JPH1084126A - Semiconductor element and solar cell - Google Patents

Semiconductor element and solar cell

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JPH1084126A
JPH1084126A JP9250502A JP25050297A JPH1084126A JP H1084126 A JPH1084126 A JP H1084126A JP 9250502 A JP9250502 A JP 9250502A JP 25050297 A JP25050297 A JP 25050297A JP H1084126 A JPH1084126 A JP H1084126A
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JP
Japan
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layer
silicon
thin film
epitaxial
solar cell
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JP9250502A
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Japanese (ja)
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Akiyuki Nishida
彰志 西田
Kiyobumi Sakaguchi
清文 坂口
Takao Yonehara
隆夫 米原
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Canon Inc
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Publication date
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make the manufacture of a good quality thin film single crystal solar cell possible by a method wherein a semiconductor junction is formed between a thin film single crystal semiconductor layer obtained by growing epitaxially and a polycrystalline silicon layer. SOLUTION: An SiO2 layer is deposited on the surface of a porous silicon layer 103 formed on a wafer 101 as an insulating layer, a wet etching is performed to form a lattice point-shaped insulating layer 102, then, a selective growth is performed to form an epitaxial silicon layer 104. Moreover, the SiO2 insulating layer 102 is removed and a selective etching of the layer 103 is performed. The layer 104 is put on the SUS substrate 101 on which a Cr layer and a silicide layer 107 are deposited is formed on the interface between the surface of the Cr layer and the layer 104 by an annealing treatment to fix the layer 104 on the substrate. Then, a thermal diffusion of P is performed in the surface of the layer 104 to form an n<+> layer 108 and after a wet oxidation, the Cr layer is also oxidized to form insulating layers 109 and lastly, a TTO transparent conductive film and a current collecting electrode are formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池の製造方法
及び太陽電池に関する。特にエネルギー変換効率が良好
な太陽電池に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell and a solar cell. Particularly, the present invention relates to a solar cell having good energy conversion efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】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。
2. Description of the Related Art In various devices, a solar cell is used as a driving energy source.

【0003】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。半導体として使用されるシリコン
の形態には単結晶、多結晶およびアモルファスがある。
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が、光エネルギーを起電力に変
換する効率や安定性の点からは、単結晶シリコンを用い
るのが好ましい。
[0003] A solar cell uses a pn junction for a functional part, and silicon is generally used as a semiconductor constituting the pn junction. Silicon forms used as semiconductors include single crystal, polycrystalline, and amorphous.
Amorphous silicon is considered advantageous in terms of large area and low cost, but single crystal silicon is preferably used in terms of efficiency and stability in converting light energy into electromotive force.

【0004】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は単結晶シリ
コンの場合と全く同様に塊状の多結晶をスライスして板
状体とし、これを用いるために厚さを0.3mm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。最近では溶融したシリコンの液滴を
鋳型に流し込むスピン法によりシリコンシートを形成す
る方法が提案されているが、厚さは最低でも0.1mm
〜0.2mm程度となり結晶シリコンとして光吸収に必
要十分な膜厚(20〜50μm)に比べまだ薄型化が十
分ではない。
[0004] 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, it is difficult to reduce the thickness to 0.3 mm or less using the conventionally proposed method by slicing a lump polycrystal into a plate-like body just like the case of single crystal silicon. Therefore, the thickness is more than necessary to sufficiently absorb the light quantity, 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. Recently, a method of forming a silicon sheet by a spin method in which molten silicon droplets are poured into a mold has been proposed, but the thickness is at least 0.1 mm.
The thickness is about 0.2 mm, and the thickness is still not sufficiently reduced as compared with the film thickness (20 to 50 μm) necessary and sufficient for light absorption as crystalline silicon.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとしている課題】そこで、いっその
こと単結晶シリコン基板上に成長した薄膜のエピタキシ
ャル層を基板から分離(剥離)して太陽電池に用いるこ
とで高エネルギー変換効率と低コスト化を達成する試み
が提案されている(Milnes,A.G.andFe
ucht,D.L.,“Peel−ed Film T
echnologySolar Cells”,IEE
E Photo−voltaic Specialis
t Conference,p.338,1975)。
In view of the above, moreover, by separating (peeling) the epitaxial layer of a thin film grown on a single crystal silicon substrate from the substrate and using it in a solar cell, high energy conversion efficiency and low cost can be achieved. Attempts to achieve have been proposed (Milnes, AG and Fe
ucht, D .; L. , "Peel-ed Film T
technology Solar Cells ", IEEE
E Photo-voltaic Specialis
t Conference, p. 338, 1975).

【0006】しかしながら上述の方法では基板となる単
結晶シリコンと成長エピタキシャル層との間にSiGe
の中間層を挿入させてヘテロエピタキシャル成長させた
上に、さらにこの中間層を選択的に溶融させて成長層を
剥す必要がある。一般的にヘテロエピタキシャル成長さ
せた場合格子定数が異なるため成長界面で欠陥が誘起さ
れやすい。また異種材料を用いるという点でプロセス・
コスト的に有利であると言えない。
However, in the above-described method, SiGe is provided between the single crystal silicon as a substrate and the grown epitaxial layer.
It is necessary to insert the intermediate layer and perform heteroepitaxial growth and then selectively melt this intermediate layer to peel off the grown layer. In general, when heteroepitaxial growth is performed, the lattice constant is different, so that defects are likely to be induced at the growth interface. In addition, process and
It cannot be said that it is advantageous in terms of cost.

【0007】一方、U.S.Pat.No.4,81
6,420に開示されている方法、すなわち、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, U.S. Pat. S. Pat. No. 4,81
6,420, that is, a sheet-like crystal is formed on a crystal substrate through a mask material by selective epitaxial growth and lateral growth, and then separated from the substrate. It was shown that a thin crystalline solar cell could be obtained by the manufacturing method.

【0008】しかし、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開を利
用して機械的に剥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
す途中でシート状結晶の破損を惹き起こしてしまう。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m
m〜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。
However, the openings provided in the mask material in the above-described method are linear, and sheet-like crystals grown by selective epitaxial growth and lateral growth are separated from the line seeds. If the shape of the line seed is larger than a certain size because it is mechanically peeled by using the opening, the contact area with the substrate increases, so that the sheet crystal is damaged during the peeling. In particular, when increasing the area of a solar cell, the line length is several meters, no matter how narrow the line width is (actually around 1 μm).
When the size is from m to several cm or more, it becomes a fatal problem.

【0009】また上述の方法においてマスク材としてS
iO2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層と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)が導入される場合がある。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。
In the method described above, S is used as a mask material.
Although an example is shown in which a silicon thin film is grown by selective epitaxial growth and lateral growth at a substrate temperature of 1000 ° C. using iO 2 , the reaction between the growing silicon layer and SiO 2 at such a high temperature is described. In the vicinity of the silicon layer / SiO 2 interface, a considerable stacking fault (plane defect) may be introduced on the silicon layer side. Such defects have a great adverse effect on the characteristics of the solar cell.

【0010】本発明の方法は上記従来技術の持つ欠点を
除去し、良質な薄膜単結晶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-film single-crystal solar cell.

【0011】本発明の目的は単結晶半導体を用いること
で高品質な太陽電池を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a high quality solar cell using a single crystal semiconductor.

