JP2000114558A - 多結晶シリコン膜の形成方法 - Google Patents
多結晶シリコン膜の形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄膜多結晶シリコン太陽電池の高効率化に好
適なＢＳＦ機能を有した下地層を低コストで形成するこ
とによって、高効率で低コストな薄膜多結晶シリコン太
陽電池の製造を可能とすることを目的とする。 【解決手段】 基板上に、シリコンと共融系を成す金属
元素を含有する薄膜層とシリコン層とを積層して形成
し、次いでこれを熱処理することによって前記金属元素
とシリコンとを反応させて、前記基板上に上下二層から
成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜の形
成方法において、前記シリコン層中にボロンを１×１０
18〜１×１０22ｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有させて前記熱処理
をする。
適なＢＳＦ機能を有した下地層を低コストで形成するこ
とによって、高効率で低コストな薄膜多結晶シリコン太
陽電池の製造を可能とすることを目的とする。 【解決手段】 基板上に、シリコンと共融系を成す金属
元素を含有する薄膜層とシリコン層とを積層して形成
し、次いでこれを熱処理することによって前記金属元素
とシリコンとを反応させて、前記基板上に上下二層から
成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜の形
成方法において、前記シリコン層中にボロンを１×１０
18〜１×１０22ｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有させて前記熱処理
をする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶シリコン膜
の形成方法に関し、特に太陽電池などに使用される薄膜
多結晶シリコン膜の形成方法に関する。
の形成方法に関し、特に太陽電池などに使用される薄膜
多結晶シリコン膜の形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術とその課題】近年になり、低コスト且つ高効
率な次世代太陽電池の研究開発は、国内外で活発に進め
られてきているが、このうち、特にシリコンを主材料と
した薄膜多結晶シリコン太陽電池は、コスト、変換効
率、資源問題、環境問題等を総合的に考慮すると、次世
代太陽電池として最も有力であると考えられている。
率な次世代太陽電池の研究開発は、国内外で活発に進め
られてきているが、このうち、特にシリコンを主材料と
した薄膜多結晶シリコン太陽電池は、コスト、変換効
率、資源問題、環境問題等を総合的に考慮すると、次世
代太陽電池として最も有力であると考えられている。
【０００３】一般に、高効率な薄膜多結晶シリコン太陽
電池を形成するには、充分高品質な光活性層を形成する
ことが最も重要な要件であるが、この光活性層の品質を
最大限活かしてより高い変換効率を得るには、光活性層
の品質以外にも様々な要件についてその品質を向上させ
る必要がある。
電池を形成するには、充分高品質な光活性層を形成する
ことが最も重要な要件であるが、この光活性層の品質を
最大限活かしてより高い変換効率を得るには、光活性層
の品質以外にも様々な要件についてその品質を向上させ
る必要がある。
【０００４】上記要件のうち、特に光活性層のｐｎ接合
が形成される側とは反対側にＢＳＦ層を形成する方法
は、高変換効率を得るための最も効果的かつ一般的な方
法として太陽電池全般に広く用いられている。
が形成される側とは反対側にＢＳＦ層を形成する方法
は、高変換効率を得るための最も効果的かつ一般的な方
法として太陽電池全般に広く用いられている。
【０００５】薄膜多結晶シリコン太陽電池においても、
当然、このＢＳＦ機能を有効に用いることが高効率化の
ための重要要件の一つであるが、このＢＳＦ機能は、光
活性層形成のために形成される下地層にその機能を担わ
せることが一般的であり、様々な手法でその形成方法の
研究開発がなされている。
当然、このＢＳＦ機能を有効に用いることが高効率化の
ための重要要件の一つであるが、このＢＳＦ機能は、光
活性層形成のために形成される下地層にその機能を担わ
せることが一般的であり、様々な手法でその形成方法の
研究開発がなされている。
【０００６】一例として、予め基板上に形成した非晶質
または微結晶質シリコンに、レーザーまたはエネルギー
ビームを照射してこれを溶融再結晶化する方法が知られ
ている（例えば、特開平９−３１２２５８号公報等を参
照）。
または微結晶質シリコンに、レーザーまたはエネルギー
ビームを照射してこれを溶融再結晶化する方法が知られ
ている（例えば、特開平９−３１２２５８号公報等を参
照）。
【０００７】この方法の特長としては、レーザーアニー
ルによって下地結晶シリコンを比較的大粒径化できるこ
と、また、薄膜多結晶シリコンを比較的低温下で形成で
きること等が挙げられるが、一方、レーザーアニール工
程に長時間を要するため、太陽電池素子として実用的な
大面積基板を用いる際には、スループットに問題があ
る。
ルによって下地結晶シリコンを比較的大粒径化できるこ
と、また、薄膜多結晶シリコンを比較的低温下で形成で
きること等が挙げられるが、一方、レーザーアニール工
程に長時間を要するため、太陽電池素子として実用的な
大面積基板を用いる際には、スループットに問題があ
る。
【０００８】また、ＳＵＳ基板上にプラズマＣＶＤ法で
形成された非晶質シリコンをＳＰＣ（固相結晶化）法を
用いて多結晶化する方法が知られている（例えば、Pro
