DE4138121A1

DE4138121A1 - Solarzelle und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE4138121A1
Application number: DE4138121A
Authority: DE
Inventors: Shoji Nishida
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-11-20
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1992-05-21
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JPH04184979A; JP2721271B2; DE4138121C2; US5254481A

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle und ein Verfahren zu ih rer Herstellung. Die Erfindung betrifft insbesondere eine So larzelle mit einer ausgezeichneten Energieausbeute und ein Ver fahren zu ihrer Herstellung.

Für verschiedene Geräte und Vorrichtungen bzw. Bauelemente wer den als Antriebsenergiequelle gegenwärtig Solarzellen ange wandt.

Für den Funktionsbereich einer Solarzelle wird ein pn-Übergang verwendet, und als Halbleiter, der den pn-Übergang bildet, wird im allgemeinen Silicium verwendet. Vom Standpunkt des Wirkungs grades der Umwandlung von Lichtenergie in elektromotorische Kraft wird vorzugsweise Einkristall-Silicium verwendet, jedoch wird vom Standpunkt der Erzielung einer größeren Fläche bei niedrigeren Kosten die Verwendung von amorphem Silicium als vorteilhaft angesehen.

In den letzten Jahren ist die Verwendung von polykristallinem Silicium zum Zweck der Erzielung von Kosten, die so niedrig sind wie bei der Verwendung von amorphem Silicium, und eines Wirkungsgrades der Energieumwandlung, der so hoch ist wie bei der Verwendung von Einkristall-Silicium, untersucht worden. Bei einem Verfahren, das üblicherweise vorgeschlagen worden ist, werden jedoch polykristalline Blöcke verwendet, die in Scheiben bzw. Platten geschnitten werden. Es ist schwierig, eine solche Scheibe bzw. Platte mit einer Dicke von weniger als 0,3 mm zu erhalten. Eine Dicke von 0,3 mm ist größer als die Dicke, die ausreicht, um Lichtenergie wirksam zu absorbieren; folglich ist eine Dicke von 0,3 mm für eine wirksame Ausnutzung des Ma terials zu groß. Mit anderen Worten, es ist zur Herabsetzung der Kosten notwendig, eine viel dünnere Scheibe bzw. Platte zu erhalten.

Um dieser Situation Rechnung zu tragen, ist die Bildung eines Dünnfilms aus polykristallinem Silicium unter Anwendung eines Dünnfilm-Fertigungsverfahrens wie z. B. des chemischen Aufdampf verfahrens (CVD-Verfahrens) versucht worden, jedoch haben die Kristallkörner in diesem Fall einen Durchmesser von nicht mehr als etwa einigen 10^-2 µm. Als Folge ist der Wirkungsgrad der Energieumwandlung bei solch einem Verfahren sogar im Vergleich zu dem Verfahren, bei dem polykristalline Siliciumblöcke zer schnitten werden, niedrig.

Ferner ist versucht worden, die Kristallkörner dadurch zu ver größern, daß ein polykristalliner Dünnfilm, der durch das vor stehend erwähnte CVD-Verfahren gefertigt worden war, mit Laser lichtstrahlen bestrahlt wurde, um den Dünnfilm zu schmelzen und dadurch umzukristallisieren. Dieses Verfahren ist jedoch immer noch kostspielig, und es ist außerdem schwierig, die Fertigung zu stabilisieren.

Eine Situation wie diese ist ein Problem, das nicht nur bei Si licium, sondern auch bei Verbindungshalbleitern auftritt.

Andererseits ist aus der JP-OS 63-1 82 872 ein Verfahren zur Her stellung von Solarzellen bekannt, bei dem auf der Oberfläche eines Substrats ein Material bereitgestellt wird, das sich von dem Oberflächenmaterial des Substrats unterscheidet, eine aus reichende Kristallkeimbildungsdichte hat und ausreichend fein ist, so daß nur einzelne Kristallkeime gezüchtet werden, wobei dann ein Verfahren zur Züchtung von Kristallen mittels der vorstehend erwähnten Kristallkeime durchgeführt wird, um auf der vorstehend erwähnten Substratoberfläche eine im wesentli chen einkristalline Schicht aus einem ersten leitenden Halblei ter zu bilden sowie oberhalb der vorstehend erwähnten einkri stallinen Schicht eine im wesentlichen einkristalline Schicht aus einem zweiten leitenden Halbleiter zu bilden.

Bei dem vorstehend erwähnten Verfahren werden Kristallkorngren zen (nachstehend als Korngrenzen bezeichnet) gebildet, wenn die Einkristalle, die durch die einzelnen Kristallkeime gebildet werden, die auf dem feinen Material, das sich von dem Oberflä chenmaterial des Substrats unterscheidet und das die Kristall keimbildungsoberfläche wird, gezüchtet werden, einander berüh ren.

Bei polykristallinen Halbleitern bilden im allgemeinen viele Einkristallkörner, die verschiedene Kristallrichtungen haben, zwischen sich eine Anzahl von Korngrenzen, und in den Korngren zen sind Atome vorhanden, die freie Bindungen haben, wodurch in dem verbotenen Band die Störstellenniveaus gebildet werden. Die Kenndaten eines Halbleiterbauelements stehen in einer engen Be ziehung mit der Störstellendichte des zu fertigenden Halblei terbauelements, und die vorstehend erwähnten Störstellenniveaus werden in den Korngrenzen gebildet, während die Neigung be steht, daß Fremdatome abgeschieden werden, wodurch eine Ver schlechterung der Kenndaten des Bauelements verursacht wird. Es ist deshalb vorstellbar, daß die Kenndaten des Bauelements in hohem Maße von der Steuerung der Korngrenzen in dem polykri stallinen Halbleiter abhängen. Mit anderen Worten, es ist zur Verbesserung der Kenndaten eines Halbleiterbauelements, bei dem für die Halbleiterschicht Polykristalle verwendet werden, wirk sam, die Menge der in der Halbleiterschicht vorhandenen Korn grenzen zu verringern. Das Ziel des vorstehend erwähnten Ver fahrens besteht in der Verringerung der Menge der Korngrenzen durch Erhöhung des Korndurchmessers.