【0012】また本発明の他の目的はシリコンウエハー
上に形成したエピタキシャル層をSUS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。
It is another object of the present invention to provide an inexpensive solar cell by transferring an epitaxial layer formed on a silicon wafer to a substrate such as a SUS substrate.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、第1に、エピ
タキシャル成長させて得た薄膜単結晶半導体及び多結晶
シリコンを有し、該薄膜単結晶半導体と該多結晶シリコ
ンとの間で形成する半導体接合を有する半導体素子に第
1の特徴を有し、第2に、エピタキシャル成長させて得
た薄膜単結晶半導体、多結晶シリコン及び一対の電極を
有し、該薄膜単結晶半導体と該多結晶シリコンとの間で
半導体接合を有したことを特徴とする太陽電池に第2の
特徴を有する。
The present invention firstly comprises a thin film single crystal semiconductor and polycrystalline silicon obtained by epitaxial growth, and formed between the thin film single crystal semiconductor and the polycrystalline silicon. A semiconductor element having a semiconductor junction has a first feature. Second, the semiconductor element has a thin film single crystal semiconductor, polycrystalline silicon, and a pair of electrodes obtained by epitaxial growth. And a solar cell having a semiconductor junction between the solar cell and the solar cell.

【0014】本発明の太陽電池は、i)シリコンウエハ
の片側表面に陽極化成により多孔質層を形成する工程
と、 ii)前記多孔質層上に絶縁層を形成してパターニング
により該絶縁層の一部のみを残して基板を作製する工程
と、 iii)選択的エピタキシャル成長法により前記基板の
前記絶縁層以外の多孔質上にシリコン層を成長させる工
程と、 iv)前記シリコン層の表面に半導体接合を形成する工
程と、 v)前記絶縁層上に形成される空隙を通して前記絶縁層
及び多孔質層をエッチングにより除去して前記シリコン
層を基板より分離する工程とを経て得られたことを特徴
とするものである。
The solar cell of the present invention comprises: i) a step of forming a porous layer on one surface of a silicon wafer by anodization; and ii) forming an insulating layer on the porous layer and patterning the insulating layer. Iii) a step of forming a silicon layer on a porous surface of the substrate other than the insulating layer by selective epitaxial growth, and iv) a semiconductor bonding to a surface of the silicon layer. And v) a step of removing the insulating layer and the porous layer by etching through a gap formed on the insulating layer to separate the silicon layer from the substrate. Is what you do.

【0015】本発明の主要な技術は図3に示されるよう
にシリコンウエハの表面をHF溶液中で陽極化成により
多孔質化し、その上に部分的に形成された非核形成面と
多孔質表面を用いて行われる選択的エピタキシャル成長
によりシリコン層を積層し、非核形成面上の空隙を通し
て多孔質層を選択的エッチングにより除去することで単
結晶シリコン薄膜を形成することにある。
As shown in FIG. 3, the main technique of the present invention is to make the surface of a silicon wafer porous by anodizing in an HF solution, and to form a partially non-nucleated surface and a porous surface on the silicon wafer. The purpose of the present invention is to form a single-crystal silicon thin film by stacking a silicon layer by selective epitaxial growth performed using the method and selectively removing the porous layer through a gap on the non-nucleation surface by selective etching.

【0016】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、気相成長法等を用いてエピタキシャル成
長を行う場合に、図2(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などの絶縁層
上では核形成が起きないような条件で絶縁層以外の露出
したシリコン表面を種結晶としてエピタキシャル成長を
行う選択的結晶成長法である。
Here, the general principle of the selective epitaxial growth method will be briefly described. As shown in FIGS. 2A and 2B, the selective epitaxial growth method refers to a method of performing epitaxial growth using a vapor phase growth method or the like on an insulating layer such as an oxide film formed on a silicon wafer. Is a selective crystal growth method in which epitaxial growth is performed using an exposed silicon surface other than the insulating layer as a seed crystal under conditions such that nucleation does not occur.

【0017】陽極化成による多孔質シリコンの形成には
陽極反応に正孔が必要であり、そのため主に正孔の存在
するp型シリコンで多孔質化が行なわれるとされている
(T.Unagami,J.Electrochem.
Soc.,vol.127,476(1980))。
The formation of porous silicon by anodization requires holes for the anodic reaction, and therefore, it is said that porosification is performed mainly with p-type silicon having holes (T. Unagami, J. Electrochem.
Soc. , Vol. 127, 476 (1980)).

【0018】しかし、一方で低抵抗n型シリコンであれ
ば多孔質化されるという報告もあり(R.P.Holm
strom and J.Y.Chi,Appl. P
hys.Lett.,vol.42,386(198
3))、p型n型の別を問わず低抵抗シリコンで多孔質
化が可能である。単結晶シリコンを陽極化成して得られ
た多孔質シリコンは、透過電子顕微鏡の観察によると数
百Å程度の径の孔が形成されており、その密度は単結晶
シリコンの半分以下になる。にもかかわらず単結晶性は
維持されており、多孔質シリコンの上にLPCVD法等
でエピタキシャル層が成長することは一般によく知られ
ている。さらに多孔質シリコンは上述のようにその内部
に大量の空隙が存在し体積に比べて表面積が飛躍的に増
大するため、その化学エッチング速度は、通常の単結晶
シリコンのエッチング速度に比べて著しく増速される。
However, on the other hand, there is a report that low-resistance n-type silicon can be made porous (RP Holm).
strom and J.M. Y. Chi, Appl. P
hys. Lett. , Vol. 42,386 (198)
3)), regardless of whether it is p-type or n-type, it can be made porous with low-resistance silicon. According to transmission electron microscope observation, porous silicon obtained by anodizing single crystal silicon has pores with a diameter of about several hundreds of mm, and the density is less than half that of single crystal silicon. Nevertheless, single crystallinity is maintained, and it is generally well known that an epitaxial layer is grown on porous silicon by LPCVD or the like. Further, as described above, porous silicon has a large amount of voids therein, and its surface area is dramatically increased as compared to its volume. Therefore, the chemical etching rate is significantly increased compared to the etching rate of ordinary single crystal silicon. Speeded up.

【0019】また、通常の結晶シリコンと多孔質シリコ
ンの選択的エッチング液としては従来NaOH水溶液の
みであり、このNaOH水溶液を用いた多孔質シリコン
の選択的エッチングでは、Naイオンがエッチング表面
に吸着するため不純物汚染をもたらすという問題があ
る。
Conventionally, a conventional selective etching solution for crystalline silicon and porous silicon is only an aqueous solution of NaOH. In the selective etching of porous silicon using this aqueous solution of NaOH, Na ions are adsorbed on the etching surface. Therefore, there is a problem that impurity contamination is caused.

【0020】本発明者らは実験を重ね、多孔質シリコン
層の上面に部分的に非核形成面となる絶縁層を形成する
ことで絶縁層と多孔質表面を用いて選択的エピタキシャ
ル成長により多孔質表面上のみに単結晶シリコン層が形
成出来ること、および絶縁層上の空隙を通して結晶シリ
コンに対してエッチング作用を持たないフッ酸とアルコ
ールおよび過酸化水素水との混合溶液で多孔質シリコン
層のみを選択的にエッチングできることを見い出した。
その結果、金属基板等の非単結晶基板上に良質な薄膜単
結晶シリコン層が転写可能であるという知見を得、本発
明の完成に至った。以下に本発明者らの行なった実験に
ついて詳述する。
The present inventors have repeated experiments and formed an insulating layer partially serving as a non-nucleation surface on the upper surface of the porous silicon layer, so that the porous surface was formed by selective epitaxial growth using the insulating layer and the porous surface. A single-crystal silicon layer can be formed only on the top, and only a porous silicon layer is selected with a mixed solution of hydrofluoric acid, alcohol, and hydrogen peroxide that has no etching effect on crystalline silicon through voids in the insulating layer And found that it can be etched.
As a result, they have found that a high-quality thin-film single-crystal silicon layer can be transferred onto a non-single-crystal substrate such as a metal substrate, and have completed the present invention. Hereinafter, the experiments performed by the present inventors will be described in detail.

