in FIG. 3 (C), a gap 304 of about 8 μm square remains between adjacent single crystal bodies 303, and an oxide film 302 as an insulating layer is partially exposed. Was seen. It was confirmed by another experiment that the voids 304 disappeared completely by further increasing the growth time.

次に、上述した空隙を利用して多結晶薄膜の下の絶縁
層の除去を試みた。
Next, an attempt was made to remove the insulating layer below the polycrystalline thin film by using the above-mentioned gap.

実験2 絶縁層の除去 実験1で得られた空隙のある多結晶薄膜の成長したシ
リコンウエハを49%濃度のHF水溶液に24時間浸漬させ
た。その後流水洗浄した後に乾燥させてからウエハ表面
を光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡により観察したと
ころ、多結晶薄膜上の空隙内には酸化膜は認められなか
った。そこで多結晶薄膜の表面にエポキシ樹脂を塗布
し、ガラス板を支持体として張り付け、エポキシが硬化
した後にガラス板をウエハより引き離そうとしたとこ
ろ、容易に多結晶薄膜がウエハより分離され、結晶膜全
体がそのままガラス板上に転写されることが明らかとな
った。分断された多結晶薄膜の裏面を光学顕微鏡および
走査型電子顕微鏡で観察したところ、一部酸化膜の残っ
ている部分が認められたものの、大部分の酸化膜はエッ
チングされており、シリコン結晶が露出した状態であっ
た。次に結晶成長時の成長温度を操作することにより欠
陥の制御を試みた。
Experiment 2 Removal of Insulating Layer The silicon wafer on which the polycrystalline thin film with voids obtained in Experiment 1 was grown was immersed in a 49% HF aqueous solution for 24 hours. Thereafter, the wafer was washed with running water and dried, and then the wafer surface was observed with an optical microscope and a scanning electron microscope. As a result, no oxide film was found in the voids on the polycrystalline thin film. Therefore, the epoxy resin was applied to the surface of the polycrystalline thin film, the glass plate was attached as a support, and after the epoxy was cured, the glass plate was separated from the wafer. Was transferred to the glass plate as it was. Observation of the rear surface of the divided polycrystalline thin film with an optical microscope and a scanning electron microscope revealed that although a part of the oxide film remained, most of the oxide film was etched, and the silicon crystal was not etched. It was exposed. Next, defect control was attempted by controlling the growth temperature during crystal growth.

実験3 成長温度による欠陥密度の制御 前述したようにSiO2上に成長させた結晶に入るSiO2
面近傍での欠陥密度が結晶成長時の温度によって変わ
り、成長温度が低い程、欠陥密度も低くなることが報告
されている〔H.Kitajima,A.Ishitani,N.Endo and K.Tan
no,Jpn.J.Appl.Phys.22,L783(1983)〕。しかし成長温
度を下げれば良質な結晶が得られるが、逆に成長速度は
急激に落ちてしまい、山型多結晶を成長、接触させて多
結晶膜とするのが困難となる。
Defect density in SiO 2 interface vicinity entering the crystal grown on the SiO 2 as control described above of the defect density due to Experiment 3 growth temperature depends on the temperature during crystal growth, as the growth temperature is low, the defect density is low (H. Kitajima, A. Ishitani, N. Endo and K. Tan)
no, Jpn. J. Appl. Phys. 22 , L783 (1983)]. However, if the growth temperature is lowered, good quality crystals can be obtained, but on the contrary the growth rate drops sharply, making it difficult to grow and contact the mountain-shaped polycrystal to form a polycrystalline film.

そこで太陽電池にしたときの構成を考慮して、成長温
度を2段階に変化させることにより、実質的に成長速度
をあまり落とさずに光電流の経路となるSiO2界面近傍の
結晶領域においては低欠陥密度となるような結晶が得ら
れるかどうかについて実験を行った。
In consideration of the configuration of a solar cell, the growth temperature is changed in two stages, and the crystal region near the SiO 2 interface, which serves as a photocurrent path, does not substantially decrease the growth rate. An experiment was performed to determine whether a crystal having a defect density could be obtained.

実験1と同じ基板を用い、表3の条件で成長温度を2
段階に連続的に変えて結晶成長を行ったところ、第2図
(D)あるいは第3図(C)に示すような連続多結晶膜
を得た。これを第3図(C)に示すB−B′に沿って多
結晶を劈開し、断面研磨後、Seccoエッチングにより欠
陥顕在化処理を行って走査型電子顕微鏡により観察した
ところ、酸化膜との界面付近において、第4図(B)に
示すように開口部まわりでの欠陥は大幅に減少し、約1
×103cm-1となった。このように成長温度を2段階に変
えて連続的に結晶成長させることにより、SiO2界面付近
での欠陥の少ない連続多結晶シリコン膜が得られること
がわかった。
Using the same substrate as in Experiment 1, the growth temperature was set to 2 under the conditions shown in Table 3.
When the crystal growth was carried out by continuously changing the stages, a continuous polycrystalline film as shown in FIG. 2 (D) or FIG. 3 (C) was obtained. The polycrystal was cleaved along the line BB 'shown in FIG. 3 (C), and after the cross section was polished, defects were revealed by Secco etching and observed with a scanning electron microscope. In the vicinity of the interface, as shown in FIG.
× 10 3 cm -1 . It has been found that a continuous polycrystalline silicon film with few defects near the SiO 2 interface can be obtained by changing the growth temperature in two stages and performing continuous crystal growth.

実験4 Si3N4上の欠陥密度 SiO2とSi結晶との反応が結晶欠陥の誘因の一つと考え
られるため、絶縁層としてSiO2に替えてSi3N4を用いて
実験を行った。Si3N4は通常のLPCVD装置を用いてSiH2Cl
2とNH3の熱分解からシリコンウエハ上に堆積し、膜厚は
1000Åとした。実験1と同様にして表1の条件で結晶成
長を行い、実験3と同様にしてSi3N4層との界面近傍で
の結晶中での欠陥密度を調べたところ、第4図(C)に
示すようにSiO2の場合に比べて減少しており、約1×10
4cm-1となった。
Experiment 4 Defect Density on Si 3 N 4 Since the reaction between SiO 2 and Si crystal is considered to be one of the causes of crystal defects, an experiment was performed using Si 3 N 4 instead of SiO 2 as the insulating layer. Si 3 N 4 is converted to SiH 2 Cl using a normal LPCVD apparatus.
2 and NH 3 are deposited on a silicon wafer by thermal decomposition, and the film thickness is
1000 mm. Crystal growth was performed under the conditions shown in Table 1 in the same manner as in Experiment 1, and the defect density in the crystal near the interface with the Si 3 N 4 layer was examined in the same manner as in Experiment 3. FIG. 4 (C) As shown in the figure, it is smaller than that of SiO 2
It was 4 cm -1 .

このように絶縁層をSi3N4に替えることにより欠陥密
度が改善されることがわかった。
Thus, it was found that the defect density was improved by replacing the insulating layer with Si 3 N 4 .

実験5 成長温度変化+Si3N4による欠陥の低減 さらに、上述の実験3、4の結果を基に絶縁層にSi3N
4を用いて、表3の形成条件で実験3と同様にして結晶
成長を行った。成長させた連続多結晶膜に対して実験
3、4と同様にしてSi3N4層との界面近傍での結晶中の
欠陥密度を調べたところ、第4図(B)に示すように減
少が見られ、約7×102cm-1という低い値が得られた。
次に結晶成長の初期の段階において不純物を添加するこ
とにより不活性領域を形成し、その上に成長させた欠陥
の少ない良質な結晶層を活性領域として使うことを試み
た。
Experiment 5 Reduction of defects due to growth temperature change + Si 3 N 4 Further, based on the results of Experiments 3 and 4 above, Si 3 N
Crystal growth was carried out in the same manner as in Experiment 3 using No. 4 under the forming conditions shown in Table 3. When the defect density in the crystal near the interface with the Si 3 N 4 layer was examined for the grown continuous polycrystalline film in the same manner as in Experiments 3 and 4, the density decreased as shown in FIG. 4 (B). And a value as low as about 7 × 10 2 cm −1 was obtained.
Next, an inactive region was formed by adding impurities at an early stage of crystal growth, and an attempt was made to use a high-quality crystal layer with few defects grown thereon as the active region.

