JP2002280582A - Polycrystalline solar cell and polycrystalline film - Google Patents

Polycrystalline solar cell and polycrystalline film

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JP2002280582A
JP2002280582A JP2001076601A JP2001076601A JP2002280582A JP 2002280582 A JP2002280582 A JP 2002280582A JP 2001076601 A JP2001076601 A JP 2001076601A JP 2001076601 A JP2001076601 A JP 2001076601A JP 2002280582 A JP2002280582 A JP 2002280582A
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polycrystalline
silicon
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solar cell
metal
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JP2001076601A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Ishihara
俊一 石原
Katsumi Nakagawa
克己 中川
Akiyuki Nishida
彰志 西田
Hiroshi Sato
宏 佐藤
康好 ▼高▲井
Yasuyoshi Takai
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polycrystalline silicon thin film solar cell good in characteristics and a solar cell which suppresses the recombination of charges in a grain boundary and has high conversion efficiency. SOLUTION: The polycrystalline solar cell having an active layer 12 formed on a polycrystalline silicon substrate 11 is characterized by that the active layer is composed of a polycrystal and a film thickness in a grain boundary 16 of the polycrystal forming the active layer 12 ranges from 0.20 to 0.85 in film thickness at a polycrystal grain center. The active layer is grown in a liquid phase and the polycrystalline silicon substrate 11 is also formed on a metal silicon wafer.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池に係わる。より
詳細には、低コスト基板上に薄膜多結晶シリコンを積層
した太陽電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell. More specifically, the present invention relates to a solar cell in which thin-film polycrystalline silicon is stacked on a low-cost substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種機器の駆動エネルギー源や商用電力
と系統連結させる電源として、太陽電池が広く研究され
ている。
2. Description of the Related Art Solar cells have been widely studied as power sources that are system-connected to driving energy sources of various devices and commercial power.

【0003】太陽電池はコスト的要請から金属のような
低価格基板上に素子を形成できることが望まれる。一
方、太陽電池を構成する半導体としては一般にシリコン
が用いられる。中でも、光エネルギーを起電力に変換す
る効率すなわち光電変換効率の観点からは、単結晶シリ
コンが最も優れている。しかし、大面積化および低コス
ト化の観点からは、アモルファスシリコンが有利とされ
ている。また、近年においては、アモルファスシリコン
なみの低コストと単結晶シリコンなみの高エネルギー変
換効率とを得る目的で、多結晶シリコンの使用が検討さ
れている。ところが、このような単結晶や多結晶シリコ
ンにおいて従来提案されている方法は塊状の結晶をスラ
イスして板状の基板とするため、その厚さを0.3mm
以下にすることは困難であった。従って、基板は、光量
を十分に吸収するのに必要以上の厚さを有するため、材
料の有効利用が十分ではなかった。即ち、低価格化を図
るためにはさらなる薄型化が必要であった。
[0003] For a solar cell, it is desired that an element can be formed on a low-cost substrate such as a metal due to cost requirements. On the other hand, silicon is generally used as a semiconductor constituting a solar cell. Among them, single crystal silicon is the most excellent from the viewpoint of efficiency of converting light energy into electromotive force, that is, photoelectric conversion efficiency. However, amorphous silicon is considered to be advantageous from the viewpoint of increasing the area and reducing the cost. In recent years, the use of polycrystalline silicon has been studied for the purpose of obtaining low cost comparable to amorphous silicon and high energy conversion efficiency comparable to single crystal silicon. However, in a method conventionally proposed for such a single crystal or polycrystalline silicon, a lump-shaped crystal is sliced into a plate-shaped substrate.
It was difficult to: Therefore, the substrate has a thickness greater than necessary to sufficiently absorb the amount of light, and the material is not effectively used. That is, in order to reduce the cost, it was necessary to further reduce the thickness.

【0004】低価格化を目指した多結晶シリコン基板の
作製方法として、溶融したSiの液滴を坩堝に流し込む
スピン法によりシリコンウエハーを形成する方法が提案
されているが、厚さは最低でも0.1〜0.2mm程度
となり結晶Siとして光吸収に必要十分な膜厚(20〜
50μm)に比べまだ薄型化が十分ではなかった。加え
て、このような薄型化では、もはやシリコンウエハー自
体が基板としての強度を有することが困難になり、その
結果必然的にシリコンウエハーを支持する別の安価な基
板が要求されるという問題もあった。
[0004] As a method of manufacturing a polycrystalline silicon substrate aiming at low cost, there has been proposed a method of forming a silicon wafer by a spin method in which molten Si droplets are poured into a crucible. 0.1 to 0.2 mm, which is sufficient for light absorption as crystalline Si (20 to
(50 μm), the thickness was still not sufficiently reduced. In addition, such thinning makes it difficult for the silicon wafer itself to have the strength as a substrate, which inevitably requires another inexpensive substrate for supporting the silicon wafer. Was.

【0005】そこで金属級シリコンからなる基板を形成
した後、その上に光吸収に必要十分な膜厚を有するシリ
コン層を液相成長法で形成して太陽電池とする試みが報
告されている(T.F.Ciszek, T.H.Wang, X.Wu, R.W.Burr
ows, J.Alleman, C.R.Schwerdtfeger and T.Bekkedahl,
“Si thin layer growth from metal solution on sin
gle-crystal and cast metallurgical-grade multicrys
talline Si substrates", 23rd IEEE Photovoltaic spe
cialists Conference, (1993) p.65)。
Therefore, there has been reported an attempt to form a solar cell by forming a substrate made of metal-grade silicon and then forming a silicon layer having a film thickness necessary and sufficient for light absorption on the substrate by a liquid phase growth method ( TFCiszek, THWang, X.Wu, RWBurr
ows, J. Alleman, CRSchwerdtfeger and T. Bekkedahl,
“Si thin layer growth from metal solution on sin
gle-crystal and cast metallurgical-grade multicrys
talline Si substrates ", 23rd IEEE Photovoltaic spe
cialists Conference, (1993) p.65).

【0006】しかしながら、上述の方法では金属溶媒に
銅、アルミニウムあるいは錫を用いて金属級シリコンか
らなる低純度シリコン基板上にシリコン層を形成してい
るが、いづれの場合も成長初期に自然酸化膜除去の為の
エッチバックを行うために主に結晶粒界中に溶媒である
金属が取り残されてしまい、太陽電池としての特性は十
分なものが得られていなかった。この点を解決する目的
で銅及びアルミニウム合金を溶媒に用いてエッチバック
を行わない方法が開示されているが(T.H.Wang, T.F.Ci
szek, C.R.Schwerdtfeger, H.Moutinho, R.Matson. “G
rowth of silicon thin layers on cast MG-Si from me
tal solutions for solar cells". Solar Energy Mater
ials and Solar Cells 41/42 (1996) p.19)、量産化の
点では合金の組成制御が複雑になる等の問題がある。
However, in the above-described method, a silicon layer is formed on a low-purity silicon substrate made of metal-grade silicon using copper, aluminum or tin as a metal solvent. In order to perform an etch-back for removal, a metal as a solvent is mainly left in crystal grain boundaries, and sufficient characteristics as a solar cell have not been obtained. In order to solve this problem, there has been disclosed a method in which copper and an aluminum alloy are used as a solvent and etching back is not performed (THWang, TFCi
szek, CRSchwerdtfeger, H. Moutinho, R. Matson. “G
rowth of silicon thin layers on cast MG-Si from me
tal solutions for solar cells ". Solar Energy Mater
ials and Solar Cells 41/42 (1996) p.19), and mass production has problems such as complicated control of alloy composition.

【0007】先に本発明の出願人は、特開平10−09
8205号公報において、結晶シリコン基体上に金属溶
媒を用いた液相成長法によりシリコン層を形成する工程
を含む太陽電池の製造方法であって、前記結晶シリコン
基体表面の不純物濃度の総量が10ppm以上であり、
前記金属溶媒がインジウムであることを特徴とする太陽
電池の製作方法を提案している。
[0007] The applicant of the present invention has disclosed in
No. 8205, a method for manufacturing a solar cell including a step of forming a silicon layer on a crystalline silicon substrate by a liquid phase growth method using a metal solvent, wherein the total impurity concentration on the surface of the crystalline silicon substrate is 10 ppm or more. And
The present invention proposes a method for manufacturing a solar cell, wherein the metal solvent is indium.

【0008】またG.Ballhorn,K.J.Weber,S.Armand,M.J.
Stocks,A.W.Blakers. “High-efficiency multicrystal
line silicon solar cells”. Solar Energy Material
and Cells 52(1998) p.61-p.68においては、多結晶シリ
コン基板上に、液相成長法によりシリコン層を形成する
際に、成長とメルトバックとを繰返すことにより、平坦
な成長が得られることが記載されている。
[0008] G. Ballhorn, KJ Weber, S. Armand, MJ
Stocks, AWBlakers. “High-efficiency multicrystal
line silicon solar cells ”. Solar Energy Material
and Cells 52 (1998) p.61-p.68, when a silicon layer is formed on a polycrystalline silicon substrate by a liquid phase growth method, flat growth is achieved by repeating growth and meltback. It is stated that it can be obtained.

【0009】しかしながら一般的に多結晶太陽電池の場
合、粒界に欠陥が多数あり、そこでの電荷の再結合が大
きい。多結晶太陽電池の変換効率を向上させるために
は、粒界での電荷の再結合を抑えることが必要である。
従来このために、多結晶シリコンの上に非晶質シリコン
あるいは微結晶シリコンを薄く成膜し、含まれるH原子
で粒界のダングリングボンドをターミネイトし粒界を不
活性化し、粒界での再結合を抑えていた。
However, in general, in the case of a polycrystalline solar cell, there are many defects at grain boundaries, and charge recombination there is large. In order to improve the conversion efficiency of a polycrystalline solar cell, it is necessary to suppress the recombination of charges at grain boundaries.
Conventionally, for this purpose, a thin film of amorphous silicon or microcrystalline silicon is formed on polycrystalline silicon, and dangling bonds at grain boundaries are terminated by H atoms contained therein to inactivate the grain boundaries, and the grain boundaries are deactivated. Recombination was suppressed.

【0010】しかしながらこの方法ではターミネートし
たH原子の離脱を防ぐためにその後のプロセス条件に大
きな制限が課せられる。またその効果も十分とはいえな
かった。
However, this method imposes great restrictions on the subsequent process conditions in order to prevent the termination of the terminated H atoms. The effect was not enough.

