JP2002134410A - 半導体基板とこれを利用した太陽電池セルおよびそれらの製造方法 - Google Patents
半導体基板とこれを利用した太陽電池セルおよびそれらの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体基板の製造コストを大幅に低減でき、
しかも、光電変換効率の経時変化がない太陽電池セルを
製造する方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板を製造する方法において、少
なくとも半導体原料に所望のドーパント不純物をドープ
して成長させた多結晶棒をスライスして多結晶ウエーハ
を作製する工程と、前記多結晶ウエーハの片側の表面か
ら所望の深さまでをゾーンメルトリクリスタライゼーシ
ョン法により結晶粒の大粒径化あるいは単結晶化させる
工程とを有する半導体基板の製造方法、ならびに前記の
方法により製造された半導体基板を出発材料としてゾー
ンメルトリクリスタライゼーションした面側から太陽光
を受光するように太陽電池セルを形成し、前記太陽電池
セル形成工程における少なくとも裏面に電極を形成する
工程よりも以前の工程で、前記裏面の少なくとも不純物
がゲッタリングされた層を除去する太陽電池セルの製造
方法。
しかも、光電変換効率の経時変化がない太陽電池セルを
製造する方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板を製造する方法において、少
なくとも半導体原料に所望のドーパント不純物をドープ
して成長させた多結晶棒をスライスして多結晶ウエーハ
を作製する工程と、前記多結晶ウエーハの片側の表面か
ら所望の深さまでをゾーンメルトリクリスタライゼーシ
ョン法により結晶粒の大粒径化あるいは単結晶化させる
工程とを有する半導体基板の製造方法、ならびに前記の
方法により製造された半導体基板を出発材料としてゾー
ンメルトリクリスタライゼーションした面側から太陽光
を受光するように太陽電池セルを形成し、前記太陽電池
セル形成工程における少なくとも裏面に電極を形成する
工程よりも以前の工程で、前記裏面の少なくとも不純物
がゲッタリングされた層を除去する太陽電池セルの製造
方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池等に利用
される半導体基板とこれを利用して太陽電池セルを安価
に製造する方法に関するものである。
される半導体基板とこれを利用して太陽電池セルを安価
に製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、太陽電池用等の半導体基板の製造
に用いられる結晶成長方法としては、ＣＺ法（チョクラ
ルスキー法、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏ
ｄ）、ＦＺ法（フローティングゾーン法、Ｆｌｏａｔｉ
ｎｇ Ｚｏｎｅ Ｍｅｔｈｏｄ、浮遊帯域溶融法）ある
いはキャスティング法（Ｃａｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏ
ｄ）によって製造される場合が多い。
に用いられる結晶成長方法としては、ＣＺ法（チョクラ
ルスキー法、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏ
ｄ）、ＦＺ法（フローティングゾーン法、Ｆｌｏａｔｉ
ｎｇ Ｚｏｎｅ Ｍｅｔｈｏｄ、浮遊帯域溶融法）ある
いはキャスティング法（Ｃａｓｔｉｎｇ Ｍｅｔｈｏ
ｄ）によって製造される場合が多い。
【０００３】ここでＣＺ法について説明すると、ＣＺ法
によってシリコン単結晶を成長させるには、ルツボに結
晶原料を充填し、ルツボを加熱するヒータにより原料を
加熱して原料融液とし、該融液に種結晶を接触させた
後、回転させながらゆっくりと引上げることで単結晶を
成長させることが行われている。そして、単結晶は上か
ら拡径部、製品として使用できる定径部、縮径部を持つ
ように引上げられ、縮径部を形成した後に融液から切り
離し、チャンバー内で常温近くまで冷却した後、単結晶
棒として炉外へ取り出される。
によってシリコン単結晶を成長させるには、ルツボに結
晶原料を充填し、ルツボを加熱するヒータにより原料を
加熱して原料融液とし、該融液に種結晶を接触させた
後、回転させながらゆっくりと引上げることで単結晶を
成長させることが行われている。そして、単結晶は上か
ら拡径部、製品として使用できる定径部、縮径部を持つ
ように引上げられ、縮径部を形成した後に融液から切り
離し、チャンバー内で常温近くまで冷却した後、単結晶
棒として炉外へ取り出される。
【０００４】一方、ＦＺ法については、棒状の原料多結
晶を上軸に保持し、直径の小さい単結晶の種を前記原料
多結晶の直下に位置する下軸に保持し、高周波誘導加熱
装置の高周波誘導加熱コイルにより原料多結晶を囲繞
し、これを溶融して溶融帯を形成し、前記種結晶に融着
させた後、種絞りにより無転位化しつつ加熱コイルと原
料多結晶および単結晶を相対的に回転させ、かつ相対的
に軸線方向に移動させながら棒状単結晶を成長させる方
法である。
晶を上軸に保持し、直径の小さい単結晶の種を前記原料
多結晶の直下に位置する下軸に保持し、高周波誘導加熱
装置の高周波誘導加熱コイルにより原料多結晶を囲繞
し、これを溶融して溶融帯を形成し、前記種結晶に融着
させた後、種絞りにより無転位化しつつ加熱コイルと原
料多結晶および単結晶を相対的に回転させ、かつ相対的
に軸線方向に移動させながら棒状単結晶を成長させる方
法である。
【０００５】また、キャスティング法は、高周波誘導加
熱等により原料を溶融し、一方向に凝固させる方法であ
り、大型の多結晶棒を製造するのに用いられている。
熱等により原料を溶融し、一方向に凝固させる方法であ
り、大型の多結晶棒を製造するのに用いられている。
【０００６】そして、上記成長方法によって得られた単
結晶棒あるいは多結晶棒からウエーハをスライスして、
これに太陽電池セル形成処理を行い、太陽電池製品が製
造されている。
