JP2010034124A - Solar battery apparatus and production process therefor - Google Patents

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雄二 古村
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直美 村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To adopt a configuration which leads sunlight to a depletion layer or an intrinsic layer with no electrode layer interposed therebetween, and to attain the configuration by using a cheap glass substrate. <P>SOLUTION: An intrinsic semiconductor layer is formed on a transparent amorphous substrate, and materials having different work functions are bonded to the surface of the semiconductor layer. The different materials are impurity diffusion layers of p-type conductivity and n-type conductivity which are formed contiguously to each other or separately from each other. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、一方の面に異なる仕事関数の材料、例えばp型あるいはn型の電極を形成し、他方の面に、真性の結晶を露出させて、太陽光を電極層を介さずに仕事関数の差で生じる内部電界層に導入させる太陽電池装置およびその製造方法に関する。   In the present invention, a material having a different work function, for example, a p-type or n-type electrode is formed on one surface, and an intrinsic crystal is exposed on the other surface, so that the work function can be achieved without passing sunlight through an electrode layer. The present invention relates to a solar cell device to be introduced into an internal electric field layer generated by the difference between the two and a manufacturing method thereof.

従来より、異なる仕事関数を持つ材料の接合であるシリコンのpn接合を用いた太陽電池が一般的に使用されている。こうした構造の太陽電池で発生できる開放電圧は、フェルミレベルのエネルギー差、即ち、電子が受ける仕事関数の差に相当する電位差である。   Conventionally, a solar cell using a silicon pn junction which is a junction of materials having different work functions has been generally used. The open-circuit voltage that can be generated in a solar cell having such a structure is a Fermi level energy difference, that is, a potential difference corresponding to a work function difference that electrons receive.

この種の太陽電池は、厚み200−400umのp型シリコン基板の表面に薄い(厚さ1um以下)n型拡散層が形成され、これを表面電極として用いる。こうした太陽電池では、シリコン基板が太陽光を吸収して電子・正孔の電荷が発生するが、それが拡散して電極に到達したものが発電に寄与するため、電気エネルギーに変換できるかどうかは、その太陽光の吸収と電荷の発生場所に依存して決まる。   In this type of solar cell, a thin (thickness of 1 μm or less) n-type diffusion layer is formed on the surface of a p-type silicon substrate having a thickness of 200 to 400 μm, and this is used as a surface electrode. In such solar cells, the silicon substrate absorbs sunlight and generates charges of electrons and holes, but those that diffuse and reach the electrodes contribute to power generation, so whether it can be converted into electrical energy Depends on the location of solar absorption and charge generation.

図17に、典型的な従来のシリコンpn接合の太陽電池の断面模式図を示している。なお、ここでは、表面の透明電極と裏面の金属電極は示してない。図17に示すように、p型層12の表面にn型層11が形成され、これとp型層12との界面に空乏層13が形成され、空乏層13には、内部電界が発生する。また、太陽光は、n型層11の表面から導入される。   FIG. 17 is a schematic cross-sectional view of a typical conventional silicon pn junction solar cell. Here, the transparent electrode on the front surface and the metal electrode on the back surface are not shown. As shown in FIG. 17, an n-type layer 11 is formed on the surface of the p-type layer 12, a depletion layer 13 is formed at the interface between the n-type layer 11 and the p-type layer 12, and an internal electric field is generated in the depletion layer 13. . Sunlight is introduced from the surface of the n-type layer 11.

太陽光は、一般的に、波長に依存する屈折率の違う材料の界面で反射される。また、n型層11には、多数キャリアの電子が存在する。このために、この層の表面は、反射面1となり、太陽光の反射が起きる。これによって、進入太陽光1aの強度は反射面1で減衰する。また、この反射面1を通過した進入太陽光1bは、減衰しながら反射面2に到達する。しかしながら、空乏層13とn型層11との多数キャリアの密度が違うために屈折率が異なり、反射を起こして、進入太陽光1bは反射面2で減衰する。   Sunlight is generally reflected at the interface of materials with different refractive indices depending on the wavelength. The n-type layer 11 contains majority carrier electrons. For this reason, the surface of this layer becomes the reflecting surface 1, and sunlight is reflected. As a result, the intensity of the incoming sunlight 1a is attenuated by the reflecting surface 1. Moreover, the approaching sunlight 1b that has passed through the reflecting surface 1 reaches the reflecting surface 2 while being attenuated. However, since the majority carrier densities of the depletion layer 13 and the n-type layer 11 are different, the refractive indexes are different, causing reflection, and the incoming sunlight 1 b is attenuated by the reflection surface 2.