【0011】また、特開2000−195792号公報
には、基板上にバッファ層(シリコン酸化膜)と非晶質
半導体層(非晶質シリコン膜)とをこの順に形成し、そ
の後非晶質半導体層にエネルギーを加えて溶融し、その
後結晶化する技術が開示されている。非晶質半導体層に
エネルギーを加えて溶融し、その後結晶化する際に体積
膨張するため多結晶表面に顕著な凹凸が形成される。該
公報には、この凹凸を精度よく平坦化する技術も開示さ
れている。即ち、結晶化工程で形成された凹凸を後の表
面処理(研磨)工程で平坦化することによってキャリア
移動度を向上させるものである。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-195792 discloses that a buffer layer (silicon oxide film) and an amorphous semiconductor layer (amorphous silicon film) are formed in this order on a substrate, and then the amorphous semiconductor layer is formed. There is disclosed a technique in which a layer is melted by applying energy and then crystallized. The amorphous semiconductor layer is melted by applying energy, and then expands in volume during crystallization, so that remarkable irregularities are formed on the polycrystalline surface. The publication also discloses a technique for accurately flattening the unevenness. That is, the carrier mobility is improved by flattening the irregularities formed in the crystallization step in a subsequent surface treatment (polishing) step.

【0012】しかし、この方法では、多結晶表面の平坦
化工程が必要であるため、製造コストを上げる要因にな
るばかりでなく、研磨工程において多結晶半導体層にク
ラックが入ったり、欠けたりして欠陥が形成される場合
もある。
However, this method requires a step of flattening the polycrystalline surface, which not only causes an increase in manufacturing cost, but also causes cracks or chips in the polycrystalline semiconductor layer in the polishing step. Defects may be formed.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとしている課題】本発明は、特性の
良好な薄膜多結晶シリコン太陽電池を提供することを目
的とする。すなわち粒界での電荷の再結合を抑え、変換
効率の高い太陽電池を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film polycrystalline silicon solar cell having good characteristics. That is, an object of the present invention is to provide a solar cell having high conversion efficiency by suppressing recombination of charges at grain boundaries.

【0014】また本発明は、安価な太陽電池の提供する
ことを目的とする。
Another object of the present invention is to provide an inexpensive solar cell.

【0015】本発明は、例えば太陽電池に使用した場合
高い変換効率を達成することが可能な多結晶膜を提供す
ることを目的とする。
An object of the present invention is to provide a polycrystalline film capable of achieving high conversion efficiency when used in, for example, a solar cell.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明の多結晶太陽電池
は、多結晶シリコン基板上に、活性層が形成された多結
晶太陽電池において、該活性層が多結晶よりなり、かつ
該活性層を形成する多結晶の粒界部における膜厚が多結
晶粒中心部の膜厚に対して0.20以上0.85以下の
範囲内にあることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a polycrystalline solar cell comprising a polycrystalline silicon substrate having an active layer formed on a polycrystalline silicon substrate, wherein the active layer is made of polycrystalline, and Is characterized in that the film thickness at the grain boundary portion of the polycrystal forming the film is in the range of 0.20 to 0.85 with respect to the film thickness at the central portion of the polycrystal.

【0017】本発明の多結晶太陽電池は、上記多結晶太
陽電池において、活性層が液相成長により形成されたこ
とを特徴とする。
The polycrystalline solar cell according to the present invention is characterized in that, in the above polycrystalline solar cell, the active layer is formed by liquid phase growth.

【0018】本発明の多結晶太陽電池は、上記多結晶太
陽電池において、活性層を形成する多結晶の粒界部にお
ける膜厚が多結晶粒中心部の膜厚に対して0.25以上
0.75以下の範囲内にあることを特徴とする。
In the polycrystalline solar cell according to the present invention, in the above-mentioned polycrystalline solar cell, the thickness of the polycrystalline grain forming the active layer at the grain boundary portion is 0.25 or more and 0 at the central portion of the polycrystalline grain. .75 or less.

【0019】本発明の多結晶太陽電池は、上記多結晶太
陽電池において、多結晶シリコン基板が10ppm以上
の不純物を含む金属級シリコンであることを特徴とす
る。
The polycrystalline solar cell according to the present invention is characterized in that, in the above polycrystalline solar cell, the polycrystalline silicon substrate is metal-grade silicon containing 10 ppm or more of impurities.

【0020】本発明の多結晶膜は、粒界部における膜厚
が多結晶粒中心部の膜厚に対して0.20以上0.85
以下の範囲内にあることを特徴とする。
In the polycrystalline film of the present invention, the thickness at the grain boundary is 0.20 or more and 0.85 at the center of the polycrystalline grain.
It is characterized in the following range.

【0021】本発明の多結晶膜は、上記多結晶膜は液相
成長により形成されたことを特徴とする。
The polycrystalline film according to the present invention is characterized in that the polycrystalline film is formed by liquid phase growth.

【0022】本発明の多結晶膜は、粒界部における膜厚
が多結晶粒中心部の膜厚に対して0.25以上0.75
以下の範囲内にあることを特徴とする。
In the polycrystalline film of the present invention, the thickness at the grain boundary is 0.25 to 0.75 with respect to the thickness at the center of the polycrystalline grain.
It is characterized in the following range.

【0023】本発明の多結晶膜は、上記多結晶膜におい
て、多結晶シリコン上に形成されていることを特徴とす
る。
The polycrystalline film according to the present invention is characterized in that the polycrystalline film is formed on polycrystalline silicon.

【0024】本発明の多結晶膜は、上記多結晶膜におい
て、多結晶シリコン基板が10ppm以上の不純物を含
む金属級シリコンであることを特徴とする。
The polycrystalline film of the present invention is characterized in that, in the above polycrystalline film, the polycrystalline silicon substrate is metal-grade silicon containing 10 ppm or more of impurities.

【0025】[0025]

【作用】本発明者は、上述の従来の技術における問題を
解決し、上記の目的を達成すべく多結晶半導体層の構造
と電荷の収集効率に着目して鋭意研究を重ねた結果以下
の知見を得、本発明の完成に至ったものである。
The inventor of the present invention has solved the above-mentioned problems in the prior art, and has conducted intensive studies focusing on the structure and charge collection efficiency of the polycrystalline semiconductor layer in order to achieve the above object. To complete the present invention.

【0026】多結晶半導体層の1つの大きな特徴とし
て、多結晶を構成する結晶粒の中心部と粒界部分の構造
及び性質の違いがある。即ち活性層としての多結晶層に
光が照射された場合、結晶粒の中心部で発生した電荷は
光電流として外部回路に取り出せる。しかし結晶粒界近
傍で発生した電荷は粒界に達する割合が多い。そして一
般に結晶粒界は欠陥が多く発生した電荷の再結合中心が
多いため、この粒界部分で多くの電荷が再結合して消滅
してしまい光電流として外部回路に取り出せる割合が小
さくなってしまう。
One of the major features of the polycrystalline semiconductor layer is the difference in the structure and properties of the central part and the grain boundary part of the crystal grains constituting the polycrystal. That is, when the polycrystalline layer as the active layer is irradiated with light, charges generated at the center of the crystal grain can be taken out to an external circuit as a photocurrent. However, the charge generated in the vicinity of the crystal grain boundary has a large proportion reaching the grain boundary. In general, the crystal grain boundary has many recombination centers of charges having many defects, so that many charges recombine and disappear at this grain boundary portion, and the ratio of being able to be taken out to an external circuit as a photocurrent is reduced. .

【0027】一方、多結晶は、その成長条件を制御する
ことにより、結晶粒の中心部の厚さと粒界部分の厚さを
所望の比に調整可能であることを本発明者らは見出し
た。そしてそのバランス(即ち多結晶層の構造)を最適
化することによって結晶粒界部分で再結合する電荷を効
率的に減少させることを見出し本発明に至ったものであ
る。
On the other hand, the present inventors have found that the thickness of the central part of the crystal grain and the thickness of the grain boundary part can be adjusted to a desired ratio by controlling the growth condition of the polycrystal. . The present inventors have found that by optimizing the balance (that is, the structure of the polycrystalline layer), it is possible to efficiently reduce the charges that recombine at the crystal grain boundary portion, and have reached the present invention.

【0028】結晶粒の中心部の厚さと粒界部分の厚さを
所望の比に調整する方法の詳細は次の通りである。一般
的に堆積とメルトバックが共存するような熱平衡状態を
維持して成長を行なうと平坦な膜になりやすい。逆に熱
平衡からずれるほど結晶粒の中心部の厚さと粒界部分の
厚さとの差がつきやすい。したがって液相成長時の温度
降下速度が速いほど差がつきやすい。また液相成長前の
過飽和度が高いほど差がつきやすい。そのほかたとえば
金属溶媒を循環させ、つねに過飽和度の高い溶媒を基板
に接しさせることによりメルトバックを抑え、結晶粒の
中心部の厚さと粒界部分の厚さとの差をつけることがで
きる。また差がつきすぎた場合はメルトバックの工程を
導入することにより、結晶粒の中心部の厚さと粒界部分
の厚さを所望の比に調整することができる。
The details of the method for adjusting the thickness of the central portion of the crystal grains and the thickness of the grain boundary portion to a desired ratio are as follows. Generally, when growth is performed while maintaining a thermal equilibrium state in which deposition and meltback coexist, a flat film tends to be formed. Conversely, the more the thermal equilibrium deviates from the thermal equilibrium, the more likely the difference between the thickness at the center of the crystal grain and the thickness at the grain boundary is. Therefore, the difference tends to increase as the temperature drop rate during liquid phase growth increases. Also, the higher the degree of supersaturation before liquid phase growth, the more likely the difference will be. In addition, for example, by circulating a metal solvent and always bringing a solvent having a high degree of supersaturation into contact with the substrate, meltback can be suppressed, and a difference between the thickness of the central portion of the crystal grain and the thickness of the grain boundary portion can be provided. If the difference is too large, the thickness of the central part of the crystal grain and the thickness of the grain boundary part can be adjusted to a desired ratio by introducing a step of melt back.

【0029】t1/t2の比が0.20以上0.85以
下、より好ましくは0.25以上0.75以下とするこ
とにより、粒界近傍における電荷の走行距離が短くな
り、電荷の走行時間を短くなる。そのため太陽電池セル
内での電荷の再結合が減少し、外部回路にとりだされる
電流が増加し、変換効率の向上が得られる。
By setting the ratio of t1 / t2 to 0.20 or more and 0.85 or less, more preferably 0.25 or more and 0.75 or less, the traveling distance of the electric charges in the vicinity of the grain boundary is shortened, and the traveling time of the electric charges is reduced. Becomes shorter. As a result, recombination of charges in the solar cell is reduced, the current taken out to an external circuit is increased, and the conversion efficiency is improved.