Trotzdem ist gemäß dem üblichen Verfahren zur Herstellung von Solarzellen die Kristallorientierung der gebildeten Einkristal le selbst unregelmäßig. Als Folge ist der Unterschied im Mit telwert in Form der Störstellenniveaus je Flächeneinheit auf den zu bildenden Korngrenzenebenen selbst in dem Fall nicht groß, daß die Störstellenniveaus je Volumeneinheit durch Erhö hung des Korndurchmessers vermindert werden können. Im Gegen satz dazu ist die Störniveaudichte auf den Korngrenzenebenen bei einer regelmäßigen Kristallorientierung der Wachstumsrich tungen der gewachsenen Einkristalle selbst im Vergleich zu dem Fall der unregelmäßigen Kristallorientierung auch dann gering, wenn die Einkristalle selbst miteinander zusammenstoßen und da durch Korngrenzen bilden. Es ist jedoch noch kein Verfahren zum Steuern der Orientierungen zwischen Kristallen in dem Polykri stall gefunden worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle hoher Qualität sowie ein Verfahren zur Herstellung von Solarzellen durch Steuern der Orientierungen der Einkristalle, die einen polykristallinen Halbleiter bilden, und durch Verminderung der Störniveaudichte in den Korngrenzen bereitzustellen.

Ferner sollen durch die Erfindung Solarzellen mit niedrigeren Kosten durch Verpflanzen der auf einem Siliciumwafer gebildeten Einkristalle auf ein Metallsubstrat, um daraus Impf- bzw. Keim kristalle zu machen, bereitgestellt werden.

Eine erfindungsgemäße Solarzelle ist eine Solarzelle, deren Si liciumschicht auf einem Metallsubstrat gebildet ist und die da durch gekennzeichnet ist, daß die Kristallorientierungen der Kristallkörner in der Siliciumschicht in der Filmdickenrichtung regelmäßig sind.

Ferner ist eine erfindungsgemäße Solarzelle dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem vorstehend erwähnten Metallsubstrat und einem Teil der Siliciumschicht eine Metall-Silicium-Zwi schenschicht bereitgestellt ist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Solarzellen umfaßt folgende Schritte: Bildung einer Metall-Silicium-Zwi schenschicht zwischen dem vorstehend erwähnten Metallsubstrat und Silicium-Einkristallen durch Erhitzen, nachdem die Sili cium-Einkristalle mit gesteuerter bzw. regulierter Kristallori entierung in Abständen auf dem Metallsubstrat angeordnet worden sind, dann Oxidieren der freiliegenden Oberfläche des vorste hend erwähnten Metallsubstrats und dann Durchführung der Kri stallzüchtung aus den vorstehend erwähnten Silicium-Einkristal len als Keimkristallen durch ein Verfahren zum selektiven epi taxialen Aufwachsen.

Ferner umfaßt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Solarzellen folgende Schritte: Bildung einer Isolations schicht auf dem Siliciumwafer, wenn die vorstehend erwähnten Silicium-Einkristalle auf dem vorstehend erwähnten Metallsub strat angeordnet worden sind, dann Bildung der Silicium-Einkri stalle durch ein Verfahren zum selektiven epitaxialen Aufwach sen, nachdem auf einem Teil der vorstehend erwähnten Isolati onsschicht feine Öffnungen bereitgestellt worden sind, und dann Entfernen der vorstehend erwähnten Silicium-Einkristalle von dem Siliciumwafer durch Utraschallschwingungen, damit sie auf dem Metallsubstrat angeordnet werden, nachdem die vorstehend erwähnte Isolationsschicht durch Ätzen entfernt worden ist.

Ferner ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Solarzellen dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallschwingungen angewandt werden, wenn die vorstehend erwähnten Silicium-Ein kristalle auf dem vorstehend erwähnten Metallsubstrat angeord net sind.

Das Grundverfahren der Erfindung umfaßt die folgenden Schritte: Durchführung des selektiven epitaxialen Aufwachsens unter An wendung der nicht kristallkeimbildenden Oberfläche, die auf dem in Fig. 1 gezeigten Siliciumwafer gebildet ist, und des Silici um-Kristallkeimbereichs und Züchtung der Einkristalle, die re gelmäßige Kristallorientierung und Größe (Korndurchmesser) ha ben, durch seitliches epitaxiales Überwachsen, das nach dem se lektiven epitaxialen Aufwachsen durchgeführt wird, wobei die vorstehend erwähnten Einkristalle als Keimkristalle auf das Me tallsubstrat verpflanzt werden, nachdem die Isolationsschicht, die die nicht kristallkeimbildende Oberfläche ist, entfernt worden ist, und dann Bildung eines Dünnfilms aus polykristalli nem Silicium durch Durchführung des selektiven epitaxialen Auf wachsens der verpflanzten Einkristalle.

Nachstehend wird das allgemeine Prinzip des selektiven epita xialen Aufwachsens kurz erläutert. Das Verfahren zum selektiven epitaxialen Aufwachsen ist ein Verfahren zur selektiven Kri stallzüchtung für die Durchführung des epitaxialen Aufwachsens unter Verwendung der freiliegenden Siliciumoberflächen in den Öffnungen, die in einer Isolationsschicht bereitgestellt sind, als Keimkristallen in solchen Öffnungen und unter der Bedin gung, daß auf der Isolationsschicht wie z. B. einem Oxidfilm, der auf einem Siliciumwafer gebildet ist, wie Fig. 1A und 1B zeigen, keine Kristallkeimbildung stattfindet, wenn das epita xiale Aufwachsen durch ein Aufdampfverfahren durchgeführt wird. In dem Fall, daß die Epitaxialschicht, die in die Öffnung ein gefüllt ist, kontinuierlich weiter wächst bzw. gezüchtet wird, wächst die Kristallschicht in der seitlichen Richtung entlang der Oberfläche der Isolationsschicht, während ihr Wachstum in der Längsrichtung anhält. Dies wird als seitliches epitaxiales Überwachsen bezeichnet. In diesem Zusammenhang wird erwähnt, daß das Verhältnis des Wachstums in Längsrichtung zu dem Wachs tum in seitlicher Richtung und das Aussehen der Kristallfläche bzw. Facette im allgemeinen von den Bildungsbedingungen und der Dicke der Isolationsschicht abhängen.

Der Erfinder hat nach vielen wiederholten Versuchen festge stellt, daß, wenn als Größe der Öffnung ein feiner Bereich von einigen µm oder weniger gewählt wird, die Kristalle auf der Isolationsschicht dreidimensional wachsen, wobei das Verhältnis des Wachstums in Längsrichtung zu dem Wachstum in seitlicher Richtung unabhängig von der Dicke der Isolationsschicht im we sentlichen 1 : 1 beträgt und deutliche Kristallflächen erschei nen, so daß kantige bzw. gewinkelte Einkristalle erhalten wer den können (Fig. 1 und Fig. 2).