また、空乏層13を通過した進入太陽光1cは空乏層13とp型層12の界面である反射面3に到達して、屈折率の違いのために反射面3で反射されて減衰する。一方で、反射面3を通過した進入太陽光はp型層12内部に到達する。以上のように、太陽光に対する屈折率の違う層の界面で太陽光の反射がおきるため、進入太陽光は反射面1、2、3で反射による減衰とシリコンのバンド間遷移の吸収による減衰を伴いながらp型層に到達する。   Moreover, the approaching sunlight 1c that has passed through the depletion layer 13 reaches the reflection surface 3 that is the interface between the depletion layer 13 and the p-type layer 12, and is reflected and attenuated by the reflection surface 3 due to the difference in refractive index. On the other hand, the approaching sunlight that has passed through the reflecting surface 3 reaches the inside of the p-type layer 12. As described above, since sunlight is reflected at the interface of layers having different refractive indexes with respect to sunlight, the incoming sunlight is attenuated by reflection on the reflection surfaces 1, 2, and 3 and by absorption of transition between silicon bands. Along with this, the p-type layer is reached.

こうした屈折率の違いによる反射を利用するために、従来の太陽電池では、基板または基板上の電極に凹凸を形成して太陽光を反射させることによって長い光路長を確保し、光電変換効率を向上させていた(例えば、特許文献1参照)。   In order to utilize the reflection due to the difference in refractive index, in conventional solar cells, a long optical path length is secured by reflecting the sunlight by forming irregularities on the substrate or electrodes on the substrate, and improving the photoelectric conversion efficiency (For example, refer to Patent Document 1).

空乏層13が太陽光を吸収すると電子と正孔が生成される。生成された電子と正孔は、空乏層13内の内部電界で加速されて、n型層11とp型層12に到達して電圧を生じさせて電気エネルギーを作る。   When the depletion layer 13 absorbs sunlight, electrons and holes are generated. The generated electrons and holes are accelerated by an internal electric field in the depletion layer 13 and reach the n-type layer 11 and the p-type layer 12 to generate a voltage to produce electric energy.

さらに、n型層11の少数キャリア(正孔)拡散長Lpとp型層12の少数キャリア(電子)拡散長Lnの範囲で太陽光が吸収されて生成された正孔と電子も拡散により空乏層13に到達して、空乏層13の電界で加速されて移動し、電気エネルギーに変換される。   Furthermore, the holes and electrons generated by absorption of sunlight in the range of the minority carrier (hole) diffusion length Lp of the n-type layer 11 and the minority carrier (electron) diffusion length Ln of the p-type layer 12 are also depleted by diffusion. It reaches the layer 13 and is accelerated and moved by the electric field of the depletion layer 13 to be converted into electric energy.

一般に、n型層11は、高ドープするため、電子や正孔の再結合時間が短く、Lpは小さい。加えて、光減衰もあるため、この層は薄く設計する必要がある。つまり、発電効率を上げるには、n型層11を通過させることなく、太陽光を空乏層13にまで導くことが望ましい。   In general, since the n-type layer 11 is highly doped, the recombination time of electrons and holes is short, and Lp is small. In addition, there is also optical attenuation, so this layer needs to be designed thin. That is, in order to increase the power generation efficiency, it is desirable to guide sunlight to the depletion layer 13 without passing through the n-type layer 11.

発電に寄与する太陽光は、空乏層13とそれを挟むLnとLpの領域で吸収される太陽光であることを述べたが、半導体が結晶であるときには、LnとLpとは一定の値を持つため、この領域は、発電に寄与できる領域として働く。しかし、半導体層がアモルファスであったり、結晶欠陥の多いポリ結晶であると、少数キャリアのLnとLpは短くなり、発電に寄与できる領域は狭くなる。   It has been stated that sunlight that contributes to power generation is sunlight absorbed by the depletion layer 13 and the Ln and Lp regions sandwiching it, but when the semiconductor is a crystal, Ln and Lp have a constant value. Therefore, this region serves as a region that can contribute to power generation. However, if the semiconductor layer is amorphous or a polycrystal having many crystal defects, the minority carrier Ln and Lp become short, and the region that can contribute to power generation becomes narrow.

これを解決させるための構造がpinダイオード接合の構造である。この断面構造を図18に示す。このpinダイオード接合は、真性アモルファス層14をn型アモルファス層15とp型アモルファス層16とで挟む構造になっている。電極としてのn型アモルファス層15とp型アモルファス層16層は、少数キャリアライフタイムが短いために、発電に寄与できない層であり、もっぱら、内部電界のある真性アモルファス層14で吸収される太陽光が発電に寄与する。そのため、発電効率を上げるにはn型アモルファス層15を通過させることなく太陽光を真性アモルファス層14に導くことが望ましい。
特開2006−19481号公報
A structure for solving this is a pin diode junction structure. This cross-sectional structure is shown in FIG. This pin diode junction has a structure in which an intrinsic amorphous layer 14 is sandwiched between an n-type amorphous layer 15 and a p-type amorphous layer 16. The n-type amorphous layer 15 and the p-type amorphous layer 16 serving as electrodes are layers that cannot contribute to power generation because of a short minority carrier lifetime, and are mainly absorbed by the intrinsic amorphous layer 14 having an internal electric field. Contributes to power generation. Therefore, it is desirable to guide sunlight to the intrinsic amorphous layer 14 without passing through the n-type amorphous layer 15 in order to increase the power generation efficiency.
JP 2006-19481 A