実験6 不純物添加による欠陥の影響の低減 欠陥の影響を極力抑えて良好なデバイス特性を得る目
的で、結晶成長の初期の段階に不純物を添加して欠陥の
多い酸化膜との界面付近の領域を不活性化し、次に不純
物の導入を止めてその不純物を含む領域の上に続けて結
晶を成長させることにより欠陥の少ない領域を設け、こ
れを活性層とした。
Experiment 6 Reduction of the influence of defects due to impurity addition In order to minimize the influence of defects and obtain good device characteristics, impurities were added at the initial stage of crystal growth to reduce the area near the interface with the oxide film with many defects. After inactivation, the introduction of the impurity was stopped, and a crystal was continuously grown on the region containing the impurity to provide a region with few defects, which was used as an active layer.

Sbドープの(100)シリコンウエハ(ρ=0.02Ω・c
m)を用い実験1と同じようにして基板を作製した。表
4の条件で成長条件を2段階に分けて結晶成長を行い、
第2図(D)あるいは第3図(C)に示すような連続多
結晶膜を得た。この時成長させた結晶の断面構造は第4
図(D)に示したようになっている。得られた多結晶膜
の表面にAuを200Åの厚さで真空蒸着してショットキー
障壁を形成し、逆方向飽和電流を測定した。表1の条件
で多結晶膜を成長し同様にショットキー障壁を形成した
ものと比べると欠陥による再結合電流が減少し、全ての
aの値において102〜103倍程度低い電流値を示した。
Sb-doped (100) silicon wafer (ρ = 0.02Ω · c
A substrate was produced in the same manner as in Experiment 1 using m). Crystal growth is performed by dividing the growth conditions into two stages under the conditions shown in Table 4,
A continuous polycrystalline film as shown in FIG. 2 (D) or FIG. 3 (C) was obtained. The sectional structure of the crystal grown at this time is the fourth structure.
This is as shown in FIG. Au was vacuum-deposited to a thickness of 200 ° on the surface of the obtained polycrystalline film to form a Schottky barrier, and the reverse saturation current was measured. The recombination current due to defects is reduced as compared with the case where a polycrystalline film is grown under the conditions shown in Table 1 and a Schottky barrier is similarly formed, and the current value is about 10 2 to 10 3 times lower at all values of a. Was.

このように成長条件を2段階に分けて結晶成長の初期
段階に不純物を導入することにより、SiO2界面付近での
欠陥の影響を低減できることがわかった。
It was found that the influence of defects near the SiO 2 interface can be reduced by introducing impurities into the initial stage of crystal growth by dividing the growth conditions into two stages.

実験7 不純物添加+Si3N4による欠陥の影響の低減 さらに、上述の実験4,6の結果を基に絶縁層にSi3N4
用いて、表4の形成条件で実験6と同様にして結晶成長
を行った。成長させた連続多結晶膜に対して実験6と同
様にしてショットキー障壁を形成し、逆方向飽和電流に
ついて測定したところ、実験6で得られた特性に対して
5〜10倍程度さらに低い電流値となった。
Experiment 7 Reduction of the influence of defects due to impurity addition + Si 3 N 4 Further, based on the results of Experiments 4 and 6 above, using Si 3 N 4 for the insulating layer, and in the same manner as in Experiment 6 under the formation conditions in Table 4 Crystal growth was performed. A Schottky barrier was formed on the grown continuous polycrystalline film in the same manner as in Experiment 6 and the reverse saturation current was measured. The current obtained was 5 to 10 times lower than the characteristics obtained in Experiment 6. Value.

次に得られた低欠陥結晶薄膜を用いて太陽電池特性を
評価した。
Next, the solar cell characteristics were evaluated using the obtained low defect crystal thin film.

実験8 太陽電池の形成 実験3と同様にしてSbドープの(100)シリコンウエ
ハ(ρ=0.02Ω・cm)を用いて単結晶シリコンの集合か
らなる空隙のある多結晶シリコンを成長し、その表面に
Bをイオン打ち込みにより20KeV,1×1015cm-2の条件で
打ち込み、800℃,30minでアニールしてp+層を多結晶の
表面に形成した。このようにして作製したp+/多結晶シ
リコン/SiO2/n+(100)Si構造の太陽電池についてAM
1.5(100mW/cm2光照射下でのI−V特性の測定を行った
ところ、セル面積0.16cm2で開放電圧0.42V、短絡光電流
22mA/cm2、曲線因子0.67となり、a=4μmで変換効率
6.2%を得た。このように絶縁層上に形成した多結晶シ
リコン薄膜を用いて良好な太陽電池が形成可能であるこ
とが示された。
Experiment 8 Formation of solar cell In the same manner as in Experiment 3, using a Sb-doped (100) silicon wafer (ρ = 0.02 Ω · cm), a polycrystalline silicon having a gap composed of a collection of single crystal silicon was grown, and the surface thereof was grown. B was implanted by ion implantation under the conditions of 20 KeV and 1 × 10 15 cm −2 and annealed at 800 ° C. for 30 minutes to form ap + layer on the surface of the polycrystal. The solar cell with p + / polycrystalline silicon / SiO 2 / n + (100) Si structure fabricated in this way
1.5 (Measurements of the I-V characteristic under 100 mW / cm 2 irradiation, the open-circuit voltage 0.42V in cell area 0.16 cm 2, short-circuit photocurrent
22mA / cm 2 , fill factor 0.67, conversion efficiency at a = 4μm
6.2% was obtained. It has been shown that a good solar cell can be formed using the polycrystalline silicon thin film formed on the insulating layer.

以上述べた実験結果に基づいて完成に至った本発明は
前述したように、シリコンウエア上に形成された絶縁層
の一部を開口して選択的エピタキシャル成長法により山
型単結晶体シリコンを成長させ、その集合からなる多結
晶薄膜を剥離して太陽電池を製造する方法に係わるもの
である。
As described above, the present invention, which has been completed based on the experimental results described above, opens a part of the insulating layer formed on the silicon wear and grows the mountain type single crystal silicon by the selective epitaxial growth method. The present invention relates to a method of manufacturing a solar cell by exfoliating a polycrystalline thin film composed of the aggregate.

第1図に本発明の方法により作製される太陽電池の構
成について示す。
FIG. 1 shows the configuration of a solar cell manufactured by the method of the present invention.

単結晶体シリコン102の集合からなる多結晶シリコン
の上部表面にp+層103が形成されており、隣接した単結
晶体シリコン102の間の空隙にはエポキシ樹脂(図示せ
ず)が充填されている。p+層103の上には反射防止膜を
兼ねた透明電極104と集電電極107が備えられており、さ
らにその上のエポキシ樹脂105を介してガラス等の透明
支持体106により多結晶シリコン全体が固定されてい
る。また多結晶シリコンの下部表面には裏面電極101が
形成されている。
A p + layer 103 is formed on the upper surface of polycrystalline silicon composed of a collection of single-crystal silicon 102, and a space between adjacent single-crystal silicon 102 is filled with an epoxy resin (not shown). I have. A transparent electrode 104 also serving as an anti-reflection film and a current collecting electrode 107 are provided on the p + layer 103, and a transparent support 106 such as glass is further interposed between the transparent electrode 104 and an epoxy resin 105 thereon. Has been fixed. A back surface electrode 101 is formed on the lower surface of the polycrystalline silicon.