Ferner hat der Erfinder nach weiteren Versuchen festgestellt, daß der Isolationsfilm unterhalb der Einkristalle durch Ätzen entfernt werden kann, und hat erkannt, daß als Folge davon die vorstehend erwähnten Einkristalle von dem Siliciumwafer ent fernt werden können.

Ferner hat der Erfinder nach Versuchen festgestellt, daß in dem Fall, daß die abgetrennten körnigen Einkristalle beliebig über einer planen Ebene ausgebreitet bzw. verteilt werden und z. B. ein (100)-Siliciumwafer verwendet wird, die Einkristalle mit der vertikalen Richtung nach oben stabil auf die Oberfläche des Siliciumwafers aufgesetzt werden, so daß die meisten der <100<- Richtungen nach oben zeigen, wie Fig. 3C veranschaulicht.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden nachste hend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher er läutert.

Fig. 1A bis 1E sind Zeichnungen, die das Verfahren zur selekti ven Kristallzüchtung veranschaulichen.

Fig. 2A und 2B sind Zeichnungen, die das Verfahren veranschau lichen, durch das die kantigen bzw. gewinkelten Kristalle, die durch die Erfindung erhältlich sind, dreidimensional gezüchtet werden.

Fig. 3A bis 3F sind Zeichnungen, die das Verfahren zur Herstel lung einer durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gefertigten MIS-Solarzelle veranschaulichen.

Fig. 4 ist eine Zeichnung, die den Aufbau der Niederdruck- (LP-)CVD-Vorrichtung veranschaulicht, die für das Verfahren zur selektiven Kristallzüchtung verwendet wird.

Fig. 5A bis 5F sind Zeichnungen, die das Verfahren zur Herstel lung einer durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gefertigten MIS-Solarzelle veranschaulichen.

Fig. 6 ist eine Schnittzeichnung, die eine durch ein erfin dungsgemäßes Verfahren gefertigte pin-Solarzelle zeigt.

Fig. 7A bis 7F sind Zeichnungen, die das Verfahren zur Herstel lung der durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gefertigten pin- Solarzelle veranschaulichen.

Nachstehend werden die Arbeitsweisen auf der Grundlage der Ver suche, die der Erfinder durchgeführt hat, im einzelnen be schrieben.

Versuch 1) Selektive Kristallzüchtung

Wie in Fig. 1A gezeigt ist, wird auf der Oberfläche eines 500 µm dicken (100)-Siliciumwafers 201 als Isolationsschicht 202 ein 20,0 nm dicker thermischer Oxidationsfilm gebildet, und ein Ätzverfahren unter Anwendung der Photolithographie wird durch geführt. Auf diese Weise werden Öffnungen, die jeweils Seiten ª haben, in Abständen von jeweils b = 50 µm in einer Anordnung bereitgestellt, wie sie in Fig. 2A gezeigt ist. In dieser Hin sicht werden drei verschiedene Arten von Öffnungen bereitge stellt, bei denen die Länge ihrer Seiten ª jeweils 1,2 µm, 2 µm bzw. 4 µm beträgt. Dann wird unter Anwendung einer üblichen Niederdruck- (LP-)CVD-Vorrichtung, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, die selektive Kristallzüchtung durchgeführt. Als gasförmi ges Ausgangsmaterial wird SiH₂Cl₂ verwendet, und als Trägergas wird H₂ zugesetzt, wobei ferner HCl zugesetzt wird, um die Er zeugung von Kristallkeimen auf dem Oxidationsfilm, d. h., der Isolationsschicht 202, einzuschränken. In Tabelle 1 sind für diese Zeit die Züchtungs- bzw. Wachstumsbedingungen gezeigt.

Verhältnis der Strömungsmengen (L/min) der Gase
SiH₂Cl₂/HCl/H₂ = 0,53/2,0/100
Substrattemperatur (°C)
1030
Druck (kPa)	10,7
Wachstumsdauer (min)	20

Nach Beendigung der Züchtung wird der Zustand der Waferoberflä che mit einem Lichtmikroskop betrachtet, wobei das in Fig. 1C oder Fig. 2B gezeigte Ergebnis erhalten wird, daß die Einkri stalle 203 (303) jeweils kantige bzw. gewinkelte Kristallflä chen mit einem Korndurchmesser von etwa 20 µm haben und für je den Wert von ª regelmäßig in Abständen von jeweils 50 µm ange geordnet sind, und es wird bestätigt, daß die selektive Kri stallzüchtung in Übereinstimmung mit dem in Fig. 2A definierten Muster der Öffnungen 301 durchgeführt worden ist. Der Anteil der mit gewachsenen Kristallen besetzten Öffnungen beträgt in diesem Fall für jeden Wert von ª 100%. Ferner hängt bei den gewachsenen Kristallen der Anteil derjenigen, die ein deutli ches Aussehen der Kristalloberflächen bzw. Oberflächenfacetten haben, von dem Wert von ª ab, und der Anteil der verformten Kristalloberflächen ist um so geringer, je kleiner der Wert von ª ist, wie in Tabelle 2 gezeigt ist.

Tabelle 2

Die Orientierungen aller erhaltenen Einkristalle sind regelmä ßig zueinander, und es ist klar, daß die Kristallorientierungen von dem als Substrat dienenden Siliciumwafer genau darauf über tragen worden sind.

(Versuch 2) Entfernung einer Isolationsschicht

Der durch Versuch 1 erhaltene Siliciumwafer mit den gewachsenen Einkristallen wird 24 h lang in eine HF-Lösung mit einer Kon zentration von 49% eingetaucht. Der Wafer wird dann nach Wa schen mit fließendem Wasser getrocknet, und seine Oberfläche wird mit einem Lichtmikroskop und einem Rasterelektronenmikro skop betrachtet. Es wird das in Fig. 1D gezeigte Ergebnis er halten, daß weder auf der Waferoberfläche noch zwischen den Einkristallen und dem Wafer ein Oxidationsfilm vorhanden ist. Dann wird auf den Wafer in reinem Wasser Ultraschall (Schwin gungsfrequenz: 39 kHz; Intensität: 300 W) einwirken gelassen, wodurch die Einkristalle für jeden Wert von ª abgetrennt werden (Fig. 1E). Nachdem die entfernten Einkristalle wieder getrock net worden sind, werden ihre Rückseiten (die Bereiche, die mit dem Wafer in Berührung gewesen sind) mit einem Lichtmikroskop und einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet. Es wird das Er gebnis erhalten, daß zwar noch einige Bereiche bemerkt werden, auf denen der Oxidationsfilm teilweise zurückgeblieben ist, daß jedoch der größte Teil des Oxidationsfilms weggeätzt worden ist und die Siliciumkristalle freigelegt sind.

