JP2001053004A - Forming method of crystal silicon film and manufacturing method of solar cell - Google Patents

Forming method of crystal silicon film and manufacturing method of solar cell

Info

Publication number
JP2001053004A
JP2001053004A JP11224064A JP22406499A JP2001053004A JP 2001053004 A JP2001053004 A JP 2001053004A JP 11224064 A JP11224064 A JP 11224064A JP 22406499 A JP22406499 A JP 22406499A JP 2001053004 A JP2001053004 A JP 2001053004A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon film
film
crystal
substrate
amorphous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11224064A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masako Matsuda
雅子 松田
Kei Kajiwara
慶 梶原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP11224064A priority Critical patent/JP2001053004A/en
Publication of JP2001053004A publication Critical patent/JP2001053004A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily form a crystal silicon film with a large crystal particle diameter on an inexpensive substrate by irradiating an amorphous silicon film where a silicon crystal particle is dispersed with an electromagnetic wave of a specific wavelength and by converting the amorphous silicon film to the crystal silicon film. SOLUTION: A silicon film is formed on a substrate 6. In the silicon film, an extremely small amount of silicon crystal particles 3 is dispersed in the region of amorphous silicon 4. Then, an electromagnetic wave 1 with wavelength of at least approximately 730 nm is applied to the silicon film, and the silicon film is crystallized again for forming the crystal silicon film, thus forming a crystal silicon film and hence increasing the temperature of the region of the amorphous silicon 4 near the crystal particle 3 by irradiating the electromagnetic wave 1, and hence crystallizing the region of the amorphous silicon 4 near the crystal particle 3 from the interface of the crystal particle 3 by thermal energy again. In this case of a recrystallization process, a small amount of the crystal particles 3 grow as a nucleus, and the region of the amorphous silicon 4 finally disappears.

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】本発明は結晶シリコン膜の形
成方法および太陽電池の製造方法に関する。さらに詳し
くは、本発明は、太陽電池に使用した場合、良好な光電
変換効率を与える結晶シリコン膜の形成方法に関する。
The present invention relates to a method for forming a crystalline silicon film and a method for manufacturing a solar cell. More specifically, the present invention relates to a method for forming a crystalline silicon film that gives good photoelectric conversion efficiency when used in a solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、シリコンを光電変換層形成用の半
導体材料として用いた太陽電池が知られている。太陽電
池には、単結晶もしくは多結晶ウェハーにpn接合を形
成したもの、基板上にアモルファスシリコン膜を堆積さ
せてpin接合を形成したものが知られている。これら
太陽電池の内、光エネルギーを電気エネルギーに変換す
る効率の点からは、単結晶もしくは多結晶シリコンウェ
ハーを用いた太陽電池(以下、結晶シリコンウェハー太
陽電池と称する)が好ましい。一方、大面積化・プロセ
ス低温化・低コスト化の点からは、アモルファスシリコ
ン膜を安価な基板上に堆積させた太陽電池(以下、アモ
ルファスシリコン膜太陽電池と称する)の方が好まし
い。
2. Description of the Related Art Conventionally, solar cells using silicon as a semiconductor material for forming a photoelectric conversion layer have been known. 2. Description of the Related Art There are known solar cells in which a pn junction is formed on a single-crystal or polycrystalline wafer, and in which a pin junction is formed by depositing an amorphous silicon film on a substrate. Among these solar cells, a solar cell using a single crystal or polycrystalline silicon wafer (hereinafter, referred to as a crystalline silicon wafer solar cell) is preferable from the viewpoint of converting light energy into electric energy. On the other hand, a solar cell in which an amorphous silicon film is deposited on an inexpensive substrate (hereinafter, referred to as an amorphous silicon film solar cell) is preferable from the viewpoint of increasing the area, reducing the process temperature, and reducing the cost.

【0003】しかし、アモルファスシリコン膜太陽電池
は、光照射によって光電変換効率が製造初期から著しく
劣化するという欠点がある。この欠陥はStaeble
r−Wronski効果と呼ばれる光誘起欠陥のために
生じることが分かっているが、長年の精力的な研究にも
かかわらず未だ解決されていない。かかる事情に加え
て、アモルファスシリコンの光学吸収端は約1.7eV
と高く、近赤外光を電気エネルギーの変換に利用できな
いことも、結晶シリコンウェハー太陽電池に比べると光
電変換効率が低い理由である。そこで近年、アモルファ
スシリコン膜太陽電池と同程度に大面積で、結晶シリコ
ンウェハー太陽電池と同程度に高い光電変換効率の太陽
電池を得ることを目的として、結晶シリコン膜を基板上
に堆積させた太陽電池(以下、結晶シリコン膜太陽電池
と称する)が検討されている。
However, the amorphous silicon film solar cell has a disadvantage that the photoelectric conversion efficiency is remarkably deteriorated from the early stage of production due to light irradiation. This defect is Stable
It has been found to occur due to a light-induced defect called the r-Wronski effect, but it has not been resolved despite years of intensive research. In addition, the optical absorption edge of amorphous silicon is about 1.7 eV.
The fact that near-infrared light cannot be used to convert electric energy is also a reason for the lower photoelectric conversion efficiency compared to crystalline silicon wafer solar cells. Therefore, in recent years, a solar cell having a crystalline silicon film deposited on a substrate for the purpose of obtaining a solar cell having a large area similar to that of an amorphous silicon film solar cell and a photoelectric conversion efficiency as high as that of a crystalline silicon wafer solar cell has been developed. A battery (hereinafter, referred to as a crystalline silicon film solar cell) is being studied.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】多結晶シリコンウェハ
ーと比較して、結晶シリコン膜は小さな結晶粒を多数含
んでいる。そのため、結晶粒界に局在すると考えられる
未結合手や不純物等が自由キャリア輸送を妨げる散乱体
として働く。さらに、結晶粒表面やアモルファス領域中
に存在するダングリングボンドが再結合中心として働
く。これらの働きにより光生成キャリアの収集効率が低
下する。したがって、高効率な結晶シリコン膜太陽電池
を作製するためには個々の結晶粒の大型化が重要であ
る。以下、膜中に含まれる個々の結晶粒の平均的な大き
さを結晶粒径と呼ぶことにする。
As compared with a polycrystalline silicon wafer, a crystalline silicon film contains many small crystal grains. Therefore, dangling bonds, impurities, and the like, which are considered to be localized at crystal grain boundaries, function as scatterers that hinder free carrier transport. Further, dangling bonds existing on the crystal grain surface and in the amorphous region function as recombination centers. Due to these actions, the collection efficiency of the photogenerated carriers is reduced. Therefore, in order to manufacture a highly efficient crystalline silicon film solar cell, it is important to increase the size of individual crystal grains. Hereinafter, the average size of the individual crystal grains contained in the film will be referred to as a crystal grain size.

【0005】結晶シリコン膜の製造方法としては、以下
に挙げる方法が知られている。 (1)SiH4やSi26等のシリコン膜製造用ガス
を、低圧下、高温基板表面で熱分解させて、結晶シリコ
ン膜を堆積させる方法(LPCVD法)。この方法では
基板温度を600℃以上にしなければならないため、青
板ガラスのような安価な基板を用いることができず、低
コスト化を図ることが難しい。また、得られる結晶粒径
は数百nm程度である。
The following methods are known as methods for producing a crystalline silicon film. (1) A method for thermally decomposing a silicon film production gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 under a low pressure on a high-temperature substrate surface to deposit a crystalline silicon film (LPCVD method). In this method, since the substrate temperature must be 600 ° C. or higher, an inexpensive substrate such as blue plate glass cannot be used, and it is difficult to reduce the cost. The crystal grain size obtained is about several hundred nm.