【0030】0.20未満の場合は結晶粒界部の膜厚が
結晶粒部の膜厚に比べ著しく小さくなり、結晶粒界部で
のリーク電流が増加する。特に結晶粒界部の膜厚が極め
て薄い場合は上部高濃度半導体層および集電電極と下部
高濃度半導体層との絶縁が維持できないほどリーク電流
が増加する。また逆に結晶粒部の膜厚が極めて厚い場合
は結晶粒部内を電荷が走る過程で結晶粒部内の欠陥によ
る再結合も増加する。0.85を超える場合は結晶粒界
近傍において発生した電荷の走行距離が長くなり、結晶
粒界部の欠陥による再結合が増加するという理由により
本発明の効果が充分発現されない。
If it is less than 0.20, the thickness of the crystal grain boundary becomes significantly smaller than the thickness of the crystal grain, and the leakage current at the crystal grain boundary increases. In particular, when the thickness of the crystal grain boundary portion is extremely small, the leakage current increases so that insulation between the upper high-concentration semiconductor layer and the current collecting electrode and the lower high-concentration semiconductor layer cannot be maintained. Conversely, when the thickness of the crystal grain portion is extremely large, recombination due to defects in the crystal grain portion increases in the course of the charge running in the crystal grain portion. If it exceeds 0.85, the traveling distance of the charges generated in the vicinity of the crystal grain boundary becomes long, and the effect of the present invention is not sufficiently exhibited because recombination due to defects in the crystal grain boundary increases.

【0031】本発明は多結晶の構造的特長、即ち粒界近
傍の膜の厚さと結晶粒の中心部分の厚さの差(=凹凸)
を積極的に活用するものであり、従来のように平坦化処
理を必要とする技術とは全く異なるものである。
The present invention provides a structural advantage of polycrystal, that is, a difference between a thickness of a film near a grain boundary and a thickness of a central portion of a crystal grain (= unevenness).
This is completely different from the conventional technology that requires a flattening process.

【0032】また、第二の特徴より、使用する太陽電池
グレードのシリコン量が通常の多結晶ウエハー太陽電池
に比べ、大幅に少なくすることができる。
According to the second feature, the amount of silicon of the solar cell grade to be used can be greatly reduced as compared with a normal polycrystalline wafer solar cell.

【0033】また金属級シリコン基板表面にインジウム
を接触させて液相成長を行うことにより不純物混入の少
ない、太陽電池に好適なシリコン層が形成できる。
In addition, by performing liquid phase growth by bringing indium into contact with the surface of the metal-grade silicon substrate, it is possible to form a silicon layer suitable for a solar cell with less contamination of impurities.

【0034】またインジウムで液相成長する前に、基板
表面層を金属溶媒により溶解した後、再析出させること
で、偏析効果により大部分の不純物を表面層から取り除
いておくことができる。そのためこの上に液相成長する
ことでより良質なシリコン層が形成できる。このとき、
再析出させた層内には基板に含まれた不純物の中、ホウ
素Bが残りやすいため、再析出シリコン層はp型
(p+)となる。このp型(p+)層は太陽電池作製時に
BSF(Back Surface Field)層と
して利用できる。
Before liquid phase growth with indium, the substrate surface layer is dissolved with a metal solvent and then reprecipitated, so that most of the impurities can be removed from the surface layer by the segregation effect. Therefore, a higher quality silicon layer can be formed by liquid phase growth on this. At this time,
Boron B is likely to remain in the re-deposited layer among the impurities contained in the substrate, so that the re-deposited silicon layer becomes p-type (p + ). This p-type (p + ) layer can be used as a BSF (Back Surface Field) layer when manufacturing a solar cell.

【0035】本発明における粒界近傍の膜の厚さ(t
1)を結晶粒の中心部分の厚さ(t2)とは、その測定
方法としては特に限定はないが、例えば触針式の膜厚測
定装置が簡便で好ましい。このようなものとしては、ア
ルファーステップ(商品名)、タリステップ(商品名)
等の装置がある。結晶を成長させていない基板部分を基
準にとって結晶粒部および結晶粒界部をそれぞれ1mm
程度の長さにわたって測定しその各部分の平均を出す。
その際それぞれの複数箇所を測定(例えば10点平均)
することが好ましい。また本発明の結晶粒の中心部分の
厚さ(t2)とは、図3に示したように基板と、結晶粒
の中心部分(基板に平行な部分)の厚さであり、盛り上
がっている部分の厚さではない。
In the present invention, the thickness of the film near the grain boundary (t)
The method (1) for measuring the thickness (t2) of the central portion of the crystal grain is not particularly limited, but for example, a stylus type film thickness measuring device is simple and preferable. These include Alpha Step (product name), Tari Step (product name)
And so on. The grain portion and the grain boundary portion are each 1 mm with reference to the substrate portion on which no crystal is grown.
Measure over a length and average each part.
At that time, measure each of multiple locations (for example, average 10 points)
Is preferred. The thickness (t2) of the central portion of the crystal grain of the present invention is the thickness of the substrate and the central portion of the crystal grain (portion parallel to the substrate) as shown in FIG. Not the thickness.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】本発明者は多結晶シリコン太陽電
池の変換効率を向上させるために、幾多の実験を重ね
た。その結果、光照射により発生した電荷の多くが結晶
粒界で再結合し、外部回路にとり出せられないことがわ
かった。これを改善するには、粒界近傍の膜厚を、結晶
粒の中心部に比し、薄くすることにより著しい改善が得
られることがわかった。特に多結晶粒界の膜厚を多結晶
粒の膜厚に対して、0.20以上0.85以下の範囲で
変換効率の向上が認められ、特に0.25以上0.75
以下の範囲で著しい向上が得られた。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present inventors have conducted a number of experiments to improve the conversion efficiency of a polycrystalline silicon solar cell. As a result, it was found that most of the charges generated by light irradiation were recombined at the crystal grain boundaries and could not be taken out to an external circuit. In order to improve this, it has been found that a remarkable improvement can be obtained by making the film thickness near the grain boundary thinner than the central part of the crystal grain. In particular, an improvement in the conversion efficiency is observed when the thickness of the polycrystalline grain boundary is in the range of 0.20 to 0.85 with respect to the thickness of the polycrystalline grain.
Significant improvements were obtained in the following ranges.

【0037】このような多結晶粒界の膜厚と多結晶粒の
膜厚の比は液相成長法において、成長条件を制御するこ
とにより、所望の値にすることができた。
The ratio between the thickness of the polycrystalline grain boundary and the thickness of the polycrystalline grain could be set to a desired value by controlling the growth conditions in the liquid phase growth method.

【0038】また、金属級シリコン(不純物10ppm
以上)のような低純度シリコン基板の表面にインジウム
を用いた液相成長法によりシリコン層を堆積させること
で、特性の良好な薄膜結晶太陽電池が形成できることを
見出した。また坩堝内で溶融/固化させた板状金属級シ
リコンの表面にインジウムを用いた液相成長法によりシ
リコン層を堆積させることで、特性の良好な薄膜結晶太
陽電池が形成できることを見出した。
In addition, metal-grade silicon (impurity 10 ppm)
It has been found that a thin-film crystal solar cell having good characteristics can be formed by depositing a silicon layer on the surface of a low-purity silicon substrate as described above by a liquid phase growth method using indium. It has also been found that a thin-film crystalline solar cell with good characteristics can be formed by depositing a silicon layer on the surface of a plate-like metal-grade silicon melted / solidified in a crucible by a liquid phase growth method using indium.

【0039】またさらに坩堝内で溶融/固化させた板状
金属級シリコンの表面層を金属溶媒で溶解/再析出させ
た後にその上にインジウムを用いた液相成長法によりシ
リコン層を堆積させることでより良好な太陽電池が形成
できることを見出し、本発明の完成に至った。
Further, after dissolving / reprecipitating the surface layer of the plate-shaped metal-grade silicon melted / solidified in the crucible with a metal solvent, depositing a silicon layer thereon by a liquid phase growth method using indium. And found that a better solar cell could be formed, and completed the present invention.

【0040】図1および図2に基づき、本発明の実施の
態様を説明する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0041】図1は本発明の実施の態様に係る太陽電池
の一つの構成例を示すものである。
FIG. 1 shows one structural example of a solar cell according to an embodiment of the present invention.

【0042】図1において、11は金属級多結晶シリコ
ンのウエハーのウエハーである。この金属級多結晶シリ
コンウエハー上11にその結晶構造をそのまま反映し
て、太陽電池グレードのシリコン多結晶層12が形成さ
れている。
In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a metal-grade polycrystalline silicon wafer. A solar cell grade silicon polycrystalline layer 12 is formed on the metal-grade polycrystalline silicon wafer 11 by reflecting its crystal structure as it is.

【0043】16は11の金属級多結晶シリコンウエハ
ーの結晶粒界であり、12の太陽電池グレードのシリコ
ン多結晶層にも引き継がれている。11の金属級多結晶
シリコンウエハーは一般的にはBが不純物として、多量
に含有することにより強いp型である。抵抗率は0.1
−0.001Ω・cm程度が代表的な値である。
Reference numeral 16 denotes a crystal grain boundary of the 11th metal-grade polycrystalline silicon wafer, which is also inherited by 12 solar cell grade silicon polycrystalline layers. Eleven metal-grade polycrystalline silicon wafers are generally strong p-type because they contain a large amount of B as an impurity. The resistivity is 0.1
A typical value is about −0.001 Ω · cm.

【0044】含まれる不純物によっては、n型を示す場
合もある。
Depending on the impurities contained, it may show n-type.

【0045】また、導電型が明確にならない場合もあ
る。この場合は図2の構造の太陽電池にすることが好ま
しい。
In some cases, the conductivity type is not clear. In this case, it is preferable to use a solar cell having the structure shown in FIG.

【0046】したがって金属級多結晶シリコンウエハー
11と太陽電池グレードのシリコン多結晶層12との間
に不用意な接合をつくらないために、金属級多結晶シリ
コンウエハー11がp型である場合は太陽電池グレード
(例えば、不純物10ppm未満)のシリコン多結晶層
12もp型にしておくことが好ましい。そのため太陽電
池グレードのシリコン多結晶層12のシリコン多結晶層
作製時の金属溶媒にはシリコンと共にIII族の元素を若
干溶け込ませておくことが好ましい。
Therefore, in order to prevent inadvertent bonding between the metal-grade polycrystalline silicon wafer 11 and the solar cell grade silicon polycrystalline layer 12, when the metal-grade polycrystalline silicon wafer 11 is p-type, The polycrystalline silicon layer 12 of the battery grade (for example, less than 10 ppm of impurities) is also preferably p-type. For this reason, it is preferable that a group III element is slightly dissolved together with silicon in the metal solvent when the silicon polycrystalline layer 12 of the solar cell grade silicon polycrystalline layer 12 is formed.