ここで、太陽光の反射に伴う課題を整理する。反射面1で生じる進入太陽光1aの反射は、低抵抗拡散層の多数キャリアに依存する反射である。また、その反射は層の厚みにも依存する。可視光の波長が600−400nmとすると、n型層11の厚みが1um程度あるいは、それ以下で干渉が生じる。実際、この干渉を利用して層の厚みを測定することが可能である。このように、反射と進入(透過)は、n型層11のキャリア濃度と厚みに依存して生じるが、高い光電気変換効率を得るためには、この層を通過させずに、高抵抗の空乏層13または真性アモルファス層14に太陽光を導くことが必要である。   Here, the problems associated with the reflection of sunlight are organized. The reflection of the approaching sunlight 1a generated on the reflection surface 1 is a reflection that depends on the majority carriers of the low-resistance diffusion layer. The reflection also depends on the thickness of the layer. When the wavelength of visible light is 600 to 400 nm, interference occurs when the thickness of the n-type layer 11 is about 1 μm or less. In fact, this interference can be used to measure the layer thickness. Thus, reflection and penetration (transmission) occur depending on the carrier concentration and thickness of the n-type layer 11, but in order to obtain high photoelectric conversion efficiency, high resistance is obtained without passing through this layer. It is necessary to direct sunlight to the depletion layer 13 or the intrinsic amorphous layer 14.

また、進入太陽光1bの反射はn型層11と空乏層13との界面である反射面2またはn型層11と真性の高抵抗である真性アモルファス層14との界面である反射面2で生じる。この反射により、進入太陽光1bの強度は減衰する。   Incoming sunlight 1b is reflected on the reflecting surface 2 which is the interface between the n-type layer 11 and the depletion layer 13 or on the reflecting surface 2 which is the interface between the n-type layer 11 and the intrinsic amorphous layer 14 which is intrinsically high resistance. Arise. Due to this reflection, the intensity of the incoming sunlight 1b is attenuated.

空乏層13とp型層12との界面である反射面3、または、真性の高抵抗である真性アモルファス層14とp型アモルファス層16との界面である反射面3では、進入太陽光1cの反射が生じる。このとき、反射太陽光は空乏層13また真性アモルファス層14に戻るため、進入太陽光1cの電気エネルギー変換の損失は軽減される。したがって、空乏層13または、真性アモルファス層14に至るまでの太陽光の減衰を小さくするには、太陽光を電極層を介さずに直接に空乏層13、または真性アモルファス層14に導くことが必要である。   In the reflective surface 3 that is an interface between the depletion layer 13 and the p-type layer 12 or the reflective surface 3 that is an interface between the intrinsic amorphous layer 14 and the p-type amorphous layer 16 that is intrinsically high resistance, the incident sunlight 1c Reflection occurs. At this time, since reflected sunlight returns to the depletion layer 13 or the intrinsic amorphous layer 14, the loss of electric energy conversion of the approaching sunlight 1c is reduced. Therefore, in order to reduce the attenuation of sunlight until reaching the depletion layer 13 or the intrinsic amorphous layer 14, it is necessary to direct sunlight directly to the depletion layer 13 or the intrinsic amorphous layer 14 without passing through the electrode layer. It is.

そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、電極層を介さず太陽光を空乏層あるいは真性層に導く構成を採用するとともに、これを安価なガラス基板で実現する太陽電池装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and employs a configuration in which sunlight is guided to a depletion layer or an intrinsic layer without an electrode layer, and a solar cell that realizes this with an inexpensive glass substrate. An object is to provide an apparatus and a method for manufacturing the same.

本発明は、上記した課題を解決するために以下の事項を提案している。   The present invention proposes the following items in order to solve the above-described problems.

(1)本発明は、透明非晶質基板上に真性の半導体層を形成させ、当該半導体層表面に仕事関数の異なる材料を接合させた太陽電池装置を提案している。
なお、本発明で用いた「真性(i型)の半導体」とは、実際に製造されているpinダイオードの表現で使用されているように、p型半導体とn型半導体とに対比させて用いた言葉であり、p型またはn型の不純物を全く含まない、または、フェルミレベルがバンドギャップの中心にあるという理論的な狭義の「真性の半導体」を意味するものではなく、p型またはn型の一方に、導電型を決定させる不純物ドーピングを行っていない半導体材料の意味で用いているものである。
(1) The present invention proposes a solar cell device in which an intrinsic semiconductor layer is formed on a transparent amorphous substrate and materials having different work functions are joined to the surface of the semiconductor layer.
The “intrinsic (i-type) semiconductor” used in the present invention is used in comparison with a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, as used in the expression of an actually manufactured pin diode. Does not mean any p-type or n-type impurity, or does not mean a “intrinsic semiconductor” in the narrow sense of theory that the Fermi level is at the center of the band gap. One of the molds is used to mean a semiconductor material that is not subjected to impurity doping for determining the conductivity type.