結晶棒あるいは多結晶棒からウエーハをスライスして、
これに太陽電池セル形成処理を行い、太陽電池製品が製
造されている。
【０００７】ここで、太陽電池セルの形成工程は、上記
単結晶棒あるいは多結晶棒をスライスして得られた、例
えばＰ型ウエーハを用いた場合の構成について、次の工
程順に処理される。先ずエッチング工程（表面歪み層の
除去）からリンドープ工程（ＰＮ接合の形成）、パッシ
ベーション酸化膜形成工程、反射防止膜形成工程、Ａｌ
ドープ工程（ｐ+ 層（裏面電解層）の形成）、表面電極
形成工程、裏面電極形成工程等を経て太陽電池セルを完
成している。
単結晶棒あるいは多結晶棒をスライスして得られた、例
えばＰ型ウエーハを用いた場合の構成について、次の工
程順に処理される。先ずエッチング工程（表面歪み層の
除去）からリンドープ工程（ＰＮ接合の形成）、パッシ
ベーション酸化膜形成工程、反射防止膜形成工程、Ａｌ
ドープ工程（ｐ+ 層（裏面電解層）の形成）、表面電極
形成工程、裏面電極形成工程等を経て太陽電池セルを完
成している。
【０００８】この連続する太陽電池セルの形成工程にお
いては、製造装置や補助材料等から金属不純物が少なか
らず基板に混入する。金属不純物は、セル中のＰＮ接合
領域中で、電子・正孔の再結合の中心として働く場合が
多く、太陽電池の光電変換効率を低下させる原因となっ
ている。この対策として、太陽電池セル形成工程中で、
不純物を基板の一部分にゲッタリングさせ、これを除去
する方法がとられている。
いては、製造装置や補助材料等から金属不純物が少なか
らず基板に混入する。金属不純物は、セル中のＰＮ接合
領域中で、電子・正孔の再結合の中心として働く場合が
多く、太陽電池の光電変換効率を低下させる原因となっ
ている。この対策として、太陽電池セル形成工程中で、
不純物を基板の一部分にゲッタリングさせ、これを除去
する方法がとられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ここで、太陽電池製品
は低コスト化が強く要求されており、その普及は製造コ
ストが如何に低減されるかにかかっている。しかし、結
晶製造については、その製造コストを低減するには限界
があった。すなわち、前記何れの方法も、原料多結晶を
先ず、大量に溶融して固化させる方法であり、大型の引
上げ装置と大きな電力を必要とする。このため結晶の製
造コストは、装置のコストやその付帯設備のコスト、ル
ツボや炉内構造物といった補助材料のコストが加わり、
これにさらに多額の電力費が加わるという不利がある。
は低コスト化が強く要求されており、その普及は製造コ
ストが如何に低減されるかにかかっている。しかし、結
晶製造については、その製造コストを低減するには限界
があった。すなわち、前記何れの方法も、原料多結晶を
先ず、大量に溶融して固化させる方法であり、大型の引
上げ装置と大きな電力を必要とする。このため結晶の製
造コストは、装置のコストやその付帯設備のコスト、ル
ツボや炉内構造物といった補助材料のコストが加わり、
これにさらに多額の電力費が加わるという不利がある。
【００１０】また、太陽電池セル形成工程においては、
ＣＺ法結晶中に含まれる酸素は、その析出物形成による
ＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、イン
トリンシック ゲッタリング）効果を期待できるものと
して重要であるが、その一方で、酸素とボロンが結合す
ることにより、光電変換効率の経時的劣化を引き起こす
という問題もある。
ＣＺ法結晶中に含まれる酸素は、その析出物形成による
ＩＧ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、イン
トリンシック ゲッタリング）効果を期待できるものと
して重要であるが、その一方で、酸素とボロンが結合す
ることにより、光電変換効率の経時的劣化を引き起こす
という問題もある。
【００１１】本発明は上記の問題に鑑みてなされたもの
で、半導体基板の製造コストを大幅に低減できる半導体
基板とその製造方法、および光電変換効率の経時的劣化
がない太陽電池セルを製造する方法とこれによって製造
された太陽電池セルを提供することを主たる目的とす
る。
で、半導体基板の製造コストを大幅に低減できる半導体
基板とその製造方法、および光電変換効率の経時的劣化
がない太陽電池セルを製造する方法とこれによって製造
された太陽電池セルを提供することを主たる目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に関わる半導体基
板の製造方法の発明は、半導体基板を製造する方法にお
いて、少なくとも半導体原料に所望のドーパント不純物
をドープして成長させた多結晶棒をスライスして多結晶
ウエーハを作製する工程と、前記多結晶ウエーハの片側
の表面から所望の深さまでをゾーンメルトリクリスタラ
イゼーション法により結晶粒の大粒径化あるいは単結晶
化させる工程とを有することを特徴としている（請求項
１）。
板の製造方法の発明は、半導体基板を製造する方法にお
いて、少なくとも半導体原料に所望のドーパント不純物
をドープして成長させた多結晶棒をスライスして多結晶
ウエーハを作製する工程と、前記多結晶ウエーハの片側
の表面から所望の深さまでをゾーンメルトリクリスタラ
イゼーション法により結晶粒の大粒径化あるいは単結晶
化させる工程とを有することを特徴としている（請求項
１）。
【００１３】このように、ドーパントをドープした多結
晶棒を成長させ、これから直接ウエーハを切り出し、そ
の表面の一部を改質することにより、ＣＺ法等の結晶成
長工程が不要となり、半導体基板の製造コストの大幅な
低減が可能となる。また、多結晶棒の成長条件を制御す
ることにより、所望の大きさの粒径を得ることができ、
これとゾーンメルトリクリスタライゼーション時の粒径
制御を太陽電池に適合したサイズとすることができる最
適条件とを組み合わせれば、ウエーハの表面側は高品質
化され、裏面側は小粒径の多結晶によりゲッタリング能
力の高いウエーハを、高い生産性で得ることができる。