次に、本発明の太陽電池の製造方法について第5図の
プロセスに従って述べる。Sbドープの(100)シリコン
ウエハ(ρ=0.02Ω・cm)を用いて実験1と同様にして
第2図(D)に示したような単結晶体シリコンの集合か
らなる多結晶シリコン503を形成する。第2図(D)は
第3図(C)においてB−B′に沿った断面図を表して
いるが、説明を分りやすくするためにA−A′に沿った
断面図を第5図(A)〜(H)に示す。第5図(A)は
第2図(D)において空隙504が見える方向での断面を
表している。(B)次に実験8と同様にして表面にイオ
ン打ち込みによりp+層を形成した後、空隙504を通してH
F水溶液により絶縁層である酸化膜502をエッチングによ
り除去し、(C)多結晶表面にエポキシ樹脂505を塗布
して空隙504を埋める。(D)樹脂が硬化した後プラズ
マエッチングにより多結晶表面の樹脂のみを除去し、空
隙の部分には樹脂を残しておく。(E)露出した多結晶
表面に透明電極506、集電電極507を順に蒸着する。
(F)さらにその上から再度エポキシ樹脂511を塗布し
てガラス板等の支持体508により多結晶表面を固定す
る。(G)樹脂の硬化後シリコンウエハ501から多結晶
シリコン層503を分離し、多結晶シリコン層503の裏面に
残っている酸化膜を再度HF水溶液により完全に除去した
後、(H)多結晶シリコン層503の裏面に電極509を蒸着
により形成して工程を完了する。
Next, a method for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described in accordance with the process shown in FIG. Using Sb-doped (100) silicon wafer (ρ = 0.02 Ω · cm), polycrystalline silicon 503 composed of a collection of single-crystal silicon as shown in FIG. I do. FIG. 2 (D) is a cross-sectional view taken along the line BB 'in FIG. 3 (C), but a cross-sectional view along the line AA' is shown in FIG. A) to (H). FIG. 5 (A) shows a cross section in a direction in which the gap 504 is visible in FIG. 2 (D). (B) Next, after forming ap + layer on the surface by ion implantation in the same manner as in Experiment 8, H
The oxide film 502, which is an insulating layer, is removed by etching with an F aqueous solution, and (C) an epoxy resin 505 is applied to the polycrystalline surface to fill the void 504. (D) After the resin is hardened, only the resin on the polycrystalline surface is removed by plasma etching, and the resin is left in the voids. (E) A transparent electrode 506 and a collecting electrode 507 are sequentially deposited on the exposed polycrystalline surface.
(F) Further, an epoxy resin 511 is applied again from above, and the polycrystalline surface is fixed by a support 508 such as a glass plate. (G) After the resin is cured, the polycrystalline silicon layer 503 is separated from the silicon wafer 501, and the oxide film remaining on the back surface of the polycrystalline silicon layer 503 is completely removed again with an HF aqueous solution. An electrode 509 is formed on the back surface of the layer 503 by vapor deposition to complete the process.

本発明の太陽電池において使用される絶縁層として
は、選択結晶成長中に核発生を抑制する点からその表面
での核形成密度がシリコンのそれに比べてかなり小さい
ような材質が用いられる。例えばSiO2,Si3N4等が代表
的なものとして使用される。
As the insulating layer used in the solar cell of the present invention, a material whose nucleation density on the surface thereof is considerably smaller than that of silicon is used from the viewpoint of suppressing nucleation during selective crystal growth. For example, SiO 2 , Si 3 N 4 and the like are typically used.

本発明に使用される選択的結晶成長用の原料ガスとし
てはSiH2Cl2,SiCl4,SiHCl3,SiH4,Si2H6,SiH2F2,S
i2F6等のシラン類およびハロゲン化シラン類が代表的な
ものとして挙げられる。
The source gas for selective crystal growth used in the present invention is SiH 2 Cl 2 , SiCl 4 , SiHCl 3 , SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 F 2 , S
Representative examples include silanes such as i 2 F 6 and halogenated silanes.

またキャリアガスとしてあるいは結晶成長を促進させ
る還元雰囲気を得る目的で前記の原料ガスに加えてH2
添加される。前記原料ガスと水素との量の割合は形成方
法および原料ガスの種類や絶縁層の材質、さらに形成条
件により適宜所望に従って決められるが、好ましくは1:
10以上1:1000以下(導入流量比)が適当であり、より好
ましくは1:20以上1:800以下とするのが望ましい。
Further, H 2 is added as a carrier gas or in order to obtain a reducing atmosphere for promoting crystal growth, in addition to the above-mentioned source gas. The ratio of the amount of the source gas and the amount of hydrogen is appropriately determined as desired depending on the formation method and the type of the source gas and the material of the insulating layer, and further, the formation conditions, preferably 1:
The ratio is suitably 10 or more and 1: 1000 or less (introduction flow ratio), and more preferably, 1:20 or more and 1: 800 or less.

本発明において、絶縁層上での核の発生を抑制する目
的でHClが用いられるが、原料ガスに対するHClの添加量
は形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材質、さら
に形成条件により適宜所望に従って決められるが、概ね
1:0.1以上1:100以下が適当であり、より好ましくは1:0.
2以上1:80以下とされるのが望ましい。
In the present invention, HCl is used for the purpose of suppressing the generation of nuclei on the insulating layer. The amount of HCl added to the source gas is appropriately determined depending on the forming method, the type of the source gas, the material of the insulating layer, and the forming conditions. Is determined according to
1: 0.1 or more and 1: 100 or less are appropriate, and more preferably 1: 0.
It is desirable that the ratio be 2 or more and 1:80 or less.

本発明において選択的結晶成長が行われる温度および
圧力としては、形成方法および使用する原料ガスの種
類、原料ガスとH2およびHClとの流量比等の形成条件に
よって異なるが、温度については例えば通常のLPCVD法
では概ね600℃以上1250℃以下が適当であり、より好ま
しくは650℃以上1200℃以下に制御されるのが望まし
い。特に絶縁層にSiO2を用いる場合には結晶成長初期の
段階において欠陥を抑えてなおかつある程度以上の成長
速度を維持するために850℃以上950℃以下とするのが好
ましい。
The temperature and pressure are selectively grown performed in the present invention, forming method and the type of raw material gas to be used, varies depending forming conditions of the flow rate ratio and the like of the source gas and H 2 and HCl, the temperature is, for example normal In the LPCVD method described above, the temperature is suitably 600 ° C. or higher and 1250 ° C. or lower, and more preferably, is controlled to 650 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. In particular, when SiO 2 is used for the insulating layer, the temperature is preferably set to 850 ° C. or more and 950 ° C. or less in order to suppress defects at the initial stage of crystal growth and to maintain a growth rate of a certain level or more.

同様に圧力については概ね10-2〜760Torrが適当であ
り、より好ましくは10-1〜760Torrの範囲が望ましい。
Similarly, the pressure is suitably in the range of about 10 -2 to 760 Torr, and more preferably in the range of 10 -1 to 760 Torr.

また本発明の太陽電池に使用される多結晶薄膜を固定
する支持体としては光入射面となることから光透過性の
あるものが用いられ、例えばガラス,SiO2,Si3N4,セ
ラミックスやポリイミド、ポリカーボネート、ポリアミ
ド等の合成樹脂のフィルムあるいはシートなどが使用さ
れる。
Further, as a support for fixing the polycrystalline thin film used in the solar cell of the present invention, a support having a light transmission property as a light incident surface is used, for example, glass, SiO 2 , Si 3 N 4 , ceramics or the like. A film or sheet of a synthetic resin such as polyimide, polycarbonate, and polyamide is used.