(2)本発明は、(1)の太陽電池装置について、前記異なる材料が不純物を拡散させたp型とn型の導電型の拡散層であり、互いに隣接または隔離して形成されていることを特徴とする太陽電池装置を提案している。   (2) The present invention relates to the solar cell device of (1), wherein the different materials are p-type and n-type conductive diffusion layers in which impurities are diffused, and are formed adjacent to or isolated from each other. Has been proposed.

(3)本発明は、(1)または(2)の太陽電池装置について、前記透明非晶質基板がガラスまたは樹脂またはプラスチックからなることを特徴とする太陽電池装置を提案している。   (3) The present invention proposes a solar cell device according to (1) or (2), wherein the transparent amorphous substrate is made of glass, resin or plastic.

(4)本発明は、(1)から(3)の太陽電池装置について、前記透明非晶質基板がガラスまたは樹脂またはプラスチックの上にそれらと異なる透明な薄膜をのせた基板であることを特徴とする太陽電池装置を提案している。   (4) In the solar cell device according to (1) to (3), the present invention is characterized in that the transparent amorphous substrate is a substrate in which a transparent thin film different from them is placed on glass, resin or plastic. A solar cell device is proposed.

(5)本発明は、(1)から(4)の太陽電池装置について、前記半導体層は真性のシリコンであることを特徴とする太陽電池装置を提案している。   (5) The present invention proposes a solar cell device according to (1) to (4), wherein the semiconductor layer is intrinsic silicon.

(6)本発明は、(1)から(4)の太陽電池装置について、前記半導体層はシリコンと炭素とを含むことを特徴とする太陽電池装置を提案している。   (6) The present invention proposes a solar cell device according to (1) to (4), wherein the semiconductor layer contains silicon and carbon.

(7)本発明は、(1)から(6)の太陽電池装置について、前記半導体層は前記基板に近いほどエネルギーバンドギャップが大きくなる組成を有することを特徴とする太陽電池装置を提案している。   (7) The present invention proposes a solar cell device according to (1) to (6), wherein the semiconductor layer has a composition in which an energy band gap increases as it is closer to the substrate. Yes.

(8)本発明は、(1)から(7)の太陽電池装置について、前記透明非晶質基板側から前記真性の半導体層に太陽光を導入することを特徴とする太陽電池装置を提案している。   (8) The present invention proposes a solar cell device characterized by introducing sunlight into the intrinsic semiconductor layer from the transparent amorphous substrate side with respect to the solar cell devices of (1) to (7). ing.

(9)本発明は、支持台上に載置された前記基板の表面に、該基板の支持台温度より高温に加熱したガスを前記基板表面に対向させて置かれたガス射出口からライン状に吹き付けて表面を加熱することを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。   (9) The present invention provides a line shape from a gas injection port placed on the surface of the substrate placed on a support table so that a gas heated to a temperature higher than the support table temperature of the substrate is opposed to the substrate surface. A method for manufacturing a solar cell device is proposed in which the surface is heated by spraying on the surface.

(10)本発明は、(9)の太陽電池装置の製造方法について、前記ガスは窒素、酸素、水素,Ar,Heのいずれか、またはそれらの混合ガスを含むことを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。   (10) In the method for manufacturing a solar cell device according to (9), the gas includes any of nitrogen, oxygen, hydrogen, Ar, He, or a mixed gas thereof. The manufacturing method is proposed.

(11)本発明は、(9)または(10)の太陽電池装置の製造方法について、支持台上に載置された前記基板の表面に、基板の支持台温度より高温に加熱したガスを基板表面に対向させて置かれた異なる2つ以上のガス射出口からライン状に吹き付けて表面を加熱し、前記基板上に半導体層を形成させることを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。   (11) The present invention relates to the method of manufacturing a solar cell device according to (9) or (10), wherein a gas heated to a temperature higher than the temperature of the substrate is placed on the surface of the substrate placed on the substrate. Proposing a method for manufacturing a solar cell device, characterized in that a semiconductor layer is formed on the substrate by heating the surface by spraying a line from two or more different gas injection ports placed opposite to the surface. ing.

(12)本発明は、(11)の太陽電池装置の製造方法について、異なるガス射出口に挟まれたガス射出口からシリコンあるいはカーボン、または両方を含むガスが導入されることを特徴とする太陽電池装置の製造方法。   (12) The present invention relates to the method for manufacturing a solar cell device according to (11), wherein a gas containing silicon, carbon, or both is introduced from a gas injection port sandwiched between different gas injection ports. A method for manufacturing a battery device.

(13)本発明は、(9)または(10)の太陽電池装置の製造方法について、支持台上に載置された前記基板の上から、該基板の支持台温度より高温に加熱したガスを、該基板に対向させて置かれた異なる2つ以上のガス射出口からライン状に吹き付けて表面に絶縁膜を成長させることを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。   (13) The present invention relates to the method for manufacturing a solar cell device according to (9) or (10), wherein a gas heated above the temperature of the support base of the substrate is heated from above the substrate placed on the support base. A method of manufacturing a solar cell device is proposed in which an insulating film is grown on a surface by spraying in a line form from two or more different gas injection ports placed facing the substrate.