晶棒を成長させ、これから直接ウエーハを切り出し、そ
の表面の一部を改質することにより、ＣＺ法等の結晶成
長工程が不要となり、半導体基板の製造コストの大幅な
低減が可能となる。また、多結晶棒の成長条件を制御す
ることにより、所望の大きさの粒径を得ることができ、
これとゾーンメルトリクリスタライゼーション時の粒径
制御を太陽電池に適合したサイズとすることができる最
適条件とを組み合わせれば、ウエーハの表面側は高品質
化され、裏面側は小粒径の多結晶によりゲッタリング能
力の高いウエーハを、高い生産性で得ることができる。
【００１４】そして、本発明に関わる太陽電池セルの製
造方法の発明は、前記半導体基板を出発材料として、ゾ
ーンメルトリクリスタライゼーションした面側から受光
するように太陽電池セルを形成し、セル形成工程におけ
る少なくとも裏面に電極を形成する工程よりも以前の工
程で、裏面の少なくとも不純物がゲッタリングされた層
を除去することを特徴としている（請求項２）。
造方法の発明は、前記半導体基板を出発材料として、ゾ
ーンメルトリクリスタライゼーションした面側から受光
するように太陽電池セルを形成し、セル形成工程におけ
る少なくとも裏面に電極を形成する工程よりも以前の工
程で、裏面の少なくとも不純物がゲッタリングされた層
を除去することを特徴としている（請求項２）。
【００１５】このように、基板の表面側のみ大粒径化あ
るいは単結晶化されて太陽電池用に最適化され、反対面
側に小粒径の多結晶層を有する半導体基板を出発材料と
して太陽電池セル形成工程に流すことにより、太陽電池
セル工程中の金属不純物は小粒径の多結晶層に効果的に
ＥＧ（Ｅｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、エン
トリンシック ゲッタリング）され、最後にこの金属不
純物をゲッタリングした裏面の多結晶層を除去すること
により、セル特性に対する金属不純物の影響を完全に取
り除くことが可能となる。しかも、多結晶基板には酸素
が含まれていないので、ドーパントとして例えボロンを
ドープしてもボロンと酸素が結合することによる光電変
換効率が低下する恐れは全くない。
るいは単結晶化されて太陽電池用に最適化され、反対面
側に小粒径の多結晶層を有する半導体基板を出発材料と
して太陽電池セル形成工程に流すことにより、太陽電池
セル工程中の金属不純物は小粒径の多結晶層に効果的に
ＥＧ（Ｅｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、エン
トリンシック ゲッタリング）され、最後にこの金属不
純物をゲッタリングした裏面の多結晶層を除去すること
により、セル特性に対する金属不純物の影響を完全に取
り除くことが可能となる。しかも、多結晶基板には酸素
が含まれていないので、ドーパントとして例えボロンを
ドープしてもボロンと酸素が結合することによる光電変
換効率が低下する恐れは全くない。
【００１６】そして本発明の製造方法により製造された
半導体基板（請求項３）は、表面から所望の深さまでは
太陽電池に適合するよう改質された大粒径の多結晶層あ
るいは単結晶化された層であり、反対面側は小粒径の多
結晶層のままで構成されており、しかも低コストである
ので、太陽電池セル形成用の出発材料として極めて有効
である。
半導体基板（請求項３）は、表面から所望の深さまでは
太陽電池に適合するよう改質された大粒径の多結晶層あ
るいは単結晶化された層であり、反対面側は小粒径の多
結晶層のままで構成されており、しかも低コストである
ので、太陽電池セル形成用の出発材料として極めて有効
である。
【００１７】さらに本発明の製造方法により製造された
太陽電池セル（請求項４）は、少なくとも、表面から所
望の深さまでは太陽電池に適合した大粒径の多結晶層あ
るいは単結晶化された改質層で、太陽電池セルの太陽光
受光面として最適化されたものとなっているとともに、
基板の裏面側の小粒径の多結晶層は太陽電池セル形成工
程中の金属不純物をＥＧして完全に除去されているの
で、セル特性に対する金属不純物の影響はほぼ完全に取
り除かれたものとなっている。しかも、出発材料として
の通常の多結晶基板には酸素が含まれていないので、ド
ーパントとしてドープするボロンと酸素が結合すること
による光電変換効率が低下する恐れが全くなく、低コス
トかつ高品質の太陽電池セルである。
太陽電池セル（請求項４）は、少なくとも、表面から所
望の深さまでは太陽電池に適合した大粒径の多結晶層あ
るいは単結晶化された改質層で、太陽電池セルの太陽光
受光面として最適化されたものとなっているとともに、
基板の裏面側の小粒径の多結晶層は太陽電池セル形成工
程中の金属不純物をＥＧして完全に除去されているの
で、セル特性に対する金属不純物の影響はほぼ完全に取
り除かれたものとなっている。しかも、出発材料として
の通常の多結晶基板には酸素が含まれていないので、ド
ーパントとしてドープするボロンと酸素が結合すること
による光電変換効率が低下する恐れが全くなく、低コス
トかつ高品質の太陽電池セルである。
【００１８】また、本発明は、主表面側に大粒径の多結
晶または単結晶を備え、前記主表面とは反対の面（裏
面）側に小粒径の多結晶を備えた半導体基板である（請
求項５）。
晶または単結晶を備え、前記主表面とは反対の面（裏
面）側に小粒径の多結晶を備えた半導体基板である（請
求項５）。
【００１９】この場合、主表面側における大粒径の多結
晶または単結晶は、その層の厚さが１００〜４００μ
ｍ、前記大粒径の粒径サイズが少なくとも１ｍｍ以上か
あるいは単結晶であり、かつ裏面側における小粒径の多
結晶は、その層の厚さが１００〜４００μｍ、前記粒径
サイズが１〜５００μｍとなっている半導体基板である
ことが好ましい（請求項６）。
晶または単結晶は、その層の厚さが１００〜４００μ
ｍ、前記大粒径の粒径サイズが少なくとも１ｍｍ以上か
あるいは単結晶であり、かつ裏面側における小粒径の多
結晶は、その層の厚さが１００〜４００μｍ、前記粒径
サイズが１〜５００μｍとなっている半導体基板である
ことが好ましい（請求項６）。