【0006】(2)CVD法の内、高周波電力を用いる
方法(PECVD法)、マイクロ波を用いる方法(μ波
PECVD法、ECRPECVD法)、紫外光を用いる
方法(光CVD法)、金属触媒に加えた熱を用いる方法
(触媒CVD法)等の方法において、外部より与えられ
るエネルギーによって水素もしくは希ガスで希釈された
SiH4やSi26等のシリコン膜製造用ガスを気相中
で分解して前駆体を発生させ、前駆体を基板に堆積させ
ることにより、結晶シリコン膜を形成する方法。
(2) Among the CVD methods, a method using high-frequency power (PECVD method), a method using microwaves (μ-wave PECVD method, ECRPECVD method), a method using ultraviolet light (photo CVD method), and a metal catalyst. In a method such as a method using applied heat (catalytic CVD method), a silicon film manufacturing gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 diluted with hydrogen or a rare gas by an externally applied energy is decomposed in a gas phase. Forming a crystalline silicon film by generating a precursor and depositing the precursor on a substrate.

【0007】この方法では基板温度を550℃以下にで
きるため、青板ガラスのような安価な基板を用いること
ができる。しかし、得られる結晶シリコン膜の結晶粒径
は数十nm程度で非常に小さい。また、結晶領域とアモ
ルファス領域が混在するため、得られた結晶シリコン膜
の自由キャリアの輸送特性は非常に悪い。
In this method, the substrate temperature can be reduced to 550 ° C. or less, so that an inexpensive substrate such as blue plate glass can be used. However, the crystal grain size of the obtained crystalline silicon film is very small, about several tens of nm. Further, since the crystalline region and the amorphous region are mixed, the transport characteristics of free carriers of the obtained crystalline silicon film are very poor.

【0008】(3)上記(1)または(2)の方法等を
用いて堆積したアモルファスまたは多結晶シリコン膜に
レーザー光を照射し、瞬間的に溶融再結晶化することに
よってアモルファスシリコンを結晶化し結晶粒径を大き
くする方法(レーザーアニール法)。この方法では通
常、エキシマレーザー装置で発生させたライン状のパル
スレーザー光を基板面方向に走査することによって、大
面積の結晶シリコン膜を得ることができる。しかし、エ
キシマレーザー装置による安定した溶融再結晶化は現状
難しく、プロセスコストも高い。また、得られた結晶粒
径は、膜面方向で数μm程度である。しかし、レーザー
光のエネルギーは膜厚方向にせいぜい数十nmまでしか
到達しないため、この範囲でしか再結晶化できない。し
たがって、1〜数ミクロンの厚さの光電変換層を必要と
する結晶シリコン膜太陽電池には不向きである。
(3) Amorphous silicon is crystallized by irradiating a laser beam to the amorphous or polycrystalline silicon film deposited by the above method (1) or (2) and melting and recrystallizing instantaneously. A method of increasing the crystal grain size (laser annealing method). In this method, a crystalline silicon film having a large area can be generally obtained by scanning a linear pulsed laser beam generated by an excimer laser device in a substrate surface direction. However, stable melting and recrystallization using an excimer laser device is currently difficult, and the process cost is high. The obtained crystal grain size is about several μm in the film surface direction. However, since the energy of the laser beam reaches at most several tens of nm in the film thickness direction, recrystallization can be performed only in this range. Therefore, it is not suitable for a crystalline silicon film solar cell requiring a photoelectric conversion layer having a thickness of 1 to several microns.

【0009】(4)上記(1)または(2)の方法等を
用いて堆積したアモルファス膜または、結晶粒とアモル
ファス成分が混在するシリコン膜を融解しない程度の温
度に基板と共に加熱して、アモルファス成分を再結晶化
する方法(固相成長法)。この方法では、膜中のアモル
ファス領域において結晶核が膜中のいたるところで発生
するため、結晶核密度が高くなりすぎる。そのため、得
られる結晶シリコン膜の結晶粒径は数百nm程度であ
る。
(4) The amorphous film deposited by the above method (1) or (2) or a silicon film containing a mixture of crystal grains and amorphous components is heated together with the substrate to a temperature at which the amorphous film is not melted. A method of recrystallizing components (solid phase growth method). In this method, crystal nuclei are generated everywhere in the film in the amorphous region in the film, so that the crystal nucleus density becomes too high. Therefore, the crystal grain size of the obtained crystalline silicon film is about several hundred nm.

【0010】上記方法に類似する方法として、n型シリ
コン膜とi型アモルファスシリコン膜を積層後に加熱す
る方法(T.Matsuyama,et al.,Pr
oceeding of Mat.Res.Soc.Sy
mp.Proc.,283(1993)727.)や、
200℃から600℃まで100℃ステップで室温との
間を昇降温する方法(R.Ruther,et a
l.,Thin SolidFilms,310(19
97)67.)が提案され、数ミクロン程度の大きな結
晶粒径が得られている。しかし、いずれの方法も結晶化
処理時間が数時間と非常に長く、実用的ではない。
As a method similar to the above method, a method of heating after laminating an n-type silicon film and an i-type amorphous silicon film (T. Matsuyama, et al., Pr.
received of Mat. Res. Soc. Sy
mp. Proc. , 283 (1993) 727. )
A method of raising and lowering the temperature from 200 ° C. to 600 ° C. in steps of 100 ° C. from room temperature (R. Ruther, et a
l. , Thin Solid Films, 310 (19)
97) 67. ) Has been proposed, and a large crystal grain size of about several microns has been obtained. However, any of these methods is not practical because the crystallization processing time is very long, which is several hours.

【0011】(5)上記(1)または(2)の方法等を
用いて堆積したアモルファスシリコン膜とNiやAl等
の触媒金属層を積層し、加熱することでアモルファスシ
リコン膜を再結晶化する方法(金属元素誘起結晶化
法)。上記(4)と比べると、この方法では再結晶化温
度の550℃までの低温化が可能である。しかし、触媒
金属が結晶シリコン膜中に取り込まれるため、太陽電池
の光電変換効率が下がる。また、触媒金属層を面内でパ
ターニングし、横方向に再結晶化することで、結晶シリ
コン膜中へ取り込まれる金属濃度は低減可能である。し
かし、シリコン膜全面に触媒金属層を積層した場合に比
べると再結晶化時間が著しく長くなる。
(5) An amorphous silicon film deposited by the above method (1) or (2) and a catalytic metal layer such as Ni or Al are laminated and heated to recrystallize the amorphous silicon film. Method (metal element induced crystallization method). Compared with the above (4), this method can lower the recrystallization temperature to 550 ° C. However, since the catalytic metal is incorporated into the crystalline silicon film, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell decreases. In addition, by patterning the catalyst metal layer in-plane and recrystallizing it in the lateral direction, the concentration of metal taken into the crystalline silicon film can be reduced. However, the recrystallization time is significantly longer than when a catalytic metal layer is laminated on the entire surface of the silicon film.

【0012】(6) 上記(1)または(2)の方法等
を用いて堆積したアモルファスシリコン膜にランプ光を
照射し、膜の光吸収の結果生じた熱エネルギーを用いて
再結晶化する方法(高速ランプアニール法)。上記
(4)固相成長法と異なり、この方法では加熱原理とし
てアモルファスシリコン膜の光吸収を用いている。その
ため、ランプ光を吸収しない透明基板や光の反射率の高
い金属基板を直接加熱せずに、アモルファスシリコン膜
のみを加熱できる。そのため、ガラス等の安価な基板を
用いることが可能である。また、装置構成も簡単で低コ
ストであり、上記(3)のレーザーアニール法と比べて
プロセスコストも安価である。さらに、再結晶化に必要
な時間も数十秒から数分と短い。
(6) A method of irradiating a lamp light to an amorphous silicon film deposited by the method (1) or (2) or the like and recrystallizing the film by using thermal energy generated as a result of light absorption of the film. (High-speed lamp annealing method). Unlike the above (4) solid phase growth method, this method uses light absorption of an amorphous silicon film as a heating principle. Therefore, only the amorphous silicon film can be heated without directly heating a transparent substrate that does not absorb lamp light or a metal substrate having high light reflectance. Therefore, an inexpensive substrate such as glass can be used. Further, the apparatus configuration is simple and low cost, and the process cost is lower than that of the laser annealing method (3). Further, the time required for recrystallization is as short as tens of seconds to several minutes.