【0021】(実験1)多孔質シリコンの形成 500μmの厚みを持った比抵抗0.01Ω・cmのp
型(100)単結晶シリコンウエハをHF水溶液中で陽
極化成を行なった。陽極化成条件を表1に示す。
(Experiment 1) Formation of Porous Silicon A p having a thickness of 500 μm and a specific resistance of 0.01 Ω · cm
The mold (100) single crystal silicon wafer was anodized in an aqueous HF solution. Table 1 shows the anodizing conditions.

【0022】得られた多孔質シリコン層の表面を透過型
電子顕微鏡で観察したところ、平均約600Å径の孔が
形成されていた。また高分解能走査型電子顕微鏡で多孔
質シリコン層の断面を観たところ、同様に微小な孔が基
板に垂直な方向に形成されているのが確認された。ま
た、表1の条件で陽極化成の時間を長くして多孔質シリ
コン層の厚みを多くし、密度について測定したところ、
多孔質シリコン層の密度は1.1g/cm3であること
がわかり、単結晶シリコンに比べて約半分となってい
た。
When the surface of the obtained porous silicon layer was observed with a transmission electron microscope, holes having an average diameter of about 600 mm were formed. When the cross section of the porous silicon layer was observed with a high-resolution scanning electron microscope, it was confirmed that minute holes were formed in a direction perpendicular to the substrate. Further, when the time of anodization was increased under the conditions of Table 1 to increase the thickness of the porous silicon layer and the density was measured,
The density of the porous silicon layer was found to be 1.1 g / cm 3 , which was about half that of single crystal silicon.

【0023】[0023]

【表1】 [Table 1]

【0024】(実験2)多孔質シリコンを用いた選択的
エピタキシャル成長法 実験1で形成したウエハ上の多孔質シリコン層の表面に
図3(a)に示すように絶縁層302として熱酸化膜を
3000Å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、一辺がa=70μmの正方形にパターニ
ングしてb=400μmの間隔で設けた。次に通常の減
圧CVD法(LPCVD法)により選択的エピタキシャ
ル成長を行なった。原料にはSiH2Cl2を用い、キャ
リアガスとしてH2をさらに絶縁層の酸化膜上での核の
発生を抑制するためにHClを添加した。このときの成
長条件を表2に示す。
(Experiment 2) Selective using porous silicon
On the surface of the porous silicon layer on the wafer formed in the epitaxial growth method experiment 1, as shown in FIG. 3A, a thermal oxide film is formed as an insulating layer 302 at 3000.degree., And etched using photolithography. = 70 μm and patterned at intervals of b = 400 μm. Next, selective epitaxial growth was performed by a normal low pressure CVD method (LPCVD method). SiH 2 Cl 2 was used as a raw material, H 2 was added as a carrier gas, and HCl was further added to suppress generation of nuclei on an oxide film of an insulating layer. Table 2 shows the growth conditions at this time.

【0025】成長終了後の結晶成長表面の様子を光学顕
微鏡および走査型電子顕微鏡により観察したところ、図
3(b)のようになっていることが確認された。
When the state of the crystal growth surface after the completion of the growth was observed with an optical microscope and a scanning electron microscope, it was confirmed that the state was as shown in FIG. 3B.

【0026】[0026]

【表2】 [Table 2]

【0027】ここでは平坦な表面が得られており、また
成長層の断面を透過型電子顕微鏡で観たところ、良好な
結晶性を有する単結晶エピタキシャル層となっているの
が確認された。また成長前と成長後の基板上方から見た
様子をそれぞれ図4(a),図4(b)に示す。エピタ
キシャル層が絶縁層上でovergrowthするため
に空隙の大きさは絶縁層のそれよりも小さくなってい
る。
Here, a flat surface was obtained, and when the cross section of the growth layer was observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that the single crystal epitaxial layer had good crystallinity. FIGS. 4A and 4B show the state before and after the growth as viewed from above the substrate, respectively. The size of the air gap is smaller than that of the insulating layer because the epitaxial layer overgrows on the insulating layer.

【0028】(実験3)多孔質シリコンの選択的エッチ
ング 実験1と同じ条件で作製した多孔質シリコンに対するフ
ッ酸とアルコールおよび過酸化水素水との混合溶液によ
るエッチングについて調べた。
(Experiment 3) Selective etching of porous silicon
The etching of porous silicon produced under the same conditions as in the first experiment using a mixed solution of hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide was investigated.

【0029】図5に、多孔質シリコンと単結晶シリコン
とを49%フッ酸と100%エチルアルコールと30%
過酸化水素水との混合液(10:6:50)に撹拌する
ことなしに浸潤したときのエッチングされた多孔質シリ
コンと単結晶シリコンの厚みの時間依存性を示す。多孔
質シリコンと単結晶シリコンのエッチング開始前の厚さ
はそれぞれ300μm、500μmであった。
FIG. 5 shows that 49% hydrofluoric acid, 100% ethyl alcohol and 30%
The time dependence of the thickness of the etched porous silicon and single crystal silicon when infiltrating into the mixed solution (10: 6: 50) with the aqueous hydrogen peroxide without stirring is shown. The thicknesses of porous silicon and single crystal silicon before the start of etching were 300 μm and 500 μm, respectively.

【0030】多孔質シリコンと単結晶シリコンとを上記
混合液に室温で浸潤して厚みの減少を測定したところ、
多孔質シリコンは急速にエッチングされ、40分程で1
07μm、更に80分経過で244μmもエッチングさ
れた。このような高いエッチング速度にも関わらず、エ
ッチング後の表面は非常に平坦であった。これに対し、
単結晶シリコンでは120分経過後でもエッチングされ
た厚さは50Å以下であり、ほとんどエッチングされな
いことが明かとなった。
When the porous silicon and the single crystal silicon were infiltrated into the above-mentioned mixed solution at room temperature and the decrease in thickness was measured.
Porous silicon is rapidly etched, leaving about 1
07 μm, and 244 μm after 80 minutes. Despite such a high etching rate, the surface after etching was very flat. In contrast,
In the case of single crystal silicon, even after 120 minutes had passed, the etched thickness was 50 ° or less, which revealed that the silicon was hardly etched.

【0031】(実験4)絶縁層および多孔質層除去によ
るエピタキシャル膜の分離 実験2で得られた多孔質シリコン304上にエピタキシ
ャル膜305の成長したウエハをHF水溶液中に浸し空
隙303を通じて絶縁層である酸化膜302をエッチン
グして除去した(図3(c))。次にウエハを上記と同
じ混合エッチング液に浸潤して放置したところ、空隙3
03を通して多孔質シリコンのみが選択的にエッチング
され、エピタキシャル膜305がウエハから分離された
(図3(d))。水洗/乾燥後にエピタキシャル表面
(多孔質層に面していた側)の様子を高分解能走査型電
子顕微鏡で観察したところ、非常に表面の平坦な単結晶
シリコン層が約13μmの厚さで形成されていた。ま
た、ウエハの表面(多孔質層に面していた側)を同様に
観たところ、やはり非常に平坦であった。
(Experiment 4) By removing the insulating layer and the porous layer
The wafer on which the epitaxial film 305 was grown on the porous silicon 304 obtained in the separation experiment 2 of the epitaxial film was immersed in an HF aqueous solution, and the oxide film 302 as an insulating layer was removed by etching through the void 303 (FIG. c)). Next, when the wafer was immersed in the same mixed etching solution as above and allowed to stand,
03, only the porous silicon was selectively etched, and the epitaxial film 305 was separated from the wafer (FIG. 3D). The state of the epitaxial surface (the side facing the porous layer) after washing / drying was observed with a high-resolution scanning electron microscope. As a result, a very flat single-crystal silicon layer having a thickness of about 13 μm was formed. I was When the surface of the wafer (the side facing the porous layer) was similarly observed, it was found to be very flat.