(Versuch 3) Verpflanzen auf ein Metallsubstrat

Nachdem der auf den Rückseiten zurückgebliebene Oxidationsfilm durch eine HF-Pufferlösung entfernt worden ist und die Einkri stallkörner getrocknet worden sind, werden die Einkristallkör ner über einem ebenen Chromsubstrat ausgebreitet bzw. verteilt und mit einem Lichtmikroskop betrachtet. Als Ergebnis wird er halten, daß sich 85% der gesamten Kristallkörner mit nach oben zeigender <100<-Richtung festgesetzt (abgelagert) haben. Mit anderen Worten, es wird derselbe Festsetzungs- bzw. Ablage rungszustand wie im Fall des Wachstums auf einem Siliciumwafer gezeigt (vgl. Fig. 1D). Auf das Chromsubstrat werden in diesem Zustand Ultraschallschwingungen (Schwingungsfrequenz: 39 kHz; Intensität: 80 W) einwirken gelassen, wodurch der Anteil der nach oben zeigenden <100<-Richtungen auf 94% erhöht wird.

Dieses Chromsubstrat wird dann 2 h lang im Vakuum bei 1300°C getempert. Dann wird festgestellt, daß die Einkristallkörner auf dem Chromsubstrat befestigt bzw. fixiert worden sind. Die fixierten Einkristalle werden auf mechanischem Wege entfernt, und ihre Rückseite wird einer Analyse auf die Bestandteile un terzogen, wobei festgestellt wird, daß auf ihrer Oberflächen schicht eine Si-Cr-Legierung gebildet worden ist.

(Versuch 4) Selektive Kristallzüchtung auf einem Metallsubstrat

Unter Verwendung des durch Versuch 3 erhaltenen Chromsubstrats mit den fixierten Einkristallen wird eine selektive epitaxiale Kristallzüchtung versucht. Vor der Züchtung wird das Substrat in einer Sauerstoffatmosphäre bei etwa 1000°C getempert, damit eine nicht kristallkeimbildende Oberfläche erhalten wird, und auf der freiliegenden Chromoberfläche wird ein Oxidationsfilm (Cr_xO_y) erhalten. Nachdem der Oxidationsfilm (SiO₂) der Einkri stalle durch eine HF-Pufferlösung entfernt und eine Trocknung durchgeführt worden ist, wird das selektive epitaxiale Aufwach sen von Kristallen bzw. die selektive epitaxiale Kristallzüch tung mit den Einkristallen als Keimkristallen wie in Versuch 1 durchgeführt, wodurch ein kontinuierlicher Dünnfilm erhalten wird. In Tabelle 3 sind für diese Zeit die Züchtungs- bzw. Wachstumsbedingungen gezeigt.

Verhältnis der Strömungsmengen (L/min) der Gase
SiH₂Cl₂/HCl/H₂ = 0,53/2,0/100
Substrattemperatur (°C)
1060
Druck (kPa)	13,3
Wachstumsdauer (min)	120

Nach Beendigung der Züchtung wird der Zustand der Oberfläche mit einem Lichtmikroskop betrachtet, wobei festgestellt wird, daß es sich um einen polykristallinen Film mit einem mittleren Korndurchmesser von etwa 50 µm handelt. Ferner werden durch Röntgenbeugung die Orientierungszustände untersucht, wobei als Ergebnis erhalten wird, daß dieser Film im Unterschied zu dem polykristallinen Silicium, das durch das übliche LPCVD-Verfah ren gebildet wird, in außerordentlich hohem Maße in der <100<- Richtung orientiert ist.

(Versuch 5) Bildung einer Solarzelle

Auf der Oberfläche der durch Versuch 4 auf dem Chromsubstrat erhaltenen Polykristalle wird durch Ionenimplantation mit 20 keV unter der Bedingung von 1×10¹⁵ cm^-2 B implantiert und zur Bildung einer p⁺-Schicht 30 min lang bei 800°C getempert. Dann werden die Strom-Spannungs-Eigenschaften einer auf diese Weise gefertigten Solarzelle mit dem Aufbau p⁺/polykristallines Sili cium/Cr unter Bestrahlung mit Licht mit einem AM-Wert von 1,5 (100 mW/cm²) gemessen. Als Ergebnis wird bei einer Zellenfläche von 0,16 cm² eine Auslösespannung von 0,38 V, ein photoelektri scher Kurzschlußstrom von 20 mA/cm², ein Kurven- bzw. Ausbau chungsfaktor von 0,68 und ein Umwandlungs- bzw. Konversionswir kungsgrad von 5,2% erhalten. Folglich wird bewiesen, daß unter Verwendung des auf dem Metallsubstrat gebildeten polykristalli nen Siliciumdünnfilms mit (100) -Orientierung eine ausgezeichne te Solarzelle gefertigt werden kann.

Als typische Beispiele für das gasförmige Ausgangsmaterial, das für die selektive Kristallzüchtung gemäß der Erfindung verwen det wird, werden SiH₂Cl₂, SiCl₄ SiHCl₃, SiH₄, Si₂H₆, SiH₂F₂, Si₂F₆ und andere Silane und Halogensilane angegeben.

Als Trägergas oder zum Zweck der Erzielung einer reduzierenden Atmosphäre, die das Kristallwachstum bzw. die Kristallzüchtung fördert, wird dem vorstehend erwähnten gasförmigen Ausgangsma terial H₂ zugesetzt. Das Verhältnis zwischen den Mengen des vorstehend erwähnten gasförmigen Ausgangsmaterials und des Was serstoffs wird in der gewünschten Weise in Übereinstimmung mit dem gewählten Bildungsverfahren, den Arten des gasförmigen Aus gangsmaterials und dem Material der Isolationsschicht sowie mit den Bildungsbedingungen zweckmäßig festgelegt. Es wird jedoch vorzugsweise als zweckmäßig angesehen, als Verhältnis der ein geführten Strömungsmengen bzw. -volumina einen Wert von 1 : 10 oder mehr als 10 und von 1 : 1000 oder weniger als 1000 und ins besondere einen Wert von 1 : 20 oder mehr als 20 und von 1 : 800 oder weniger als 800 zu wählen.