【0013】この方法を利用した結晶化製膜技術は、具
体的には、特開平6−140325号公報に開示されて
いる。この公報によれば、アモルファスカーボン膜のラ
ンプ光に対する光吸収係数の大きさを利用して、ガラス
基板とシリコン膜の間に挿入したアモルファスカーボン
膜を加熱し、大きな結晶粒径の多結晶シリコン膜を得る
ことが記載されている。しかし、上記(4)の方法と同
様、この方法は、結晶核発生がアモルファスシリコン膜
中のいたるところで起こるため結晶核密度が高くなりす
ぎ、得られる結晶シリコン膜の結晶粒径は数百nm程度
と小さい。本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、安価
な基板の上に容易に大きな結晶粒径の結晶シリコン膜を
形成する方法、および高い光電変換効率の太陽電池を製
造する方法を提供することにある。
A crystallization film forming technique utilizing this method is specifically disclosed in JP-A-6-140325. According to this publication, the amorphous carbon film inserted between the glass substrate and the silicon film is heated by utilizing the magnitude of the light absorption coefficient of the amorphous carbon film with respect to the lamp light, and the polycrystalline silicon film having a large crystal grain size is obtained. Is described. However, similar to the above method (4), in this method, since crystal nuclei occur everywhere in the amorphous silicon film, the crystal nucleus density becomes too high, and the crystal grain size of the obtained crystalline silicon film is about several hundred nm. And small. In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method for easily forming a crystalline silicon film having a large crystal grain size on an inexpensive substrate and a method for manufacturing a solar cell having high photoelectric conversion efficiency. It is in.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、基板上にシリコン結晶粒が分散したアモルファスシ
リコン膜を形成した後、該アモルファスシリコン膜に7
30nm以上の波長の電磁波を照射して、シリコン結晶
粒を核として結晶を成長させることによりアモルファス
シリコン膜を結晶シリコン膜に変換することからなる結
晶シリコン膜の形成方法が提供される。さらに、本発明
によれば、基板上に、第1の導電型のシリコン膜、実質
的に真性な結晶シリコン膜および第2の導電型のシリコ
ン膜をこの順で備えた太陽電池の製造方法であって、少
なくとも結晶シリコン膜が上記方法により形成されるこ
とからなる太陽電池の製造方法が提供される。
Thus, according to the present invention, after forming an amorphous silicon film in which silicon crystal grains are dispersed on a substrate, the amorphous silicon film is formed on the substrate.
There is provided a method for forming a crystalline silicon film, which comprises converting an amorphous silicon film into a crystalline silicon film by irradiating an electromagnetic wave having a wavelength of 30 nm or more and growing a crystal with silicon crystal grains as nuclei. Further, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a solar cell comprising a first conductive type silicon film, a substantially intrinsic crystalline silicon film and a second conductive type silicon film on a substrate in this order. Further, there is provided a method for manufacturing a solar cell, comprising at least a crystalline silicon film formed by the above method.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】まず、本発明においては、基板上
に形成した結晶シリコン膜の結晶粒径を大きくするため
に次の方法を取っている。すなわち、まず、基板上に形
成するシリコン膜の構造を、アモルファスシリコン領域
中に微小なシリコン結晶粒が分散されたもの(言い換え
れば、アモルファス領域に複数の結晶領域の混在したも
の)を使用することが好ましい。結晶粒の平均粒径は1
nm以上の範囲であることが好ましい。平均粒径が1n
mより小さい場合、サイズ効果により微小結晶粒の吸収
係数が730nm以上の光に対して小さくなってしまう
ので好ましくない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, in the present invention, the following method is employed to increase the crystal grain size of a crystalline silicon film formed on a substrate. That is, first, the structure of a silicon film formed on a substrate is to use a structure in which fine silicon crystal grains are dispersed in an amorphous silicon region (in other words, a structure in which a plurality of crystal regions are mixed in an amorphous region). Is preferred. The average grain size is 1
It is preferably in the range of at least nm. Average particle size is 1n
When the diameter is smaller than m, the absorption coefficient of the fine crystal grains becomes smaller for light having a wavelength of 730 nm or more due to the size effect, which is not preferable.

【0016】上記のようなアモルファス領域に複数の結
晶粒が混在した構造のシリコン膜は、例えば容量結合型
平行平板プラズマCVD法によって形成することができ
る。このCVD法には、SiH4、Si26、SiHx
4-x(x=0〜3)、SiHx4-x(x=0〜3)等
のシリコン膜製造用ガスを、必要に応じて、水素、ヘリ
ウム、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガスで希釈
した原料ガスを使用することができる。また、製膜条件
(シリコン膜製造用ガスの含有割合、反応温度、反応室
圧力、RF周波数、RFパワー密度等)を適宜設定する
ことにより、シリコン結晶粒の結晶粒径や、アモルファ
ス領域と結晶粒との体積比を変化させることが可能であ
る。
The silicon film having a structure in which a plurality of crystal grains are mixed in the amorphous region as described above can be formed by, for example, a capacitively coupled parallel plate plasma CVD method. This CVD method includes SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH x C
A gas for producing a silicon film, such as l 4-x (x = 0 to 3) or SiH x F 4-x (x = 0 to 3), may be replaced with hydrogen, helium, argon, krypton, xenon, or the like, if necessary. A source gas diluted with a gas can be used. Also, by appropriately setting the film forming conditions (content ratio of silicon film production gas, reaction temperature, reaction chamber pressure, RF frequency, RF power density, etc.), the crystal grain size of silicon crystal grains, the amorphous region and the It is possible to change the volume ratio with the grains.

【0017】シリコン膜は、i型だけでなく、p型やn
型の導電形を有していてもよい。シリコン膜をn型とす
る場合には、O、N、P、As等をそのまままたは化合
物の形態で含む原料ガスが、p型とする場合には、B、
Al等をそのまままたは化合物の形態で含むガスを、上
記原料とともに使用すればよい。
The silicon film is not only an i-type, but also a p-type and an n-type.
It may have a conductive type. When the silicon film is n-type, the source gas containing O, N, P, As, etc. as such or in the form of a compound is p-type.
A gas containing Al or the like as it is or in the form of a compound may be used together with the above raw materials.

【0018】次に、このシリコン膜に730nm以上の
波長の電磁波を照射することによってシリコン膜を再結
晶化させて結晶シリコン膜を形成する。電磁波の波長
は、730〜1130nmの範囲であることがより好ま
しい。電磁波の発生源は、例えばハロゲンランプ、赤外
線ランプ等が用いられる。電磁波は730nm以下の波
長の透過率がほぼ0%となるようなフィルターを通し
て、シリコン膜に照射することが好ましい。電磁波の強
度スペクトルは図2(a)に示す通りであるが、フィル
ターを通すことにより、図2(b)に示すような最適な
スペクトルに加工することができる。
Next, the silicon film is recrystallized by irradiating the silicon film with an electromagnetic wave having a wavelength of 730 nm or more to form a crystalline silicon film. The wavelength of the electromagnetic wave is more preferably in the range of 730 to 1130 nm. As a source of the electromagnetic wave, for example, a halogen lamp, an infrared lamp, or the like is used. It is preferable that the silicon film be irradiated with the electromagnetic wave through a filter having a transmittance of a wavelength of 730 nm or less that is almost 0%. The intensity spectrum of the electromagnetic wave is as shown in FIG. 2 (a), but by passing through a filter, it can be processed into an optimum spectrum as shown in FIG. 2 (b).