【0032】(実験5)太陽電池の形成 実験1乃至4の結果を基にして太陽電池を作製した。実
験1と同様にして表1の条件でシリコンウエハ上に多孔
質シリコン層を形成した。多孔質シリコンの表面に絶縁
層として熱酸化膜を3000Å形成し、一辺がa=70
μmの正方形にパターニングしてb=400μmの間隔
で設けた。次に通常のLPCVD装置により選択的エピ
タキシャル成長を表2の条件で行なった。実験4と同様
にしてウエハをHF水溶液中に浸し空隙を通じて酸化膜
を除去し、さらにフッ酸/エチルアルコール/過酸化水
素水の混合液に浸潤して多孔質シリコンを選択的にエッ
チングし、ウエハとエピタキシャル膜を分離した。分離
したエピタキシャル薄膜を洗浄/乾燥させた後に、金属
基板(Cr基板)上に置き、N2中600℃でアニール
して金属(Cr)とエピタキシャル層との界面にシリサ
イド層を形成して金属基板上にエピタキシャル層を固着
させた。
(Experiment 5) Formation of Solar Cell A solar cell was manufactured based on the results of Experiments 1 to 4. A porous silicon layer was formed on a silicon wafer under the conditions shown in Table 1 in the same manner as in Experiment 1. A thermal oxide film is formed as an insulating layer on the surface of the porous silicon at 3000.degree.
It was patterned into a μm square and provided at intervals of b = 400 μm. Next, selective epitaxial growth was performed using a conventional LPCVD apparatus under the conditions shown in Table 2. In the same manner as in Experiment 4, the wafer is immersed in an aqueous HF solution to remove the oxide film through the voids, and further infiltrated in a mixed solution of hydrofluoric acid / ethyl alcohol / hydrogen peroxide to selectively etch the porous silicon. And the epitaxial film were separated. After the separated epitaxial thin film is washed / dried, it is placed on a metal substrate (Cr substrate) and annealed at 600 ° C. in N 2 to form a silicide layer at the interface between the metal (Cr) and the epitaxial layer. An epitaxial layer was fixed thereon.

【0033】次にO2雰囲気中で900℃に保ち、エピ
タキシャル層の表面およびエピタキシャル層の空隙内に
露出している金属(Cr)の表面を同時に酸化した。H
F水溶液でエピタキシャル層表面の酸化膜のみをエッチ
ングし、シリコン面を露出させた。
Next, the surface of the epitaxial layer and the surface of the metal (Cr) exposed in the voids of the epitaxial layer were simultaneously oxidized while maintaining the temperature at 900 ° C. in an O 2 atmosphere. H
Only the oxide film on the surface of the epitaxial layer was etched with an aqueous F solution to expose the silicon surface.

【0034】次にエピタキシャル層の表面にPを50K
eV,1×1015cm-2でイオン打ち込みを行い、55
0℃,1hour/800℃,30min/550℃,
1hourの条件で連続アニールして不純物の活性化お
よびイオン打ち込みによるダメージの回復を行い、接合
を形成した。最後にエピタキシャル層表面に透明導電膜
および集電電極を真空蒸着して太陽電池を作製した。
Next, P is applied to the surface of the epitaxial layer by 50K.
ion implantation at eV, 1 × 10 15 cm −2 , and 55
0 ℃, 1hour / 800 ℃, 30min / 550 ℃,
Continuous annealing was performed under the condition of 1 hour to activate the impurities and recover the damage caused by ion implantation to form a junction. Finally, a transparent conductive film and a current collecting electrode were vacuum-deposited on the surface of the epitaxial layer to produce a solar cell.

【0035】このようにして多孔質上に成長させたエピ
タキシャル薄膜をウエハから分離して形成した太陽電池
のAM1.5(100mW/cm2)光照射下での電流
ー電圧特性(I−V特性)について測定を行ったとこ
ろ、セル面積6cm2で開放電圧0.56V、短絡光電
流30mA/cm2、曲線因子0.74、変換効率1
2.4%となり、良好な結晶太陽電池が得られた。
The current-voltage characteristics (IV characteristics) under irradiation of AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light of the solar cell formed by separating the epitaxial thin film grown on the porous material from the wafer in this manner were formed. ) was subjected to measurement for the open-circuit voltage 0.56V in cell area 6 cm 2, short-circuit photoelectric current 30 mA / cm 2, a fill factor 0.74, the conversion efficiency 1
2.4%, and a good crystalline solar cell was obtained.

【0036】本発明の特徴は多孔質層を形成するウエハ
の再利用が可能であり、コスト的に有利であるという点
である。
A feature of the present invention is that the wafer for forming the porous layer can be reused, which is advantageous in cost.

【0037】本発明に使用される多孔質シリコン層を形
成するための陽極化成法にはフッ酸溶液が用いられ、H
F濃度が10%以上で多孔質化が可能となる。陽極化成
時に流す電流の量としてはHF濃度や所望とされる多孔
質層の厚み等によって適宜決められるが、大体数mA/
cm2−数十mA/cm2の範囲が適当である。またHF
溶液にエチルアルコール等のアルコールを添加すること
により、陽極化成時に発生する反応生成気体の気泡を瞬
時に撹拌することなく反応表面から除去でき、均一にか
つ効率よく多孔質シリコンを形成することができる。添
加するアルコールの量はHF濃度や所望とする多孔質層
の厚さによって適宜決められ、特にHF濃度が低くなり
すぎないように注意して決める必要がある。
In the anodization for forming the porous silicon layer used in the present invention, a hydrofluoric acid solution is used.
When the F concentration is 10% or more, porosity can be obtained. The amount of current flowing during anodization is appropriately determined depending on the HF concentration, the desired thickness of the porous layer, and the like.
cm 2 - several ten mA / cm 2 range are suitable. Also HF
By adding alcohol such as ethyl alcohol to the solution, bubbles of the reaction gas generated during anodization can be removed from the reaction surface without instantaneous stirring, and porous silicon can be formed uniformly and efficiently. . The amount of the alcohol to be added is appropriately determined depending on the HF concentration and the desired thickness of the porous layer, and it is particularly necessary to carefully determine that the HF concentration does not become too low.