【００２０】主表面側が単結晶層であれば高い光電変換
効率の太陽電池セルが形成できるので最適であり、ある
いは多結晶であっても粒径サイズを少なくとも１ｍｍ以
上とすればある程度高い光電変換効率の太陽電池セルが
形成できるので好適である。また、太陽電池用セルとし
て機能するためには、前記層厚さが少なくとも１００μ
ｍ必要であり、ゾーンメルトリクリスタライゼーション
工程における製造効率を考慮すると４００μｍが限界と
なる。さらに、裏面側多結晶の粒径サイズは、トリクロ
ロシランにより育成した多結晶では１０μｍから３ｍｍ
程度、モノシランにより形成した多結晶では１μｍから
５０μｍ程度の範囲で制御できるが、ゲッタリングサイ
トとして効率よく機能するためには、小粒径であること
が好ましく、１〜５００μｍの範囲が好適である。
効率の太陽電池セルが形成できるので最適であり、ある
いは多結晶であっても粒径サイズを少なくとも１ｍｍ以
上とすればある程度高い光電変換効率の太陽電池セルが
形成できるので好適である。また、太陽電池用セルとし
て機能するためには、前記層厚さが少なくとも１００μ
ｍ必要であり、ゾーンメルトリクリスタライゼーション
工程における製造効率を考慮すると４００μｍが限界と
なる。さらに、裏面側多結晶の粒径サイズは、トリクロ
ロシランにより育成した多結晶では１０μｍから３ｍｍ
程度、モノシランにより形成した多結晶では１μｍから
５０μｍ程度の範囲で制御できるが、ゲッタリングサイ
トとして効率よく機能するためには、小粒径であること
が好ましく、１〜５００μｍの範囲が好適である。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、半導体基板としてＰ型多結晶シリコン基板を作製
し、これに太陽電池セルを形成する場合を例として説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
て、半導体基板としてＰ型多結晶シリコン基板を作製
し、これに太陽電池セルを形成する場合を例として説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２２】本発明者等は、多結晶棒の製造に始まり太
陽電池セルの製造に至るまで、要求される技術について
調査し、鋭意研究を重ねて諸条件を確立し、本発明を完
成させた。
陽電池セルの製造に至るまで、要求される技術について
調査し、鋭意研究を重ねて諸条件を確立し、本発明を完
成させた。
【００２３】その結果、下記のような理由から、従来の
ＣＺ法等の結晶成長方法を省略し、多結晶棒から直接ウ
エーハを得て、この多結晶ウエーハの表面の一部のみを
改質して粒径を操作することにより、太陽電池セルの形
成に極めて有用な半導体基板を得ることを発想し、本発
明を完成するに到ったものである。
ＣＺ法等の結晶成長方法を省略し、多結晶棒から直接ウ
エーハを得て、この多結晶ウエーハの表面の一部のみを
改質して粒径を操作することにより、太陽電池セルの形
成に極めて有用な半導体基板を得ることを発想し、本発
明を完成するに到ったものである。
【００２４】（１） 太陽電池に使用される半導体基板
の領域は、通常表面から１００〜２００μｍ程度の深さ
である。従って、すなわち、少なくともこの領域だけで
も結晶性を向上させておけば、太陽電池として有効であ
り、必ずしもウエーハ全体が単結晶である必要はない。 （２） ゲッタリングにはＩＧに限らず、粒径サイズの
小さい多結晶によるＥＧの手法も有効である。すなわ
ち、ＥＧが低コストで使用できるならば、結晶中に格子
間酸素を必要とするＩＧは不要である。 （３） 多結晶の粒界は溶融・凝固により容易に大粒径
化するから、多結晶基板の表面のみ大粒径化すれば素子
の光電変換効率を向上させることができると考えられ
る。 （４） 多結晶原料には酸素が殆ど含まれていない。従
って、酸素とボロンの相互作用による光電変換効率の劣
化は生じない。 （５） 多結晶原料の製造中に容易にドーパントのドー
ピングが可能であり、Ｐ型基板の場合、通常用いられて
いるボロンをドーパントとして使用することができる。
の領域は、通常表面から１００〜２００μｍ程度の深さ
である。従って、すなわち、少なくともこの領域だけで
も結晶性を向上させておけば、太陽電池として有効であ
り、必ずしもウエーハ全体が単結晶である必要はない。 （２） ゲッタリングにはＩＧに限らず、粒径サイズの
小さい多結晶によるＥＧの手法も有効である。すなわ
ち、ＥＧが低コストで使用できるならば、結晶中に格子
間酸素を必要とするＩＧは不要である。 （３） 多結晶の粒界は溶融・凝固により容易に大粒径
化するから、多結晶基板の表面のみ大粒径化すれば素子
の光電変換効率を向上させることができると考えられ
る。 （４） 多結晶原料には酸素が殆ど含まれていない。従
って、酸素とボロンの相互作用による光電変換効率の劣
化は生じない。 （５） 多結晶原料の製造中に容易にドーパントのドー
ピングが可能であり、Ｐ型基板の場合、通常用いられて
いるボロンをドーパントとして使用することができる。
【００２５】以下、半導体多結晶棒の育成、半導体基板
の製造、太陽電池セルの形成の順に本発明の実施の形態
について説明する。 （Ａ） 半導体多結晶棒の育成工程は、半導体シリコン
の場合には、トリクロロシランやモノシランといった原
料シランガスを水素還元することによって、種結晶棒の
周囲にシリコンを堆積させる方法が一般的であり、この
点は本発明における多結晶棒の育成も従来の一般的な方
法を採用すればよい。この場合、本発明では原料となる
多結晶棒育成時に、例えばジボランガス等のガスを導入
することによりボロン等のドーパントをドープしながら
堆積を行う。従来のノンドープの多結晶棒は、ＦＺ法に
おいてはそのまま原料多結晶となり、またＣＺ法におい
ては結晶塊にして結晶原料となる。そして、ドーパント
は、単結晶育成時にドープされるが、本発明では原料多
結晶棒に直接ドープする。
の製造、太陽電池セルの形成の順に本発明の実施の形態
について説明する。 （Ａ） 半導体多結晶棒の育成工程は、半導体シリコン