【0047】金属級多結晶シリコンウエハー11がn型
である場合は12の太陽電池グレードのシリコン多結晶
層もN型にしておくことが必要である。そのため12の
シリコン多結晶層作製時の金属溶媒にはシリコンと共に
V族の元素を若干溶け込ませておくことが必要である。
11の太陽電池グレードのシリコン多結晶層12の膜厚
は10〜200μmが好ましく、より好ましくは20〜
200μmである。
When the metal-grade polycrystalline silicon wafer 11 is of the n-type, it is necessary that the twelve solar cell grade silicon polycrystalline layers are also of the n-type. Therefore, it is necessary to dissolve a group V element together with silicon in the metal solvent at the time of preparing the silicon polycrystalline layer.
The thickness of the solar cell grade silicon polycrystalline layer 12 is preferably from 10 to 200 μm, more preferably from 20 to 200 μm.
200 μm.

【0048】また、12の太陽電池グレードのシリコン
多結晶層の製造方法において使用される結晶成長法とし
ては、液相成長法、LPCVD法、常圧CVD法、プラ
ズマCVD法、光CVD法、スパッタリング法等が用い
られるが、成長速度、結晶性の点から液相成長法を用い
るのが好ましい。
The crystal growth method used in the method of manufacturing the 12 solar cell grade silicon polycrystalline layers includes a liquid phase growth method, an LPCVD method, a normal pressure CVD method, a plasma CVD method, a photo CVD method, and a sputtering method. A liquid phase growth method is preferably used from the viewpoint of growth rate and crystallinity.

【0049】13は、12とpn接合を形成するための
半導体層で、12とは反対の型の層である。
Reference numeral 13 denotes a semiconductor layer for forming a pn junction with 12, which is a layer of a type opposite to 12.

【0050】12がp型のときは、13はn型に、12
がn型のときは、13はp型になるようにすることが好
ましい。
When 12 is p-type, 13 is n-type and 12
When is n-type, it is preferable that 13 be p-type.

【0051】13の半導体層の形成方法としては、12
の層の表面にイオン打ち込み法あるいは熱拡散法により
12とは反対極性の不純物を導入する方法である。不純
物としては、n型ではP,As,Sb等、p型ではB,
Al,Ga等が夫々好適に選ばれる。
The method for forming the semiconductor layer 13 is as follows.
In this method, impurities having a polarity opposite to that of 12 are introduced into the surface of the layer by ion implantation or thermal diffusion. As impurities, P, As, Sb, etc. for n-type, and B, P-type for p-type.
Al, Ga, etc. are each suitably selected.

【0052】半導体接合の形成には、多結晶Siの表面
に多結晶Siの導電型とは異なる半導体層13を液相成
長法、あるいは各種CVD法等で堆積しても良い。この
場合半導体層13の結晶構造は、12の多結晶Si層の
結晶構造を引き継いでも、引き継がなくても良い。引き
継がない場合は、微結晶シリコン、非晶質シリコン・カ
ーバイト等の膜も使用可能である。
To form a semiconductor junction, a semiconductor layer 13 having a conductivity type different from that of polycrystalline Si may be deposited on the surface of polycrystalline Si by a liquid phase growth method, various CVD methods, or the like. In this case, the crystal structure of the semiconductor layer 13 may or may not inherit the crystal structure of the twelve polycrystalline Si layers. If not succeeded, a film of microcrystalline silicon, amorphous silicon carbide or the like can be used.

【0053】これらの接合深さあるいは半導体層の厚さ
としては導入される不純物の量にもよるが、0.01〜
1μmの範囲とするのが好ましく、、より好ましくは
0.02〜0.5μmである。
The junction depth or the thickness of the semiconductor layer depends on the amount of impurities to be introduced.
It is preferably in the range of 1 μm, more preferably 0.02 to 0.5 μm.

【0054】14は、グリッド状の集電電極である。集
電電極は真空蒸着法やスパッタリング法により形成し、
所望の形状に必要に応じてパターンニングすることでグ
リッド状に形成される。
Reference numeral 14 denotes a grid-like current collecting electrode. The collecting electrode is formed by vacuum evaporation or sputtering,
It is formed in a grid shape by patterning as required into a desired shape.

【0055】集電電極14は導電性の高い材料、例えば
金属であれば良く、好ましくは多結晶Siである大粒径
Si結晶薄膜とオーミックなコンタクトを取り得るもの
を好ましく用いることができる。又、集電電極14は1
層構成としても良いし、複数の材料(例えば金属)を組
み合わせて多層構成としても良い。
The current collecting electrode 14 may be made of a material having high conductivity, for example, a metal, and a material which can make an ohmic contact with a large-diameter Si crystal thin film which is preferably polycrystalline Si can be preferably used. The current collecting electrode 14 is 1
It may have a layered structure, or may have a multilayered structure by combining a plurality of materials (for example, metals).

【0056】集電電極の層厚は、夫々必要な機能を有し
ていれば特に制限はなく、必要な電力が取り出せる範囲
で適宜設計されれば良い。
The layer thickness of the current collecting electrode is not particularly limited as long as each layer has a required function, and may be appropriately designed within a range where necessary power can be taken out.

【0057】15は反射防止膜であり、TiO2,Sn
2,In23,ZnO等の膜がスパッタリング法等で
形成される。
Reference numeral 15 denotes an antireflection film, which is made of TiO 2 , Sn
A film of O 2 , In 2 O 3 , ZnO or the like is formed by a sputtering method or the like.

【0058】膜厚は、反射防止効果がもっとも大きくな
るように光電流が最大になる波長でのシリコンと反射防
止膜の屈折率を考慮して決められる。
The film thickness is determined in consideration of the refractive index of silicon and the antireflection film at a wavelength at which the photocurrent is maximized so that the antireflection effect is maximized.

【0059】図2は本発明の別の実施態様に係る構造例
である。図2の21から26は図1の11から16に対
応している。27は21の金属級多結晶シリコンウエハ
ーと22の太陽電池グレードのシリコン多結晶層との間
に導入した高ドーピング層である。極性は22と同じで
あるが、抵抗率は低い。通常0.1Ω・cm以下であ
る。
FIG. 2 is a structural example according to another embodiment of the present invention. 2 correspond to 11 to 16 in FIG. 27 is a highly doped layer introduced between 21 metal-grade polycrystalline silicon wafers and 22 solar cell grade silicon polycrystalline layers. The polarity is the same as 22, but the resistivity is low. Usually, it is 0.1 Ω · cm or less.

【0060】この構造は21の金属級多結晶シリコンウ
エハーの極性が明確でないとき、22の太陽電池グレー
ドのシリコン多結晶層との間をオーミックにするために
効果がある。
This structure is effective for making ohmic contact with the solar cell grade silicon polycrystalline layer 22 when the polarity of the metal grade polycrystalline silicon wafer 21 is not clear.

【0061】以下、図1に示すの構造の太陽電池の作製
工程を示す。
Hereinafter, a manufacturing process of the solar cell having the structure shown in FIG. 1 will be described.

【0062】粒状の金属級シリコンを石英坩堝内に投
入した。 この坩堝を真空誘導加熱炉内に入れてシリコンの融点
(〜1415℃)以上に一定時間保持することにより金
属級シリコンを溶融した。次に温度を下げて固化させる
ことにより金属級シリコンのインゴットを作製した。 得られた金属級シリコンのインゴットを厚さ350m
mにスライシングし、金属級シリコンのウエハーを作製
した。 金属級シリコンのウエハーを、洗剤および有機溶剤で
洗浄したのち、1.5%のHE水溶液で1分間エッチン
グをおこない、表面の酸化膜を取り除いた。 得られた金属級シリコンウエハーをカーボン・グラフ
ァイト等で形成されたボート内に載置し、水素雰囲気中
でインジウムを用いた液相成長法によりこの基板上にシ
リコン層を堆積した。 このシリコン層表面に接合を形成した。 この上に集電電極パターンを形成した。 この上に反射防止膜を形成し、図1に示す構造の太陽
電池を作製した。
[0062] Granular metal-grade silicon was charged into a quartz crucible. The metal-grade silicon was melted by placing the crucible in a vacuum induction heating furnace and maintaining the temperature above the melting point of silicon (〜1415 ° C.) for a certain period of time. Next, an ingot of metal-grade silicon was produced by lowering the temperature and solidifying. The obtained metal-grade silicon ingot is 350 m thick.
m to produce a metal-grade silicon wafer. After cleaning the metal-grade silicon wafer with a detergent and an organic solvent, the wafer was etched with a 1.5% HE aqueous solution for 1 minute to remove an oxide film on the surface. The obtained metal-grade silicon wafer was placed in a boat made of carbon graphite or the like, and a silicon layer was deposited on the substrate by a liquid phase growth method using indium in a hydrogen atmosphere. A bond was formed on the surface of the silicon layer. A current collecting electrode pattern was formed thereon. An anti-reflection film was formed thereon, and a solar cell having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.