【0019】また、再結晶化処理が行われる気相雰囲気
中に酸素、水、一酸化炭素等の不純物があると、不純物
がシリコン膜表面から中に混入して結晶界面で化学結合
する。このような不純物は結晶シリコン膜の自由キャリ
アの輸送特性を下げる原因になる。そこで、不純物の混
入を最小限に抑えるために、照射は、高真空雰囲気(例
えば、1Torr以下)、水素、窒素や、ヘリウム、ア
ルゴン、クリプトン、キセノン等の希ガスのようなシリ
コンに対して不活性なガスの雰囲気下で行うことが好ま
しい。
Further, when impurities such as oxygen, water, and carbon monoxide are present in the gas phase atmosphere in which the recrystallization treatment is performed, the impurities are mixed into the silicon film from the surface and chemically bonded at the crystal interface. Such impurities cause a reduction in free carrier transport characteristics of the crystalline silicon film. Therefore, in order to minimize the contamination of impurities, irradiation is not performed on silicon such as a high vacuum atmosphere (for example, 1 Torr or less) and rare gases such as hydrogen, nitrogen, helium, argon, krypton, and xenon. It is preferable to perform the reaction in an atmosphere of an active gas.

【0020】シリコン膜への電磁波照射は連続的に行っ
てもよいが、結晶粒とアモルファス領域の温度差をより
容易に保持するために、照射強度を時間的に変化させて
もよい。具体的には、例えば照射強度を強めたり弱めた
り、周期的または非周期的に変化させる方法が挙げられ
る。
The silicon film may be irradiated with electromagnetic waves continuously, but the irradiation intensity may be changed with time in order to more easily maintain the temperature difference between the crystal grains and the amorphous region. Specifically, for example, there is a method of increasing or decreasing the irradiation intensity, or changing the irradiation intensity periodically or aperiodically.

【0021】すなわち、基板がガラスのような熱伝導率
の悪い材質でできていた場合、電磁波照射によってアモ
ルファス領域に発生した熱や結晶粒から流入してきた熱
が基板へ流れていく速度が小さくなる。そのため、アモ
ルファス領域の温度が再結晶化温度以上に上昇してしま
い、アモルファス領域中に新たな結晶核が発生する場合
がある。これを防ぐために電磁波強度を下げると、結晶
粒との温度差が小さくなり、結晶成長速度も遅くなる。
また、電磁波の照射波長領域を最適化することにより、
新たな結晶核の発生を防ぐことはできるが、最適化のた
めには、フィルターを交換したり、条件を検討する労力
が大くなるという不利益がある。また、電磁波発生のた
めの消費電力を最小限に抑えて低コスト化を図るには、
照射波長領域をなるべく広くする方がよい。したがっ
て、照射強度を時間的に変化させることにより、再結晶
化の条件を最適にすることができる。
That is, when the substrate is made of a material having a poor thermal conductivity such as glass, the speed at which heat generated in the amorphous region by electromagnetic wave irradiation or heat flowing in from the crystal grains flows to the substrate is reduced. . Therefore, the temperature of the amorphous region may rise to a temperature higher than the recrystallization temperature, and a new crystal nucleus may be generated in the amorphous region. If the electromagnetic wave intensity is reduced to prevent this, the temperature difference from the crystal grains is reduced, and the crystal growth rate is also reduced.
In addition, by optimizing the irradiation wavelength range of electromagnetic waves,
Although the generation of new crystal nuclei can be prevented, there is a disadvantage that, for optimization, the labor for replacing filters and examining the conditions is increased. In addition, to minimize power consumption for generating electromagnetic waves and reduce costs,
It is better to make the irradiation wavelength range as wide as possible. Therefore, the recrystallization conditions can be optimized by changing the irradiation intensity with time.

【0022】再結晶化する前のシリコン膜を上記のよう
なアモルファス領域に複数の結晶粒が混在した構造と
し、その後730nm以上の波長の電磁波を照射するこ
とによって再結晶化させるのは以下の理由からである。
まず、図3に示すように、結晶シリコンとアモルファス
シリコンは電磁波の吸収係数が異なる。ここで、730
nmの波長は1.7eVのエネルギーに相当する。1.
7eVより高エネルギーの電磁波に対する吸収係数は、
アモルファスシリコンの方が高く、逆に1.7eVより
低エネルギーの電磁波に対する吸収係数は、結晶シリコ
ンの方が高い。
The silicon film before recrystallization has a structure in which a plurality of crystal grains are mixed in the above-described amorphous region, and then is recrystallized by irradiating an electromagnetic wave having a wavelength of 730 nm or more for the following reasons. Because.
First, as shown in FIG. 3, crystalline silicon and amorphous silicon have different electromagnetic wave absorption coefficients. Where 730
A wavelength of nm corresponds to an energy of 1.7 eV. 1.
The absorption coefficient for electromagnetic waves with energy higher than 7 eV is
Amorphous silicon is higher, and conversely, crystalline silicon has a higher absorption coefficient for electromagnetic waves of energy lower than 1.7 eV.

【0023】したがって、アモルファス領域に複数の結
晶粒が混在した膜に1.7eVより低エネルギーの電磁
波(730nm以上の波長の電磁波)を照射した場合
は、結晶粒の方が周囲のアモルファス領域よりわずかに
高い温度となる。結晶粒とアモルファス領域は密接して
いるため、結晶粒からアモルファス領域に熱流が発生
し、結晶粒近傍のアモルファス領域の温度が上昇する。
Therefore, when a film in which a plurality of crystal grains are mixed in the amorphous region is irradiated with an electromagnetic wave having an energy lower than 1.7 eV (electromagnetic wave having a wavelength of 730 nm or more), the crystal grains are slightly smaller than the surrounding amorphous region. High temperature. Since the crystal grains and the amorphous region are in close contact with each other, a heat flow is generated from the crystal particles to the amorphous region, and the temperature of the amorphous region near the crystal grains increases.

【0024】そのため、アモルファス領域の大部分を再
結晶化温度以下とし、かつ結晶粒の温度をアモルファス
シリコンの再結晶化温度以上に保つことができるので、
結晶粒近傍のアモルファス領域が熱エネルギーによって
結晶粒界面から再結晶化する。このときの再結晶過程
は、電磁波照射前から分散していた微小な結晶粒を核と
して成長する。また、大部分のアモルファス領域は、再
結晶化温度以下のため、アモルファス領域中に新たな結
晶核は発生しない。
Therefore, most of the amorphous region can be kept at a temperature lower than the recrystallization temperature and the temperature of the crystal grains can be kept at a temperature higher than the recrystallization temperature of the amorphous silicon.
The amorphous region near the crystal grain is recrystallized from the crystal grain interface by thermal energy. The recrystallization process at this time grows with fine crystal grains dispersed before the electromagnetic wave irradiation as nuclei. In addition, since most of the amorphous regions are lower than the recrystallization temperature, no new crystal nuclei are generated in the amorphous regions.