(14)本発明は、(13)の太陽電池装置の製造方法について、前記異なる2つ以上のガス射出口のうち、一のガス射出口から射出される前記ガスがシラン(SiH、Si)またはハロゲン化シランを含み、他のガス射出口から射出されるガスが、これと反応するNO,NO2、水、酸素を含む酸化ガス、NHを含む窒化ガスのいずれか、または両方を含み、基板上に絶縁膜を成長させることを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。 (14) In the method for manufacturing a solar cell device according to (13), the present invention provides that the gas injected from one of the two or more different gas injection ports is silane (SiH 4 , Si 2). H 6 ) or a halogenated silane, and a gas injected from another gas injection port is any of N 2 O, NO 2, an oxidizing gas containing water, oxygen, and a nitriding gas containing NH 3 that react with the gas In addition, a method for manufacturing a solar cell device is proposed in which an insulating film is grown on a substrate.

(15)本発明は、(11)の太陽電池装置の製造方法について、酸素または水を含む酸化性ガスを導入して、前記半導体層の表面を酸化させることにより酸化膜を形成することを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。   (15) The present invention provides the method for manufacturing a solar cell device according to (11), wherein an oxide film is formed by introducing an oxidizing gas containing oxygen or water and oxidizing the surface of the semiconductor layer. A method for manufacturing a solar cell device is proposed.

(16)本発明は、(9)または(10)の太陽電池装置の製造方法について、不純物を含むガスを導入して、該不純物を拡散させて拡散層を形成することを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。   (16) The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell device according to (9) or (10), wherein a gas containing impurities is introduced and the impurities are diffused to form a diffusion layer. A method for manufacturing a device is proposed.

(17)本発明は、(16)の太陽電池装置の製造方法について、前記不純物が半導体層をn型またはp型にさせる元素であることを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。   (17) The present invention proposes a method for manufacturing a solar cell device according to (16), wherein the impurity is an element that makes the semiconductor layer n-type or p-type. Yes.

(18)本発明は、(9)から(17)の太陽電池装置の製造方法について、前記ガス射出口から射出されるガスが前記支持台上に載置された前記基板の表面に、ほぼ垂直に吹き付けられることを特徴とする太陽電池装置の製造方法を提案している。   (18) In the method of manufacturing a solar cell device according to (9) to (17), the present invention is substantially perpendicular to the surface of the substrate on which the gas injected from the gas injection port is placed on the support base. The manufacturing method of the solar cell device characterized by being sprayed on is proposed.

本発明によれば、高温の加熱ガスビームをガラス基板やプラスチック基板にほぼ垂直に衝突させるように吹き付けることで、基板の表面だけを高温にでき、基板内部とその裏面とを一定の低い温度に維持しながら、基板より高い温度で、表面のみを加熱処理して不純物熱拡散をすること、および、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜、ポリシリコンなどの高温熱CVD材料を成長させる製造方法を用いることが可能となるという効果がある。   According to the present invention, a high-temperature heated gas beam is blown so as to collide with a glass substrate or a plastic substrate almost vertically, so that only the surface of the substrate can be heated to a high temperature, and the inside of the substrate and its back surface are maintained at a constant low temperature. However, it is necessary to heat treat only the surface at a temperature higher than that of the substrate for thermal diffusion of impurities, and to use a manufacturing method for growing a high-temperature thermal CVD material such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or polysilicon. There is an effect that it becomes possible.

また、上記製造方法により、真性半導体層を成長させn型拡散層電極とp型拡散層電極とを表面に離間して配置させたラテラルpin/i接合構造を持った太陽電池をガラス基板または、その軟化点(300℃)より低温に保持する必要のある基板のうえに製造することが可能となるという効果がある。   Further, by the above manufacturing method, a solar cell having a lateral pin / i junction structure in which an intrinsic semiconductor layer is grown and an n-type diffusion layer electrode and a p-type diffusion layer electrode are spaced apart from each other on the surface is formed on a glass substrate or There is an effect that it is possible to manufacture on a substrate that needs to be held at a temperature lower than the softening point (300 ° C.).

さらに、太陽光が、ガラス基板から電極層を介さずに、真性半導体層に直接に、当たるため損失が低減されて、高い変換効率の太陽電池が製造可能であるという効果がある。また、真性半導体層をバンドギャップの違う層の階段型接合や傾斜組成にすることも可能であり、太陽光スペクトルを幅広く利用できる構造を可能になるという効果がある。   Furthermore, since sunlight hits the intrinsic semiconductor layer directly without passing through the electrode layer from the glass substrate, the loss is reduced, and a solar cell with high conversion efficiency can be manufactured. In addition, the intrinsic semiconductor layer can be formed into a step-type junction or a gradient composition of layers having different band gaps, which has an effect of enabling a structure that can widely use the sunlight spectrum.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて、詳細に説明する。
なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Note that the constituent elements in the present embodiment can be appropriately replaced with existing constituent elements and the like, and various variations including combinations with other existing constituent elements are possible. Therefore, the description of the present embodiment does not limit the contents of the invention described in the claims.