【0038】本発明において使用される多孔質シリコン
の選択エッチング液としてはフッ酸とアルコールと過酸
化水素水との混合液が用いられる。特に、過酸化水素水
を添加することでシリコンの酸化を増速し、従って反応
速度を無添加に比べて増速することが可能で、過酸化水
素水の比率を変えることにより反応速度を制御すること
ができる。またエチルアルコール等のアルコールを添加
することによってエッチングによる反応生成気体の気泡
を、撹拌することなく瞬時にエッチング表面から除去で
き、均一にかつ効率よく多孔質シリコンをエッチングで
きる。エッチング液の各溶液濃度およびエッチング時の
温度の条件は、多孔質シリコンのエッチング速度および
多孔質シリコンと通常の単結晶シリコンとのエッチング
の選択比が製造工程等で実用上差し支えない範囲、かつ
上記アルコールの効果が損なわれない範囲において適宜
決められる。
As the selective etching solution for porous silicon used in the present invention, a mixed solution of hydrofluoric acid, alcohol and hydrogen peroxide solution is used. In particular, by adding hydrogen peroxide solution, the oxidation of silicon can be accelerated, and therefore the reaction rate can be increased compared to the case without addition, and the reaction rate can be controlled by changing the ratio of hydrogen peroxide solution. can do. In addition, by adding alcohol such as ethyl alcohol, bubbles of a reaction gas generated by etching can be instantaneously removed from the etching surface without stirring, and porous silicon can be uniformly and efficiently etched. The conditions of each solution concentration of the etchant and the temperature at the time of etching are such that the etching rate of porous silicon and the selectivity of etching between porous silicon and ordinary single-crystal silicon are within the range where there is no practical problem in the manufacturing process, etc. It is determined appropriately within a range where the effect of alcohol is not impaired.

【0039】本発明において多孔質シリコン上に設けら
れる非核形成面となる絶縁層の材質としてはエピタキシ
ャル層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、Si34等が代
表的なものとして使用される。また絶縁層の厚さについ
ては特に規定はないが、0.1〜1μmの範囲とするの
が適当である。
In the present invention, as the material of the insulating layer which is provided on the porous silicon and serves as a non-nucleation surface, the nucleation density on the surface is considerably higher than that of silicon in terms of suppressing nucleation during epitaxial layer growth. A small material is used. For example, SiO 2 , Si 3 N 4 and the like are used as representatives. The thickness of the insulating layer is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 to 1 μm.

【0040】本発明における多孔質シリコン上に設けら
れる非核形成面の形状にはとくに規定はなく、どの様な
形でもよいが、正方形の場合には辺の長さとしては成長
させるエピタキシャル層の厚さによって適宜きめられる
がa=30〜300μmが適当である。非核形成面の配
置の仕方としては特に規定はないが格子点状が代表的な
ものとして挙げられる。非核形成面を配置する間隔(周
期)としては非核形成面となる絶縁層の厚さおよびエピ
タキシャル層の厚さによって適宜きめられるが、大体b
=50μm〜5mmの範囲とするのが適当である。
The shape of the non-nucleation surface provided on the porous silicon in the present invention is not particularly limited, and may be any shape. In the case of a square, the length of the side is the thickness of the epitaxial layer to be grown. Depending on the size, a = 30 to 300 μm is appropriate. The method of arranging the non-nucleation surface is not particularly limited, but a lattice point is a typical example. The interval (period) at which the non-nucleation surfaces are arranged is appropriately determined by the thickness of the insulating layer serving as the non-nucleation surface and the thickness of the epitaxial layer.
= 50 μm to 5 mm is appropriate.

【0041】非核形成面となる絶縁層の形成法としては
例えば、SiO2については熱酸化法、常圧CVD法等
が、またSi34についてはLPCVD法、プラズマC
VD法等が用いられる。
Examples of the method of forming the insulating layer serving as the non-nucleation surface include thermal oxidation and normal pressure CVD for SiO 2 , and LPCVD and plasma CVD for Si 3 N 4.
The VD method or the like is used.

【0042】本発明に使用される選択的エピタキシャル
成長法にはLPCVD法、スパッタ法、プラズマCVD
法、光CVD法または液相成長法等がある。例えば、L
PCVD法、プラズマCVD法または光CVD法等の気
相成長法の場合に使用される原料ガスとしてはSiH2
Cl2,SiCl4,SiHCl3,SiH4,Si26
SiH22,Si26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。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が添加される。
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。
The selective epitaxial growth method used in the present invention includes LPCVD, sputtering, and plasma CVD.
Method, a photo-CVD method or a liquid phase growth method. For example, L
The source gas used in the case of a vapor phase growth method such as a PCVD method, a plasma CVD method or a photo CVD method is SiH 2
Cl 2 , SiCl 4 , SiHCl 3 , SiH 4 , Si 2 H 6 ,
Representative examples include silanes such as SiH 2 F 2 and Si 2 F 6 and halogenated silanes. In addition, 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 to the amount of hydrogen is appropriately determined as desired depending on the forming method, the type of the source gas, and the forming conditions, but is preferably 1:10 or more and 1: 1000 or less (introduction flow ratio). Preferably 1:20
It is desirable to set the ratio to 1: 800 or less.

【0043】また前記気相成長法において、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1:10
0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 vapor phase growth method, HCl is used for the purpose of suppressing generation of nuclei on the insulating layer. The amount of HCl added to the source gas depends on the forming method, the type of the source gas and the material of the insulating layer. It can be determined as desired according to the forming conditions, but generally from 1: 0.1 to 1:10
A value of 0 or less is appropriate, and a more preferred range is from 1: 0.2 to 1:80.

【0044】液相成長法を用いる場合にはH2あるいは
2雰囲気中でGa,In,Sb,Bi,Sn等の溶媒
中にSiを溶解させて溶媒を徐冷あるいは溶媒中に温度
差をつけることによりエピタキシャル成長を行う。溶媒
としてSnを用いると、得られる結晶は電気的に中性で
あり、成長後にあるいは成長中に適宜所望の不純物を添
加することで所望のドーピング濃度で伝導型を決定する
ことができる。
When the liquid phase growth method is used, Si is dissolved in a solvent such as Ga, In, Sb, Bi, Sn or the like in an H 2 or N 2 atmosphere, and the solvent is gradually cooled or a temperature difference is caused in the solvent. To perform epitaxial growth. When Sn is used as a solvent, the resulting crystal is electrically neutral, and the conductivity type can be determined at a desired doping concentration by adding a desired impurity as needed after or during growth.

【0045】また本発明で使用される選択的エピタキシ
ャル成長法におけ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12
00℃以下に制御されるのが望ましい。液相成長法の場
合には溶媒の種類によるがSnを用いる場合には850
℃以上1050℃以下に制御されるのが望ましい。また
プラズマCVD法等の低温プロセスでは概ね200℃以
上600℃以下が適当であり、より好ましくは200℃
以上500℃以下に制御されるのが望ましい。
The temperature and pressure in the selective epitaxial growth method used in the present invention vary depending on the forming method, the kind of the raw material gas used, the flow rate ratio between the raw material gas and H 2, and the like. Is, for example, approximately 600 ° C. or higher and 1250
C. or less, more preferably 650.degree.
It is desirable that the temperature be controlled to 00 ° C. or less. In the case of the liquid phase growth method, it depends on the kind of the solvent, but when Sn is used, it is 850.
It is desirable that the temperature be controlled to be not lower than 1050 ° C. In a low-temperature process such as a plasma CVD method, the temperature is preferably 200 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, more preferably 200 ° C.
It is desirable that the temperature be controlled to at least 500 ° C.

【0046】同様に圧力については概ね10-2Torr
〜760Torrが適当であり、より好ましくは10-1
Torr〜760Torrの範囲が望ましい。
Similarly, the pressure is approximately 10 −2 Torr.
~ 760 Torr is appropriate, and more preferably 10 -1.
A range of Torr to 760 Torr is desirable.