【0063】また図2に示すの構造の太陽電池の作製方
法を示す。 粒状の金属級シリコンを石英坩堝内に投入した。 この坩堝を真空誘導加熱炉内に入れてシリコンの融点
(〜1415℃)以上に一定時間保持することにより金
属級シリコンを溶融した。次に温度を下げて固化させる
ことにより金属級シリコンのインゴットを作製した。 得られた金属級シリコンのインゴットを厚さ350m
mにスライシングし、金属級シリコンのウエハーを作製
した。 金属級シリコンのウエハーを、洗剤および有機溶剤で
洗浄したのち、1.5%のHE水溶液で1分間エッチン
グをおこない、表面の酸化膜を取り除いた。 得られた金属級シリコンのウエハーをカーボン・グラ
ファイト等で形成されたボート内に載置し、例えばイン
ジウム等の金属溶媒を金属級シリコン基板上に接触させ
て電気炉内に入れ、金属級シリコン基板表面層を溶媒中
に溶解させた。次いで温度を下げて溶媒中のシリコン濃
度を飽和あるいは過飽和状態にして再び金属級シリコン
基板表面上にシリコンを析出させた。このとき析出した
シリコンはp型(p+)となった。 得られた金属級シリコン基板をカーボン・グラファイ
ト等で形成されたボート内に載置し、水素雰囲気中でイ
ンジウムを用いた液相成長法によりこの基板上にシリコ
ン層を堆積した。 このシリコン層表面に接合を形成した。 この上に集電電極パターンを形成した。 この上に反射防止膜を形成し、図2に示す構造の太陽
電池を作製した。
A method of manufacturing a solar cell having the structure shown in FIG. 2 will be described. Granular metal-grade silicon was charged into a quartz crucible. The metal-grade silicon was melted by placing the crucible in a vacuum induction heating furnace and maintaining the temperature above the melting point of silicon (〜1415 ° C.) for a certain period of time. Next, an ingot of metal-grade silicon was produced by lowering the temperature and solidifying. The obtained metal-grade silicon ingot is 350 m thick.
m to produce a metal-grade silicon wafer. After cleaning the metal-grade silicon wafer with a detergent and an organic solvent, the wafer was etched with a 1.5% HE aqueous solution for 1 minute to remove an oxide film on the surface. The obtained metal-grade silicon wafer is placed in a boat made of carbon graphite or the like, and a metal solvent such as indium is brought into contact with the metal-grade silicon substrate and placed in an electric furnace, and the metal-grade silicon substrate is placed in the electric furnace. The surface layer was dissolved in the solvent. Then, the temperature was lowered to make the concentration of silicon in the solvent saturated or supersaturated, and silicon was deposited again on the surface of the metal-grade silicon substrate. At this time, the deposited silicon became p-type (p + ). The obtained metal-grade silicon substrate was placed in a boat made of carbon graphite or the like, and a silicon layer was deposited on the substrate by a liquid phase growth method using indium in a hydrogen atmosphere. A bond was formed on the surface of the silicon layer. A current collecting electrode pattern was formed thereon. An antireflection film was formed thereon, and a solar cell having the structure shown in FIG. 2 was manufactured.

【0064】以下に本発明に係る太陽電池の製造方法例
について詳述する。
Hereinafter, an example of a method for manufacturing a solar cell according to the present invention will be described in detail.

【0065】液相成長法は、シリコン基板表面に存在す
る自然酸化膜を除去する目的で水素雰囲気下で行われる
ことがこ好ましい。成長温度は500〜1100℃の範
囲が好ましく、より好適には700〜1050℃の範囲
が選ばれる。
The liquid phase growth method is preferably performed in a hydrogen atmosphere for the purpose of removing a natural oxide film present on the silicon substrate surface. The growth temperature is preferably in the range of 500 to 1100C, more preferably in the range of 700 to 1050C.

【0066】液相成長法において、金属溶媒としてイン
ジウムを用いることが好ましい。インジウムとしては9
9.9%〜99.9999%の高純度のものが用いられ
る。
In the liquid phase growth method, it is preferable to use indium as the metal solvent. 9 for indium
A high-purity 9.9% to 99.9999% is used.

【0067】液相成長法としては、徐冷法や温度差法が
一般に用いられるが、本発明者による恒温法(特開平6
−191987号公報)も用いることができる。
As the liquid phase growth method, a slow cooling method and a temperature difference method are generally used.
JP-A-191987) can also be used.

【0068】本発明の太陽電池用基体に使用される金属
級シリコンとしては低純度、具体的には不純物元素を
0.1%乃至2%含むものが安価で容易に用いられる。
粒状あるいは粉末状にしてから溶融される前に必要に応
じて予め塩酸等の酸による処理を行い、不純物の量を軽
減しておくことも可能である。
As the metal-grade silicon used for the solar cell substrate of the present invention, a low-purity metal, specifically, one containing an impurity element of 0.1% to 2% is inexpensive and easily used.
It is also possible to reduce the amount of impurities by performing a treatment with an acid such as hydrochloric acid in advance as needed before granulation or powdering and before melting.

【0069】液相成長法において使用される坩堝の材質
としては加工の容易性や価格の点から石英あるいはカー
ボン・グラファイトが用いられるが、溶融/固化したシ
リコンを離型させる材料が塗布できてなおかつ融点がシ
リコンのそれよりも高いものであれば何でも良く、シリ
コン・カーバイトや窒化珪素あるいは窒化ホウ素等も使
用可能である。また、坩堝は非対称に形成したり、放熱
板を付けたりすることで固化時の熱の流れを制御するこ
とで金属級シリコンに含まれる不純物をシート表面片側
に偏析させると同時に結晶粒径を拡大させることも可能
である。
As the material of the crucible used in the liquid phase growth method, quartz or carbon graphite is used from the viewpoint of easiness of processing and cost, but a material capable of releasing the molten / solidified silicon can be applied and Any material having a melting point higher than that of silicon may be used, and silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, or the like may be used. In addition, the crucible is formed asymmetrically or by attaching a heat sink to control the heat flow during solidification, thereby segregating impurities contained in metal-grade silicon to one side of the sheet surface and increasing the crystal grain size. It is also possible to make it.

【0070】坩堝内に塗布される離型剤としては溶融し
たシリコンに対して反応を起こさず接触角の大きいもの
が選ばれる。具体的にはSi34を主成分としたものが
用いられ、必要に応じてSiO2等が添加される。離型
剤の坩堝内への被膜の仕方としては粉末状のSi34
分散させた有機溶液あるいはシラノール溶液を坩堝内に
スプレーし、400℃以上の熱処理をして被膜を形成す
る。
As the release agent applied to the crucible, a release agent which does not react with molten silicon and has a large contact angle is selected. Specifically, a material containing Si 3 N 4 as a main component is used, and SiO 2 or the like is added as necessary. As a method of coating the release agent into the crucible, an organic solution or a silanol solution in which powdered Si 3 N 4 is dispersed is sprayed into the crucible, and a heat treatment at 400 ° C. or more is performed to form a coating.

【0071】本発明において使用される金属級シリコン
基板の表面を溶解/再析出させる金属溶煤としては比較
的融点が低く、シリコン基板の表面層を充分に溶解する
ものが選ばれる。このようなものとしては例えばインジ
ウム、ガリウム、錫等が好適である。
The metal soot used for dissolving / reprecipitating the surface of the metal-grade silicon substrate used in the present invention is selected to have a relatively low melting point and sufficiently dissolve the surface layer of the silicon substrate. As such a material, for example, indium, gallium, tin and the like are preferable.

【0072】また液相成長法において使用されるインジ
ウムによる液相成長のときのボートや金属級シリコンウ
エハー表面を金属溶媒で溶解/再析出させるときのボー
トとしては主にカーボン・グラファイトが用いられる
が、シリコン・カーバイトや窒化珪素等も使用可能であ
る。金属溶媒をシリコンウエハー表面に接触させる方法
としては主にスライド方式やtipping方式が用い
られる。
As a boat for liquid phase growth using indium and a boat for dissolving / reprecipitating the surface of a metal-grade silicon wafer with a metal solvent used in the liquid phase growth method, carbon graphite is mainly used. , Silicon carbide, silicon nitride and the like can also be used. As a method for bringing the metal solvent into contact with the surface of the silicon wafer, a slide method or a tipping method is mainly used.

【0073】金属級シリコンインゴット作製に使用され
る炉としては真空誘導加熱炉が制御性の上から好まし
く、シリコンの融点以上の温度まで安定して保持できる
ものが用いられ、固化させる場合の形成されるインゴッ
トの結晶性の維持の点からおよそ−30℃/min以下
の速度で降温できるものが好ましい。また、金属溶媒で
金属級シリコンウエハー基板表面を溶解/再析出させる
場合に用いた炉は通常の電気炉であるが、その仕様は上
記真空誘導加熱炉に準じたものを用いる。またこの場合
も誘導加熱炉であってもよい。
As a furnace used for manufacturing a metal-grade silicon ingot, a vacuum induction heating furnace is preferable from the viewpoint of controllability, and a furnace that can stably maintain a temperature equal to or higher than the melting point of silicon is used. From the viewpoint of maintaining the crystallinity of the ingot, it is preferable that the temperature can be lowered at a rate of about -30 ° C / min or less. The furnace used for dissolving / reprecipitating the surface of a metal-grade silicon wafer substrate with a metal solvent is an ordinary electric furnace, and the specifications thereof conform to those of the above vacuum induction heating furnace. Also in this case, an induction heating furnace may be used.

【0074】図3は、太陽電池グレードシリコン層のみ
の断面図である。本発明では結晶粒部の膜厚t1と結晶
粒界部の膜厚t2との比を規定している。
FIG. 3 is a sectional view of only the solar cell grade silicon layer. In the present invention, the ratio between the thickness t1 of the crystal grain portion and the thickness t2 of the crystal grain boundary portion is defined.

【0075】以下では、上述した太陽電池を得るため
に、本発明者が行った実験について詳述する。
Hereinafter, an experiment performed by the present inventor to obtain the above-described solar cell will be described in detail.

【0076】(実験1)本実験では金属級シリコン多結
晶基板をカーボン・グラファイトで形成されたボート内
に戴置し、水素雰囲気中において過冷却度30℃、成膜
開始温度980℃として金属溶媒の温度降下速度を変
え、液相成長させたシリコン層の結晶粒部および結晶粒
界部の膜厚を測定した。降下速度は1℃/min、2℃
/min、3℃/min、4℃/min、5℃/mi
n、6℃/min、7℃/minとした。これらの試料
をそれぞれ試料1―9とする。この結果それぞれの試料
の結晶粒界部と結晶粒部の膜厚を触針式膜厚計で測定し
た。その比(t1/t2)は表1に示す結果となった。
(Experiment 1) In this experiment, a metal-grade polycrystalline silicon substrate was placed in a boat made of carbon graphite, and a supercooling degree of 30 ° C. and a film formation starting temperature of 980 ° C. were set in a hydrogen atmosphere in a metal solvent. Was changed, and the film thickness of the crystal grain portion and the crystal grain boundary portion of the silicon layer grown in the liquid phase was measured. The descending speed is 1 ℃ / min, 2 ℃
/ Min, 3 ° C / min, 4 ° C / min, 5 ° C / mi
n, 6 ° C./min, 7 ° C./min. These samples are referred to as samples 1-9, respectively. As a result, the film thickness of the crystal grain boundary portion and the crystal grain portion of each sample was measured by a stylus type film thickness meter. The ratio (t1 / t2) was as shown in Table 1.