Im Rahmen der Erfindung wird zum Zweck der Einschränkung der Erzeugung von Kristallkeimen auf der Isolationsschicht HCl ver wendet. Die HCl-Menge, die dem gasförmigen Ausgangsmaterial zu gesetzt wird, wird zwar in der gewünschten Weise in Überein stimmung mit dem Bildungsverfahren, den Arten des gasförmigen Ausgangsmaterials und dem Material der Isolationsschicht und auch mit den Bildungsbedingungen zweckmäßig festgelegt, es ist jedoch vorzugsweise zweckmäßig, als Verhältnis der Strömungs mengen bzw. -volumina von HCl und gasförmigem Ausgangsmaterial einen Wert von fast 1 : 0,1 oder mehr als 0,1 und von 1 : 100 oder weniger als 100 und insbesondere einen Wert von 1 : 0,2 oder mehr als 0,2 und von 1 : 80 oder weniger als 80 zu wählen.

Die Temperatur und der Druck, bei oder unter denen eine selek tive Kristallzüchtung gemäß der Erfindung durchgeführt wird, sind in Abhängigkeit von dem Bildungsverfahren, den Arten des zu verwendenden gasförmigen Ausgangsmaterials und dem Verhält nis zwischen dem gasförmigen Ausgangsmaterial und H₂ und HCl und anderen Bildungsbedingungen verschieden. Eine zweckmäßige Temperatur sollte jedoch z. B. bei dem üblichen LPCVD-Verfahren etwa 600°C oder mehr und 1250°C oder weniger betragen und vorzugsweise auf 650°C oder mehr und 1200°C oder weniger ein gestellt werden. Ferner sollte die zweckmäßige Temperatur bei einem Plasma-CVD-Verfahren oder bei anderen Tieftemperaturver fahren etwa 200°C oder mehr und 600°C oder weniger betragen und vorzugsweise auf 200°C oder mehr und 500°C oder weniger eingestellt werden.

Für den Druck ist ein Wert von etwa 1,33 Pa oder mehr und 101,3 kPa oder weniger zweckmäßig, und der Druck sollte vorzugsweise in den Grenzen von 13,3 Pa oder mehr und 101,3 kPa oder weniger gehalten werden.

In dem Fall, daß als Verfahren zur selektiven Kristallzüchtung ein Tieftemperaturverfahren wie z. B. das Plasma-CVD-Verfahren gewählt wird, wird zusätzlich zu der Wärmeenergie, die dem Sub strat zugeführt wird, eine Hilfsenergie mit dem Zweck bereitge stellt, die Zersetzung bzw. Dissoziation des gasförmigen Aus gangsmaterials oder das Kristallwachstum auf der Substratober fläche zu fördern. Beispielsweise wird bei dem Plasma-CVD-Ver fahren eine Hochfrequenzenergie angewandt, während bei einem Licht-CVD-Verfahren eine Ultraviolettenergie angewandt wird. Die Intensität der Hilfsenergie hängt zwar von dem Bildungsver fahren und von den Bildungsbedingungen ab, jedoch ist im Fall der Anwendung einer Hochfrequenzenergie eine Hochfrequenzentla dungsleistung von 20 W oder mehr und 100 W oder weniger zweck mäßig, während bei einer Ultraviolettenergie ein Wert wie z. B. eine Energiedichte von 20 mW/cm² oder mehr und 500 mW/cm² oder weniger zweckmäßig sein sollte. Vorzugsweise sollte die Hoch frequenzentladungsleistung auf 30 W oder mehr und 100 W oder weniger und die Ultraviolettenergiedichte auf 20 mW/cm² oder mehr und 400 mW/cm² oder weniger eingestellt werden.

Als Metallsubstrat, das für eine erfindungsgemäße Solarzelle verwendet wird, kann ein Substrat gewählt werden, das fähig ist, mit Silicium eine Verbindung wie z. B. ein Silicid zu bil den, und auf dessen Oberfläche eine Oxidationsschicht bereitge stellt werden kann, jedoch ist das Substrat nicht auf solch ein Substrat eingeschränkt. Alle anderen Arten von Substraten kön nen anwendbar sein, wenn nur ein Metall mit den vorstehend er wähnten Eigenschaften an der Oberfläche des Substrats anhaftet.

Ferner unterliegt der Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen So larzelle keiner besonderen Einschränkung. Die Erfindung ist auf Solarzellen vom Schottky-Typ, MIS-Typ, pn-Übergangs-Typ, pin- Übergangs-Typ, Heteroübergangs-Typ oder Reihenverbund- bzw. Tandem-Typ oder auf Solarzellentypen mit irgendeinem anderen Aufbau anwendbar, wie es durch die Versuchsbeispiele und die Ausführungsformen dargelegt wird.

Als Isolationsschicht, die auf dem Siliciumwafer gebildet wird, der zur Züchtung der Keimkristalle für eine erfindungsgemäße Solarzelle dient, wird ein Material, das auf seiner Oberfläche im Vergleich zur Oberfläche von Silicium eine bedeutend gerin gere Dichte der Kristallkeimbildung zeigt, verwendet, um die Erzeugung von Kristallkeimen einzuschränken, während die Kri stalle selektiv gezüchtet werden. Als typisches Material wird z. B. SiO₂ oder Si₃N₄ verwendet.

Wenn das Verfahren zur selektiven Kristallzüchtung, das als er findungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Solarzellen ange wandt wird, durchgeführt wird, gibt es für die Gestalt der Öff nungen, die auf der Isolationsschicht bereitzustellen sind, keine besondere Vorschrift. Als typische Öffnung kann z. B. eine quadratische oder eine kreisförmige Öffnung erwähnt werden. Als Größe der Öffnung wird vorzugsweise eine Größe von einigen µm oder weniger gewählt, um die Verformung der Kristallflächen einzuschränken sowie die Entfernung leicht zu machen, weil die Neigung besteht, daß die Kristallflächen eines wachsenden kan tigen bzw. gewinkelten Einkristalls um so stärker verformt wer den, je größer die Größe der Öffnung wird, was durch Versuch 1 gezeigt wird. D.h., es besteht die Neigung, daß die Kristalli sation bei einer größeren Öffnung minderwertig wird. Die Größe der Öffnung hängt in der Praxis von der Genauigkeit einer Pho tolithographiestruktur bzw. eines Photolithographiemusters ab. Es ist deshalb zweckmäßig, als Wert von ª 1 µm oder mehr und 5 µm oder weniger zu wählen, wenn die Öffnung eine quadratische Gestalt hat. Ferner ist es im Hinblick auf die Größe des zu züchtenden Keimkristalls zweckmäßig, für den Abstand b zwischen den Öffnungen einen Wert von 10 µm oder mehr und 200 µm oder weniger zu wählen.