【0025】したがって、電磁波照射前から分散してい
た微小な結晶粒のみを核とした結晶成長が進行し、最後
には、アモルファス領域は消失して大きな径の結晶粒か
ら構成される結晶シリコン膜が得られる。また、電磁波
の照射時に、シリコン膜と基板との間にも熱流が発生す
る。シリコン膜への電磁波照射だけが熱エネルギーの供
給源で、かつ照射された電磁波が基板に吸収されない場
合、高速ランプアニール法と同様、まずシリコン膜だけ
が加熱され、シリコン膜から基板への熱流が生じる。こ
の熱流は、アモルファス領域に発生したわずかな熱を基
板へ逃がす役割を果たすので、アモルファス領域の温度
がアモルファスシリコンの再結晶化温度以上に上昇する
のを食い止めることができる。しかし、この熱流は、結
晶粒近傍のアモルファスシリコンの再結晶化に必要な熱
エネルギーを基板に流す役割も果たす。そのため所望の
再結晶化が進行しない場合がある。したがって、再結晶
化条件の最適化のために、図1に示すように、電磁波照
射側と基板6を挟んで相対する位置にヒーター7等の熱
源を設置し、電磁波照射時に補助的に基板を加熱しても
よい。
Therefore, the crystal growth proceeds with only the fine crystal grains dispersed before the electromagnetic wave irradiation as nuclei, and finally, the amorphous region disappears and the crystalline silicon film composed of the crystal grains having a large diameter. Is obtained. In addition, heat is generated between the silicon film and the substrate when the electromagnetic wave is irradiated. When only the electromagnetic wave irradiation on the silicon film is the source of thermal energy and the irradiated electromagnetic wave is not absorbed by the substrate, only the silicon film is heated first, as in the high-speed lamp annealing method, and the heat flow from the silicon film to the substrate is reduced. Occurs. Since this heat flow plays a role in releasing a small amount of heat generated in the amorphous region to the substrate, it is possible to prevent the temperature of the amorphous region from rising above the recrystallization temperature of amorphous silicon. However, this heat flow also plays a role of flowing heat energy necessary for recrystallization of amorphous silicon near crystal grains to the substrate. Therefore, the desired recrystallization may not proceed. Therefore, in order to optimize the recrystallization conditions, as shown in FIG. 1, a heat source such as a heater 7 is installed at a position opposite to the electromagnetic wave irradiation side with the substrate 6 interposed therebetween, and the substrate is assisted at the time of electromagnetic wave irradiation. It may be heated.

【0026】上記結晶シリコン膜の形成方法は、シリコ
ン膜太陽電池の光電変換層の形成に使用することができ
る。シリコン膜太陽電池のシリコン膜は、通常p−i−
n接合を備えており、該膜は第1導電型のシリコン膜−
i型のシリコン膜−第2導電型のシリコン膜から構成さ
れている。ここで、第1導電型とはpまたはn型を意味
し、第2導電型は第1導電型がp型のときn型、n型の
ときp型を意味する。具体的には、シリコン膜太陽電池
のシリコン膜は、p−i−n層またはn−i−p層の順
番に製膜された構成を有している。ここでi層は、実質
的に真性な半導体層であり、かつ光電変換層として機能
し、このi層の形成に上記シリコン膜の形成方法を好適
に適用することができる。
The above method for forming a crystalline silicon film can be used for forming a photoelectric conversion layer of a silicon film solar cell. Silicon film The silicon film of a solar cell is usually a p-i-
an n-junction, and the film is a silicon film of a first conductivity type.
An i-type silicon film—a second conductivity type silicon film. Here, the first conductivity type means p or n-type, and the second conductivity type means n-type when the first conductivity type is p-type, and p-type when it is n-type. Specifically, the silicon film of the silicon film solar cell has a configuration in which a pin layer or an nip layer is formed in this order. Here, the i-layer is a substantially intrinsic semiconductor layer and functions as a photoelectric conversion layer, and the method for forming a silicon film can be suitably applied to the formation of the i-layer.

【0027】また、本発明の結晶シリコン膜の形成方法
を用いて太陽電池のi層を形成するとき、p/i(また
はn/i)層まで堆積してから再結晶化処理(電磁波の
照射)を行い、その後にn(またはp)層を堆積するこ
とが望ましい。
When an i-layer of a solar cell is formed by using the method for forming a crystalline silicon film of the present invention, a p-i (or n / i) layer is deposited and then recrystallized (irradiation of electromagnetic waves). ), And then depositing an n (or p) layer.

【0028】ここで、3層とも堆積した後に再結晶化処
理を行った場合、再結晶化による熱エネルギーによって
n型ドーパントとp型ドーパントの両方がi層中に拡散
し、接合特性が悪くなるため、太陽電池の光電変換効率
が低下する恐れがある。ところが、2層堆積後に再結晶
化処理を行った場合、i層中に拡散するドーパントはn
(またはp)型のもののみであり、その濃度は光電変換
効率に悪影響を与えない程度に低い濃度にできる。ま
た、3層目であるp(またはn)層を、例えば容量結合
型平行平板プラズマCVD法のような方法で低温形成す
れば、p(またはn)型ドーパントのi層中への拡散は
最小限に抑制できる。
Here, when the recrystallization treatment is performed after all the three layers are deposited, both the n-type dopant and the p-type dopant diffuse into the i-layer due to the thermal energy due to the recrystallization, and the junction characteristics are deteriorated. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the solar cell may be reduced. However, when the recrystallization treatment is performed after the two-layer deposition, the dopant diffusing into the i-layer is n
(Or p) type only, and the concentration can be made low enough not to adversely affect the photoelectric conversion efficiency. If the third p (or n) layer is formed at a low temperature by, for example, a capacitively coupled parallel plate plasma CVD method, diffusion of the p (or n) dopant into the i-layer is minimized. Can be minimized.

【0029】本発明の方法を使用することができる太陽
電池の具体的な構造を図4に示す。図4の太陽電池は、
透明ガラス基板のような基板10上に、透明導電膜1
1、p型シリコン膜(p層)12、i型結晶シリコン膜
(i層)13、n型シリコン膜(n層)14、透明導電
膜15および電極16がこの順で積層された構造を有し
ている。この太陽電池は以下のように製造することがで
きる。
FIG. 4 shows a specific structure of a solar cell in which the method of the present invention can be used. The solar cell of FIG.
A transparent conductive film 1 is placed on a substrate 10 such as a transparent glass substrate.
1, a p-type silicon film (p-layer) 12, an i-type crystalline silicon film (i-layer) 13, an n-type silicon film (n-layer) 14, a transparent conductive film 15, and an electrode 16 are laminated in this order. are doing. This solar cell can be manufactured as follows.

【0030】 (工程A)基板10上に透明導電膜11を形成する。 (工程B)前記透明導電膜11上にp型シリコン膜12
を形成する。 (工程C)前記p型シリコン膜12上に、アモルファス
シリコン相中に微小なシリコン結晶粒を分散させたi型
シリコン膜を形成する。 (工程D)730nm以上の長波長成分のみを含む電磁
波を前記i型シリコン膜に照射して結晶シリコン膜13
を形成する。 (工程E)前記結晶シリコン膜13上にn型シリコン膜
14を形成する。 (工程F)前記n型シリコン膜14上に透明導電膜15
および電極16をこの順で形成する。
(Step A) The transparent conductive film 11 is formed on the substrate 10. (Step B) p-type silicon film 12 on the transparent conductive film 11
To form (Step C) On the p-type silicon film 12, an i-type silicon film in which fine silicon crystal grains are dispersed in an amorphous silicon phase is formed. (Step D) The crystalline silicon film 13 is irradiated by irradiating the i-type silicon film with an electromagnetic wave containing only a long wavelength component of 730 nm or more.
To form (Step E) An n-type silicon film 14 is formed on the crystalline silicon film 13. (Step F) A transparent conductive film 15 is formed on the n-type silicon film 14.
And the electrodes 16 are formed in this order.

【0031】工程Aにおける基板上に堆積された透明導
電膜は、ITO、ZnO、SnO2等の材料からなって
いてもよい。この透明導電膜を堆積させる方法として
は、例えば、熱CVD法、スパッタ法、蒸着法等が挙げ
られる。また、透明導電膜の厚さは1μm程度が適当で
ある。
The transparent conductive film deposited on the substrate in step A may be made of a material such as ITO, ZnO, SnO 2 or the like. As a method for depositing the transparent conductive film, for example, a thermal CVD method, a sputtering method, an evaporation method, and the like can be given. The thickness of the transparent conductive film is suitably about 1 μm.

【0032】また透明導電膜の表面は100〜1000
Å程度の高さの凹凸があることが望ましい。なぜなら
ば、このような凹凸表面上に形成された太陽電池に入射
した光は、凹凸界面を通過することにより、シリコン層
内に斜め入射する。そのため光路長が長くなり、光電変
換層であるi型シリコン層での光の吸収率が向上する。
その結果、短絡電流値を向上させることができるからで
ある。
The surface of the transparent conductive film is 100 to 1000
It is desirable to have irregularities of about Å height. This is because light incident on the solar cell formed on such an uneven surface obliquely enters the silicon layer by passing through the uneven interface. For this reason, the optical path length becomes longer, and the light absorptivity of the i-type silicon layer serving as the photoelectric conversion layer is improved.
As a result, the short-circuit current value can be improved.