【0077】[0077]

【表1】 [Table 1]

【0078】(実験2)実験1で得られた試料は熱起電
力法によるpn判定でいずれもp型であることがわかっ
たので、析出シリコン層の表面にPOCl3を拡散源と
して900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形成
し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn+
層表面のデッド層をエッチングにより除去し、約0.2
μmの適度な表面濃度をもった接合深さを得た。
(Experiment 2) Since all the samples obtained in Experiment 1 were found to be p-type by pn judgment by the thermoelectromotive force method, POCl 3 was used as a diffusion source on the surface of the deposited silicon layer at 900 ° C. P diffusion was performed at a temperature to form an n + layer, and a junction depth of about 0.5 μm was obtained. Formed n +
The dead layer on the layer surface is removed by etching,
A junction depth with an appropriate surface concentration of μm was obtained.

【0079】さらにn+層の上に透明電極として約0.
1μm厚のITOを電子ビーム蒸着で形成した。
[0079] Further about as a transparent electrode on the n + layer 0.
1 μm thick ITO was formed by electron beam evaporation.

【0080】透明電極の上に、集電電極(Cr(0.0
2μm)/Ag(1μm)/Cr(0.004μm))
を真空蒸着により形成した。また基板である金属級シリ
コンウエハーの裏面に、Alを蒸着して裏面電極を形成
した。
On the transparent electrode, a current collecting electrode (Cr (0.0
2 μm) / Ag (1 μm) / Cr (0.004 μm))
Was formed by vacuum evaporation. Al was deposited on the back surface of the metal-grade silicon wafer as a substrate to form a back electrode.

【0081】このように作製した薄膜結晶太陽電池につ
いてAM1.5(100mW/cm 2)光照射下でのI
−V特性を測定した。その結果、表2に示すような開放
電圧、短絡光電流、曲線因子および変換効率が得られ
た。
The thin-film crystal solar cell manufactured as described above is
AM1.5 (100mW / cm Two) I under light irradiation
-V characteristics were measured. As a result, the release as shown in Table 2
Voltage, short-circuit photocurrent, fill factor and conversion efficiency
Was.

【0082】[0082]

【表2】 [Table 2]

【0083】表2、実験1および2の結果より、結晶粒
界部と結晶粒部の膜厚の比と変換効率との関係は図4の
ようになる。
From the results of Table 2, Experiments 1 and 2, the relationship between the conversion efficiency and the ratio of the film thickness between the crystal grain boundary and the crystal grain is as shown in FIG.

【0084】図4より、結晶粒界部と結晶粒部の膜厚の
比が0.2から0.85のあいだにあるとき、変換効率
は実用上の最低レベル10%を超えており、特に0.2
5から0.75の間では著しく高くなることがわかる。
FIG. 4 shows that the conversion efficiency exceeds the practical minimum level of 10% when the thickness ratio between the crystal grain boundary portion and the crystal grain portion is between 0.2 and 0.85. 0.2
It can be seen that it is significantly higher between 5 and 0.75.

【0085】(実験3)本実験では、金属級シリコンウ
エハーの上に、不純物のより少ないp+シリコン層を形
成する方法を検討した。金属級シリコンウエハーをカー
ボン・ボート内に載置し、インジウムの金属溶媒をシー
ト上に接触させて電気炉内に入れ、1050℃に保持し
て金属級シリコンウエハー表面層をインジウム溶媒中に
溶解させた。この状態をしばらく保持して充分に飽和し
た後、電気炉を制御して温度を下げ、溶媒中のシリコン
を再びシリコンウエハー表面上に析出させた。一定時間
析出させた後、ウエハーに接触させたインジウム溶媒を
取り除いて所望のシリコン析出層を得た。
(Experiment 3) In this experiment, a method of forming a p + silicon layer with less impurities on a metal-grade silicon wafer was examined. The metal-grade silicon wafer is placed in a carbon boat, the metal solvent of indium is brought into contact with the sheet, placed in an electric furnace, and maintained at 1050 ° C. to dissolve the surface layer of the metal-grade silicon wafer in the indium solvent. Was. After maintaining this state for a while and sufficiently saturating, the temperature was lowered by controlling the electric furnace, and silicon in the solvent was deposited again on the surface of the silicon wafer. After the deposition for a certain period of time, the indium solvent brought into contact with the wafer was removed to obtain a desired silicon deposition layer.

【0086】表3は、得られたシリコンウエハーの表面
に析出したシリコン層に含まれるの元素を分析した結果
である。
Table 3 shows the results of analysis of elements contained in the silicon layer deposited on the surface of the obtained silicon wafer.

【0087】[0087]

【表3】 [Table 3]

【0088】表3から、析出したシリコン層はの金属級
シリコンに比べて総量で1/100以下とさらに不純物
の量が減少していることが確認された。
From Table 3, it was confirmed that the amount of impurities in the deposited silicon layer was further reduced to 1/100 or less as compared with the metallic grade silicon.

【0089】また熱起電力法によりpn判定したとこ
ろ、析出したシリコン層はp型(p+)であることが分
かった。
Further, when the pn was determined by the thermoelectromotive force method, it was found that the deposited silicon layer was p-type (p + ).

【0090】上述した各実験の結果から、10ppm以
上の不純物濃度を持つ結晶シリコン基板上にインジウム
を溶媒に用いた液相成長法でシリコン層を形成すること
により、良質なシリコン層が得られること、また粒状の
金属級シリコンを溶融/固化してシリコンウエハーを作
製し、その表面を金属溶媒で溶解/再析出させてp型
(p+)のシリコン層を形成した後、その上にインジウ
ムを溶媒に用いた液相成長法でシリコン層を形成するこ
とで良好な特性を有する薄膜結晶太陽電池が形成できる
ことが分かった。
From the results of the above-described experiments, a high quality silicon layer can be obtained by forming a silicon layer on a crystalline silicon substrate having an impurity concentration of 10 ppm or more by a liquid phase growth method using indium as a solvent. Also, a metal wafer is prepared by melting / solidifying granular metal-grade silicon, and the surface thereof is dissolved / reprecipitated with a metal solvent to form a p-type (p +) silicon layer, and then indium is coated with indium as a solvent. It was found that a thin-film crystal solar cell having good characteristics can be formed by forming a silicon layer by the liquid phase growth method used in Example 1.

【0091】なお、本発明で作製されるシリコン層の厚
さは、効率の良い光吸収の観点から、好ましくは10μ
m以上、より好ましくは10μm以上100μm以下、
さらに好ましくは10μm以上50μm以下とされるの
が望ましい。
The thickness of the silicon layer formed in the present invention is preferably 10 μm from the viewpoint of efficient light absorption.
m or more, more preferably 10 μm or more and 100 μm or less,
It is more preferable that the thickness be 10 μm or more and 50 μm or less.

【0092】[0092]

【実施例】以下では、本発明に係る太陽電池をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定
されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the solar cell according to the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to these examples.

【0093】(実施例1)本例では、インゴットからス
ライスした金属級シリコンウエハー上に、インジウムを
用いた液相成長法によりシリコン層を堆積し、これを活
性層として薄膜太陽電池を形成した。
(Example 1) In this example, a silicon layer was deposited on a metal-grade silicon wafer sliced from an ingot by a liquid phase growth method using indium, and a thin film solar cell was formed using the silicon layer as an active layer.

【0094】純度98%の金属級シリコンを原料として
キャスト法によりインゴットを作り、0.5mm厚のウ
エハー状にスライスして金属級シリコンウエハー基板を
作製した。作製した金属級シリコンウエハー基板の表面
付近の元素分析を行ったところ、表4の結果を得た。
An ingot was prepared by casting using metal-grade silicon having a purity of 98% as a raw material, and sliced into a wafer having a thickness of 0.5 mm to prepare a metal-grade silicon wafer substrate. Elemental analysis near the surface of the produced metal-grade silicon wafer substrate was performed, and the results in Table 4 were obtained.

【0095】[0095]

【表4】 [Table 4]

【0096】また、金属級シリコンウエハー基板の結晶
粒径は数mm〜数cmであり、比抵抗は0.01Ω・c
m(p型)であった金属級シリコンウエハー基板をカー
ボン・ボート内に載置し、成膜前に980℃で高純度シ
リコンを1時間40分インジウム溶媒中に溶かし込ん
だ。その後ウエハーを溶媒中に置き、高純度シリコンを
溶かし込んだインジウムを溶媒に用いた液相成長法によ
り、水素雰囲気中において過冷却度10℃、成長開始温
度950℃として降下速度を4℃/minで800℃に
下がるまでシリコン層を形成した。
The crystal grain size of the metal-grade silicon wafer substrate is several mm to several cm, and the specific resistance is 0.01 Ω · c.
The m-grade (p-type) metal-grade silicon wafer substrate was placed in a carbon boat, and high-purity silicon was dissolved in an indium solvent at 980 ° C. for 1 hour and 40 minutes before film formation. Thereafter, the wafer is placed in a solvent, and a liquid crystal growth method using indium in which high-purity silicon is dissolved is used as a solvent. In a hydrogen atmosphere, a degree of supercooling is 10 ° C., a growth start temperature is 950 ° C., and a descent rate is 4 ° C./min. To form a silicon layer until the temperature drops to 800 ° C.

【0097】成膜したシリコン層の膜厚を測定したとこ
ろ、結晶粒の中心部は51μmで、結晶粒界部は28μ
mであった。
When the film thickness of the formed silicon layer was measured, the center of the crystal grain was 51 μm and the grain boundary was 28 μm.
m.

【0098】次にシリコン層の表面にPOCl3を拡散
源として900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を
形成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成された
+層表面のデッド層をエッチングにより除去し、約
0.2μmの適度な表面濃度をもった接合深さを得た。
さらにn+層の上に集電電極(Cr(0.02μm)/
Ag(1μm)/Cr(0.004μm))を電子ビー
ム蒸着により形成した。さらにその上に反射防止膜Ti
2を約60nmをスパッタリング法により形成し、ま
た金属級シリコンウエハーの裏面にもAlを蒸着して裏
面電極を形成した。
Next, P was thermally diffused on the surface of the silicon layer at a temperature of 900 ° C. using POCl 3 as a diffusion source to form an n + layer, and a junction depth of about 0.5 μm was obtained. The dead layer on the surface of the formed n + layer was removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm.
Further collector electrode on the n + layer (Cr (0.02μm) /
Ag (1 μm) / Cr (0.004 μm)) was formed by electron beam evaporation. Furthermore, an anti-reflection film Ti
About 60 nm of O 2 was formed by a sputtering method, and Al was also deposited on the back of the metal-grade silicon wafer to form a back electrode.