【0047】本発明の太陽電池の製造方法においてエピ
タキシャル膜を転写させる金属基板材料としては導電性
が良好でシリコンとシリサイド等の化合物を形成する任
意の金属が用いられ、代表的なものとしてW,Mo,C
r等が挙げられる。もちろん、それ以外であっても表面
に上述の性質を有する金属が付着しているものであれば
何でもよく、従って金属以外の安価な基板も使用可能で
ある。シリサイド層の厚さについては特に規定はないが
0.01〜0.1μmとするのが望ましい。
In the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, any metal which has good conductivity and forms a compound such as silicon and silicide is used as a metal substrate material for transferring an epitaxial film. Mo, C
r and the like. Of course, any other material may be used as long as the metal having the above-mentioned properties is adhered to the surface, and an inexpensive substrate other than the metal can be used. The thickness of the silicide layer is not particularly limited, but is desirably 0.01 to 0.1 μm.

【0048】また本発明の太陽電池の製造法において形
成する接合の深さとしては導入される不純物の量にもよ
るが0.05〜3μmの範囲とするのが適当であり、好
ましくは0.1〜1μmとするのが望ましい。
The depth of the junction formed in the method of manufacturing a solar cell according to the present invention is suitably in the range of 0.05 to 3 μm, preferably 0.1 to 3 μm, though it depends on the amount of impurities to be introduced. It is desirable that the thickness be 1 to 1 μm.

【0049】[0049]

【発明の実施の形態】以下、具体的な実施例を挙げて本
発明を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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0050】実施例1 前述したように、実験1〜5と同様にして図1に示すプ
ロセスによりエピタキシャルシリコン薄膜太陽電池を作
製した。
Example 1 As described above, an epitaxial silicon thin film solar cell was manufactured by the process shown in FIG. 1 in the same manner as in Experiments 1 to 5.

【0051】500μm厚のp型(100)シリコンウ
エハ101(ρ=0.01Ω・cm)にHF水溶液中で
表3の条件で陽極化成を行ない、ウエハ101を多孔質
化し多孔質シリコン層103を形成した(図1
(a))。
Anodization was performed on a 500 μm-thick p-type (100) silicon wafer 101 (ρ = 0.01 Ω · cm) in an aqueous HF solution under the conditions shown in Table 3 to make the wafer 101 porous and form a porous silicon layer 103. Formed (Fig. 1
(A)).

【0052】多孔質シリコン層103表面に通常の常圧
CVD装置により絶縁層としてSiO2を4000Å堆
積し、ウェットエッチングを行なって一辺がa=120
μmの正方形にパターニングし、b=600μmの間隔
で格子点状に絶縁層102を設けた(図1(a))。
[0052] the porous silicon layer 103 surface by normal atmospheric pressure CVD apparatus SiO 2 is 4000Å is deposited as an insulating layer, one side by performing wet etching a = 120
The insulating layer 102 was patterned into a square of μm, and the insulating layers 102 were provided in lattice points at intervals of b = 600 μm (FIG. 1A).

【0053】[0053]

【表3】 [Table 3]

【0054】LPCVD装置により表4の形成条件で選
択エピタキシャル成長を行いエピタキシャルシリコン層
104を膜厚約50μmで形成した(図1(b))。
Selective epitaxial growth was performed by the LPCVD apparatus under the conditions shown in Table 4 to form an epitaxial silicon layer 104 having a thickness of about 50 μm (FIG. 1B).

【0055】[0055]

【表4】 [Table 4]

【0056】実験4,5と同様にしてウエハをHF水溶
液に浸し空隙を通してSiO2絶縁層102を除去し、
さらに49%フッ酸と100%アルコールと30%過酸
化水素水との混合溶液(10:6:50)に浸潤させて
多孔質層103の選択的エッチングを行なった(図1
(c))。分離したエピタキシャル層104をCrを蒸
着したSUS基板101上に置き、実験5と同様なアニ
ール処理によりCr面とエピタキシャル層との界面にシ
リサイド層107を形成してエピタキシャル層104を
基板に固定した(図1(d))。次にエピタキシャル層
104の表面にPOCl3を拡散源として900℃の温
度でPの熱拡散を行ってn+層108を形成し、0.5
μm程度の接合深さを得た(図1(e))。形成された
+層108表面のデッド層をウェット酸化後、エッチ
ングにより除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をも
った接合深さを得た。このときのウェット酸化工程でエ
ピタキシャル層の空隙内に露出しているCrの表面も酸
化され絶縁層109が形成される(図1(f))。
In the same manner as in Experiments 4 and 5, the wafer was immersed in an HF aqueous solution, and the SiO 2 insulating layer 102 was removed through the gap.
Further, the porous layer 103 was selectively immersed in a mixed solution (10: 6: 50) of 49% hydrofluoric acid, 100% alcohol and 30% hydrogen peroxide solution (FIG. 1).
(C)). The separated epitaxial layer 104 was placed on the SUS substrate 101 on which Cr was deposited, and a silicide layer 107 was formed at the interface between the Cr surface and the epitaxial layer by the same annealing treatment as in Experiment 5 to fix the epitaxial layer 104 to the substrate ( FIG. 1 (d)). Next, P is thermally diffused on the surface of the epitaxial layer 104 at a temperature of 900 ° C. using POCl 3 as a diffusion source to form an n + layer 108.
A junction depth of about μm was obtained (FIG. 1E). The formed dead layer on the surface of the n + layer 108 was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm. In the wet oxidation step at this time, the surface of Cr exposed in the voids of the epitaxial layer is also oxidized to form the insulating layer 109 (FIG. 1F).

【0057】最後にEB(Electron Bea
m)蒸着によりITO透明導電膜(820Å)/集電電
極(Cr/Ag/Cr(200Å/1μm/400
Å))をn+層上に形成した(同図(h))。
Finally, EB (Electron Beam)
m) ITO transparent conductive film (820 °) / current collecting electrode (Cr / Ag / Cr (200 ° / 1 μm / 400) by vapor deposition
Å)) was formed on the n + layer (FIG. 1H).

【0058】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAM1.5(100mW/cm2)光
照射下でのI−V特性について測定したところ、セル面
積6cm2で開放電圧0.58V、短絡光電流32mA
/cm2、曲線因子0.75となり、エネルギー変換効
率13.9%を得た。このようにウエハから分離(剥
離)したエピタキシャル層を用いて良好な特性を示す薄
膜結晶太陽電池が作製出来た。
When the IV characteristics of the thin-film crystalline silicon solar cell thus obtained were measured under irradiation of AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light, an open-circuit voltage of 0.58 V and a cell area of 6 cm 2 were obtained. Short-circuit photocurrent 32mA
/ Cm 2 and fill factor 0.75, and an energy conversion efficiency of 13.9% was obtained. Using the epitaxial layer separated (separated) from the wafer in this way, a thin-film crystal solar cell exhibiting good characteristics was produced.

【0059】実施例2 実施例1と同様にしてp+n薄型結晶太陽電池を作製し
た。500μm厚のn型(100)シリコンウエハ10
1(ρ=0.01Ω・cm)にHF水溶液中で表1の条
件で陽極化成を行ない、ウエハ101に多孔質シリコン
層103を形成した。
Example 2 A p + n thin crystalline solar cell was produced in the same manner as in Example 1. 500 μm thick n-type (100) silicon wafer 10
Anodization was performed on the wafer 1 (ρ = 0.01 Ω · cm) in an aqueous HF solution under the conditions shown in Table 1 to form a porous silicon layer 103 on the wafer 101.