c.1st. WCPEC （1994）p.1315−1318、特開平２−２８
３１５号公報、特開平６−２０４５３９号公報、特開平
７−１３５３３２号公報、特開平７−３３５６６０号公
報等を参照）。
形成された非晶質シリコンをＳＰＣ（固相結晶化）法を
用いて多結晶化する方法が知られている（例えば、Pro
c.1st. WCPEC （1994）p.1315−1318、特開平２−２８
３１５号公報、特開平６−２０４５３９号公報、特開平
７−１３５３３２号公報、特開平７−３３５６６０号公
報等を参照）。
【０００９】この方法の特長としては、基板として安価
なＳＵＳ基板を用いていること、また、ＳＰＣ工程が６
００℃程度の比較的低温プロセスであることが挙げられ
るが、一方、ＳＰＣ工程に約１０時間という長時間を要
し、また、得られる結晶についても充分大粒径化するの
が難しいという問題を抱えている。
なＳＵＳ基板を用いていること、また、ＳＰＣ工程が６
００℃程度の比較的低温プロセスであることが挙げられ
るが、一方、ＳＰＣ工程に約１０時間という長時間を要
し、また、得られる結晶についても充分大粒径化するの
が難しいという問題を抱えている。
【００１０】他には、カーボン基板上に、プラズマ溶射
法によりシリコン粒を溶融、射出して多結晶シリコン層
を形成する方式が知られている（例えば、特開平５−３
１５２５８号公報、特開平５−３１５２５９号公報、特
開平５−３１５２６０号公報、特開平５−３２６４１４
号公報、特開平６−２０８９６０号公報、特開平６−２
０８９６１号公報等を参照）。
法によりシリコン粒を溶融、射出して多結晶シリコン層
を形成する方式が知られている（例えば、特開平５−３
１５２５８号公報、特開平５−３１５２５９号公報、特
開平５−３１５２６０号公報、特開平５−３２６４１４
号公報、特開平６−２０８９６０号公報、特開平６−２
０８９６１号公報等を参照）。
【００１１】この方式の特長としては、基板として安価
を見込めるカーボン基板を用いていること、多結晶シリ
コン成膜を非常に高速に行え、また、多結晶シリコン粒
を大粒径化できることが挙げられるが、成膜温度をシリ
コンの融点近傍の高温度とする必要があるため、多大な
熱エネルギーを要するという問題がある。
を見込めるカーボン基板を用いていること、多結晶シリ
コン成膜を非常に高速に行え、また、多結晶シリコン粒
を大粒径化できることが挙げられるが、成膜温度をシリ
コンの融点近傍の高温度とする必要があるため、多大な
熱エネルギーを要するという問題がある。
【００１２】本発明は、以上の諸方法の問題点を解消
し、薄膜多結晶シリコン太陽電池の高効率化に好適なＢ
ＳＦ機能を有した下地層を低コストで形成することによ
って、高効率で低コストな薄膜多結晶シリコン太陽電池
の製造が可能な多結晶シリコン膜の形成方法を提供する
ことを目的とする。
し、薄膜多結晶シリコン太陽電池の高効率化に好適なＢ
ＳＦ機能を有した下地層を低コストで形成することによ
って、高効率で低コストな薄膜多結晶シリコン太陽電池
の製造が可能な多結晶シリコン膜の形成方法を提供する
ことを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明では、基板上に、シリコンと共
融系を成す金属元素を含有する薄膜層とシリコン層とを
積層して形成し、次いでこれを熱処理することによって
前記金属元素とシリコンとを反応させて、前記基板上に
上下二層から成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶シ
リコン膜の形成方法において、前記シリコン層中にボロ
ンを１×１０18〜１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有さ
せて前記熱処理をすることを特徴とする。
に、請求項１に係る発明では、基板上に、シリコンと共
融系を成す金属元素を含有する薄膜層とシリコン層とを
積層して形成し、次いでこれを熱処理することによって
前記金属元素とシリコンとを反応させて、前記基板上に
上下二層から成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶シ
リコン膜の形成方法において、前記シリコン層中にボロ
ンを１×１０18〜１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有さ
せて前記熱処理をすることを特徴とする。
【００１４】また、上記発明では、前記金属元素を含有
する薄膜層がＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎのうちのいずれか一種も
しくは複数種から成ることが望ましい。
する薄膜層がＡｌ、Ｓｎ、Ｉｎのうちのいずれか一種も
しくは複数種から成ることが望ましい。
【００１５】また、上記発明では、前記金属元素を含有
する薄膜層の膜厚が０．３μｍ以下で、この薄膜層と前
記シリコン層との膜厚の比が１：０．７〜１：３である
ことが望ましい。
する薄膜層の膜厚が０．３μｍ以下で、この薄膜層と前
記シリコン層との膜厚の比が１：０．７〜１：３である
ことが望ましい。
【００１６】さらに、上記発明では、前記基板と前記金
属元素を含有する薄膜層との間に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属層、またはその窒化層、
またはそのシリサイド層を介在させてもよい。
属元素を含有する薄膜層との間に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍ
ｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属層、またはその窒化層、