本発明において単結晶体間の空隙の充填に用いられる
樹脂は耐熱性、電気絶縁性、接着性、機械的強度、寸法
安定性、耐食性、耐候性の面で優れたものを選択し用い
ることが好ましい。そのような樹脂の中でも本発明に用
いる樹脂は液状であり、熱硬化、紫外線硬化、又は電子
ビーム硬化等を生ずる硬化性樹脂が好ましい。そのよう
な樹脂としては具体的には、エポキシ樹脂、ジグリコー
ルジアルキルカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、メラ
ミン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂等を挙げることが
できる。
In the present invention, the resin used for filling the voids between the single crystal bodies may be selected and used in terms of heat resistance, electrical insulation, adhesiveness, mechanical strength, dimensional stability, corrosion resistance, weather resistance. preferable. Among such resins, the resin used in the present invention is in a liquid state, and is preferably a curable resin that causes heat curing, ultraviolet curing, or electron beam curing. Specific examples of such a resin include an epoxy resin, a diglycol dialkyl carbonate resin, a polyimide resin, a melamine resin, a phenol resin, and a urea resin.

以下、エポキシ樹脂を使用した樹脂の注入例を示す
が、本発明に用いられる樹脂はエポキシ樹脂に限定され
るものではない。
Hereinafter, an example of resin injection using an epoxy resin will be described, but the resin used in the present invention is not limited to the epoxy resin.

エポキシ樹脂としてノボラック型エポキシ樹脂エピコ
ート154〔商品名:油化シェルエポキシ(株)製〕を用
い、これに硬化剤、反応性希釈剤として、それぞれ多官
能固形酸無水物YH−308H〔商品名:油化シェルエポキシ
(株)製〕、アルキルモノグリシジルエーテルBGE〔商
品名:油化シェルエポキシ(株)製〕を混合させた後、
減圧下で樹脂の注形を行う。第8図に示した装置は、樹
脂射出用のノズル806を減圧排気可能な処理容器内に設
け、減圧下において樹脂の注形を行うことを可能にした
装置である。一般に用いられている射出成形機と同様な
構造を持つ樹脂射出ノズル806は樹脂タンク804と共にレ
ール803上を移動できるようになっている。又、ノズル8
06および樹脂タンク804には恒温ヒーター805が並設され
ており、樹脂の温度を一定に保てるようになっている。
更に同図の装置には、結晶上に塗布した樹脂を均一に広
がらせるためにスキージ(ブレード)811を移動させる
スキージ移動手段812が設けられている。
Novolak-type epoxy resin Epicoat 154 (trade name, manufactured by Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.) was used as an epoxy resin, and a polyfunctional solid acid anhydride YH-308H [trade name: as a curing agent and a reactive diluent] was used. Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.] and alkyl monoglycidyl ether BGE [trade name: Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.]
The resin is cast under reduced pressure. The apparatus shown in FIG. 8 is an apparatus in which a resin injection nozzle 806 is provided in a processing container that can be evacuated and evacuated so that resin can be cast under reduced pressure. A resin injection nozzle 806 having a structure similar to that of a generally used injection molding machine can move on a rail 803 together with a resin tank 804. Also, nozzle 8
A constant temperature heater 805 is provided in parallel with the resin tank 06 and the resin tank 804 so that the temperature of the resin can be kept constant.
Further, the apparatus shown in the figure is provided with a squeegee moving means 812 for moving a squeegee (blade) 811 in order to spread the resin applied on the crystal uniformly.

該装置を用いて樹脂を注形するには、まず、先に単結
晶807を成長させた基板809を減圧容器801内に投入し、
これを支持台808上に設置し、支持台808内に配されてい
る加熱ヒーター802を100℃にセットする。続いて恒温ヒ
ーター805を100℃にセットし、エポキシ樹脂エピコート
154、硬化剤YH−308、反応性希釈剤BGEを重量比で100:7
0:20の割合で樹脂タンク804につめ放置し、次いで真空
ポンプ813を用いて減圧容器801内が10-3Torrの圧力とな
るように減圧排気する。樹脂タンク804内の樹脂が均一
となったところで樹脂ノズル806より樹脂を結晶807上に
吐出させ、スキージ移動手段812を用いて結晶807上の樹
脂が約1μmの厚さで分布するように樹脂を広がらせ
る。樹脂が広がったところで圧力調整バルブ810を徐々
に開いて減圧容器801内を大気圧とし、加熱ヒーター802
の温度を100℃に保持したまま5時間放置した後、加熱
ヒーター802の温度を200℃に上昇させ6時間放置する。
ここで基板809を減圧容器801より取り出し、単結晶上の
樹脂に触れてみると、樹脂は強固なものとなっているこ
とがわかる。
In order to cast a resin using the apparatus, first, the substrate 809 on which the single crystal 807 has been grown first is put into a reduced-pressure vessel 801,
This is set on the support base 808, and the heater 802 arranged in the support base 808 is set at 100 ° C. Next, set the constant temperature heater 805 to 100 ° C and epicoat epoxy resin.
154, curing agent YH-308, reactive diluent BGE in a weight ratio of 100: 7
The resin is stored in the resin tank 804 at a ratio of 0:20, and then the inside of the vacuum container 801 is evacuated and reduced to a pressure of 10 −3 Torr using a vacuum pump 813. When the resin in the resin tank 804 becomes uniform, the resin is discharged from the resin nozzle 806 onto the crystal 807, and the resin on the crystal 807 is distributed using the squeegee moving means 812 such that the resin is distributed in a thickness of about 1 μm. Spread. When the resin has spread, the pressure regulating valve 810 is gradually opened to bring the inside of the pressure reducing vessel 801 to atmospheric pressure, and the heater 802 is opened.
After keeping the temperature of 100 ° C. for 5 hours, the temperature of the heater 802 is raised to 200 ° C. and allowed to stand for 6 hours.
Here, when the substrate 809 is taken out of the decompression container 801 and touches the resin on the single crystal, it is found that the resin is strong.

本発明の方法により形成される多結晶薄膜を構成する
単結晶体は、結晶成長中、あるいは成長後に不純物元素
でドーピングして接合を形成することが可能である。使
用する不純物元素としては、p型の不純物として、周期
律表第III族Aの元素、例えば、特に、B,Al,Ga,In等が
好適なものとして挙げられ、n型不純物としては、周期
律表第V族Aの元素、例えば、P,As,Sb,Bi等が好適なも
のとして挙げられるが、特に、B,Ga,P,Sb等が最適であ
る。ドーピングされる不純物の量は、所望する電気的特
性に応じて適宜決定される。かかる不純物元素を成分と
して含む物質(不純物導入用物質)としては、常温常圧
でガス状態であるか、または適宜の気化装置で容易に気
化し得る化合物を選択するのが好ましい。このような化
合物としては、PH3,P2H4,PF3,PF5,PCl3,AsH3,AsF
3,AsF5,AsCl3,SbH3,SbF5,BF3,BCl3,BBr3,B
2H6,B4H10,B5H9,B5H11,B6H10,B6H12,AlCl3等を挙
げることができる。不純物元素を含む化合物は、1種用
いても2種以上併用してもよい。
The single crystal constituting the polycrystalline thin film formed by the method of the present invention can be doped with an impurity element during or after crystal growth to form a junction. As the impurity element to be used, as a p-type impurity, an element belonging to Group IIIA of the periodic table, for example, particularly, B, Al, Ga, In, or the like is particularly preferable. Elements belonging to Group A of the group V of the table, for example, P, As, Sb, Bi and the like are preferable, but B, Ga, P, Sb and the like are particularly preferable. The amount of the impurity to be doped is appropriately determined according to desired electric characteristics. As a substance containing such an impurity element as a component (impurity introduction substance), it is preferable to select a compound which is in a gaseous state at normal temperature and normal pressure or a compound which can be easily vaporized by an appropriate vaporizer. Such compounds include PH 3 , P 2 H 4 , PF 3 , PF 5 , PCl 3 , AsH 3 , AsF
3, AsF 5, AsCl 3, SbH 3, SbF 5, BF 3, BCl 3, BBr 3, B
It may be mentioned 2 H 6, B 4 H 10 , B 5 H 9, B 5 H 11, B 6 H 10, B 6 H 12, AlCl 3 or the like. The compound containing an impurity element may be used alone or in combination of two or more.