<太陽電池装置の構造>
すでに、図17および図18を用いて、説明したように、太陽光の損失を小さくするためには、n型層11の表面の反射面1とn型層11と空乏層13または真性アモルファス層14との界面の反射面2、空乏層13または真性アモルファス層14とp型層12またはp型アモルファス層16との界面の反射面3を減らすまたは、無くすことが必要である。なお、以後、内部電界の存在する空乏層13または真性アモルファス層14の両方をキャリアを拡散層に集める内部電界領域と総称する場合がある。
<Structure of solar cell device>
As already described with reference to FIGS. 17 and 18, in order to reduce the loss of sunlight, the reflective surface 1, the n-type layer 11, the depletion layer 13, or the intrinsic amorphous layer on the surface of the n-type layer 11 is used. It is necessary to reduce or eliminate the reflective surface 2 at the interface with the surface 14, the reflective surface 3 at the interface between the depletion layer 13 or the intrinsic amorphous layer 14 and the p-type layer 12 or the p-type amorphous layer 16. Hereinafter, both the depletion layer 13 or the intrinsic amorphous layer 14 in which an internal electric field exists may be collectively referred to as an internal electric field region that collects carriers in a diffusion layer.

ここで、図1に、従来のpinダイオード構造の光通信用受光素子の構造を示す。図1において、真性層23は、内部電界領域である。前述のように、図1に示す電極やn型拡散層21を通して太陽光を入射させると、n型拡散層21の表面の反射面、n型拡散層21と真性層23との界面の反射面、真性層23とp型拡散層22との界面の反射面による太陽光の減衰が避けられないため、これを回避するためには、真性層23に太陽光を直接導入する必要がある。   Here, FIG. 1 shows a structure of a conventional light receiving element for optical communication having a pin diode structure. In FIG. 1, the intrinsic layer 23 is an internal electric field region. As described above, when sunlight is incident through the electrode and the n-type diffusion layer 21 shown in FIG. 1, the reflection surface on the surface of the n-type diffusion layer 21 and the reflection surface on the interface between the n-type diffusion layer 21 and the intrinsic layer 23. In addition, since sunlight is unattenuated by the reflection surface at the interface between the intrinsic layer 23 and the p-type diffusion layer 22, it is necessary to directly introduce sunlight into the intrinsic layer 23 in order to avoid this.

その一つの方法として、図1の紙面に垂直な方向から太陽光を導入させるが考えられるが、この場合には、真性層23の断面積が小さく、通信用の受光素子では、その目的を達成できても、太陽電池には応用できないという問題がある。   One possible method is to introduce sunlight from a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1. In this case, the intrinsic layer 23 has a small cross-sectional area, and the light receiving element for communication achieves its purpose. Even if it is possible, there is a problem that it cannot be applied to solar cells.

そこで、これを太陽電池に応用する本発明について、図2および図3を用いて、詳細に説明する。   Therefore, the present invention in which this is applied to a solar cell will be described in detail with reference to FIGS.

まず、図1に示したpinダイオード構造の真性層23をXX方向で分離したものを図2に示す。図2において、左側は、n型拡散層21と真性層23(i層)のni接合25、右側はi層とp型拡散層22のip接合26である。   First, FIG. 2 shows the intrinsic layer 23 having the pin diode structure shown in FIG. 1 separated in the XX direction. In FIG. 2, the left side is the ni junction 25 of the n-type diffusion layer 21 and the intrinsic layer 23 (i layer), and the right side is the ip junction 26 of the i layer and the p-type diffusion layer 22.

次に、分離したもの同士をZZの端面で接合した構造を図3に示す。こうすることにより、真性層23の上にn型拡散層21とp型拡散層22とが真性層23を挟んで隔離して配置された構造が出来上がる。   Next, FIG. 3 shows a structure in which the separated parts are joined at the end face of ZZ. By doing so, a structure in which the n-type diffusion layer 21 and the p-type diffusion layer 22 are arranged on the intrinsic layer 23 with the intrinsic layer 23 interposed therebetween is completed.

図4は、透明基板30上に、図3で示したように、真性半導体層33を形成し、この真性半導体層33の上にn型拡散層21とp型拡散層22とを真性半導体層33を挟んで隔離して配置したものである。この図によれば、太陽光を下側から直接に真性半導体層33に当てることが可能になる。   4, an intrinsic semiconductor layer 33 is formed on a transparent substrate 30 as shown in FIG. 3, and an n-type diffusion layer 21 and a p-type diffusion layer 22 are formed on the intrinsic semiconductor layer 33. 33 is arranged with a separation. According to this figure, sunlight can be directly applied to the intrinsic semiconductor layer 33 from below.