またはそのシリサイド層を介在させてもよい。
【００１７】
【作用】以上の構成によって、シリコン−電極界面での
キャリア再結合を充分低く抑えることができ、同時に、
下地層のシート抵抗値を充分に小さく抑えることがで
き、かつ、シリコン−電極間で良好なオーミック特性が
得られるので、高効率化が望めるＢＳＦ機能を有した下
地層が得られ、低コストかつ高効率な薄膜多結晶シリコ
ン太陽電池を得ることができる。
キャリア再結合を充分低く抑えることができ、同時に、
下地層のシート抵抗値を充分に小さく抑えることがで
き、かつ、シリコン−電極間で良好なオーミック特性が
得られるので、高効率化が望めるＢＳＦ機能を有した下
地層が得られ、低コストかつ高効率な薄膜多結晶シリコ
ン太陽電池を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
図面に基づき詳細に説明する。図１は全体として光電変
換装置Ｓ１を示し、基板１上に、シリコンと共融系を成
す１種以上の金属元素を含む多結晶シリコン層２（下層
部は２ａ、上層部は２ｂ）、シリコン光活性層３、シリ
コン光活性層３とは反対の導電型を持つシリコン層４、
及び受光面電極層を兼ねた導電性反射防止膜である反射
防止層６を順次積層して成る。同図中の７は反射防止膜
６の上面に接続された表取り出し電極であり、８は多結
晶シリコン層２の上面に接続された裏取り出し電極であ
る。
図面に基づき詳細に説明する。図１は全体として光電変
換装置Ｓ１を示し、基板１上に、シリコンと共融系を成
す１種以上の金属元素を含む多結晶シリコン層２（下層
部は２ａ、上層部は２ｂ）、シリコン光活性層３、シリ
コン光活性層３とは反対の導電型を持つシリコン層４、
及び受光面電極層を兼ねた導電性反射防止膜である反射
防止層６を順次積層して成る。同図中の７は反射防止膜
６の上面に接続された表取り出し電極であり、８は多結
晶シリコン層２の上面に接続された裏取り出し電極であ
る。
【００１９】基板１としては、ガラス、ステンレス、カ
ーボン等の安価で安定な材料の選択が可能である。
ーボン等の安価で安定な材料の選択が可能である。
【００２０】光電変換装置の製造にあたっては、図２に
示すように、まず、基板１上に、シリコンと共融系を成
す金属元素を含んだ金属薄膜層２ａ′を電子ビーム蒸着
法、スパッタリング法等の真空成膜法により、０．１〜
２μｍ程度の膜厚、望ましくは０．１〜０．３μｍに成
膜する（図２（ａ）参照）。なお、シリコンと共融系を
成す金属元素としては、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ等を用いるこ
とができる。
示すように、まず、基板１上に、シリコンと共融系を成
す金属元素を含んだ金属薄膜層２ａ′を電子ビーム蒸着
法、スパッタリング法等の真空成膜法により、０．１〜
２μｍ程度の膜厚、望ましくは０．１〜０．３μｍに成
膜する（図２（ａ）参照）。なお、シリコンと共融系を
成す金属元素としては、Ａｌ、Ｓｎ、Ｉｎ等を用いるこ
とができる。
【００２１】次に、この金属薄膜層２ａ′を形成した基
板１上に、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の薄
膜形成技術にて膜厚０．１〜２μｍ、望ましくは０．１
〜０．９μｍの厚みにＢを含有する非晶質または微晶質
シリコン層２ｂ′を形成する。
板１上に、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の薄
膜形成技術にて膜厚０．１〜２μｍ、望ましくは０．１
〜０．９μｍの厚みにＢを含有する非晶質または微晶質
シリコン層２ｂ′を形成する。
【００２２】次いで、上記基体を４８０〜５７０℃の比
較的低温下で数分〜１時間程度保持し、上記金属元素と
シリコンとの反応現象により、基板面に平行な方向にお
いて１μｍ以上の結晶粒径を持つ下層部２ａと上層部２
ｂとから成る多結晶シリコン層２を形成する（図２
（ｂ）参照）。
較的低温下で数分〜１時間程度保持し、上記金属元素と
シリコンとの反応現象により、基板面に平行な方向にお
いて１μｍ以上の結晶粒径を持つ下層部２ａと上層部２
ｂとから成る多結晶シリコン層２を形成する（図２
（ｂ）参照）。
【００２３】つまり、Ｂを含有する非晶質または微晶質
シリコン層２ｂ′の膜厚が０．１μｍ以下の場合、シリ
コン層２が層状にならない傾向がある。また、Ｂを含有
する非晶質または微晶質シリコン層２ｂ′の膜厚が２μ
ｍ以上の場合、シリコンが結晶化しない傾向がある。さ
らに、シリコンと共融系の金属元素を含む金属層２ａ′
が０．１μｍ以下の場合、多結晶シリコンが島状になる
傾向があり、２μｍ以上の場合、シリコンが相対的に少
なくなって多結晶シリコンが島状になる傾向がある。
シリコン層２ｂ′の膜厚が０．１μｍ以下の場合、シリ
コン層２が層状にならない傾向がある。また、Ｂを含有
する非晶質または微晶質シリコン層２ｂ′の膜厚が２μ
ｍ以上の場合、シリコンが結晶化しない傾向がある。さ
らに、シリコンと共融系の金属元素を含む金属層２ａ′
が０．１μｍ以下の場合、多結晶シリコンが島状になる
傾向があり、２μｍ以上の場合、シリコンが相対的に少
なくなって多結晶シリコンが島状になる傾向がある。
【００２４】また、多結晶シリコン層の上層２ｂ及び下
層２ａの膜厚は、以下の理由からしても０．１〜２μｍ
の範囲に設定することが望ましい。つまり、高濃度にド
ーピングされた多結晶シリコン層２が厚すぎると、この
層内での不純物起源の再結合及びオージェ再結合が無視
できなくなり、開放電圧が低下することで変換効率が低
下してしまうこと、およびより薄い膜厚である程、膜形
成に必要なプロセス時間を短縮することができ、低コス
ト化に適しているからである。