の場合には、トリクロロシランやモノシランといった原
料シランガスを水素還元することによって、種結晶棒の
周囲にシリコンを堆積させる方法が一般的であり、この
点は本発明における多結晶棒の育成も従来の一般的な方
法を採用すればよい。この場合、本発明では原料となる
多結晶棒育成時に、例えばジボランガス等のガスを導入
することによりボロン等のドーパントをドープしながら
堆積を行う。従来のノンドープの多結晶棒は、ＦＺ法に
おいてはそのまま原料多結晶となり、またＣＺ法におい
ては結晶塊にして結晶原料となる。そして、ドーパント
は、単結晶育成時にドープされるが、本発明では原料多
結晶棒に直接ドープする。
【００２６】尚、後工程のゾーンメルトリクリスタライ
ゼーションにおいて、より大きい粒径に改質するために
は、成長したままの多結晶棒の粒径がある程度大きい方
が有利である。都合の良いことに、粒径の大きい多結晶
棒を成長させるためには、多結晶の堆積速度を速くする
ことが有効であり、これにより多結晶棒の生産性を高め
る効果も得られる。
ゼーションにおいて、より大きい粒径に改質するために
は、成長したままの多結晶棒の粒径がある程度大きい方
が有利である。都合の良いことに、粒径の大きい多結晶
棒を成長させるためには、多結晶の堆積速度を速くする
ことが有効であり、これにより多結晶棒の生産性を高め
る効果も得られる。
【００２７】（Ｂ） 多結晶棒から基板（ウエーハ）を
製造する工程は、従来の半導体単結晶ウエーハ製造工程
で使用されている技術と同様にすることができ、例えば
内周辺スライサーやワイヤーソー等を用いて多結晶棒か
らウエーハをスライスすれば良い。スライスする厚さは
４００〜７００μｍ程度とすれば良いが、太陽電池セル
で所望とされる厚さに応じてスライスする厚さの設定を
変えることができる。また、ウエーハスライス工程に先
立ち、多結晶棒を円筒研削して直径を揃えておくのが好
ましい。また、ウエーハの割れ、欠けを防止するため
に、スライス後のウエーハの外周は面取りしておくこと
が好ましい。
製造する工程は、従来の半導体単結晶ウエーハ製造工程
で使用されている技術と同様にすることができ、例えば
内周辺スライサーやワイヤーソー等を用いて多結晶棒か
らウエーハをスライスすれば良い。スライスする厚さは
４００〜７００μｍ程度とすれば良いが、太陽電池セル
で所望とされる厚さに応じてスライスする厚さの設定を
変えることができる。また、ウエーハスライス工程に先
立ち、多結晶棒を円筒研削して直径を揃えておくのが好
ましい。また、ウエーハの割れ、欠けを防止するため
に、スライス後のウエーハの外周は面取りしておくこと
が好ましい。
【００２８】（Ｃ） ゾーンメルトリクリスタライゼー
ション工程は、上記多結晶ウエーハの表層から１００〜
４００μｍ程度の深さまでを、レーザー照射や高周波誘
導加熱装置によりスキャンして溶融・凝固させ、粒径の
大きい、少なくとも１ｍｍ以上の大粒径の多結晶層に改
質させる工程である。このスキャニングを繰り返すこと
により、粒径が大きくなり、大面積の単結晶層を形成す
ることも可能である。この場合、ウエーハの深さ方向全
体を融かさないように、ウエーハ裏面を冷却したステー
ジに熱的に接触させておき、多結晶の粒径サイズ１〜５
００μｍを維持できることが好ましい。また、初期の粒
径サイズについては、前述したように表面側を大粒径化
し裏面側を小粒径とすることを考慮すると数十（２０な
いし３０）μｍ〜４００μｍがより好ましい。
ション工程は、上記多結晶ウエーハの表層から１００〜
４００μｍ程度の深さまでを、レーザー照射や高周波誘
導加熱装置によりスキャンして溶融・凝固させ、粒径の
大きい、少なくとも１ｍｍ以上の大粒径の多結晶層に改
質させる工程である。このスキャニングを繰り返すこと
により、粒径が大きくなり、大面積の単結晶層を形成す
ることも可能である。この場合、ウエーハの深さ方向全
体を融かさないように、ウエーハ裏面を冷却したステー
ジに熱的に接触させておき、多結晶の粒径サイズ１〜５
００μｍを維持できることが好ましい。また、初期の粒
径サイズについては、前述したように表面側を大粒径化
し裏面側を小粒径とすることを考慮すると数十（２０な
いし３０）μｍ〜４００μｍがより好ましい。
【００２９】図１は、ゾーンメルトリクリスタライゼー
ション装置を用いて多結晶ウエーハの表層を所望の深さ
までゾーンメルトリクリスタライゼーションしている状
況を示している。このゾーンメルトリクリスタライゼー
ション法は、図１に示したように、冷却装置を具備した
ステージ６の上に多結晶ウエーハ１を載置し、レーザー
照射装置４からレーザー光５を多結晶ウエーハ１の表面
に直接照射し、所望の深さまで溶融して融液３とし、レ
ーザー光５をスキャンして融液層を拡張して行く。一
方、一度溶融した融液層は冷却されて再凝固層２を形成
し、粒径の大きい多結晶層に改質されるというものであ
る。
ション装置を用いて多結晶ウエーハの表層を所望の深さ
までゾーンメルトリクリスタライゼーションしている状
況を示している。このゾーンメルトリクリスタライゼー
ション法は、図１に示したように、冷却装置を具備した
ステージ６の上に多結晶ウエーハ１を載置し、レーザー
照射装置４からレーザー光５を多結晶ウエーハ１の表面
に直接照射し、所望の深さまで溶融して融液３とし、レ
ーザー光５をスキャンして融液層を拡張して行く。一
方、一度溶融した融液層は冷却されて再凝固層２を形成
し、粒径の大きい多結晶層に改質されるというものであ
る。
【００３０】ゾーンメルトリクリスタライゼーション法
の詳細については、例えば、「ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｌ
ＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌｕｍｅ １，Ｎｕｍｂｅｒ １，
ｐ３３，Ｊｕｎｅ，１９８２、 ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴ
ＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ, ＶＯＬ．ＥＤ