すなわち、本実施形態の太陽電池装置は、透明非晶質基板(透明基板30)上に真性の半導体層(真性半導体層33)を形成させ、当該半導体層表面に仕事関数の異なる材料を接合させた構造になっている。また、前記異なる材料がp型とn型の不純物を拡散させた導電型の拡散層(n型拡散層21、p型拡散層22)であり、互いに隣接または隔離して形成されていることを特徴とする。   That is, in the solar cell device of this embodiment, an intrinsic semiconductor layer (intrinsic semiconductor layer 33) is formed on a transparent amorphous substrate (transparent substrate 30), and materials having different work functions are joined to the surface of the semiconductor layer. It has a structure. Further, the different materials are conductive diffusion layers (n-type diffusion layer 21 and p-type diffusion layer 22) in which p-type and n-type impurities are diffused, and are formed adjacent to or separated from each other. Features.

こうした構造によれば、従来、光強度の減衰の原因となっていた反射面1、2が存在しない構造を実現することができる。なお、従来の反射面3は存在しているが、n型拡散層21およびp型拡散層22が隔離して存在しているので、その割合が相対的に減少する。そのため、反射面3により反射した太陽光は、もう一度、電界領域のある真性半導体層33に再進入するので、再び発電に寄与できる。ここで、この構造を真性半導体層33の上にn型拡散層21とp型拡散層22とが離間して配置された、ラテラルpin/i構造と呼ぶ。   According to such a structure, it is possible to realize a structure in which the reflection surfaces 1 and 2 that have conventionally caused attenuation of light intensity are not present. In addition, although the conventional reflective surface 3 exists, since the n-type diffused layer 21 and the p-type diffused layer 22 exist in isolation, the ratio decreases relatively. Therefore, the sunlight reflected by the reflecting surface 3 re-enters the intrinsic semiconductor layer 33 having the electric field region, and can contribute to power generation again. Here, this structure is referred to as a lateral pin / i structure in which the n-type diffusion layer 21 and the p-type diffusion layer 22 are spaced apart from each other on the intrinsic semiconductor layer 33.

次に、ラテラルpin/i構造のi層に太陽光を当てたときの動作を説明する。
図4は、ラテラルpin/i接合太陽電池の構造の模式図である。透明基板30の上にラテラルpin/i接合31が構成されている。図4に示すラテラルpin/i接合太陽電池では、太陽光が、真性半導体層33の中に直接に進入する。そして、真性半導体層33で電子34と正孔35が生成される。
Next, the operation when sunlight is applied to the i layer of the lateral pin / i structure will be described.
FIG. 4 is a schematic diagram of the structure of a lateral pin / i junction solar cell. A lateral pin / i junction 31 is formed on the transparent substrate 30. In the lateral pin / i junction solar cell shown in FIG. 4, sunlight enters directly into the intrinsic semiconductor layer 33. Then, electrons 34 and holes 35 are generated in the intrinsic semiconductor layer 33.

太陽光で生成した電子34と正孔35とは、それぞれ電界領域の電界で加速されてn型拡散層21とp型拡散層22とによって集められて、電圧が両拡散層の間に発生する。そして、絶縁膜24の窓を介してn型拡散層21とp型拡散層22とに付けられた金属電極36からその電圧を取り出して用いる。なお、図4においては、n型拡散層21とp型拡散層22は、互いに離間させて配置したが、pn接合を形成するように隣接していても良い。   Electrons 34 and holes 35 generated by sunlight are accelerated by the electric field in the electric field region and collected by the n-type diffusion layer 21 and the p-type diffusion layer 22, and a voltage is generated between both diffusion layers. . Then, the voltage is taken out from the metal electrode 36 attached to the n-type diffusion layer 21 and the p-type diffusion layer 22 through the window of the insulating film 24 and used. In FIG. 4, the n-type diffusion layer 21 and the p-type diffusion layer 22 are spaced apart from each other, but may be adjacent to each other so as to form a pn junction.

また、真性半導体層33は、結晶であっても、多結晶、アモルファスであってもよく、有機無機の材料の種類に依らず半導体であれば良く、単一の半導体であっても、複数の種類を重ね合わせても、または傾斜して組成を変化させても良い。特に、製造技術の産業成熟度から、真性のシリコンまたはシリコンと炭素を含むものが望ましい。   The intrinsic semiconductor layer 33 may be crystalline, polycrystalline, or amorphous, and may be a semiconductor regardless of the type of organic / inorganic material. The types may be superimposed or the composition may be changed by inclining. In particular, due to the industrial maturity of manufacturing technology, intrinsic silicon or one containing silicon and carbon is desirable.

ただし、組成を変化させるときは、太陽光を入射させる側、すなわち、透明基板30に近いほどエネルギーバンドキャップが大きいことが望ましい。これは太陽光のスペクトルのうち、高いエネルギーの太陽光が、高いエネルギーバンドギャップの半導体で吸収され、低いエネルギーの太陽光は、その層を通過して深い位置にある低エネルギーバンドギャップの半導体で吸収されるため、広いスペクトル領域の太陽光を利用できるからである。   However, when changing the composition, it is desirable that the energy band cap be larger as it is closer to the sunlight incident side, that is, closer to the transparent substrate 30. This is because, in the solar spectrum, high-energy sunlight is absorbed by high-energy bandgap semiconductors, and low-energy solar light is low-energy bandgap semiconductors that pass deep through the layer. This is because it is absorbed so that sunlight in a wide spectral range can be used.