層２ａの膜厚は、以下の理由からしても０．１〜２μｍ
の範囲に設定することが望ましい。つまり、高濃度にド
ーピングされた多結晶シリコン層２が厚すぎると、この
層内での不純物起源の再結合及びオージェ再結合が無視
できなくなり、開放電圧が低下することで変換効率が低
下してしまうこと、およびより薄い膜厚である程、膜形
成に必要なプロセス時間を短縮することができ、低コス
ト化に適しているからである。
【００２５】特に、金属元素を含有する薄膜層２ａ′の
膜厚を０．３μｍ以下すると共に、この薄膜層２ａ′と
シリコン層２ｂ′との膜厚の比が１：０．７〜１：３で
あることが望ましい。このように設定することによっ
て、上層多結晶シリコン層２ｂの下層多結晶シリコン層
２ａに対する被覆率を９０％以上に制御することが可能
であり、特に有効である。これによって、図１に示す裏
面電極８側でのキャリアの再結合損失を少なくすること
ができる。
膜厚を０．３μｍ以下すると共に、この薄膜層２ａ′と
シリコン層２ｂ′との膜厚の比が１：０．７〜１：３で
あることが望ましい。このように設定することによっ
て、上層多結晶シリコン層２ｂの下層多結晶シリコン層
２ａに対する被覆率を９０％以上に制御することが可能
であり、特に有効である。これによって、図１に示す裏
面電極８側でのキャリアの再結合損失を少なくすること
ができる。
【００２６】このとき、多結晶シリコン層２（２ａ、２
ｂ）は、シリコンと共融系を成す金属元素が１×１０18
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有してｐ型となっているが、
さらにＢを含有させて不純物濃度を上げる。Ｂのドーピ
ング濃度が１×１０18〜１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
の範囲外となると、膜厚が約０．２〜１μｍの多結晶シ
リコン層（ＢＳＦ層）の場合、素子のＶoc特性が落ち
る。
ｂ）は、シリコンと共融系を成す金属元素が１×１０18
ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度含有してｐ型となっているが、
さらにＢを含有させて不純物濃度を上げる。Ｂのドーピ
ング濃度が１×１０18〜１×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3
の範囲外となると、膜厚が約０．２〜１μｍの多結晶シ
リコン層（ＢＳＦ層）の場合、素子のＶoc特性が落ち
る。
【００２７】♯１７３７ガラス基板上に、Ａｌ層を真空
蒸着法で０．２μｍ、ガス流量比をＳｉＨ4 ：Ｈ2 ：Ｂ
2 Ｈ6 ＝１：１４６：２０に設定してアモルファスシリ
コン層をプラズマＣＶＤ法で０．３μｍ積層して、５５
０℃×１時間で熱処理して塩酸処理して諸特性を測定し
たところ、比抵抗は３．４〜３．５×１０-3Ω−ｃｍ、
移動度は３３〜３６ｃｍ2 ／Ｖｓ、キャリア濃度は２×
１０19ｃｍ-3であった。
蒸着法で０．２μｍ、ガス流量比をＳｉＨ4 ：Ｈ2 ：Ｂ
2 Ｈ6 ＝１：１４６：２０に設定してアモルファスシリ
コン層をプラズマＣＶＤ法で０．３μｍ積層して、５５
０℃×１時間で熱処理して塩酸処理して諸特性を測定し
たところ、比抵抗は３．４〜３．５×１０-3Ω−ｃｍ、
移動度は３３〜３６ｃｍ2 ／Ｖｓ、キャリア濃度は２×
１０19ｃｍ-3であった。
【００２８】また、♯１７３７ガラス基板上に、Ａｌ層
を真空蒸着法で０．２μｍ、Ｂをドープしないアモルフ
ァスシリコン層をプラズマＣＶＤ法で０．３μｍ積層し
て、５５０℃×１時間で熱処理して塩酸処理して諸特性
を測定したところ、比抵抗は０．０１２Ω−ｃｍ、移動
度は４９ｃｍ2 ／Ｖｓ、キャリア濃度は４×１０19ｃｍ
-3であった。
を真空蒸着法で０．２μｍ、Ｂをドープしないアモルフ
ァスシリコン層をプラズマＣＶＤ法で０．３μｍ積層し
て、５５０℃×１時間で熱処理して塩酸処理して諸特性
を測定したところ、比抵抗は０．０１２Ω−ｃｍ、移動
度は４９ｃｍ2 ／Ｖｓ、キャリア濃度は４×１０19ｃｍ
-3であった。
【００２９】結晶面方位は、特に（１００）及び（１１
１）面に対して配向特性を有することが望ましい。これ
によって、この多結晶シリコン膜２を下地層としてこの
上に順次積層される結晶シリコン膜３にも同じ結晶方位
の情報が伝達しやすくなり、後述する結晶シリコン表面
への微細かつランダムな凹凸構造の形成など、太陽電池
素子作製にあたっての各プロセスで行う各種処理の基板
面内均一性を確保することをより容易にすることができ
る。
１）面に対して配向特性を有することが望ましい。これ
によって、この多結晶シリコン膜２を下地層としてこの
上に順次積層される結晶シリコン膜３にも同じ結晶方位
の情報が伝達しやすくなり、後述する結晶シリコン表面
への微細かつランダムな凹凸構造の形成など、太陽電池
素子作製にあたっての各プロセスで行う各種処理の基板
面内均一性を確保することをより容易にすることができ
る。
【００３０】また、基板面に平行な方向に対して１μｍ
以上の結晶粒径のものを含んでいることが望ましい。こ
れによって、より結晶粒径の大きな光活性層３の積層形
成を促進でき、結晶粒界密度が低減することで、ここに
起因する結晶欠陥の少ないより高品質な光活性層が形成
できる。
以上の結晶粒径のものを含んでいることが望ましい。こ
れによって、より結晶粒径の大きな光活性層３の積層形
成を促進でき、結晶粒界密度が低減することで、ここに
起因する結晶欠陥の少ないより高品質な光活性層が形成
できる。
【００３１】次に、前記多結晶シリコン層２上に同一導
電型（すなわちｐ型）のシリコン光活性層３となる多結
晶あるいは微結晶シリコン層３を厚さ２〜３０μｍ程度
に形成する（図２（ｃ）参照）。このとき、多結晶シリ