本発明の太陽電池の製造法に用いられる選択的結晶成
長法を行う際に絶縁層に設けられる開口部の形状につい
ては特に規定はないが、正方形、円等が代表的なものと
して挙げられる。開口部の大きさとしては、成長する山
型単結晶体のファセットは実験1で示したように開口部
が大きくなるにつれて崩れていく、即ち結晶性が悪くな
る傾向があり、ファセットの崩れを抑えるためまた剥離
を容易にするために数μm以下とするのが望ましい。現
実的にはフォトリソグラフィーのパターン精度に依るた
め、形状が正方形とした場合にaは1μm以上5μm以
下が適当となる。また、開口部の設けられる間隔bとし
ては、上記の山型ファセットにおける光の反射率や電極
形成の容易性を考慮して多結晶シリコン表面の凹凸が2
μm以上40μm以内となるように10μm以上200μm以
内とするのが適当である。
The shape of the opening provided in the insulating layer when performing the selective crystal growth method used in the method of manufacturing the solar cell of the present invention is not particularly limited, but a square, a circle, and the like are typical examples. Regarding the size of the opening, the facet of the growing mountain-shaped single crystal body collapses as the opening increases as shown in Experiment 1, that is, the crystallinity tends to deteriorate, and the collapse of the facet is suppressed. Therefore, it is desirable that the thickness be several μm or less in order to facilitate peeling. Actually, since it depends on the pattern accuracy of photolithography, when the shape is a square, a is appropriately 1 μm or more and 5 μm or less. In addition, the interval b at which the openings are provided may be 2 irregularities on the surface of the polycrystalline silicon in consideration of the reflectance of light in the above-mentioned mountain facet and the ease of electrode formation.
It is appropriate that the thickness be 10 μm or more and 200 μm or less so as to be in the range of μm or more and 40 μm or less.

また本発明の方法による太陽電池の層構成については
限定はなく、ショットキー型、MIS型、pn接合型、pin接
合型、ヘテロ型、ダンデム型等あらゆる構造について適
用できる。
The layer configuration of the solar cell according to the method of the present invention is not limited, and can be applied to any structure such as a Schottky type, an MIS type, a pn junction type, a pin junction type, a hetero type, and a dandem type.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の方法により所望の太陽電池を形成する
ところを実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明
はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
Hereinafter, the formation of a desired solar cell by the method of the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

実施例1 前述したように、実験3と同様にして第1図あるいは
第5図(H)に示したような結晶方位の揃った単結晶体
シリコンの集合からなるpn型太陽電池を作製した。第5
図(A)〜(H)にその作製プロセスを示す。基板には
Pドープの(100)シリコンウエハ(ρ=0.05Ω・cm)
を用いた。熱酸化膜の代わりにPSG(2000Å)を堆積さ
せて絶縁層502として用い、開口部を正方形とし、一辺
がa=1.2μm,2μm,4μmの3種類でb=50μmの間隔
で設け、通常のLPCVD装置により表3の条件で選択結晶
成長を行い、第3図(C)に示したような結晶方位が互
いに揃った単結晶体シリコン503の集まりからなる多結
晶シリコン薄膜をシリコンウエハ上に形成した〔第5図
(A)〕。
Example 1 As described above, in the same manner as in Experiment 3, a pn-type solar cell composed of a collection of single-crystal silicon having a uniform crystal orientation as shown in FIG. 1 or FIG. 5 (H) was produced. Fifth
FIGS. 7A to 7H show the manufacturing process. The substrate is a P-doped (100) silicon wafer (ρ = 0.05Ωcm)
Was used. PSG (2000 °) is deposited in place of the thermal oxide film and used as an insulating layer 502, the opening is made square, three sides of a = 1.2 μm, 2 μm, and 4 μm are provided at intervals of b = 50 μm. Selective crystal growth is carried out by the LPCVD apparatus under the conditions shown in Table 3, and a polycrystalline silicon thin film composed of a collection of single-crystal silicon 503 having the same crystal orientation as shown in FIG. 3 (C) is formed on a silicon wafer. [FIG. 5 (A)].

このとき同時にPSGからPが熱拡散して多結晶シリコ
ンの裏面側にn+層が形成される(図示せず)。
At this time, P is simultaneously thermally diffused from the PSG to form an n + layer on the back surface side of the polycrystalline silicon (not shown).

実験8と同様にして多結晶シリコン表面にBをイオン
打ち込みにより20KeV,1×1015cm-2の条件で打ち込み、8
00℃,301minでアニールしてp+層510を多結晶の表面に形
成した。イオン打ち込みを行う際、基板に対して垂直方
向から数度オフした角度で打ち込みを行い、単結晶体間
にできる空隙において絶縁層に接している結晶の周辺部
分にイオンが届かないようにした。このようにすること
で裏面電極を形成する際に接合部分との間のリークが避
けられる。
In the same manner as in Experiment 8, B was implanted into the polycrystalline silicon surface by ion implantation under the conditions of 20 KeV and 1 × 10 15 cm −2 ,
Annealing was performed at 00 ° C. for 301 minutes to form ap + layer 510 on the surface of the polycrystal. When performing ion implantation, implantation was performed at an angle several degrees off from the vertical direction with respect to the substrate, so that ions did not reach the peripheral portion of the crystal in contact with the insulating layer in the gap formed between the single crystals. In this way, when forming the back electrode, leakage between the back electrode and the junction can be avoided.