Als Ätzlösung, die zum Entfernen der Keimkristalle von dem Wa fer verwendet wird, ist jede Lösung verwendbar, die üblicher weise angewandt wird, um z. B. SiO₂ oder Si₃N₄ zu ätzen. Die Verwendung einer HF-Lösung oder einer heißen Phosphorsäurelö sung wird zu diesem Zweck besonders bevorzugt.

Die Schwingungsfrequenz des Ultraschalls, der angewandt wird, um Ultraschallschwingungen einwirken zu lassen, sollte vorzugs weise 20 kHz oder mehr und 100 kHz oder weniger betragen, wobei die bevorzugte Intensität 20 W oder mehr und 600 W oder weniger beträgt.

Der durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellte polykri stalline Dünnfilm ermöglicht die Bildung eines Übergangs durch Dotieren des Dünnfilms mit einem Fremdelement, während der Kri stall gezüchtet wird oder nach seiner Züchtung.

Als zu verwendendes Fremdelement, das sich als p-Fremdstoff eignet, kann ein Element der Gruppe IIIA des Periodensystems wie z. B. B, Al, Ga oder In erwähnt werden, während als Fremd element, das sich als n-Fremdstoff eignet, ein Element der Gruppe VA des Periodensystems wie z. B. P, As, Sb oder Bi er wähnt werden kann. Im einzelnen ist B, Ga, P oder Sb am besten geeignet. Die Fremdstoffmenge, die für das Dotieren zu wählen ist, kann in Übereinstimmung mit den gewünschten elektrischen Eigenschaften zweckmäßig festgelegt werden.

Als Substanz (Material für die Einführung eines Fremdstoffs), die ein solches Fremdelement enthält, wird vorzugsweise eine Verbindung gewählt, die bei Raumtemperatur unter Atmosphären druck gasförmig ist oder die leicht durch einen Verdampfer ver dampft werden kann.

Als solche Verbindungen können beispielsweise PH₃, P₂H₄, PF₃, PF₅, PCl₃, AsH₃, AsF₃, AsF₅, AsCl₃, SbH₃, SbF₅, BF₃, BCl₃, BBr₃, B₂H₆, B₄H₁₀, B₄H₁₂, B₅H₉, B₅H₁₁, AlCl₃ und andere erwähnt werden. Dabei ist es möglich, zu diesem Zweck eine Art einer das Fremdelement enthaltenden Verbindung oder zwei oder mehr Arten in Kombination zu verwenden.

Nachstehend wird die Bildung einer gewünschten Solarzelle durch Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläu tert.

(Ausführungsform 1)

Eine MIS-Solarzelle, die das polykristalline Silicium mit der regelmäßigen Kristallorientierung hat, wird durch dasselbe Ver fahren wie das in Fig. 3A bis 3F gezeigte gefertigt. Als Sub strat zum Züchten der Einkristalle wird ein Sb-dotierter (100)- Siliciumwafer 401 (ρ = 0,02 Ω·cm) verwendet. Als Isolations schicht 402 wird ein thermischer Oxidationsfilm (20,0 nm) ver wendet, und es werden Öffnungen mit ª = 1,2 µm in Abständen von b = 50 µm bereitgestellt. Eine selektive Kristallzüchtung wird durch ein übliches LPCVD-Verfahren unter den in Tabelle 1 ge zeigten Bedingungen durchgeführt, wodurch auf dem Siliciumwa fer 401 (Fig. 3A) Silicium-Einkristalle 403 gebildet werden, wie sie in Fig. 2B gezeigt sind.

Der Wafer wird dann 24 h lang in eine HF-Lösung mit einer Kon zentration von 49% eingetaucht; die Oxidationsfilmschicht 402 wird durch Ätzen entfernt, und die Silicium-Einkristalle 403 werden durch Ultraschallschwingungen (Schwingungsfrequenz: 39 kHz und Intensität: 200 W) in reinem Wasser von dem Wafer (Fig. 3B) abgetrennt, nachdem der Wafer mit fließendem Wasser gewa schen worden ist. Nachdem die abgetrennten Silicium-Einkristal le 403 getrocknet worden sind, werden die Silicium-Einkristalle 403 über einem 0,8 mm dicken Chromsubstrat 401′ ausgebreitet bzw. verteilt, und sie werden bei etwa 1300°C in einer Inert gasatmosphäre getempert (Fig. 3C), nachdem auf das Substrat Ul traschallschwingungen (Schwingungsfrequenz: 39 kHz und Intensi tät: 80 W) einwirken gelassen worden sind. Dann wird eine Tem perung bei etwa 1000°C in einer Sauerstoffatmosphäre durchge führt, um auf der Oberfläche des Chromsubstrats einen Oxida tionsfilm zu bilden. Nachdem das auf den Einkristalloberflächen vorhandene SiO₂ mit einer HF-Lösung entfernt worden ist (Fig. 3D), wird eine selektive Kristallzüchtung unter den in Tabelle 3 gezeigten Züchtungs- bzw. Wachstumsbedingungen durchgeführt, wodurch ein kontinuierlicher polykristalliner Siliciumfilm 403, erhalten wird (Fig. 3E). Auf dem polykristallinen Siliciumfilm 403′ wird durch das LPCVD-Verfahren bei 250°C eine 1,0 nm dic ke SiO₂-Schicht 406 abgeschieden, und auf dieser Schicht wird durch Vakuumaufdampfung Au, das eine Schottky-Sperrschicht bil det, in einer Dicke von 3,0 nm als Elektrode 407 abgeschieden, und darauf wird ferner durch Vakuumaufdampfung Cr in einer Dic ke von 1 µm als Kollektorelektrode 408 abgeschieden (Fig. 3F).

Die Strom-Spannungs-Eigenschaften der auf diese Weise erhalte nen MIS-Solarzelle werden unter Bestrahlung mit Licht mit einem AM-Wert von 1,5 gemessen, wobei die Zellenfläche 0,16 cm² be trägt. Im Vergleich zu den Eigenschaften einer Solarzelle (Zel lenfläche: 0,16 cm²), die den üblichen polykristallinen Silici umfilm (Korndurchmesser: 100 µm oder weniger) mit unregelmäßi ger Kristallorientierung hat, wird festgestellt, daß der Um wandlungswirkungsgrad der erfindungsgemäßen MIS-Solarzelle 5,05% beträgt, während der Umwandlungswirkungsgrad der Solarzelle, bei der der übliche Polykristall verwendet wird, 4,2% beträgt, und daß die erfindungsgemäße polykristalline Solarzelle bessere Kenndaten als die übliche polykristalline Solarzelle hat, bei der eine unregelmäßige Kristallorientierung angewandt wird.