コン層２がシリコン光活性層３を形成するための下地と
して機能し、シリコン光活性層３の結晶シリコンの結晶
粒径拡大、結晶品質向上を促進する。なお、シリコン光
活性層３の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法や触媒
ＣＶＤ法等の真空成膜法を用いることができ、特に後者
においては比較的低温下で高品質且つ高速に多結晶シリ
コン膜を形成しうるので、製造プロセスをより短時間に
することができる。
電型（すなわちｐ型）のシリコン光活性層３となる多結
晶あるいは微結晶シリコン層３を厚さ２〜３０μｍ程度
に形成する（図２（ｃ）参照）。このとき、多結晶シリ
コン層２がシリコン光活性層３を形成するための下地と
して機能し、シリコン光活性層３の結晶シリコンの結晶
粒径拡大、結晶品質向上を促進する。なお、シリコン光
活性層３の形成方法としては、プラズマＣＶＤ法や触媒
ＣＶＤ法等の真空成膜法を用いることができ、特に後者
においては比較的低温下で高品質且つ高速に多結晶シリ
コン膜を形成しうるので、製造プロセスをより短時間に
することができる。
【００３２】次に、シリコン光活性層３上に同層とは反
対導電型（すなわちｎ型）の非晶質、多結晶もしくは微
結晶を含む非単結晶シリコン層４をプラズマＣＶＤ法や
スパッタリング法等の真空成膜法により厚さ数１００ｎ
ｍ以下に形成する。
対導電型（すなわちｎ型）の非晶質、多結晶もしくは微
結晶を含む非単結晶シリコン層４をプラズマＣＶＤ法や
スパッタリング法等の真空成膜法により厚さ数１００ｎ
ｍ以下に形成する。
【００３３】ここで、シリコン光活性層３とシリコン層
４とで形成されるｐｎ接合の品質によっては、図３に示
すように、シリコン光活性層３とシリコン層４の間に、
真性型（ｉ型）の非単結晶シリコン層５を介在させても
よい。特に同層を水素化アモルファスシリコンで形成す
る場合は、その膜厚を２〜４０ｎｍ程度にする。シリコ
ン層５を結晶質シリコンで形成する場合には１μｍ以下
とする。さらに、シリコン層４及びシリコン層５を特に
水素を含んだ雰囲気下で形成すると、各層の界面及びそ
の近傍の欠陥準位を水素で終端、不活性化することがで
き、より品質の高いｐｎ接合またはｐｉｎ接合を得るこ
とができる。
４とで形成されるｐｎ接合の品質によっては、図３に示
すように、シリコン光活性層３とシリコン層４の間に、
真性型（ｉ型）の非単結晶シリコン層５を介在させても
よい。特に同層を水素化アモルファスシリコンで形成す
る場合は、その膜厚を２〜４０ｎｍ程度にする。シリコ
ン層５を結晶質シリコンで形成する場合には１μｍ以下
とする。さらに、シリコン層４及びシリコン層５を特に
水素を含んだ雰囲気下で形成すると、各層の界面及びそ
の近傍の欠陥準位を水素で終端、不活性化することがで
き、より品質の高いｐｎ接合またはｐｉｎ接合を得るこ
とができる。
【００３４】さらに、シリコン層４上に、窒化シリコン
膜や酸化シリコン膜等の絶縁性反射防止膜、あるいはＩ
ＴＯやＳｎＯ2 等の導電性反射防止膜６をプラズマＣＶ
Ｄ法やスパッタリング法等の真空成膜法を用いて６００
〜１０００ｎｍ程度の膜厚で成膜する（図１参照）。
膜や酸化シリコン膜等の絶縁性反射防止膜、あるいはＩ
ＴＯやＳｎＯ2 等の導電性反射防止膜６をプラズマＣＶ
Ｄ法やスパッタリング法等の真空成膜法を用いて６００
〜１０００ｎｍ程度の膜厚で成膜する（図１参照）。
【００３５】次に、反射防止膜６上に表取り出し電極７
を、真空成膜技術、プリント及び焼成技術、さらにメッ
キ技術等で形成する。なお、絶縁性の反射防止膜６を第
２の半導体層４上にコートする場合は、表取り出し電極
７を形成させる領域をバッファードフッ酸等の適当な薬
液によるエッチング技術等により除去してシリコン層４
のシリコン表面を露出させ、ここに表取り出し電極７を
接続するように形成すればよい。
を、真空成膜技術、プリント及び焼成技術、さらにメッ
キ技術等で形成する。なお、絶縁性の反射防止膜６を第
２の半導体層４上にコートする場合は、表取り出し電極
７を形成させる領域をバッファードフッ酸等の適当な薬
液によるエッチング技術等により除去してシリコン層４
のシリコン表面を露出させ、ここに表取り出し電極７を
接続するように形成すればよい。
【００３６】また、裏取り出し電極８については、図１
に示すように多結晶シリコン層２を素子の裏電極として
機能させる場合は、多結晶シリコン層２に真空成膜技
術、プリント及び焼成技術、さらにメッキ技術等で接続
形成すればよい。また図２に示すように裏電極層９を用
いる場合には、裏取り出し電極８を同様の技術で裏電極
層９上に接続形成すればよい。
に示すように多結晶シリコン層２を素子の裏電極として
機能させる場合は、多結晶シリコン層２に真空成膜技
術、プリント及び焼成技術、さらにメッキ技術等で接続
形成すればよい。また図２に示すように裏電極層９を用
いる場合には、裏取り出し電極８を同様の技術で裏電極
層９上に接続形成すればよい。
【００３７】以上によって、低コストでしかも高効率な
薄膜結晶シリコン太陽電池である光電変換装置Ｓ１を得
ることができる。また、光電変換装置として太陽電池を
例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、
例えば位置検知センサ、輝度センサ、カラーセンサ等の
光センサ等にも適用が可能であり、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
薄膜結晶シリコン太陽電池である光電変換装置Ｓ１を得
ることができる。また、光電変換装置として太陽電池を
例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、