Ｌ−２，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９８１，ｐ２
４１」に記載されている。この文献では、シリコン単結
晶上に絶縁膜とポリシリコンと最上層に絶縁膜を順次形
成された試料にレーザ光を照射し、ポリシリコンを単結
晶化する技術が紹介されている。
の詳細については、例えば、「ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｌ
ＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌｕｍｅ １，Ｎｕｍｂｅｒ １，
ｐ３３，Ｊｕｎｅ，１９８２、 ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴ
ＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥ ＬＥＴＴＥＲＳ, ＶＯＬ．ＥＤ
Ｌ−２，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９８１，ｐ２
４１」に記載されている。この文献では、シリコン単結
晶上に絶縁膜とポリシリコンと最上層に絶縁膜を順次形
成された試料にレーザ光を照射し、ポリシリコンを単結
晶化する技術が紹介されている。
【００３１】（Ｄ） 本発明における太陽電池セル形成
工程は、上記半導体基板を出発材料として、ゾーンメル
トリクリスタライゼーションした面側から太陽光を受光
するように太陽電池セルを形成し、太陽電池セル形成工
程における少なくとも裏面に電極を形成する工程よりも
以前の工程で、裏面の少なくとも不純物がゲッタリング
された層、１００〜４００μｍを除去することを特徴と
している。
工程は、上記半導体基板を出発材料として、ゾーンメル
トリクリスタライゼーションした面側から太陽光を受光
するように太陽電池セルを形成し、太陽電池セル形成工
程における少なくとも裏面に電極を形成する工程よりも
以前の工程で、裏面の少なくとも不純物がゲッタリング
された層、１００〜４００μｍを除去することを特徴と
している。
【００３２】太陽電池セルの形成工程は、通常行われて
いる方法を採用することができるが、本発明では、ゾー
ンメルトリクリスタライゼーションした面が受光面とな
るようにして、太陽電池セルを形成する。例えば、ゾー
ンメルトリクリスタライゼーションしたＰ型のウエーハ
に、リンドープ工程（ｎ++層の形成）、熱酸化工程（マ
スク用酸化膜の形成）、表面電極パターン形成工程、選
択的ｎ++部形成工程、リンドープ工程（再度ｎ++層の形
成）、パッシベーション酸化膜形成工程、ＳｉＮ反射防
止膜形成工程、Ａｌドープ工程（ｐ+ 層の形成）、表面
電極形成工程、裏面ゲッタリング層除去工程、裏面電極
形成工程等を施して太陽電池セルを完成させることがで
きる。
いる方法を採用することができるが、本発明では、ゾー
ンメルトリクリスタライゼーションした面が受光面とな
るようにして、太陽電池セルを形成する。例えば、ゾー
ンメルトリクリスタライゼーションしたＰ型のウエーハ
に、リンドープ工程（ｎ++層の形成）、熱酸化工程（マ
スク用酸化膜の形成）、表面電極パターン形成工程、選
択的ｎ++部形成工程、リンドープ工程（再度ｎ++層の形
成）、パッシベーション酸化膜形成工程、ＳｉＮ反射防
止膜形成工程、Ａｌドープ工程（ｐ+ 層の形成）、表面
電極形成工程、裏面ゲッタリング層除去工程、裏面電極
形成工程等を施して太陽電池セルを完成させることがで
きる。
【００３３】本発明においては、太陽電池セル形成工程
中の金属不純物は裏面の小粒径の多結晶層に効果的にＥ
Ｇされる。従って、最後の裏面電極形成工程直前の工程
でこの多結晶層を研磨あるいはエッチング処理等により
除去する。これにより、上記多結晶層にゲッタリングさ
れていた金属不純物も共に除去されるので、後工程の裏
面電極形成工程で電極を基板になじませるシンタリング
（４００〜６００℃程度）において、金属不純物が再防
出されてＰＮ接合領域が金属不純物で汚染される等の不
具合が発生することを防止することができる。また、電
極のオーミックコンタクトを得るためにも除去した方が
良い。
中の金属不純物は裏面の小粒径の多結晶層に効果的にＥ
Ｇされる。従って、最後の裏面電極形成工程直前の工程
でこの多結晶層を研磨あるいはエッチング処理等により
除去する。これにより、上記多結晶層にゲッタリングさ
れていた金属不純物も共に除去されるので、後工程の裏
面電極形成工程で電極を基板になじませるシンタリング
（４００〜６００℃程度）において、金属不純物が再防
出されてＰＮ接合領域が金属不純物で汚染される等の不
具合が発生することを防止することができる。また、電
極のオーミックコンタクトを得るためにも除去した方が
良い。
【００３４】
【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて本発明を具体
的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。 （実施例１）原料シランガス（ＨＳｉＣｌ3 ）を約１１
００℃で水素還元して種結晶棒の周囲に多結晶シリコン
を堆積させて、直径１３２ｍｍ、長さ１５００ｍｍの多
結晶棒を育成した。この時多結晶中のボロン濃度が２×
１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 となるようにジボランガス流
量を調節して、シランガスとともに成長炉に導入した。
育成したままの多結晶棒の横断面を観察したところ、粒
径の平均サイズは約３８０μｍであった。また、赤外線
吸収測定法によって多結晶中の酸素濃度を測定したが、
検出限界以下であった。
的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。 （実施例１）原料シランガス（ＨＳｉＣｌ3 ）を約１１
００℃で水素還元して種結晶棒の周囲に多結晶シリコン
を堆積させて、直径１３２ｍｍ、長さ１５００ｍｍの多