【0033】工程Bおよび工程Eにおけるpまたはn型
のシリコン膜の形成方法としては、例えば、スパッタ
法、RFPECVD法等が挙げられる。例えば、RFP
ECVD法を用いてシリコン膜を形成するための原料ガ
スは、SiH4、Si26、SiHxCl4-x(x=0〜
3)、SiHx4-x(x=0〜3)等のシリコン膜製造
用ガスを、必要に応じてH2、He、Ar、Kr、Xe
等のガスで希釈したガスを用いることができる。さら
に、形成時の温度、圧力、高周波電力、原料ガス混合比
等の形成条件を最適化することで、シリコン膜をアモル
ファス相とすることも、結晶・アモルファス混合相とす
ることも可能である。
As a method for forming a p-type or n-type silicon film in the steps B and E, for example, a sputtering method, an RFPECVD method and the like can be mentioned. For example, RFP
Source gases for forming a silicon film using the ECVD method are SiH 4 , Si 2 H 6 , and SiH x Cl 4-x (x = 0 to 0).
3) A gas for producing a silicon film such as SiH x F 4-x (x = 0 to 3) is optionally replaced with H 2 , He, Ar, Kr, or Xe.
A gas diluted with such a gas can be used. Further, by optimizing the forming conditions such as temperature, pressure, high-frequency power, and source gas mixture ratio during the formation, the silicon film can be made into an amorphous phase or a crystalline / amorphous mixed phase.

【0034】pまたはn型のシリコン膜をn型とする場
合には、O、N、P、As等をそのまままたは化合物と
して含むガスが、p型とする場合にはB、Al等を化合
物として含むガスが、上記原料ガスとともに使用され
る。また、pおよびn層は、アモルファス相、結晶とア
モルファスの混合相、結晶相のいずれの相を有していて
もよい。また、pおよびn層は、SiC、SiGe等の
シリコン合金層であってもよい。そのような合金層は、
上記原料ガスにCH4、GeH4、GeF4等のガスを混
合することにより形成することができる。なお、工程C
のi型シリコン膜は、上記結晶シリコン膜の形成方法に
おいて説明した通り形成することができる。
When the p-type or n-type silicon film is n-type, a gas containing O, N, P, As, etc. as such or as a compound is used. The containing gas is used together with the raw material gas. The p and n layers may have any of an amorphous phase, a mixed phase of crystal and amorphous, and a crystalline phase. Further, the p and n layers may be silicon alloy layers such as SiC and SiGe. Such an alloy layer
It can be formed by mixing a gas such as CH 4 , GeH 4 or GeF 4 with the above-mentioned source gas. Step C
Can be formed as described in the method for forming a crystalline silicon film.

【0035】工程Dでは、例えば、図1に示すような構
成の装置を用いる。図1中、1は電磁波、2はフィルタ
ー、3はシリコン結晶粒、4はアモルファス相、5は電
極、6は基板、7はヒーターを示している。照射条件
は、上記結晶シリコン膜の形成方法において説明した通
り行うことができる。なお、図1では照射と同時に、基
板を挟んで上記フィルターと相対する位置に設置される
ヒーターによって、補助的に基板を加熱している。
In the step D, for example, an apparatus having a configuration as shown in FIG. 1 is used. In FIG. 1, 1 indicates an electromagnetic wave, 2 indicates a filter, 3 indicates silicon crystal grains, 4 indicates an amorphous phase, 5 indicates an electrode, 6 indicates a substrate, and 7 indicates a heater. Irradiation conditions can be performed as described in the method for forming a crystalline silicon film. In FIG. 1, at the same time as the irradiation, the substrate is supplementarily heated by a heater installed at a position facing the filter with the substrate interposed therebetween.

【0036】工程Fにおける裏面電極を形成するための
材料としては、アルミニウム、銀等が挙げられる。これ
らの材料は、光の反射率が高く、シリコン層から裏面電
極に到達した入射光を反射して光電変換層に再入射させ
ることで、短絡電流値を向上させることができるため好
ましい。図4では、また、ITO、ZnO、SnO2
からなる透明導電膜が、前記シリコン層と前記裏面電極
との間に積層されている。この透明導電膜は形成しなく
てもよい。但し、この透明導電膜を形成することで、積
層構造の裏面電極の反射率を上げることができるので、
短絡電流値をさらに向上させることができる。なお、金
属膜の形成方法としては蒸着法・スパッタ法が、透明導
電膜の形成方法としては熱CVD法・スパッタ法・蒸着
法が挙げられる。
As a material for forming the back electrode in the step F, aluminum, silver and the like can be mentioned. These materials are preferable because the reflectivity of light is high and the short-circuit current value can be improved by reflecting incident light reaching the back electrode from the silicon layer and re-entering the photoelectric conversion layer. In FIG. 4, a transparent conductive film made of ITO, ZnO, SnO 2 or the like is laminated between the silicon layer and the back electrode. This transparent conductive film need not be formed. However, by forming this transparent conductive film, the reflectance of the back electrode of the laminated structure can be increased.
The short-circuit current value can be further improved. In addition, as a method for forming a metal film, a vapor deposition method / sputter method is used, and as a method for forming a transparent conductive film, a thermal CVD method / sputter method / vapor deposition method is used.

【0037】[0037]

【実施例】以下、本発明による結晶シリコン膜太陽電池
の製造方法を実施例により具体的に説明する。
EXAMPLES The method for manufacturing a crystalline silicon film solar cell according to the present invention will now be described in detail with reference to examples.

【0038】(実施例1)まず、透明ガラス板からなる
基板上に、スパッタ法を用いてZnOからなる透明導電
膜を形成した。透明導電膜の厚さは1μm、表面凹凸高
さはRmax=30nmだった。次に、透明導電膜上
に、RFPECVD法を用いてn型アモルファスシリコ
ン膜を形成した。製膜条件は、基板温度=300℃、反
応室圧力=1Torr、SiH4=100sccm、H2
=200sccm、PH3(H2をベースとして1000
ppmに希釈したもの)=10sccm、RF周波数=
13.56MHz、RFパワー密度=0.2W/c
2、堆積膜厚は250Åとした。
(Example 1) First, a transparent conductive film made of ZnO was formed on a substrate made of a transparent glass plate by sputtering. The thickness of the transparent conductive film was 1 μm, and the height of the surface irregularities was Rmax = 30 nm. Next, an n-type amorphous silicon film was formed on the transparent conductive film using an RFPECVD method. The film forming conditions were as follows: substrate temperature = 300 ° C., reaction chamber pressure = 1 Torr, SiH 4 = 100 sccm, H 2
= 200 sccm, PH 3 (1000 based on H 2)
ppm) = 10 sccm, RF frequency =
13.56 MHz, RF power density = 0.2 W / c
m 2 and the deposited film thickness were 250 °.

【0039】次いで、RFPECVD法を用いてi型シ
リコン膜を形成した。製膜条件は、基板温度=300
℃、反応室圧力=0.2Torr、SiH4=50sc
cm、H2=200sccm、RF周波数=13.56
MHz、RFパワー密度=25mW/cm2、堆積膜厚
=1μmとした。本条件を用いて得られたi型シリコン
膜は、アモルファス相中に微小な結晶粒が分散した構造
を有していた。なお、結晶粒の平均結晶粒径=10n
m、i型シリコン膜中の結晶粒の体積分率=10%だっ
た。
Next, an i-type silicon film was formed by using the RFPECVD method. The film formation conditions were as follows: substrate temperature = 300
° C, reaction chamber pressure = 0.2 Torr, SiH 4 = 50 sc
cm, H 2 = 200 sccm, RF frequency = 13.56
MHz, RF power density = 25 mW / cm 2 , and deposited film thickness = 1 μm. The i-type silicon film obtained under these conditions had a structure in which fine crystal grains were dispersed in an amorphous phase. The average crystal grain size of the crystal grains = 10n
The volume fraction of crystal grains in the m, i-type silicon film was 10%.