例えば位置検知センサ、輝度センサ、カラーセンサ等の
光センサ等にも適用が可能であり、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で適宜変更し実施が可能である。
【００３８】図３は他の光電変換装置Ｓ２を示し、前記
Ｓ１に対して、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属膜またはその窒化膜
またはそのシリサイド膜からなる電極層９、及びシリコ
ン光活性層３とシリコン層４との間に設けられたシリコ
ン層５を追加したものである。
Ｓ１に対して、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属膜またはその窒化膜
またはそのシリサイド膜からなる電極層９、及びシリコ
ン光活性層３とシリコン層４との間に設けられたシリコ
ン層５を追加したものである。
【００３９】この電極９はＴｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属層、またはその窒化膜層、また
はそのシリサイド膜から成る。これらは、太陽電池の高
効率化に適した裏電極とすることができる。
ｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属層、またはその窒化膜層、また
はそのシリサイド膜から成る。これらは、太陽電池の高
効率化に適した裏電極とすることができる。
【００４０】この場合、電極９の表面構造が微細かつラ
ンダムな凹凸構造としてもよい。これによって、裏面電
極９側に到達した光の反射が散乱されて、膜内部での光
閉じ込めが促進されるので、光利用効率が向上する。
ンダムな凹凸構造としてもよい。これによって、裏面電
極９側に到達した光の反射が散乱されて、膜内部での光
閉じ込めが促進されるので、光利用効率が向上する。
【００４１】本発明では、基板１上に、多結晶シリコン
膜２ａ、２ｂを下地層とし、以下、シリコン光活性層
３、ｐｎ接合、反射防止膜６、および電極７、８が順次
形成された薄膜多結晶シリコン太陽電池において、その
光入射側最表面のシリコン表面が微細かつランダムな凹
凸構造に形成し、そのベアシリコン面の反射率が光波長
４００〜１０００ｎｍの範囲で１０％以下とすることが
望ましい。これによって入射した光の利用効率がさらに
向上し、より高い変換効率を得ることができる。素子表
面の反射率低減の方法としては、素子表面を適当な凹凸
形状にしてライトトラッピング構造を形成し、表面反射
率を低減することができる。この方法としてはドライエ
ッチング技術であるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法
が有力であることが示されている（Technical Digest o
f the International PVSEC-9 （1996）93-96 、109-11
0 ）。この方法を用いれば、結晶シリコン表面をシリコ
ンの結晶方位に依存しないランダム且つ微細な凹凸形状
とすることができ、各種ウエットエッチング法に比べて
格段に優れた低反射率特性を実現できる。すなわち、ｐ
ｎ接合を形成する前に、ＲＩＥ法により、光活性層の表
面をシリコンの結晶方位に依存しない微細かつランダム
な凹凸形状（粗面状）とし、続いて光活性層とは伝導型
を異にするシリコン層を堆積してｐｎ接合を形成する。
これによって光波長４００〜１０００ｎｍの範囲で表面
反射率を１０％以下に抑えることができる。実際の素子
化にあたっては、さらに反射防止膜を形成するために、
実際の表面反射率はさらに低減することができる。以上
によって光利用効率が格段に向上したライトトラッピン
グ構造を実現することができ、素子変換効率を飛躍的に
向上させることができる。
膜２ａ、２ｂを下地層とし、以下、シリコン光活性層
３、ｐｎ接合、反射防止膜６、および電極７、８が順次
形成された薄膜多結晶シリコン太陽電池において、その
光入射側最表面のシリコン表面が微細かつランダムな凹
凸構造に形成し、そのベアシリコン面の反射率が光波長
４００〜１０００ｎｍの範囲で１０％以下とすることが
望ましい。これによって入射した光の利用効率がさらに
向上し、より高い変換効率を得ることができる。素子表
面の反射率低減の方法としては、素子表面を適当な凹凸
形状にしてライトトラッピング構造を形成し、表面反射
率を低減することができる。この方法としてはドライエ
ッチング技術であるＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法
が有力であることが示されている（Technical Digest o
f the International PVSEC-9 （1996）93-96 、109-11
0 ）。この方法を用いれば、結晶シリコン表面をシリコ
ンの結晶方位に依存しないランダム且つ微細な凹凸形状
とすることができ、各種ウエットエッチング法に比べて
格段に優れた低反射率特性を実現できる。すなわち、ｐ
ｎ接合を形成する前に、ＲＩＥ法により、光活性層の表
面をシリコンの結晶方位に依存しない微細かつランダム
な凹凸形状（粗面状）とし、続いて光活性層とは伝導型
を異にするシリコン層を堆積してｐｎ接合を形成する。
これによって光波長４００〜１０００ｎｍの範囲で表面
反射率を１０％以下に抑えることができる。実際の素子
化にあたっては、さらに反射防止膜を形成するために、
実際の表面反射率はさらに低減することができる。以上
によって光利用効率が格段に向上したライトトラッピン
グ構造を実現することができ、素子変換効率を飛躍的に
向上させることができる。
【００４２】光利用効率が格段に向上することは、光活
性層の膜厚をより薄くすることを可能とし、膜形成時間