【0099】このようにして作製した薄膜結晶太陽電池
についてAM1.5(100mW/cm2)光照射下で
のI−V特性について測定を行ったところ、セル面積2
cm2で開放電圧0.62V、短絡光電流35mA/c
2、曲線因子0.75となり、変換効率16.3%を得た。
The thin-film crystal solar cell thus manufactured was measured for IV characteristics under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation.
cm 2 in open circuit voltage 0.62 V, the short circuit photocurrent 35 mA / c
m 2 and fill factor were 0.75, and a conversion efficiency of 16.3% was obtained.

【0100】(比較例1)実施例1において、液相成長法
において降下速度を0.5℃/minとし、その他は同
じ条件でシリコン膜を作製した。得られたシリコン膜の
結晶粒中心部の膜厚は51μmで、結晶粒界部の膜厚は
46μmであった。以下実施例1と同じ工程で太陽電池
を作製した。AM1.5(100mW/cm2)光照射
下でのI−V特性について測定を行ったところ、セル面
積2cm2で開放電圧0.52V、短絡光電流30mA
/cm2、曲線因子0.58となり、変換効率9.0%
であった。
(Comparative Example 1) A silicon film was produced in the same manner as in Example 1, except that the descent rate was 0.5 ° C./min in the liquid phase growth method, and the other conditions were the same. The film thickness at the center of the crystal grain of the obtained silicon film was 51 μm, and the film thickness at the crystal grain boundary was 46 μm. Hereinafter, a solar cell was manufactured in the same steps as in Example 1. When the IV characteristics under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation were measured, the cell area was 2 cm 2 , the open voltage was 0.52 V, and the short-circuit photocurrent was 30 mA.
/ Cm 2 , fill factor 0.58, conversion efficiency 9.0%
Met.

【0101】(実施例2)実施例1において、液相成長
法においてシリコン膜を作製した後、プラズマCVD装
置に装着し、SiH4ガス0.05sccm、H2ガス8
0sccm、PH 3ガス(1%PH3,99%H2)0.
2sccmを60Pano圧力下で、50Wの105M
HzVHF電力を5分間印加し、該シリコン膜の上にn
型の微結晶シリコン層を20nm形成し、PN接合を形
成した。次にスパッタリング法によりITO膜を550
nm形成した。ITO膜は透明導電膜と反射防止膜とし
ての両方の作用がある。その上に集電電極(Cr(0.
02μm)/Ag(1μm)/Cr(0.004μ
m))を電子ビーム蒸着により形成した。
(Example 2) In Example 1, the liquid phase growth was performed.
After forming a silicon film by the plasma CVD method,
Attached to theFour0.05 sccm gas, HTwoGas 8
0 sccm, PH ThreeGas (1% PHThree, 99% HTwo) 0.
2 sccm under 60 Pano pressure, 105 W at 50 W
Hz VHF power is applied for 5 minutes, and n
Form a 20-nm microcrystalline silicon layer to form a PN junction
Done. Next, 550 of the ITO film is formed by a sputtering method.
nm. The ITO film consists of a transparent conductive film and an anti-reflection film.
There are both effects. A current collecting electrode (Cr (0.
02 μm) / Ag (1 μm) / Cr (0.004 μm)
m)) was formed by electron beam evaporation.

【0102】このようにして作製した薄膜結晶太陽電池
についてAM1.5(100mW/cm2)光照射下で
のI−V特性について測定を行ったところ、セル面積2
cm2で開放電圧0.63V、短絡光電流34mA/c
2、曲線因子0.71となり、変換効率15.2%を
得た。
The thin-film crystal solar cell thus manufactured was measured for IV characteristics under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation.
Open voltage 0.63 V, short-circuit photocurrent 34 mA / c in cm 2
m 2 and a fill factor of 0.71, resulting in a conversion efficiency of 15.2%.

【0103】(実施例3)金属級シリコンウエハーをカ
ーボン・ボート内に載置し、インジウムの金属溶媒をシ
ート上に接触させて電気炉内に入れ、800℃に保持し
て金属級シリコンウエハー表面層をIn溶媒中に溶解さ
せた。この状態で数時間おいて充分に飽和したところで
次に電気炉を制御して温度を0.5℃/minの速度で
下げ、700℃まで、溶媒中のシリコンを再びシリコン
ウエハー表面上に析出させた。2時間析出させた後、ボ
ートをスライドさせてウエハー上のインジウム溶媒を取
り除き、所望のシリコン析出層を得た。
(Example 3) A metal-grade silicon wafer was placed in a carbon boat, and a metal solvent of indium was brought into contact with a sheet and placed in an electric furnace. The layer was dissolved in the In solvent. In this state, when several hours have passed and saturation is sufficient, the electric furnace is controlled to lower the temperature at a rate of 0.5 ° C./min, and silicon in the solvent is deposited again on the silicon wafer surface to 700 ° C. Was. After deposition for 2 hours, the boat was slid to remove the indium solvent on the wafer, and a desired silicon deposition layer was obtained.

【0104】表5は、金属級シリコンウエハーの表面に
析出したシリコン層に含まれるの元素を分析した結果で
ある。
Table 5 shows the results of analyzing the elements contained in the silicon layer deposited on the surface of the metal-grade silicon wafer.

【0105】[0105]

【表5】 [Table 5]

【0106】表5から、原料である粒状の金属級シリコ
ンに比べて、析出させたシリコン層は著しく不純物の量
が減少していることが確認された。また得られた再析出
シリコン層の厚さはSBM/EDXによる断面観察から
約15μmであった。
From Table 5, it was confirmed that the amount of impurities in the deposited silicon layer was significantly reduced as compared with the granular metal-grade silicon as the raw material. Further, the thickness of the obtained reprecipitated silicon layer was about 15 μm from a cross-sectional observation by SBM / EDX.

【0107】また、熱起電力法によるpn判定では析出
したシリコン層はp型(p+)であることが分かった。
The pn judgment by the thermoelectromotive force method revealed that the deposited silicon layer was p-type (p + ).

【0108】このシリコンウエハーの表面、すなわち析
出させたシリコン層の上に、前述の溶解/再析出の工程
で使用したインジウム金属溶媒とは別のインジウムを溶
媒に用いて液相成長を行った。成膜前に、980℃で高
純度シリコンを1時間40分インジウム溶媒中に溶かし
込んでおいた。その後ウエハーを溶媒中に置き,水素雰
囲気中において過冷却度30℃、成長開始温度950℃
として降温速度4℃/minでシリコン層を形成した。
得られたシリコン層の膜厚は結晶粒の中心部で53μ
m、粒界部で、30μmであった。
On the surface of the silicon wafer, that is, on the deposited silicon layer, liquid phase growth was performed using indium other than the indium metal solvent used in the above-mentioned dissolution / reprecipitation step as a solvent. Before film formation, high-purity silicon was dissolved in an indium solvent at 980 ° C. for 1 hour and 40 minutes. Thereafter, the wafer is placed in a solvent, and in a hydrogen atmosphere, the degree of supercooling is 30 ° C., and the growth start temperature is 950 ° C.
The silicon layer was formed at a temperature lowering rate of 4 ° C./min.
The thickness of the obtained silicon layer is 53 μm at the center of the crystal grain.
m, 30 μm at the grain boundary.

【0109】シリコン層の表面にPOCl3を拡散源と
して900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形成
し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn+
層表面のデッド層をエッチングにより除去し、約0.2
μmの適度な表面濃度をもった接合深さを得た。
The n + layer was formed on the surface of the silicon layer by thermal diffusion of P at a temperature of 900 ° C. using POCl 3 as a diffusion source to obtain a junction depth of about 0.5 μm. N + formed
The dead layer on the layer surface is removed by etching,
A junction depth with an appropriate surface concentration of μm was obtained.

【0110】作製したn+層の上に、集電電極(Cr
(0.02μm)/Ag(1μm)/Cr(0.004
μm))を電子ビーム蒸着により形成した。
[0110] On of the produced n + layer, the collector electrode (Cr
(0.02 μm) / Ag (1 μm) / Cr (0.004
μm)) was formed by electron beam evaporation.

【0111】集電電極の上に、反射防止膜として、Ti
2膜を600nmスパッタリング法により形成した。
On the current-collecting electrode, Ti was used as an anti-reflection film.
An O 2 film was formed by a 600 nm sputtering method.

【0112】また基板であるシリコンウエハーの裏面
に、Alを蒸着して裏面電極を形成した。
Further, Al was deposited on the back surface of the silicon wafer as the substrate to form a back electrode.

【0113】このように作製した薄膜結晶太陽電池に対
して、AM1.5(100mW/cm2)光照射下にお
けるI−V特性を測定した。その結果、セル面積2cm
2において、開放電圧0.60V、短絡光電流34mA
/cm2、曲線因子0.75となり、変換効率15.3
%を得た。
The IV characteristics of the thin-film crystal solar cell fabricated as described above were measured under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation. As a result, the cell area is 2 cm
2 , the open-circuit voltage is 0.60 V and the short-circuit photocurrent is 34 mA.
/ Cm 2 and a fill factor of 0.75, resulting in a conversion efficiency of 15.3.
%.

【0114】(実施例4)金属級シリコンウエハー基板
をカーボン・ボート内に載置した。成膜前に930℃
で、高純度シリコンおよびBをインジウム溶媒中に1時
間30分溶かし込んだ。その後、ウエハーを溶媒中に置
き、インジウムを溶媒に用いた液相成長法により、水素
雰囲気中において過冷却度10℃、成長開始温度930
℃、終了温度800℃、降下速度を0.5℃/minで
Bを含んだシリコン層を形成した。
Example 4 A metal-grade silicon wafer substrate was placed in a carbon boat. 930 ° C before film formation
Then, high-purity silicon and B were dissolved in the indium solvent for 1 hour and 30 minutes. Thereafter, the wafer is placed in a solvent, and a liquid crystal growth method using indium as a solvent is performed in a hydrogen atmosphere in a degree of supercooling of 10 ° C. and a growth start temperature of 930.
A silicon layer containing B was formed at a temperature of 800 ° C., an end temperature of 800 ° C., and a descent rate of 0.5 ° C./min.

【0115】成膜したBを含んだシリコン層の膜厚を測
定したところ、結晶粒の中心部は12μmで、結晶粒界
部は11μmであった。また熱起電力法によるpn判定
では析出したシリコン層はp型(p+)であることが分
かった。
When the film thickness of the silicon layer containing B was measured, the center of the crystal grain was 12 μm and the grain boundary was 11 μm. The pn determination by the thermoelectromotive force method showed that the deposited silicon layer was p-type (p + ).