次にウエハを49%濃度のHF水溶液に24時間浸漬し、約
8μm角の空隙504を通してPSG502をエッチングして除
去し、ウエハを流水洗浄して乾燥させた後に、多結晶表
面側にエポキシ樹脂505を塗布して空隙504を埋めた。エ
ポキシ樹脂としてノボラック型エポキシ樹脂エピコート
154〔商品名:油化シェルエポキシ(株)製〕を用い、
これに硬化剤、反応性希釈剤としてそれぞれ多官能固形
酸無水物YH−308H〔商品名:油化シェルエポキシ(株)
製〕、アルキルモノグリシジルエーテルBGE〔商品名:
油化シェルエポキシ(株)製〕を重量比100:70:20の割
合で混合させた後、減圧化で樹脂の注形を行った。樹脂
の注形は第8図に示すような装置を用い、樹脂射出ノズ
ル806より多結晶表面807上に樹脂を吐出してスキージ81
1により樹脂を均一に広げた。100℃5時間で樹脂を硬化
させた後、O2プラズマエッチング(O2流量:500sccm/mi
n、圧力:1 Torr、高周波放電パワー:200W)により空隙5
04の部分のみ樹脂を残して多結晶表面を完全に露出さ
せ、その後250℃の温度で3時間樹脂のキュアリングを
行った〔第5図(B)〜(D)〕。多結晶表面の全面に
透明導電膜ITO506を電子ビーム蒸着し、さらにその上に
集電電極507としてCrを1μm真空蒸着した〔第5図
(E)〕。電極表面に再度エポキシ樹脂511を上述と同
様にして塗布してガラス板である支持体508により多結
晶シリコン膜全体を固定し、樹脂を硬化させた後、シリ
コンウエハ501から単結晶体503の集合体である多結晶シ
リコン層を分離し、裏面に残存している一部のPSGを10
%濃度のHF水溶液でエッチングした。最後に分離した多
結晶シリコン層の裏面に真空蒸着によりCrを3000Å付け
て裏面電極509を形成した〔第5図(F)〜(H)〕。
Next, the wafer is immersed in a 49% strength HF aqueous solution for 24 hours, the PSG 502 is removed by etching through a gap 504 of about 8 μm square, the wafer is washed with running water, and dried. Was applied to fill the void 504. Novolac epoxy resin epicoat as epoxy resin
154 (trade name: Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.)
A multifunctional solid acid anhydride YH-308H [trade name: Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.] is used as a curing agent and a reactive diluent.
Manufactured), alkyl monoglycidyl ether BGE [trade name:
Yuka Shell Epoxy Co., Ltd.] was mixed at a weight ratio of 100: 70: 20, and the resin was cast under reduced pressure. The resin is cast using an apparatus as shown in FIG. 8, and the resin is discharged from the resin injection nozzle 806 onto the polycrystalline surface 807 to form a squeegee 81.
1 spreads the resin evenly. After curing the resin at 100 ° C for 5 hours, O 2 plasma etching (O 2 flow rate: 500 sccm / mi
n, pressure: 1 Torr, high-frequency discharge power: 200 W), gap 5
The polycrystalline surface was completely exposed while leaving the resin only at the portion 04, and thereafter the resin was cured at a temperature of 250 ° C. for 3 hours (FIGS. 5B to 5D). Electron beam vapor deposition of a transparent conductive film ITO506 was performed on the entire surface of the polycrystalline surface, and Cr was vacuum-deposited thereon as a current collecting electrode 507 at a thickness of 1 μm (FIG. 5E). An epoxy resin 511 is again applied to the electrode surface in the same manner as described above, and the entire polycrystalline silicon film is fixed by a support 508, which is a glass plate, and after the resin is cured, a single crystal body 503 is collected from the silicon wafer 501. The polycrystalline silicon layer, which is the body, is separated, and some PSG remaining on the
Etching was performed with a HF aqueous solution having a concentration of 10%. Finally, a back electrode 509 was formed on the rear surface of the separated polycrystalline silicon layer by applying Cr at 3000 ° by vacuum evaporation [FIGS. 5 (F) to 5 (H)].

得られたpn型太陽電池のI−V特性についてAM1.5の
光照射下で測定を行った。この時のセル面積は0.16cm2
であった。表1の条件で成長時間を90minとして成長を
行ったときに得られる多結晶シリコン膜を用いて同様に
作製した太陽電池と特性を比較した結果を表5に示す。
The IV characteristics of the obtained pn-type solar cell were measured under AM1.5 light irradiation. The cell area at this time is 0.16 cm 2
Met. Table 5 shows the results of comparing the characteristics with those of a solar cell similarly manufactured using a polycrystalline silicon film obtained when the growth was performed under the conditions of Table 1 with a growth time of 90 minutes.

いずれの場合も基板温度が1030℃単一で形成された多
結晶太陽電池に比べて本発明の2段階成長で形成された
多結晶太陽電池の方が高い特性が得られている。aが大
きくなるにつれて特性が劣下していく傾向があるのは結
晶成長時におけるファセットの崩れ、従って結晶性の低
下から生じる欠陥準位の増大に依るものと思われる。
In any case, the polycrystalline solar cell formed by the two-stage growth of the present invention has higher characteristics than the polycrystalline solar cell formed at a single substrate temperature of 1030 ° C. The reason that the characteristics tend to deteriorate as a becomes larger is considered to be due to the collapse of facets during crystal growth and, consequently, to an increase in defect levels resulting from a decrease in crystallinity.

実施例2 実施例1と同様にしてアモルファスシリコンカーバイ
ト/多結晶シリコンヘテロ型太陽電池を作製した。基板
にはPドープの(100)シリコンウエハ(ρ=0.05Ω・c
m)を用い、常圧CVD法によりPSG膜を3000Å堆積させ
た。開口部は大きさをa=1.2μmのみとし、b=30μ
mの間隔で設けた。通常のLPCVD法により表6の条件で
選択結晶成長を行い、結晶方位の揃った多結晶体シリコ
ンの集合からなる多結晶シリコン薄膜を形成した。この
とき単結晶間に残った空隙の大きさは約6μm角であっ
た。第6図(A)〜(H)に作製したヘテロ型太陽電池
のプロセスを示す。実施例1で示した第5図の場合とほ
とんど同じであるが、(B)においてp+層510の代わり
にp型アモルファスシリコンカーバイト610が多結晶シ
リコン上に形成される。
Example 2 An amorphous silicon carbide / polycrystalline silicon hetero-type solar cell was produced in the same manner as in Example 1. The substrate is a P-doped (100) silicon wafer (ρ = 0.05Ω · c
m), a PSG film was deposited at a thickness of 3000 mm by a normal pressure CVD method. The opening has a size of only a = 1.2 μm and b = 30 μm
m. Selective crystal growth was performed by the ordinary LPCVD method under the conditions shown in Table 6 to form a polycrystalline silicon thin film composed of a set of polycrystalline silicon having a uniform crystal orientation. At this time, the size of the voids remaining between the single crystals was about 6 μm square. 6 (A) to 6 (H) show the processes of the fabricated hetero solar cell. Although it is almost the same as the case of FIG. 5 shown in the first embodiment, a p-type amorphous silicon carbide 610 is formed on the polycrystalline silicon instead of the p + layer 510 in FIG.

p型アモルファスシリコンカーバイト層610は通常の
プラズマCVD装置により、表7に示す条件で多結晶シリ
コン表面上に100Å堆積させた。この時のアモルファス
シリコンカーバイト膜の暗導電率は〜10-2S・cm-1であ
り、CとSiの膜中の組成比は2:3であった。
The p-type amorphous silicon carbide layer 610 was deposited on the surface of the polycrystalline silicon at a thickness of 100 ° by a usual plasma CVD apparatus under the conditions shown in Table 7. At this time, the dark conductivity of the amorphous silicon carbide film was 1010 −2 S · cm −1 , and the composition ratio of C and Si in the film was 2: 3.

また、透明導電膜606としてはITOを約1000Å電子ビー
ム蒸着し、集電電極607としてCrを1μm真空蒸着して
形成した。
Further, as the transparent conductive film 606, ITO was formed by electron beam evaporation of about 1000 °, and as the current collecting electrode 607, Cr was formed by vacuum evaporation of 1 μm.

このようにして得られたアモルファスシリコンカーバ
イト/多結晶シリコンヘテロ型太陽電池のAM1.5光照射
下でのI−V特性の測定を行ったところ(セル面積0.16
cm2)、開放電圧0.52V、短絡光電流20mA/cm2、曲線因子
0.56となり、変換効率5.8%という高い値が得られた。
これは従来のアモルファスシリコンカーバイト/単結晶
シリコンヘテロ型太陽電池に比べて遜色のない結果であ
る。
When the IV characteristics of the thus obtained amorphous silicon carbide / polycrystalline silicon hetero solar cell under AM1.5 light irradiation were measured (cell area 0.16
cm 2 ), open circuit voltage 0.52 V, short-circuit photocurrent 20 mA / cm 2 , fill factor
The conversion efficiency was 0.56, which was a high value of 5.8%.
This is a result comparable to a conventional amorphous silicon carbide / single crystal silicon hetero solar cell.