をより短時間とすることができるので、より一層の低コ
スト化にも寄与する。
性層の膜厚をより薄くすることを可能とし、膜形成時間
をより短時間とすることができるので、より一層の低コ
スト化にも寄与する。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば、基板上に、シリコンと
共融系を成す金属元素を含有する薄膜層とシリコン層と
を積層して形成し、次いでこれを熱処理することによっ
て前記金属元素とシリコンとを反応させて、前記基板上
に上下二層から成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶
シリコン膜の形成方法において、前記シリコン層中にボ
ロンを１×１０18〜１×１０22ｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有さ
せて熱処理をすることから、太陽電池のＢＳＦ層として
好適な多結晶シリコン膜を得ることができ、高効率な薄
膜多結晶シリコン太陽電池を得ることができる。さら
に、素子表面の反射率を低減することで、より高い変換
効率を得ることができる。また、多結晶シリコン下地層
膜を比較的低温下且つ短時間で形成できるため、低コス
トな太陽電池を得ることができる。
共融系を成す金属元素を含有する薄膜層とシリコン層と
を積層して形成し、次いでこれを熱処理することによっ
て前記金属元素とシリコンとを反応させて、前記基板上
に上下二層から成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶
シリコン膜の形成方法において、前記シリコン層中にボ
ロンを１×１０18〜１×１０22ｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有さ
せて熱処理をすることから、太陽電池のＢＳＦ層として
好適な多結晶シリコン膜を得ることができ、高効率な薄
膜多結晶シリコン太陽電池を得ることができる。さら
に、素子表面の反射率を低減することで、より高い変換
効率を得ることができる。また、多結晶シリコン下地層
膜を比較的低温下且つ短時間で形成できるため、低コス
トな太陽電池を得ることができる。
【図１】請求項１に係る多結晶シリコン膜の形成方法に
より形成した光電変換装置を示す断面図である。
より形成した光電変換装置を示す断面図である。
【図２】請求項１に係る多結晶シリコン膜の形成方法の
工程を示す断面図である。
工程を示す断面図である。
【図３】請求項３に係る多結晶シリコン膜の形成方法に
より形成した光電変換装置を示す断面図である。
より形成した光電変換装置を示す断面図である。
１‥‥‥基板、２‥‥‥多結晶シリコン層、３‥‥‥シ
リコン光活性層、４‥‥‥シリコン光活性層とは反対の
導電型を持つシリコン層、６‥‥‥反射防止層、７‥‥
‥表取り出し電極、８‥‥‥裏取り出し電極
リコン光活性層、４‥‥‥シリコン光活性層とは反対の
導電型を持つシリコン層、６‥‥‥反射防止層、７‥‥
‥表取り出し電極、８‥‥‥裏取り出し電極
【手続補正書】
【提出日】平成１０年１１月２日（１９９８．１１．
２）
２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明では、基板上に、シリコンと共
融系を成す金属元素を含有する薄膜層とシリコン層とを
積層して形成し、次いでこれを熱処理することによって
前記金属元素とシリコンとを反応させて、前記基板上に
上下二層から成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶シ
リコン膜の形成方法において、前記シリコン層中にボロ
ンを１×１０18〜１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有さ
せて前記熱処理をすることを特徴とする。
に、請求項１に係る発明では、基板上に、シリコンと共
融系を成す金属元素を含有する薄膜層とシリコン層とを
積層して形成し、次いでこれを熱処理することによって
前記金属元素とシリコンとを反応させて、前記基板上に
上下二層から成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶シ
リコン膜の形成方法において、前記シリコン層中にボロ
ンを１×１０18〜１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有さ
せて前記熱処理をすることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２５】特に、全層元素を含有する薄膜層２ａ’の
膜厚を０．３μｍ以下すると共に、この薄膜層２ａ’と
シリコン層２ｂ’との膜厚の比が１：０．７〜１：３で
あることが望ましい。このように設定することによっ
て、下層多結晶シリコン層２ａの基板に対する被覆率を
９０％以上に制御することが可能であり、特に有効であ
る。これによって、図１に示す裏面電極８側でのキャリ
アの再結合損失を少なくすることができる。
膜厚を０．３μｍ以下すると共に、この薄膜層２ａ’と
シリコン層２ｂ’との膜厚の比が１：０．７〜１：３で
あることが望ましい。このように設定することによっ
て、下層多結晶シリコン層２ａの基板に対する被覆率を
９０％以上に制御することが可能であり、特に有効であ
る。これによって、図１に示す裏面電極８側でのキャリ
アの再結合損失を少なくすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】また、♯１７３７ガラス裏板上に、Ａｌ層
を真空蒸着法で０．２μｍ、Ｂをドープしないアモルフ
ァスシリコン層をプラズマＣＶＤ法で０．３μｍ積層し