(Ausführungsform 2)

In derselben Weise wie bei der Ausführungsform 1 wird eine So larzelle vom Heterotyp mit dem Aufbau amorphes Siliciumcarbid/ polykristallines Silicium gefertigt. Als Substrat 501 zum Züch ten der Einkristalle wird ein Sb-dotierter (100)-Siliciumwafer (ρ = 0,02 Ω·cm) verwendet, und durch ein Atmosphärendruck-CVD- Verfahren wird ein 30,0 nm dicker SiO₂-Film 502 abgeschieden. Es werden Öffnungen mit der Größe ª = 1,2 µm in Abständen von b = 50 µm bereitgestellt. Eine selektive Kristallzüchtung wird durch ein übliches LPCVD-Verfahren unter den in Tabelle 4 ge zeigten Bedingungen durchgeführt, wodurch auf dem Siliciumwafer 501 Silicium-Einkristalle 503 mit regelmäßiger Kristallorien tierung gebildet werden (Fig. 5A). Das Verfahren, durch das die Solarzelle vom Heterotyp gefertigt wird, ist in Fig. 5A bis 5F gezeigt. Das Verfahren ist fast dasselbe wie bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform 1 mit Ausnahme von Fig. 5F, wo an stelle des Oxidationsfilms 406 eine Schicht 506 aus amorphem Siliciumcarbid vom p-Typ gebildet wird und dann auf dem poly kristallinen Silicium mit der Schicht 506 anstelle der Sperr schichtelektrode 407 ein transparenter leitfähiger Film 507 ge bildet wird.

Verhältnis der Strömungsmengen (L/min) der Gase
SiH₂Cl₂/HCl/H₂ = 0,6/2,0/100
Substrattemperatur (°C)
950
Druck (kPa)	13,3
Wachstumsdauer (min)	40

Die Schicht 506 aus amorphem Siliciumcarbid vom p-Typ wird auf der Oberfläche des polykristallinen Siliciums durch das übliche Plasma-CVD-Verfahren unter den in Tabelle 5 gezeigten Bedingun gen in einer Dicke von 10,0 nm abgeschieden. Die spezifische Dunkelleitfähigkeit des amorphen Siliciumcarbidfilms beträgt zu dieser Zeit 10^-2 S·cm^-1 oder weniger, und das Zusammensetzungs verhältnis zwischen C und Si in dem Siliciumcarbidfilm beträgt 2 : 3.

Verhältnis der Strömungsmengen der Gase
SiH₄/CH₄ = 0,8 (cm³/min)/0,2 (cm³/min) B₂H₆/SiH₄ = 1,5 × 10⁻²
Substrattemperatur (°C)
350
Druck (Pa)	66,7
Entladungsleistung (W)	8

Ferner wird der transparente leitfähige Film 507 durch Aufdamp fung bzw. Abscheidung von ITO (Indiumzinnoxid) mittels eines Elektronenstrahls in einer Dicke von etwa 100,0 nm gebildet.

Die Strom-Spannungs-Eigenschaften der auf diese Weise erhalte nen Solarzelle (Zellenfläche: 0,16 cm²) vom Heterotyp mit dem Aufbau amorphes Siliciumcarbid/polykristallines Silicium wer den unter Bestrahlung mit Licht mit einem AM-Wert von 1,5 ge messen. Als Ergebnis wird eine Auslösespannung von 0,49 V, ein Kurzschluß-Photostrom von 19,5 mA/cm² und ein Kurven- bzw. Aus bauchungsfaktor von 0,53 erhalten, und der erhaltene Umwand lungswirkungsgrad hat den hohen Wert von 5,1%. Dies ist im Vergleich zu der üblichen Solarzelle vom Heterotyp mit dem Auf bau amorphes Siliciumcarbid/polykristallines Silicium, bei der unregelmäßig orientierte Kristalle angewandt werden, ein ausge zeichnetes Ergebnis.

(Ausführungsform 3)

In derselben Weise wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 wird eine polykristalline Solarzelle vom pin-Typ gefertigt, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Die in Fig. 6 veranschaulichte Solarzel le ist derart, daß der pin-Übergang in den Einkristallen herge stellt wird, indem ihrem gasförmigen Ausgangsmaterial eine ge ringe Fremdstoffmenge zugesetzt wird, während die selektive Kristallzüchtung im Gange ist.

SiO₂ wird durch das LPCVD-Verfahren abgeschieden, und die Film dicke beträgt 30,0 nm. Es werden Öffnungen mit der Größe ª = 1,2 µm in Abständen von b = 50 µm bereitgestellt. Während die Einkristalle wachsen bzw. gezüchtet werden, werden durch das Verfahren zur selektiven Kristallzüchtung die Fremdstoffarten und ihre Menge verändert, damit nip- und Leitfähigkeitstypen aufeinanderfolgend zur Bildung des Übergangs verändert werden. In Tabelle 6 sind die Züchtungs- bzw. Wachstumsbedingungen ge zeigt.

Tabelle 6

Der Wechsel zwischen den Fremdstoffen ist derart, daß PH₃ zur Bildung einer n-Schicht eingeführt wird, bis die Einkristalle zu einer Größe von etwa 20 µm gewachsen sind. Dann werden die Einkristalle abgetrennt und auf dem Substrat befestigt bzw. fi xiert, und eine selektive Kristallzüchtung wird ohne Einführung eines Fremdstoffs durchgeführt, nachdem der Oxidationsfilm ge bildet worden ist. Dann wird zur Bildung einer 0,2 µm dicken p- Schicht B₂H₆ eingeführt, wenn der kontinuierliche polykristal line Dünnfilm gebildet worden ist.

Als Substrat wird Molybdän verwendet, und das Tempern beim Fi xieren der Einkristalle wird bei 530°C durchgeführt, während das Tempern bei der Bildung des Oxidationsfilms bei 1000°C in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt wird. Auf diese Weise wird durch das in Fig. 7A bis 7F gezeigte Verfahren die Solar zelle mit dem pin-Übergang gefertigt.

Die Strom-Spannungs-Eigenschaften der durch das vorstehend er wähnte Verfahren gefertigten polykristallinen Solarzelle vom pin-Übergangs-Typ werden unter Bestrahlung mit Licht mit einem AM-Wert von 1,5 gemessen. Als Ergebnis wird ein hoher Umwand lungswirkungsgrad von 7,2% und bei einer Zellenfläche von 0,16 cm² eine Auslösespannung von 0,47 V, ein Kurzschluß-Photostrom von 23 mA/cm² und ein Kurven- bzw. Ausbauchungsfaktor von 0,67 erhalten.