実施例3 実施例1、2と同様にして第9図(H)に示したよう
な界面付近の領域に不純物を添加したpn型太陽電池を作
製した。第9図(A)〜(H)にその作製プロセスを示
す。基板にはPドープの(100)シリコンウエハ(ρ=
0.05Ω・cm)を用いた。絶縁層902には熱酸化膜(1000
Å)を用い、開口部はa=1.2μm、b=50μmとし
た。第7図に示す通常のLPCVD装置により表8の条件で
選択的結晶成長を行い、第3図(C)に示したような結
晶方位が互いに揃った単結晶体シリコン903の集まりか
らなる多結晶シリコン薄膜をシリコンウエハ上に形成し
た〔第9図(A)〕。以下、実施例1と同じプロセスに
よりpn接合を有する剥離型太陽電池を作製した。
Example 3 In the same manner as in Examples 1 and 2, a pn-type solar cell in which an impurity was added to a region near the interface as shown in FIG. FIGS. 9A to 9H show the manufacturing process. The substrate is a P-doped (100) silicon wafer (ρ =
0.05 Ω · cm). A thermal oxide film (1000
Using Å), the openings were a = 1.2 μm and b = 50 μm. Selective crystal growth is performed by the ordinary LPCVD apparatus shown in FIG. 7 under the conditions shown in Table 8, and a polycrystal consisting of a collection of single-crystal silicon 903 having the same crystal orientation as shown in FIG. A silicon thin film was formed on a silicon wafer [FIG. 9 (A)]. Hereinafter, a peelable solar cell having a pn junction was manufactured by the same process as in Example 1.

得られたpn型太陽電池のAM1.5光照射下でのI−V特
性について測定を行ったところ、セル面積0.16cm2で開
放電圧0.47V、短絡光電流24mA/cm2、曲線因子0.71、変
換効率8%となり、結晶成長の初期の段階に不純物を添
加しない場合(実施例1)に比べてさらに特性が改善さ
れた。
For the I-V characteristic under AM1.5 illumination of the resulting pn-type solar cell was subjected to measurement, open-circuit voltage 0.47V in cell area 0.16 cm 2, short-circuit photoelectric current 24mA / cm 2, a fill factor 0.71, The conversion efficiency was 8%, and the characteristics were further improved as compared with the case where no impurity was added in the initial stage of crystal growth (Example 1).

実施例4 実施例1、2、3と同様にして第10図に示すようなpi
n型多結晶太陽電池を作製した。第10図の太陽電池は選
択結晶成長中に不純物を原料ガスに微量添加することで
pin接合を単結晶体の中に作り込んだものである。ここ
で重要な点はp/i接合の端面が空隙ができる部分におい
て絶縁層1002上にあるため、得られた多結晶体をウエハ
から剥離するために絶縁層をエッチングして取り去って
しまうと接合端面が露出してしまい、その後の工程(裏
面電極の形成に伴う電気的絶縁/分離等)が大変にな
る。そこで、第10図(A)に示すように、あらかじめ絶
縁層を基板1001/SiO2 1002/Si3N4 1002′のように2層
構造にしておいてから反応性イオンエッチング法を用い
て微小開口部を設け、選択的結晶成長法により多結晶膜
を得た。
Embodiment 4 In the same manner as in Embodiments 1, 2, and 3, pi as shown in FIG.
An n-type polycrystalline solar cell was fabricated. The solar cell in Fig. 10 is obtained by adding a small amount of impurities to the source gas during selective crystal growth.
A pin junction is made in a single crystal. The important point here is that the end face of the p / i junction is on the insulating layer 1002 in the area where a gap is formed, so if the insulating layer is removed by etching to remove the obtained polycrystalline body from the wafer, The end face is exposed, and the subsequent steps (such as electrical insulation / separation accompanying the formation of the back electrode) become difficult. Therefore, as shown in FIG. 10 (A), the insulating layer is previously formed into a two-layer structure such as the substrate 1001 / SiO 2 1002 / Si 3 N 4 1002 ′, and then the fine layer is formed by the reactive ion etching method. An opening was provided, and a polycrystalline film was obtained by a selective crystal growth method.

SiO2,Si3N4は各々常圧CVD法、LPCVD法により堆積
し、膜厚はそれぞれ1000Å、3000Åとした。開口部の大
きさはa=1.2μmとし、間隔はb=50μmとした。選
択的結晶成長法により単結晶体を成長中に不純物の種類
および量を変化させて基板側から順にnipと導電型を変
えて接合を形成した。表9に成長条件を示す。
SiO 2 and Si 3 N 4 were deposited by the normal pressure CVD method and the LPCVD method, respectively, and the film thicknesses were 1000 ° and 3000 °, respectively. The size of the openings was a = 1.2 μm, and the spacing was b = 50 μm. During the growth of the single crystal body by the selective crystal growth method, the type and the amount of impurities were changed, and the junction was formed by sequentially changing the conductivity type from nip from the substrate side. Table 9 shows the growth conditions.

不純物の切り換えは、成長していく単結晶体が約10μ
mになるところまではPH3を導入してn層を形成し、そ
の後はPH3を止め、単結晶体同士が接触して空隙が約6
μm程度になったところで今後はB2H6を導入してp層を
結晶表面に約2000Å形成するという具合いに行った。
The switching of the impurities requires that the growing single crystal
until it becomes m is an n layer was formed by introducing PH 3, then ceases PH 3, voids in contact with the single crystal bodies is about 6
At about μm, B 2 H 6 was introduced in the future to form a p-layer on the crystal surface by about 2000 °.

このようにして得られた多結晶薄膜に対して第10図
(A)〜(H)に示すようなプロセスでpin接合を有す
る太陽電池を作製した。上述したように、絶縁層は2層
構造になっており、空隙1004を通してまず反応性イオン
エッチングによりSi3N4 1002′をエッチングし、次いで
49%濃度のHF水溶液に浸漬してSiO2層1002を除去した。
このようにして、pin接合の端面はSi3N4膜によって保護
され、かつ剥離した後もn層1003′に足が出ているため
裏面電極との接続も容易に行うことができる。その他の
プロセスは全て実施例1、2と同様にして行った。
A solar cell having a pin junction was produced from the polycrystalline thin film thus obtained by a process as shown in FIGS. 10 (A) to 10 (H). As described above, the insulating layer has a two-layer structure. First, Si 3 N 4 1002 ′ is etched through the void 1004 by reactive ion etching,
The SiO 2 layer 1002 was removed by immersion in a 49% HF aqueous solution.
In this manner, the end surface of the pin junction is protected by the Si 3 N 4 film, and the legs are protruded from the n-layer 1003 ′ even after peeling, so that the connection with the back surface electrode can be easily performed. All other processes were performed in the same manner as in Examples 1 and 2.

上述のプロセスを経て作製したpin接合型多結晶太陽
電池のAM1.5照射下でのI−V特性を調べたところ、セ
ル面積0.16cm2で開放電圧0.51V、短絡光電流25mA/cm2
曲線因子0.7となり、8.9%という高い変換効率が得られ
た。
Examination of the I-V characteristic at AM1.5 illumination of a pin junction type polycrystalline solar cell produced through the process described above, the open-circuit voltage 0.51V in cell area 0.16 cm 2, short-circuit photoelectric current 25mA / cm 2,
The fill factor was 0.7, and a high conversion efficiency of 8.9% was obtained.

以上述べたように、本発明の多結晶太陽電池の製造方
法により、選択的結晶成長において成長結晶/絶縁層界
面近傍での成長結晶中の欠陥が低減され、高品質な薄型
太陽電池が作製できるようになった。
As described above, according to the method for manufacturing a polycrystalline solar cell of the present invention, defects in the grown crystal near the interface between the grown crystal and the insulating layer in selective crystal growth are reduced, and a high-quality thin solar cell can be manufactured. It became so.

また、多結晶シリコン薄膜の構成要素である単結晶体
の間に残存する空隙を利用してウエハから剥離してガラ
ス等の支持体に固定できること、さらにウエハの再利用
が何度も可能であることから、量産性のある安価な太陽
電池が製造されることが示された。
Further, it is possible to peel off from the wafer and fix it to a support such as glass by utilizing the voids remaining between the single crystal bodies that are the components of the polycrystalline silicon thin film, and it is possible to reuse the wafer many times. This indicated that an inexpensive solar cell with mass productivity was manufactured.