【0060】LPCVD装置を用いてSi34を300
0Å堆積し、RIE(Reactive Ion Et
ching)装置を用いて実施例1と同様にしてa=1
00μm,b=500μmでSi34層102をパター
ニングした。
Using an LPCVD apparatus, Si 3 N 4 was added to 300
0Å is deposited, and RIE (Reactive Ion Et
a = 1 using the same device as in Example 1.
The Si 3 N 4 layer 102 was patterned at 00 μm, b = 500 μm.

【0061】LPCVD装置により表4の形成条件で選
択エピタキシャル成長を行い膜厚約50μmのエピタキ
シャル層104を形成した。
Selective epitaxial growth was performed by the LPCVD apparatus under the conditions shown in Table 4 to form an epitaxial layer 104 having a thickness of about 50 μm.

【0062】ウエハを180℃熱燐酸溶液に浸し空隙を
通してSi34を除去し、その後さらに49%フッ酸と
100%アルコールと30%過酸化水素水との混合溶液
(10:6:50)に浸潤させて多孔質層103の選択
的エッチングを行なった。
The wafer is immersed in a hot phosphoric acid solution at 180 ° C. to remove Si 3 N 4 through voids, and then a mixed solution of 49% hydrofluoric acid, 100% alcohol and 30% hydrogen peroxide (10: 6: 50) And the porous layer 103 was selectively etched.

【0063】0.9mm厚のMo基板101上にウエハ
から分離したエピタキシャル層104を置き、550℃
でアニールしてシリサイド層107を形成した。次にエ
ピタキシャル層104の表面にBCl3を拡散源として
950℃の温度でBの熱拡散を行ってp+層108を形
成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたp
+層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチングによ
り除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもった接合
深さを得た。このときのウェット酸化工程でエピタキシ
ャル層の空隙内に露出しているMoの表面も酸化され絶
縁化される。
An epitaxial layer 104 separated from a wafer is placed on a Mo substrate 101 having a thickness of 0.9 mm and placed at 550 ° C.
To form a silicide layer 107. Next, the surface of the epitaxial layer 104 was thermally diffused with B at a temperature of 950 ° C. using BCl 3 as a diffusion source to form ap + layer 108, and a junction depth of about 0.5 μm was obtained. Formed p
The dead layer on the surface of the + layer was removed by etching after wet oxidation, and a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm was obtained. At this time, the surface of Mo exposed in the void of the epitaxial layer is also oxidized and insulated in the wet oxidation step.

【0064】最後にEB蒸着によりITO透明導電膜
(820Å)/集電電極(Cr/Ag/Cr(200Å
/1μm/400Å))をp+層上に形成した。
Finally, an ITO transparent conductive film (820 °) / current collecting electrode (Cr / Ag / Cr (200 °)
/ 1 μm / 400 °)) was formed on the p + layer.

【0065】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAM1.5(100mW/cm2)光
照射下でのI−V特性について測定したところ、セル面
積6cm2で開放電圧0.57V、短絡光電流31.5
mA/cm2、曲線因子0.77となり、エネルギー変
換効率13.8%を得た。
When the IV characteristics of the thin-film crystalline silicon solar cell thus obtained were measured under irradiation of AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light, an open-circuit voltage of 0.57 V and a cell area of 6 cm 2 were obtained. Short-circuit photocurrent 31.5
mA / cm 2 , the fill factor was 0.77, and an energy conversion efficiency of 13.8% was obtained.

【0066】実施例3 図1に示すようなn+p型多結晶太陽電池を液相成長法
を用いて作製した。実施例1と同様にして500μm厚
のp型(100)シリコンウエハ(ρ=0.01Ω・c
m)101にHF水溶液中で表3の条件で陽極化成を行
ない、ウエハ101に多孔質シリコン層103を形成し
た。この多孔質シリコンの表面に熱酸化によりSiO2
を3000Å形成し、ウエットエッチングを行なって一
辺がa=120μmの正方形にパターニングし、b=6
00μmの間隔で格子点状に絶縁層102を設けた。
Example 3 An n + p-type polycrystalline solar cell as shown in FIG. 1 was manufactured by using a liquid phase growth method. A 500 μm thick p-type (100) silicon wafer (ρ = 0.01Ω · c)
m) Anodization was performed on 101 in an aqueous HF solution under the conditions shown in Table 3 to form a porous silicon layer 103 on the wafer 101. SiO 2 is formed on the surface of the porous silicon by thermal oxidation.
Is formed, and is subjected to wet etching to pattern a square having a side of a = 120 μm, and b = 6
The insulating layers 102 were provided in lattice points at intervals of 00 μm.

【0067】[0067]

【表5】 [Table 5]

【0068】液相成長法により表5の条件で選択的エピ
タキシャル成長を行い、エピタキシャル層104を約4
5μm成長させた。このとき溶媒としてSnを用い、成
長前に予めSn中にSiを溶解させて飽和させておいて
から徐冷を開始し、或程度の過飽和状態となったところ
でウエハの多孔質層表面をSn溶液に漬け、所定の時間
成長を行った。SiO2に対してSnはぬれ性が悪いの
でSiO2上にはSiは析出せず、極めて高い選択成長
性が保たれる。
The selective epitaxial growth was carried out by the liquid phase growth method under the conditions shown in Table 5, and the epitaxial layer 104
The growth was 5 μm. At this time, Sn was used as a solvent, and Si was previously dissolved and dissolved in Sn before growth, and then gradual cooling was started. When a certain degree of supersaturation was reached, the surface of the porous layer of the wafer was changed to an Sn solution. And grown for a predetermined time. Since Sn has poor wettability with respect to SiO 2 , Si does not precipitate on SiO 2 and extremely high selective growth is maintained.

【0069】ウエハをHF水溶液に浸し空隙を通してS
iO2を除去し、さらに49%フッ酸と100%アルコ
ールと30%過酸化水素水との混合溶液(10:6:5
0)に浸潤させて多孔質層103の選択的エッチングを
行なった。分離したエピタキシャル層104をCrを蒸
着したSUS基板101上に置き、アニール処理により
Cr面とエピタキシャル層との界面にシリサイド層10
7を形成してエピタキシャル層を基板に固定した。次に
エピタキシャル層の表面にPOCl3を拡散源として9
00℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層108を形成
し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn+
層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチングにより
除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもった接合深
さを得た。このときのウェット酸化工程でエピタキシャ
ル層の空隙内に露出しているCrの表面も酸化され絶縁
化される。
The wafer is immersed in an aqueous HF solution,
After removing iO 2 , a mixed solution of 49% hydrofluoric acid, 100% alcohol and 30% hydrogen peroxide solution (10: 6: 5
0), and the porous layer 103 was selectively etched. The separated epitaxial layer 104 is placed on the SUS substrate 101 on which Cr is deposited, and the silicide layer 10 is formed on the interface between the Cr surface and the epitaxial layer by annealing.
7 was formed and the epitaxial layer was fixed to the substrate. Next, POCl 3 was used as a diffusion source on the surface of the epitaxial layer.
Thermal diffusion of P was performed at a temperature of 00 ° C. to form an n + layer 108, and a junction depth of about 0.5 μm was obtained. N + formed
After wet oxidation of the dead layer on the layer surface, the layer was removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm. In this wet oxidation step, the surface of Cr exposed in the voids of the epitaxial layer is also oxidized and insulated.