結晶棒を育成した。この時多結晶中のボロン濃度が２×
１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 となるようにジボランガス流
量を調節して、シランガスとともに成長炉に導入した。
育成したままの多結晶棒の横断面を観察したところ、粒
径の平均サイズは約３８０μｍであった。また、赤外線
吸収測定法によって多結晶中の酸素濃度を測定したが、
検出限界以下であった。
【００３５】次に、多結晶棒の直径が１３０ｍｍになる
ように円筒研削を行った後、ワイヤーソーを用いてウエ
ーハ厚さが６００μｍとなるようにしてスライスした。
得られたウエーハの外周部は面取り処理を行った。
ように円筒研削を行った後、ワイヤーソーを用いてウエ
ーハ厚さが６００μｍとなるようにしてスライスした。
得られたウエーハの外周部は面取り処理を行った。
【００３６】次いで、図１に示したゾーンメルトリクリ
スタライゼーション装置を用いて、多結晶ウエーハの表
層約３００μｍを溶融・凝固させた。再凝固した粒径の
平均サイズは３０ｍｍであった。
スタライゼーション装置を用いて、多結晶ウエーハの表
層約３００μｍを溶融・凝固させた。再凝固した粒径の
平均サイズは３０ｍｍであった。
【００３７】次にゾーンメルトリクリスタライゼーショ
ンされた面を受光面として、リンドープ工程（ＰＮ接合
の形成）、パッシベーション酸化膜形成工程、反射防止
膜形成工程、Ａｌドープ工程（ｐ+ 層（裏面電解層）の
形成）、表面電極形成工程、裏面電極形成工程等を施し
て太陽電池セルの形成を行った。そして、最終的に裏面
に電極を形成する前に、裏面の多結晶層を約３００μｍ
研磨除去した。その後、裏面電極を形成し、太陽電池セ
ルを完成させた。光電変換効率を測定したところ、１
４．５％と良好であり、経時変化も見られなかった。
ンされた面を受光面として、リンドープ工程（ＰＮ接合
の形成）、パッシベーション酸化膜形成工程、反射防止
膜形成工程、Ａｌドープ工程（ｐ+ 層（裏面電解層）の
形成）、表面電極形成工程、裏面電極形成工程等を施し
て太陽電池セルの形成を行った。そして、最終的に裏面
に電極を形成する前に、裏面の多結晶層を約３００μｍ
研磨除去した。その後、裏面電極を形成し、太陽電池セ
ルを完成させた。光電変換効率を測定したところ、１
４．５％と良好であり、経時変化も見られなかった。
【００３８】尚、本発明は、上記の実施形態に限定され
るものではない。上記の実施形態は例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様の作用効果を奏するものは、いか
なる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
るものではない。上記の実施形態は例示であり、本発明
の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同
一な構成を有し、同様の作用効果を奏するものは、いか
なる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３９】例えば、上記では多結晶ウエーハの表面を
一度ゾーンメルトリクリスタライゼーションする場合を
例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、
ゾーンメルトリクリスタライゼーションを繰り返し、表
面をほぼ単結晶化してから太陽電池セルを形成するよう
にしても良い。
一度ゾーンメルトリクリスタライゼーションする場合を
例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、
ゾーンメルトリクリスタライゼーションを繰り返し、表
面をほぼ単結晶化してから太陽電池セルを形成するよう
にしても良い。
【００４０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
太陽電池セルの製造方法によれば、ＣＺ法等の大型の結
晶成長装置を用いることもなく、高品質の太陽電池用半
導体基板および太陽電池セルを低コストで製造すること
が可能となる。また、ＰＮ接合領域が金属不純物で汚染
されるのを防止でき、しかも、多結晶基板には酸素が含
まれていないので、ドーパントとしてドープするボロン
と酸素が結合することによる光電変換効率が低下する恐
れの全くない高品質の太陽電池セルを供給することがで
きる。
太陽電池セルの製造方法によれば、ＣＺ法等の大型の結
晶成長装置を用いることもなく、高品質の太陽電池用半
導体基板および太陽電池セルを低コストで製造すること
が可能となる。また、ＰＮ接合領域が金属不純物で汚染
されるのを防止でき、しかも、多結晶基板には酸素が含
まれていないので、ドーパントとしてドープするボロン
と酸素が結合することによる光電変換効率が低下する恐
れの全くない高品質の太陽電池セルを供給することがで
きる。
【図１】ゾーンメルトリクリスタライゼーション法の一
例を示す説明図である。
例を示す説明図である。
１…多結晶ウエーハ、 ２…再凝固層、 ３…融液、４
…レーザー照射装置、 ５…レーザー光、 ６…ステー
ジ。
…レーザー照射装置、 ５…レーザー光、 ６…ステー
ジ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA08 BA04 CE10 EC05 HA12 5F051 AA02 AA03 CB02 CB04 CB30 GA04 5F052 AA02 BA07 CA04 DA01 JA09 5F053 AA16 DD01 FF05 GG02 HH01 KK03 LL05 PP03 RR13
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板を製造する方法において、少
なくとも半導体原料に所望のドーパント不純物をドープ
して成長させた多結晶棒をスライスして多結晶ウエーハ
を作製する工程と、前記多結晶ウエーハの片側の表面か
ら所望の深さまでをゾーンメルトリクリスタライゼーシ