〔発明の効果〕 以上述べてきたように、本発明によれば、ウエハ上で
形成した高い変換効率を有する多結晶薄膜太陽電池をガ
ラス等の支持体に転写することが可能となった。これに
より、量産性のある安価で良質の薄型太陽電池を市場に
提供することができるようになった。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, a polycrystalline thin-film solar cell having high conversion efficiency formed on a wafer can be transferred to a support such as glass. This has made it possible to provide low-cost, high-quality thin solar cells with mass productivity to the market.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の方法により作製したpn型太陽電池の断
面図を示したもので、第5図はその製造工程を説明した
図である。 第2図は選択的結晶成長法について説明した図である。
第3図は本発明の方法により得られた山型結晶が三次元
的に成長していく過程を説明した図である。 第4図は本発明の方法により結晶に入る欠陥が低減され
る様子を説明した図である。 第6図は本発明の方法により作製したヘテロ型太陽電池
の製造工程を示したものである。 第7図は一般的なLPCVD装置の概略を示した図である。 第8図は樹脂の注形を行う装置を示した図である。 第9図、第10図はそれぞれ、本発明の方法により作製し
たpn型、pin型太陽電池の製造工程を示した図である。 図において、 201,501,601,809,901,1001…シリコンウエハ、202,302,
502,602,902,1002,1002′…絶縁層、102,203,303,503,6
03,807,903,1003…単結晶体シリコン 204,301…開口部、304,504,604,904,1004…空隙、305…
粒界、903′,1003′…n型シリコン層、103,510,910,10
10…p型シリコン層、105,505,511,605,611,905,911,10
05,1011…エポキシ樹脂、104,506,606,906,1006…透明
導電層、107,507,607,907,1007…集電電極、106,508,60
8,908,1008…支持体、610…p型アモルファスシリコン
カーバイト層、101,509,609,909,1009…裏面電極、701
…ガス供給系、702…ヒーター、703…石英反応管、704
…基板、705…サセプタ、801…減圧容器、802…基板加
熱ヒーター、803…レール、804…樹脂タンク、805…恒
温ヒーター、806…樹脂射出ノズル、808…支持台、810
…圧力調整バルブ、811…スキージ、812…スキージ移動
手段、813…排気装置。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a pn-type solar cell manufactured by the method of the present invention, and FIG. 5 is a view for explaining the manufacturing process. FIG. 2 is a diagram illustrating a selective crystal growth method.
FIG. 3 is a view for explaining a process in which a mountain-shaped crystal obtained by the method of the present invention grows three-dimensionally. FIG. 4 is a view for explaining how defects entering a crystal are reduced by the method of the present invention. FIG. 6 shows a process of manufacturing a hetero-type solar cell manufactured by the method of the present invention. FIG. 7 is a diagram schematically showing a general LPCVD apparatus. FIG. 8 is a view showing an apparatus for performing resin casting. FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing the steps of manufacturing pn-type and pin-type solar cells manufactured by the method of the present invention, respectively. In the figure, 201,501,601,809,901,1001 ... silicon wafer, 202,302,
502,602,902,1002,1002 '… insulating layer, 102,203,303,503,6
03,807,903,1003… Single-crystal silicon 204,301… Opening, 304,504,604,904,1004… Void, 305…
Grain boundaries, 903 ', 1003' ... n-type silicon layers, 103, 510, 910, 10
10 ... p-type silicon layer, 105,505,511,605,611,905,911,10
05,1011: epoxy resin, 104,506,606,906,1006 ... transparent conductive layer, 107,507,607,907,1007 ... collecting electrode, 106,508,60
8,908,1008: support, 610: p-type amorphous silicon carbide layer, 101,509,609,909,1009: back electrode, 701
... gas supply system, 702 ... heater, 703 ... quartz reaction tube, 704
... substrate, 705 ... susceptor, 801 ... pressure reducing vessel, 802 ... substrate heater, 803 ... rail, 804 ... resin tank, 805 ... constant temperature heater, 806 ... resin injection nozzle, 808 ... support base, 810
... pressure adjusting valve, 811 ... squeegee, 812 ... squeegee moving means, 813 ... exhaust device.

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコンウエハ上に絶縁層を形成する工
程、該絶縁層の表面を格子点状に露出する空隙を有する
多結晶の半導体層を該絶縁層上に形成する工程、該絶縁
層を前記空隙を利用してエッチング除去し、前記シリコ
ンウエハから前記半導体層を分離する工程、及び前記分
離された半導体層に電極を設ける工程、とを有すること
を特徴とする太陽電池の製造方法。
A step of forming an insulating layer on a silicon wafer, a step of forming a polycrystalline semiconductor layer having voids exposing the surface of the insulating layer in a lattice-like manner, and forming the insulating layer on the insulating layer. A method of manufacturing a solar cell, comprising: a step of separating the semiconductor layer from the silicon wafer by performing etching removal using the gap; and a step of providing an electrode in the separated semiconductor layer.
【請求項2】前記半導体層を形成する工程は、前記絶縁
層に微小開口を設ける工程、及び該開口から露出された
シリコン表面上に選択的エピタキシャル成長及び横方向
成長を行う工程、を含む請求項(1)に記載の太陽電池
の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of forming the semiconductor layer includes the steps of: providing a minute opening in the insulating layer; and performing selective epitaxial growth and lateral growth on the silicon surface exposed from the opening. The method for manufacturing a solar cell according to (1).
【請求項3】前記選択的エピタキシャル成長及び横方向
成長は成長された隣接する結晶同士が衝突するまで行わ
れる請求項(2)に記載の太陽電池の製造方法。
3. The method according to claim 2, wherein the selective epitaxial growth and the lateral growth are performed until the grown adjacent crystals collide with each other.
【請求項4】前記空隙を樹脂により埋める工程を有する
請求項(1)乃至(3)のいずれかに記載の太陽電池の
製造方法。
4. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, further comprising a step of filling said void with a resin.
【請求項5】前記半導体層の表面に電極を形成した後、
該電極表面上に樹脂を付与して基板に固定する工程を有
する請求項(1)乃至(4)のいずれかに記載の太陽電
池の製造方法。
5. After forming an electrode on the surface of the semiconductor layer,
The method for producing a solar cell according to any one of claims 1 to 4, further comprising a step of applying a resin on the electrode surface and fixing the resin to a substrate.
【請求項6】前記半導体層の結晶は絶縁層との界面近傍
での面欠陥密度が1×104cm-1以下である請求項(1)
記載の太陽電池の製造方法。
6. The crystal of the semiconductor layer has a planar defect density of 1 × 10 4 cm −1 or less in the vicinity of an interface with an insulating layer.
A method for manufacturing the solar cell according to the above.
【請求項7】前記選択的エピタキシャル成長及び横方向
成長が、段階的に基板温度を変化させたCVD法により行
われる請求項(2)に記載の太陽電池の製造方法。
7. The method according to claim 2, wherein the selective epitaxial growth and the lateral growth are performed by a CVD method in which the substrate temperature is changed stepwise.
【請求項8】前記絶縁層はSi3N4またはSiO2である請求
項(1)乃至(7)のいずれかに記載の太陽電池の製造
方法。
8. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein said insulating layer is made of Si 3 N 4 or SiO 2 .
【請求項9】前記多結晶が山型単結晶の集合からなり、
該単結晶は成長の初期段階で不純物を添加する工程を有
する請求項(1)乃至(8)のいずれかに記載の太陽電
池の製造方法。
9. The polycrystal comprises a set of angle-shaped single crystals,
The method according to any one of claims 1 to 8, further comprising a step of adding an impurity to the single crystal at an initial stage of growth.
【請求項10】前記半導体層は表面に凹凸を有する請求
項(1)乃至(9)のいずれかに記載の太陽電池の製造
方法。
10. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein said semiconductor layer has irregularities on its surface.
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