【0070】最後にEB(Electron Bea
m)蒸着によりITO透明導電膜(820Å)110/
集電電極(Cr/Ag/Cr(200Å/1μm/40
0Å))111をn+層108上に形成した。
Finally, EB (Electron Beam)
m) ITO transparent conductive film (820 °) 110 /
Current collecting electrode (Cr / Ag / Cr (200 mm / 1 μm / 40
0Å)) 111 was formed on the n + layer 108.

【0071】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAM1.5(100mW/cm2)光
照射下でのI−V特性について測定したところ、セル面
積4cm2で開放電圧0.58V、短絡光電流31mA
/cm2、曲線因子0.75となり、エネルギー変換効
率13.5%を得た。
When the IV characteristics of the thin-film crystalline silicon solar cell thus obtained were measured under irradiation of AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light, an open-circuit voltage of 0.58 V and a cell area of 4 cm 2 were obtained. Short-circuit photocurrent 31mA
/ Cm 2 and fill factor 0.75, and an energy conversion efficiency of 13.5% was obtained.

【0072】本発明によれば、ウエハに形成した多孔質
シリコン上に成長させた良質なエピタキシャルシリコン
層を非単結晶基板上に転写することができ、これにより
従来より高品質で安価な太陽電池が製造できる。
According to the present invention, a high-quality epitaxial silicon layer grown on porous silicon formed on a wafer can be transferred onto a non-single-crystal substrate. Can be manufactured.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、特性の良好な結晶薄膜太陽電池を金属基板等の非単
結晶基板上に形成することが可能である。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。
As described above, according to the present invention, it is possible to form a crystalline thin-film solar cell having good characteristics on a non-single-crystal substrate such as a metal substrate. This allows
Inexpensive, high-quality thin solar cells with mass productivity can be provided to the market.

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

【図1】本発明の太陽電池の製造工程を説明するための
模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a manufacturing process of a solar cell of the present invention.

【図2】選択的エピタキシャル成長法について説明する
ための模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a selective epitaxial growth method.

【図3】本発明の方法によりエピタキシャルシリコンの
薄層がウエハより分離される様子について説明する模式
図である。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a state in which a thin layer of epitaxial silicon is separated from a wafer by the method of the present invention.

【図4】本発明の方法によりエピタキシャルシリコンの
薄層がウエハより分離される様子について説明する模式
図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which a thin layer of epitaxial silicon is separated from a wafer by the method of the present invention.

【図5】選択的エッチング液でエッチングされた多孔質
シリコンと単結晶シリコンの厚みの時間依存性について
示したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the time dependence of the thickness of porous silicon and single crystal silicon etched by a selective etching solution.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101,202,301,601 Siウエハ 106,606 基板 102,302,602 絶縁層 103,303,603 多孔質シリコン層 104,203,304,604 エピタキシャルシリ
コン層 108 p+層(n+層) 609 p+μc−Si層 110,610 透明導電層 111,611 集電電極 105,305,605 空隙 107,607 金属 109,608 酸化層 201 非核形成面
101, 202, 301, 601 Si wafer 106, 606 Substrate 102, 302, 602 Insulating layer 103, 303, 603 Porous silicon layer 104, 203, 304, 604 Epitaxial silicon layer 108 p + layer (n + layer) 609 p + μc-Si layer 110, 610 Transparent conductive layer 111, 611 Current collecting electrode 105, 305, 605 Void 107, 607 Metal 109, 608 Oxide layer 201 Non-nucleation surface

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エピタキシャル成長させて得た薄膜単結
晶半導体及び多結晶シリコンを有し、該薄膜単結晶半導
体と該多結晶シリコンとの間で形成する半導体接合を有
する半導体素子。
1. A semiconductor device having a thin film single crystal semiconductor and polycrystalline silicon obtained by epitaxial growth, and having a semiconductor junction formed between the thin film single crystal semiconductor and the polycrystalline silicon.
【請求項2】 前記エキタピシャル薄膜は、気相成長法
によって得た薄膜である請求項1記載の半導体素子。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said epitaxial thin film is a thin film obtained by a vapor deposition method.
【請求項3】 前記エキタピシャル薄膜は、単結晶シリ
コン薄膜である請求項1または2記載の半導体素子。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said epitaxial thin film is a single crystal silicon thin film.
【請求項4】 前記エキタピシャル薄膜は、液相成長法
によって得た薄膜である請求項1記載の半導体素子。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein said epitaxial thin film is a thin film obtained by a liquid phase growth method.
【請求項5】 前記エキタピシャル薄膜は、単結晶シリ
コン薄膜である請求項4記載の半導体素子。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein said epitaxial thin film is a single-crystal silicon thin film.
【請求項6】 前記液相成長法は、Ga、In、Sb、
BiまたはSnを溶媒として、シリコンを該溶媒に溶解
させた液を使用する成長法である特徴とする請求項5記
載の半導体素子。
6. The method according to claim 1, wherein the liquid phase growth method comprises: Ga, In, Sb,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the growth method uses a solution in which silicon is dissolved in Bi or Sn as a solvent.
【請求項7】 前記液は、不純物を含有する液である請
求項6記載の半導体素子。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the liquid is a liquid containing impurities.
【請求項8】 前記半導体接合は、pn接合である請求
項1記載の半導体素子。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein said semiconductor junction is a pn junction.
【請求項9】 エピタキシャル成長させて得た薄膜単結
晶半導体、多結晶シリコン及び一対の電極を有し、該薄
膜単結晶半導体と該多結晶シリコンとの間で半導体接合
を有したことを特徴とする太陽電池。
9. A thin film single crystal semiconductor obtained by epitaxial growth, polycrystalline silicon, and a pair of electrodes, wherein a semiconductor junction is provided between the thin film single crystal semiconductor and the polycrystalline silicon. Solar cells.
【請求項10】 前記エキタピシャル薄膜は、気相成長
法によって得た薄膜である請求項9記載の太陽電池。
10. The solar cell according to claim 9, wherein the epitaxial thin film is a thin film obtained by a vapor deposition method.
【請求項11】 前記エキタピシャル薄膜は、単結晶シ
リコン薄膜である請求項9または10載の太陽電池。
11. The solar cell according to claim 9, wherein the epitaxial thin film is a single-crystal silicon thin film.
【請求項12】 前記エキタピシャル薄膜は、液相成長
法によって得た薄膜である請求項9記載の太陽電池。
12. The solar cell according to claim 9, wherein the epitaxial thin film is a thin film obtained by a liquid phase growth method.
【請求項13】 前記エキタピシャル薄膜は、単結晶シ
リコン薄膜である請求項12記載の太陽電池。
13. The solar cell according to claim 12, wherein said epitaxial thin film is a single-crystal silicon thin film.
【請求項14】 前記液相成長法は、Ga、In、S
b、BiまたはSnを溶媒として、シリコンを該溶媒に
溶解させた液を使用する成長法である特徴とする請求項
13記載の太陽電池。
14. The method of claim 1, wherein the liquid phase growth method comprises Ga, In, S
14. The solar cell according to claim 13, which is a growth method using a solution obtained by dissolving silicon in a solvent using b, Bi or Sn as a solvent.
【請求項15】 前記液は、不純物を含有する液である
請求項14記載の太陽電池。
15. The solar cell according to claim 14, wherein the liquid is a liquid containing impurities.
【請求項16】 前記半導体接合は、pn接合である請
求項9記載の太陽電池。
16. The solar cell according to claim 9, wherein said semiconductor junction is a pn junction.
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