ョン法により結晶粒の大粒径化あるいは単結晶化させる
工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造方
法。 - 【請求項２】 請求項１の方法により製造された半導体
基板を出発材料としてゾーンメルトリクリスタライゼー
ションした面側から太陽光を受光するように太陽電池セ
ルを形成し、前記太陽電池セル形成工程における少なく
とも裏面に電極を形成する工程よりも以前の工程で、前
記裏面の少なくとも不純物がゲッタリングされた層を除
去することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 - 【請求項３】 請求項１に記載の方法によって製造され
たことを特徴とする半導体基板。 - 【請求項４】 請求項２に記載の方法によって製造され
たことを特徴とする太陽電池セル。 - 【請求項５】 主表面側に大粒径の多結晶または単結晶
を備え、前記主表面とは反対の面（裏面）側に小粒径の
多結晶を備えたことを特徴とする半導体基板。 - 【請求項６】 請求項５に記載された半導体基板であっ
て、主表面側における大粒径の多結晶または単結晶は、
その層の厚さが１００〜４００μｍ、前記大粒径の粒径
サイズが少なくとも１ｍｍ以上かあるいは単結晶であ
り、かつ裏面側における小粒径の多結晶は、その層の厚
さが１００〜４００μｍ、前記粒径サイズが１〜５００
μｍであることを特徴とする半導体基板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000328943A JP4638012B2 (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 半導体基板とこれを利用した太陽電池セルおよびそれらの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000328943A JP4638012B2 (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 半導体基板とこれを利用した太陽電池セルおよびそれらの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002134410A true JP2002134410A (ja) | 2002-05-10 |
| JP4638012B2 JP4638012B2 (ja) | 2011-02-23 |
Family
ID=18805715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000328943A Expired - Lifetime JP4638012B2 (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 半導体基板とこれを利用した太陽電池セルおよびそれらの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4638012B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005191315A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Kyocera Corp | 光電変換装置およびその製造方法 |
| WO2006101200A1 (ja) * | 2005-03-24 | 2006-09-28 | Kyocera Corporation | 光電変換素子とその製造方法、及びこれを用いた光電変換モジュール |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6445176A (en) * | 1987-08-14 | 1989-02-17 | Hitachi Ltd | Manufacture of solar cell element |
| JPH06268242A (ja) * | 1993-03-17 | 1994-09-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | シリコン基板の製造方法および結晶質シリコン太陽電池 |
| JPH06342923A (ja) * | 1992-10-09 | 1994-12-13 | Astropower Inc | 太陽電池用柱状粒子を有する多結晶シートとその製造方法 |
| JP2000101109A (ja) * | 1998-09-24 | 2000-04-07 | Toshiba Corp | 太陽電池素子用基板、太陽電池素子及びその製造方法 |
-
2000
- 2000-10-27 JP JP2000328943A patent/JP4638012B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| WO2006101200A1 (ja) * | 2005-03-24 | 2006-09-28 | Kyocera Corporation | 光電変換素子とその製造方法、及びこれを用いた光電変換モジュール |
| US8178778B2 (en) | 2005-03-24 | 2012-05-15 | Kyocera Corporation | Photovoltaic conversion element and manufacturing method therefor, and photovoltaic conversion module using same |
| JP5010468B2 (ja) * | 2005-03-24 | 2012-08-29 | 京セラ株式会社 | 光電変換素子とその製造方法、及びこれを用いた光電変換モジュール |
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|---|---|
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