て、５５０℃×１時間で熱処理して塩酸処理して諸特性
を測定したところ、比抵抗は０．０１２Ω−ｃｍ、移動
度は４９ｃｍ2 ／Ｖｓ、キャリア濃度は４×１０19ｃｍ
-3であった。
を真空蒸着法で０．２μｍ、Ｂをドープしないアモルフ
ァスシリコン層をプラズマＣＶＤ法で０．３μｍ積層し
て、５５０℃×１時間で熱処理して塩酸処理して諸特性
を測定したところ、比抵抗は０．０１２Ω−ｃｍ、移動
度は４９ｃｍ2 ／Ｖｓ、キャリア濃度は４×１０19ｃｍ
-3であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F051 AA03 AA04 AA05 AA16 CA13 CA15 CB12 CB14 CB15 FA06 GA02 GA03 GA06 HA02
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に、シリコンと共融系を成す金属
元素を含有する薄膜層とシリコン層とを積層して形成
し、次いでこれを熱処理することによって前記金属元素
とシリコンとを反応させて、前記基板上に上下二層から
成る多結晶シリコン膜を形成する多結晶シリコン膜の形
成方法において、前記シリコン層中にボロンを１×１０
18〜１×１０22ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 含有させて前記熱処
理をすることを特徴とする多結晶シリコン膜の形成方
法。 - 【請求項２】 前記金属元素を含有する薄膜層がＡｌ、
Ｓｎ、Ｉｎのうちのいずれか一種もしくは複数種から成
ることを特徴とする請求項１に記載した多結晶シリコン
膜の形成方法。 - 【請求項３】 前記金属元素を含有する薄膜層の膜厚が
０．３μｍ以下で、この薄膜層と前記シリコン層との膜
厚の比が１：０．７〜１：３であることを特徴とする請
求項１に記載の多結晶シリコン膜の形成方法。 - 【請求項４】 前記基板と前記金属元素を含有する薄膜
層との間に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ
等の金属層、またはその窒化層、またはそのシリサイド
層を介在させたことを特徴とする請求項１に記載した多
結晶シリコン膜の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27689598A JP4105811B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27689598A JP4105811B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000114558A true JP2000114558A (ja) | 2000-04-21 |
| JP4105811B2 JP4105811B2 (ja) | 2008-06-25 |
Family
ID=17575898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27689598A Expired - Fee Related JP4105811B2 (ja) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | 多結晶シリコン膜の形成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4105811B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005088734A1 (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-22 | Kaneka Corp | 薄膜光電変換装置 |
| WO2005093856A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Kaneka Corporation | 薄膜光電変換装置の製造方法 |
| CN102110721A (zh) * | 2010-12-17 | 2011-06-29 | 福建省上杭县九洲硅业有限公司 | 晶体硅太阳能电池的梯度型背表面场及其制备方法 |
| CN103137765A (zh) * | 2013-02-04 | 2013-06-05 | 北京工业大学 | 一种铝诱导晶化多晶硅薄膜太阳能电池及制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101919086B1 (ko) * | 2017-01-25 | 2018-11-16 | 강원대학교산학협력단 | 다결정 실리콘 박막 형성 방법 |
-
1998
- 1998-09-30 JP JP27689598A patent/JP4105811B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| WO2005093856A1 (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Kaneka Corporation | 薄膜光電変換装置の製造方法 |
| CN102110721A (zh) * | 2010-12-17 | 2011-06-29 | 福建省上杭县九洲硅业有限公司 | 晶体硅太阳能电池的梯度型背表面场及其制备方法 |
| CN103137765A (zh) * | 2013-02-04 | 2013-06-05 | 北京工业大学 | 一种铝诱导晶化多晶硅薄膜太阳能电池及制备方法 |
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