【0116】このシリコンウエハーの表面、すなわち析
出させたシリコン層の上に、前述の溶解/再析出の工程
で使用したインジウム金属溶媒とは別のインジウムを溶
媒に用いて液相成長を行った。成膜前に、980℃で高
純度シリコンを1時間40分インジウム溶媒中に溶かし
込んでおいた。その後ウエハーを溶媒中に置き,水素雰
囲気中において過冷却度30℃、成長開始温度950℃
として降温速度4℃/minで680℃の温度に下がる
までシリコン層を形成した。得られたシリコン層の膜厚
は結晶粒の中心部で55μm、粒界部で、31μmであ
った。
On the surface of the silicon wafer, that is, on the deposited silicon layer, liquid phase growth was performed using indium other than the indium metal solvent used in the above-mentioned dissolution / reprecipitation step as a solvent. Before film formation, high-purity silicon was dissolved in an indium solvent at 980 ° C. for 1 hour and 40 minutes. Thereafter, the wafer is placed in a solvent, and in a hydrogen atmosphere, the degree of supercooling is 30 ° C., and the growth start temperature is 950 ° C.
A silicon layer was formed at a temperature lowering rate of 4 ° C./min until the temperature dropped to 680 ° C. The thickness of the obtained silicon layer was 55 μm at the center of the crystal grain and 31 μm at the grain boundary.

【0117】シリコン層の表面にPOCl3を拡散源と
して900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形成
し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn+
層表面のデッド層をエッチングにより除去し、約0.2
μmの適度な表面濃度をもった接合深さを得た。
Using a POCl 3 diffusion source as a diffusion source, P was thermally diffused at a temperature of 900 ° C. to form an n + layer on the surface of the silicon layer, and a junction depth of about 0.5 μm was obtained. N + formed
The dead layer on the layer surface is removed by etching,
A junction depth with an appropriate surface concentration of μm was obtained.

【0118】 作製したn+層の上に、集電電極(Cr
(0.02μm)/Ag(1μm)/Cr(0.004
μm))を電子ビーム蒸着により形成した。
A current collecting electrode (Cr) was formed on the n + layer thus formed.
(0.02 μm) / Ag (1 μm) / Cr (0.004
μm)) was formed by electron beam evaporation.

【0119】集電電極の上に、反射防止膜として、Ti
2膜を600nmスパッタリング法により形成した。
On the current collecting electrode, Ti was used as an anti-reflection film.
An O 2 film was formed by a 600 nm sputtering method.

【0120】また基板であるシリコンウエハーの裏面
に、Alを蒸着して裏面電極を形成した。
On the back surface of the silicon wafer as the substrate, Al was deposited to form a back electrode.

【0121】このように作製した薄膜結晶太陽電池に対
して、AM1.5(100mW/cm2)光照射下にお
けるI−V特性を測定した。その結果、セル面積2cm
2において、開放電圧0.61V、短絡光電流33mA
/cm2、曲線因子0.76となり、変換効率15.3
%を得た。
The IV characteristics of the thin-film crystal solar cell fabricated as described above were measured under AM1.5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation. As a result, the cell area is 2 cm
2 , the open-circuit voltage is 0.61 V and the short-circuit photocurrent is 33 mA.
/ Cm 2 and a fill factor of 0.76, resulting in a conversion efficiency of 15.3.
%.

【0122】[0122]

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、結晶粒界部の膜厚を結晶粒中心部の膜厚より所定の
比で小さくすることにより、粒界近傍における電荷の走
行距離が短くなり、電荷の走行時間を短くなる。そのた
め太陽電池セル内での電荷の再結合が減少し、外部回路
にとりだされる電流が増加し、変換効率の向上が得られ
る。
As described above, according to the present invention, by making the film thickness of the grain boundary portion smaller than the film thickness of the central portion of the crystal grain at a predetermined ratio, the charge traveling near the grain boundary can be achieved. The distance is shortened and the travel time of the charge is shortened. As a result, recombination of charges in the solar cell is reduced, the current taken out to an external circuit is increased, and the conversion efficiency is improved.

【0123】特に所定の比を0.25以上0.75以下
とした場合にはその効果がより一層顕著である。
In particular, when the predetermined ratio is 0.25 or more and 0.75 or less, the effect is more remarkable.

【0124】多結晶を液相成長により形成することによ
り安価に製造することができる。
By forming polycrystals by liquid phase growth, they can be manufactured at low cost.

【0125】また使用する太陽電池グレードのシリコン
量が通常の多結晶ウエハー太陽電池に比べ、大幅に少な
くすることができる。
Further, the amount of silicon of the solar cell grade to be used can be significantly reduced as compared with the ordinary polycrystalline wafer solar cell.

【0126】また、金属級シリコン基板表面にインジウ
ムを接触させて液相成長を行うことにより不純物混入の
少ない、太陽電池に好適なシリコン層が形成できる。
In addition, a silicon layer suitable for a solar cell with less impurities can be formed by performing liquid phase growth by bringing indium into contact with the surface of the metal-grade silicon substrate.

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

【図1】本発明の実施態様に係る太陽電池の一構成例を
示す概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a configuration example of a solar cell according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施態様に係る太陽電池の他の構成例
を示す概念図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing another configuration example of the solar cell according to the embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施態様に係る多結晶シリコン層の断
面の概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram of a cross section of a polycrystalline silicon layer according to an embodiment of the present invention.

【図4】結晶粒界部と結晶粒部の膜厚の比と変換効率と
の関係図である。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the conversion efficiency and the ratio of the film thickness between the crystal grain boundary and the crystal grain.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21 金属級多結晶シリコンウエハー 12,22 太陽電池グレードの多結晶シリコン層 13,23 それぞれ12および22のシリコン層とP
N接合を形成するための半導体層 14,25 集電電極 15,25 反射防止膜 16,26 結晶粒界 27 高ドーピング層
11,21 Metal-grade polycrystalline silicon wafer 12,22 Solar cell grade polycrystalline silicon layer 13,23 Silicon layers 12 and 22, respectively, and P
Semiconductor layer for forming N junction 14, 25 Current collecting electrode 15, 25 Antireflection film 16, 26 Crystal grain boundary 27 Highly doped layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 彰志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 佐藤 宏 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 ▼高▲井 康好 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA03 AA16 CB11 CB20 DA03 FA06 GA04 HA03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akishi Nishida 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Hiroshi Sato 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Incorporated (72) Inventor ▼ Taka ▲ Yasuyoshi I F-term (reference) 5F051 AA03 AA16 CB11 CB20 DA03 FA06 GA04 HA03 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多結晶シリコン基板上に、活性層が形成
された多結晶太陽電池において、該活性層が多結晶より
なり、かつ該活性層を形成する多結晶の粒界部における
膜厚が多結晶粒中心部の膜厚に対して0.20以上0.
85以下の範囲内にあることを特徴とする多結晶太陽電
池。
In a polycrystalline solar cell in which an active layer is formed on a polycrystalline silicon substrate, the active layer is made of polycrystal, and the thickness of the polycrystalline grain forming the active layer at a grain boundary portion is 0.20 or more with respect to the film thickness at the center of the polycrystalline grains.
A polycrystalline solar cell characterized by being in the range of 85 or less.
【請求項2】 前記活性層は液相成長された層であるこ
とを特徴とする請求項1記載の多結晶太陽電池。
2. The polycrystalline solar cell according to claim 1, wherein said active layer is a layer formed by liquid phase growth.
【請求項3】 活性層を形成する多結晶の粒界部におけ
る膜厚が多結晶粒中心部の膜厚に対して0.25以上
0.75以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1
または2記載の多結晶太陽電池。
3. The method according to claim 1, wherein the thickness of the polycrystal forming the active layer at the grain boundary is in the range of 0.25 to 0.75 with respect to the thickness of the center of the polycrystal. Item 1
Or the polycrystalline solar cell according to 2.
【請求項4】 多結晶シリコン基板が10ppm以上の
不純物を含む金属級シリコンであることを特徴とする請
求項1ないし3のいずれか1項記載の多結晶太陽電池。
4. The polycrystalline solar cell according to claim 1, wherein the polycrystalline silicon substrate is metal-grade silicon containing impurities of 10 ppm or more.
【請求項5】 金属級シリコン基板表面にインジウムを
接触させて液相成長を行うことを特徴とする請求項1な
いし4のいずれか1項記載の多結晶太陽電池。
5. The polycrystalline solar cell according to claim 1, wherein liquid phase growth is performed by bringing indium into contact with the surface of the metal-grade silicon substrate.
【請求項6】 粒界部における膜厚が多結晶粒中心部の
膜厚に対して0.20以上0.85以下の範囲内にある
ことを特徴とする多結晶膜。
6. A polycrystalline film characterized in that the film thickness at the grain boundary part is in the range of 0.20 to 0.85 with respect to the film thickness at the central part of the polycrystalline grain.
【請求項7】 該多結晶膜は液相成長された膜であるこ
とを特徴とする請求項6記載の多結晶膜。
7. The polycrystalline film according to claim 6, wherein the polycrystalline film is a liquid phase grown film.
【請求項8】 粒界部における膜厚が多結晶粒中心部の
膜厚に対して0.25以上0.75以下の範囲内にある
ことを特徴とする請求項6または7記載の多結晶膜。
8. The polycrystal according to claim 6, wherein the film thickness at the grain boundary is in the range of 0.25 to 0.75 with respect to the film thickness at the center of the polycrystal grain. film.
【請求項9】 該多結晶膜は、多結晶シリコン基板上に
形成されていることを特徴とする請求項6ないし8のい
ずれか1項記載の多結晶膜。
9. The polycrystalline film according to claim 6, wherein said polycrystalline film is formed on a polycrystalline silicon substrate.
【請求項10】 前記多結晶シリコン基板は、10pp
m以上の不純物を含む金属級シリコン基板であることを
特徴とする請求項9記載の多結晶膜。
10. The polycrystalline silicon substrate has a thickness of 10 pp.
10. The polycrystalline film according to claim 9, wherein the polycrystalline film is a metal-grade silicon substrate containing at least m impurities.
【請求項11】 金属級シリコン基板の表面にインジウ
ムを接触させて液相成長を行うことを特徴とする請求項
6ないし10のいずれか1項記載の多結晶膜。
11. The polycrystalline film according to claim 6, wherein liquid phase growth is performed by bringing indium into contact with the surface of the metal-grade silicon substrate.
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