【0040】次に、図1に示すように、前記i型シリコ
ン膜に電磁波をフィルターを介して照射して結晶シリコ
ン膜を形成した。電磁波の発生源はハロゲンランプと
し、ランプの点灯・消灯を10秒おきに繰り返した。フ
ィルターには、波長730nm以下の電磁波の透過率0
%、波長730nm以上での電磁波の平均透過率70%
のものを用いた。なお、電磁波入射側と基板を挟んで相
対する位置にヒーターを設置し、補助的に基板を加熱し
た。照射工程は、大気圧窒素雰囲気下で行った。条件
は、電磁波照射強度の最大値=40W/cm2、基板温
度=350℃、窒素流量100L/minとした。
Next, as shown in FIG. 1, the i-type silicon film was irradiated with an electromagnetic wave through a filter to form a crystalline silicon film. The source of electromagnetic waves was a halogen lamp, and the lamp was repeatedly turned on and off every 10 seconds. The filter has a transmittance of 0 to 730 nm or less for electromagnetic waves.
%, Average transmittance of electromagnetic waves at a wavelength of 730 nm or more 70%
Was used. Note that a heater was installed at a position facing the electromagnetic wave incident side with the substrate interposed therebetween, and the substrate was heated supplementarily. The irradiation step was performed under a nitrogen atmosphere at atmospheric pressure. The conditions were as follows: maximum value of electromagnetic wave irradiation intensity = 40 W / cm 2 , substrate temperature = 350 ° C., nitrogen flow rate 100 L / min.

【0041】この結果、結晶シリコン膜中の平均結晶粒
径=2μm、結晶体積分率=100%になった。次に、
RFPECVD法を用いてp型アモルファスシリコン膜
を形成した。形成条件は、基板温度=230℃、反応室
圧力=0.5Torr、SiH4=20sccm、H2
200sccm、B26(1000ppmに希釈したも
の)=2sccm、RF周波数=13.56MHz、R
Fパワー密度=30mW/cm 2、膜厚=200Åとし
た。次に、スパッタ法を用いてZnOからなる透明導電
膜をp型アモルファスシリコン膜上に形成した。透明導
電膜の厚さ=30nmとした。最後に、スパッタ法を用
いて、Ag膜を透明導電膜上に形成した。Ag膜の厚さ
=500nmとした。上記工程により実施例1の太陽電
池を製造することができた。
As a result, the average crystal grain in the crystalline silicon film
The diameter = 2 μm and the crystal volume fraction = 100%. next,
P-type amorphous silicon film using RFPECVD
Was formed. The formation conditions were as follows: substrate temperature = 230 ° C, reaction chamber
Pressure = 0.5 Torr, SiHFour= 20sccm, HTwo=
200sccm, BTwoH6(Also diluted to 1000ppm
) = 2 sccm, RF frequency = 13.56 MHz, R
F power density = 30 mW / cm Two, And film thickness = 200Å
Was. Next, a transparent conductive material made of ZnO was formed by sputtering.
The film was formed on a p-type amorphous silicon film. Transparent
The thickness of the electrolytic film was set to 30 nm. Finally, use the sputtering method
Then, an Ag film was formed on the transparent conductive film. Ag film thickness
= 500 nm. According to the above steps, the solar cell of Example 1
Pond could be manufactured.

【0042】(比較例1)まず、透明ガラス板からなる
基板上に、スパッタ法を用いてZnOからなる透明導電
膜を形成した。透明導電膜の厚さは1μm、表面凹凸高
さはRmax=30nmだった。次に、透明導電膜上
に、RFPECVD法を用いてn型アモルファスシリコ
ン膜を形成した。製膜条件は、基板温度=300℃、反
応室圧力=1Torr、SiH4=100sccm、H2
=200sccm、PH3(H2をベースとして1000
ppmに希釈したもの)=10sccm、RF周波数=
13.56MHz、RFパワー密度=0.2W/c
2、堆積膜厚は250Åとした。
Comparative Example 1 First, a transparent conductive film made of ZnO was formed on a substrate made of a transparent glass plate by using a sputtering method. The thickness of the transparent conductive film was 1 μm, and the height of the surface irregularities was Rmax = 30 nm. Next, an n-type amorphous silicon film was formed on the transparent conductive film using an RFPECVD method. The film forming conditions were as follows: substrate temperature = 300 ° C., reaction chamber pressure = 1 Torr, SiH 4 = 100 sccm, H 2
= 200 sccm, PH 3 (1000 based on H 2)
ppm) = 10 sccm, RF frequency =
13.56 MHz, RF power density = 0.2 W / c
m 2 and the deposited film thickness were 250 °.

【0043】次いで、RFPECVD法を用いてi型シ
リコン膜を形成した。製膜条件は、基板温度=300
℃、反応室圧力=0.2Torr、SiH4=20sc
cm、H2=200sccm、RF周波数=13.56
MHz、RFパワー密度=50mW/cm2、堆積膜厚
=1μmとした。本条件を用いて得られたi型シリコン
膜はアモルファス相中に微小な結晶粒が分散した構造を
有していた。なお、結晶粒の平均結晶粒径=200n
m、i型シリコン膜中の結晶粒の体積分率=80%だっ
た。
Next, an i-type silicon film was formed by RFPECVD. The film formation conditions were as follows: substrate temperature = 300
° C, reaction chamber pressure = 0.2 Torr, SiH 4 = 20 sc
cm, H 2 = 200 sccm, RF frequency = 13.56
MHz, RF power density = 50 mW / cm 2 , and deposited film thickness = 1 μm. The i-type silicon film obtained under these conditions had a structure in which fine crystal grains were dispersed in an amorphous phase. The average crystal grain size of the crystal grains = 200 n
The volume fraction of crystal grains in the m, i-type silicon film was 80%.

【0044】次に、RFPECVD法を用いてp型アモ
ルファスシリコン膜を形成した。形成条件は、基板温度
=230℃、反応室圧力=0.5Torr、SiH4
20sccm、H2=200sccm、B26(100
0ppmに希釈したもの)=2sccm、RF周波数=
13.56MHz、RFパワー密度=30mW/c
2、膜厚=200Åとした。次に、スパッタ法を用い
てZnOからなる透明導電膜をp型アモルファスシリコ
ン膜上に形成した。透明導電膜の厚さ=30nmとし
た。
Next, a p-type amorphous silicon is formed by using the RFPECVD method.
A rufus silicon film was formed. Formation conditions are substrate temperature
= 230 ° C., reaction chamber pressure = 0.5 Torr, SiHFour=
20sccm, HTwo= 200sccm, BTwoH6(100
Diluted to 0 ppm) = 2 sccm, RF frequency =
13.56 MHz, RF power density = 30 mW / c
m Two, And film thickness = 200 °. Next, using the sputtering method
Transparent conductive film made of ZnO by p-type amorphous silicon
Formed on the film. The thickness of the transparent conductive film = 30 nm
Was.