(Ausführungsform 4)

In derselben Weise wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 wird eine polykristalline Solarzelle vom nip-Typ gefertigt. Als Sub strat zum Züchten der Einkristalle wird ein B-dotierter (100)- Siliciumwafer (ρ = 1 Ω·cm) verwendet, und durch ein Atmosphä rendruck-CVD-Verfahren wird ein 30,0 nm dicker SiO₂-Film abge schieden. Es werden Öffnungen mit der Größe ª = 1,2 µm in Ab ständen von b = 50 µm bereitgestellt. Eine selektive Kristall züchtung wird durch das übliche LPCVD-Verfahren unter den in Tabelle 4 gezeigten Bedingungen durchgeführt, wodurch Silicium- Einkristalle mit regulierter bzw. gesteuerter Kristallorientie rung gebildet werden. Die Einkristalle werden nach ihrer Ab trennung von dem Wafer über einem Molybdänsubstrat, auf dessen Oberfläche durch Vakuumaufdampfung Al in einer Dicke von 20,0 nm abgeschieden worden ist, ausgebreitet bzw. verteilt und bei 585°C getempert. In diesem Fall wird zwischen dem Al und den Si-Einkristallen eine eutektische Reaktion hervorgerufen, wenn die auf diese Weise vom Wafer abgetrennten Einkristalle durch Tempern unter ausgezeichneten Festsetzungs- bzw. Ablagerungs bedingungen an dem Substrat befestigt bzw. fixiert werden, und es wird eine Al-Si-Zwischenschicht (p⁺-Schicht) gebildet.

Dann wird ein Tempern bei 850°C in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt, und ein weiteres Tempern wird bei 1100°C in ei nem Inertgas durchgeführt, nachdem der Oxidationsfilm auf der freiliegenden Al-Oberfläche gebildet worden ist. Das auf den Einkristalloberflächen befindliche SiO₂ wird durch eine HF-Lö sung entfernt. Dann wird wie bei der Ausführungsform 3 eine se lektive Kristallzüchtung durchgeführt, ohne daß ein Fremdstoff eingeführt wird, und wenn ein kontinuierlicher polykristalliner Dünnfilm gebildet worden ist, wird PH₃ eingeführt, damit auf dem polykristallinen Dünnfilm eine 0,2 µm dicke n-Schicht ge bildet wird. Dabei sind die Bildungsbedingungen der i-Schicht und der n-Schicht dieselben wie die in Tabelle 6 gezeigten. Nach der Bildung des polykristallinen Films wird als transpa renter leitfähiger Film durch Aufdampfung bzw. Abscheidung mit tels eines Elektronenstrahls ITO (Indiumzinnoxid) in einer Dic ke von etwa 100,0 nm abgeschieden, und darauf wird ferner als Kollektorelektrode durch Vakuumaufdampfung Cr in einer Dicke von 1 µm abgeschieden.

Die Strom-Spannungs-Eigenschaften der auf diese Weise gefertig ten polykristallinen Solarzelle vom nip-Übergangs-Typ werden unter Bestrahlung mit Licht mit einem AM-Wert von 1,5 gemessen. Als Ergebnis wird ein Umwandlungswirkungsgrad von 7,9% und bei einer Zellenfläche von 0,16 cm² eine Auslösespannung von 0,46 V, ein Kurzschluß-Photostrom von 25 mA/cm² und ein Kurven- bzw. Ausbauchungsfaktor von 0,69 erhalten.

Gemäß der vorstehend erläuterten Erfindung ist es möglich, eine Solarzelle mit hohem Wirkungsgrad vom Dünnfilmtyp herzustellen, indem die Kristallorientierung in Filmdickenrichtung der Kri stallkörner, die die Bestandteile bzw. Komponenten des polykri stallinen Siliciumdünnfilms sind, reguliert (gesteuert) wird.

Ferner ist es möglich, durch Massenfertigung Solarzellen mit niedrigen Kosten herzustellen, weil kantige bzw. gewinkelte Einkristalle, die auf einem Siliciumwafer durch ein selektives Epitaxialverfahren gebildet werden, entfernt und auf ein Me tallsubstrat verpflanzt werden können und auf dem Metallsub strat durch selektive Züchtung dieser Einkristalle als Keimkri stallen ein polykristalliner Dünnfilm erhalten werden kann und weil der Wafer ferner viele Male wiederverwendet werden kann.

Außerdem kann gemäß der Erfindung auf dem Metallsubstrat eine Solarzelle mit einem polykristallinen Dünnfilm, die ausge zeichnete Kenndaten hat, gebildet werden, wodurch es möglich gemacht wird, Solarzellen vom Dünnfilmtyp bereitzustellen, die eine Massenfertigung in einer gewünschten Qualität mit niedri gen Kosten für den Markt erlauben.

Claims

1. Solarzelle mit einer Siliciumschicht, die auf einem Metall substrat gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kri stallorientierung der Kristallkörner der Siliciumschicht in der Filmdickenrichtung reguliert bzw. gesteuert ist.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle zwischen dem Metallsubstrat und der Siliciumschicht eine Metall-Silicium-Zwischenschicht aufweist.

3. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Anordnen von Silicium-Einkristallen mit gesteuerter bzw. regu lierter Kristallorientierung in Abständen auf einem Metallsub strat und anschließende Bildung einer Metall-Silicium-Zwischen schicht zwischen dem Metallsubstrat und den Silicium-Einkri stallen durch Erhitzen,
anschließendes Oxidieren der freiliegenden Oberfläche des Me tallsubstrats und
Durchführung einer Kristallzüchtung mit den Silicium-Einkri stallen als Keimkristallen durch ein Verfahren zum selektiven epitaxialen Aufwachsen.

4. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Bildung einer Isolationsschicht auf dem Siliciumwafer, wenn die Silicium-Einkristalle auf dem Metallsubstrat angeordnet worden sind,
Bildung von Silicium-Einkristallen durch ein Verfahren zum se lektiven epitaxialen Aufwachsen, nachdem auf einem Teil der Isolationsschicht feine Öffnungen bereitgestellt worden sind, und
Abtrennen der Silicium-Einkristalle von dem Siliciumwafer durch Utraschallschwingungen, nachdem die Isolationsschicht durch Ät zen entfernt worden ist, und anschließendes Anordnen der Sili cium-Einkristalle auf dem Metallsubstrat.

5. Verfahren zur Herstellung von Solarzellen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ultraschallschwingungen angewandt werden, wenn die Silicium-Einkristalle auf dem Metallsubstrat angeordnet sind.