【0045】最後に、スパッタ法を用いて、Ag膜を透
明導電膜上に形成した。Ag膜の厚さ=500nmとし
た。上記工程により比較例1の太陽電池を製造すること
ができた。実施例1および比較例1のそれぞれの方法で
製造した太陽電池について、光照射下での電流電圧特性
を測定した。測定条件は、照射光AM1.5(100m
W/cm2)、測定温度25℃とした。表1に測定結果
を示す。
Finally, an Ag film was formed on the transparent conductive film by using a sputtering method. The thickness of the Ag film was set to 500 nm. The solar cell of Comparative Example 1 was able to be manufactured by the above steps. With respect to the solar cells manufactured by the methods of Example 1 and Comparative Example 1, current-voltage characteristics under light irradiation were measured. The measurement conditions were irradiation light AM1.5 (100 m
W / cm 2 ) and the measurement temperature was 25 ° C. Table 1 shows the measurement results.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】表1から、比較例1の太陽電池に比べて実
施例1の太陽電池の方が、開放電圧、短絡電流密度、曲
線因子および変換効率の全てにおいて優れていることが
分かった。
Table 1 shows that the solar cell of Example 1 is superior to the solar cell of Comparative Example 1 in all of the open-circuit voltage, short-circuit current density, fill factor, and conversion efficiency.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、大きな平均粒径の結晶からなる結晶シリコン膜を形
成することができる。また、結晶シリコン膜を太陽電池
の光電変換層に使用すれば、光電変換効率の高い結晶シ
リコン膜太陽電池を得ることができる。
As described above, according to the present invention, a crystalline silicon film made of a crystal having a large average grain size can be formed. In addition, when a crystalline silicon film is used for a photoelectric conversion layer of a solar cell, a crystalline silicon film solar cell with high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

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

【図1】本発明の結晶シリコン膜の形成方法を示す概念
図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a method for forming a crystalline silicon film according to the present invention.

【図2】本発明の実施例1において用いられる電磁波強
度の波長分散を示す図でである。
FIG. 2 is a diagram illustrating wavelength dispersion of electromagnetic wave intensity used in the first embodiment of the present invention.

【図3】アモルファスシリコンと結晶シリコンの吸収係
数のエネルギー依存性を示した図である。
FIG. 3 is a diagram showing energy dependence of absorption coefficients of amorphous silicon and crystalline silicon.

【図4】本発明の方法により製造された太陽電池の一例
を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a solar cell manufactured by the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 電磁波 2 フィルター 3 シリコン結晶粒 4 アモルファスシリコン 5、16 電極 6、10 基板 7 ヒーター 11、15 透明導電膜 12 p型シリコン膜 13 i型結晶シリコン膜 14 n型シリコン膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electromagnetic wave 2 Filter 3 Silicon crystal grain 4 Amorphous silicon 5, 16 Electrode 6, 10 Substrate 7 Heater 11, 15 Transparent conductive film 12 p-type silicon film 13 i-type crystalline silicon film 14 n-type silicon film

フロントページの続き Fターム(参考) 5F051 AA03 AA05 CA15 CA32 CB01 CB24 CB29 DA04 GA03 5F052 AA13 AA24 CA04 DA01 DB03 JA09 Continued on the front page F term (reference) 5F051 AA03 AA05 CA15 CA32 CB01 CB24 CB29 DA04 GA03 5F052 AA13 AA24 CA04 DA01 DB03 JA09

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上にシリコン結晶粒が分散したアモ
ルファスシリコン膜を形成した後、該アモルファスシリ
コン膜に730nm以上の波長の電磁波を照射して、シ
リコン結晶粒を核として結晶を成長させることによりア
モルファスシリコン膜を結晶シリコン膜に変換すること
を特徴とする結晶シリコン膜の形成方法。
An amorphous silicon film in which silicon crystal grains are dispersed is formed on a substrate, and the amorphous silicon film is irradiated with an electromagnetic wave having a wavelength of 730 nm or more to grow a crystal with the silicon crystal grains as nuclei. A method for forming a crystalline silicon film, comprising converting an amorphous silicon film to a crystalline silicon film.
【請求項2】 電磁波が730〜1130nmの波長を
有する請求項1に記載の形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the electromagnetic wave has a wavelength of 730 to 1130 nm.
【請求項3】 真空中またはシリコンに対して不活性な
ガス雰囲気中、基板を加熱しつつ電磁波が照射される請
求項1または2に記載の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the substrate is irradiated with an electromagnetic wave in a vacuum or in a gas atmosphere inert to silicon while heating the substrate.
【請求項4】 電磁波が、シリコン結晶粒を核とした結
晶の成長が進行するようにその強度を、時間と共に強く
する、弱くするまたは、周期的もしくは非周期的に変化
させつつ照射される請求項1〜3のいずれか1つに記載
の形成方法。
4. The method according to claim 1, wherein the electromagnetic wave is irradiated while increasing or weakening the intensity with time or changing the intensity periodically or aperiodically so that the growth of the crystal centered on the silicon crystal grains proceeds. Item 4. The forming method according to any one of Items 1 to 3.
【請求項5】 基板上に、第1の導電型のシリコン膜、
真性な結晶シリコン膜および第2の導電型のシリコン膜
をこの順で備えた太陽電池の製造方法であって、少なく
とも結晶シリコン膜が、請求項1〜4のいずれか1つに
記載の方法により形成されることを特徴とする太陽電池
の製造方法。
5. A silicon film of a first conductivity type on a substrate,
A method for manufacturing a solar cell comprising an intrinsic crystalline silicon film and a second conductive type silicon film in this order, wherein at least the crystalline silicon film is formed by the method according to any one of claims 1 to 4. A method for manufacturing a solar cell, characterized by being formed.
JP11224064A 1999-08-06 1999-08-06 Forming method of crystal silicon film and manufacturing method of solar cell Pending JP2001053004A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11224064A JP2001053004A (en) 1999-08-06 1999-08-06 Forming method of crystal silicon film and manufacturing method of solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11224064A JP2001053004A (en) 1999-08-06 1999-08-06 Forming method of crystal silicon film and manufacturing method of solar cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001053004A true JP2001053004A (en) 2001-02-23

Family

ID=16808014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11224064A Pending JP2001053004A (en) 1999-08-06 1999-08-06 Forming method of crystal silicon film and manufacturing method of solar cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001053004A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010153845A (en) * 2008-11-28 2010-07-08 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for producing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing electronic device, and reaction apparatus
JP2010153847A (en) * 2008-11-28 2010-07-08 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for producing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing electronic device, and reaction apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010153845A (en) * 2008-11-28 2010-07-08 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for producing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing electronic device, and reaction apparatus
JP2010153847A (en) * 2008-11-28 2010-07-08 Sumitomo Chemical Co Ltd Method for producing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing electronic device, and reaction apparatus
US8709904B2 (en) 2008-11-28 2014-04-29 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for producing semiconductor substrate, semiconductor substrate, method for manufacturing electronic device, and reaction apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4560245B2 (en) Photovoltaic element
JP2994812B2 (en) Solar cell
JPH11233801A (en) Formation of fine crystalline silicon film and photovoltaic device
JPH04266066A (en) Photoelectromotive force element
JP2003347563A (en) Laminated photovoltaic element
JPH05110125A (en) Photovoltaic element
JP3679595B2 (en) Photovoltaic element and manufacturing method thereof
JPH0992860A (en) Photovoltaic element
JP2001053004A (en) Forming method of crystal silicon film and manufacturing method of solar cell
JP2918814B2 (en) Photovoltaic element and method for manufacturing the same
JP3710312B2 (en) Photovoltaic element and manufacturing method thereof
JPH1012908A (en) Manufacture of semiconductor device and particulate semiconductor film, and photoelectric conversion element
JP3250583B2 (en) Photovoltaic element and power generation system
JP3029169B2 (en) Photovoltaic element
JP4441298B2 (en) Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof
JP2003258286A (en) Thin film solar battery and manufacturing method thereof
JPH11233443A (en) Forming method of microcrystal silicon film, photovoltaic element and forming equipment of semiconductor film
JPH0282655A (en) Manufacture of photovolatic device
JP2908616B2 (en) Solar cell
JPH04266067A (en) Photovoltaic element
JP2007184505A (en) Method for manufacturing silicon system thin film photoelectric converter
JP2757896B2 (en) Photovoltaic device
JP3027672B2 (en) Photovoltaic element
JPH0927632A (en) Photovoltaic element and manufacture thereof
US20040187915A1 (en) Stacked photovoltaic element and current balance adjustment method