図5に、バンドギャップの違う真性半導体層41、42、43のラテラルpin/i接合31の太陽電池の構造を模式的に示す。ここで、真性半導体層41、42、43のバンドギャップをそれぞれEg1、Eg2、Eg3とすると、これらの間には、Eg1<Eg2<Eg3の関係が成立し、太陽光が入射する透明基板40に向かってバンドギャップが大きくなっている。   FIG. 5 schematically shows the structure of the solar cell of the lateral pin / i junction 31 of the intrinsic semiconductor layers 41, 42, and 43 having different band gaps. Here, assuming that the band gaps of the intrinsic semiconductor layers 41, 42, and 43 are Eg1, Eg2, and Eg3, respectively, a relationship of Eg1 <Eg2 <Eg3 is established therebetween, and the transparent substrate 40 on which sunlight is incident is formed. The band gap is getting bigger.

ここで、太陽光を吸収して生成した電子34は、ギャップエネルギーの高い真性半導体層43からギャップエネルギーの低い真性半導体層41に向かってできる伝導帯の傾斜に沿って、n型拡散層21に集まる。一方、太陽光を吸収して生成した正孔35は、ギャップエネルギーの高い真性半導体層43から低い真性半導体層41に向かってできる価電子帯の傾斜に沿って、p型拡散層22に集まる。このことを図6に示すバンドダイヤグラムで説明する。   Here, the electrons 34 generated by absorbing the sunlight enter the n-type diffusion layer 21 along the inclination of the conduction band formed from the intrinsic semiconductor layer 43 having a high gap energy toward the intrinsic semiconductor layer 41 having a low gap energy. get together. On the other hand, the holes 35 generated by absorbing sunlight gather in the p-type diffusion layer 22 along the slope of the valence band formed from the intrinsic semiconductor layer 43 having a high gap energy toward the intrinsic semiconductor layer 41 having a low gap energy. This will be described with reference to a band diagram shown in FIG.

図5のおけるNN断面とPP断面のバンドダイヤグラムをそれぞれ図6および図7に示す。
図6および図7に示すように、透明基板40の上に、バンドギャップEg3、Eg2、Eg1の真性半導体層43、42、41が積層されている。図6に示すように、NN断面においては、透明基板40の側から太陽光が入射して光励起51により、電子34と正孔35を生成する。生成された電子34は伝導帯に沿って、電位差をくだりn型拡散層21に至り、金属電極にマイナスの電荷を運ぶ。一方、価電子帯の正孔35は、真性半導体層41を経由して電位差を上がりp型拡散層22に至り、プラスの電荷を金属電極に運ぶ。
Band diagrams of the NN cross section and the PP cross section in FIG. 5 are shown in FIGS. 6 and 7, respectively.
As shown in FIGS. 6 and 7, intrinsic semiconductor layers 43, 42, and 41 having band gaps Eg 3, Eg 2, and Eg 1 are stacked on a transparent substrate 40. As shown in FIG. 6, in the NN cross section, sunlight is incident from the transparent substrate 40 side, and electrons 34 and holes 35 are generated by photoexcitation 51. The generated electrons 34 have a potential difference along the conduction band, reach the n-type diffusion layer 21, and carry a negative charge to the metal electrode. On the other hand, the holes 35 in the valence band increase the potential difference via the intrinsic semiconductor layer 41 and reach the p-type diffusion layer 22, and carry positive charges to the metal electrode.

また、図7に示すように、pp断面においては、透明基板40の側から太陽光が入射して光励起51により電子34と正孔35を生成する。生成された正孔35は、価電子帯に沿って電位差を上りp型拡散層22に至り、金属電極にプラスの電荷を運ぶ。一方、伝導帯の電子34は、真性半導体層41を経由して電位差を下り、n型拡散層21に至り、マイナス電荷を金属電極に運ぶ。   Further, as shown in FIG. 7, in the pp section, sunlight is incident from the transparent substrate 40 side, and electrons 34 and holes 35 are generated by photoexcitation 51. The generated holes 35 rise in potential along the valence band, reach the p-type diffusion layer 22, and carry positive charges to the metal electrode. On the other hand, the electrons 34 in the conduction band descend the potential difference via the intrinsic semiconductor layer 41, reach the n-type diffusion layer 21, and carry negative charges to the metal electrode.

従って、太陽光が入射する側のエネルギーギャプの大きい真性半導体は、電子34と正孔35のエミッタとして作用する。また、n型拡散層21およびp型拡散層22を通過した太陽光およびn型拡散層21とp型拡散層22との間を通過した太陽光は、金属電極で反射されて再び電界領域で電子34と正孔35を発生させて、発電に寄与する。   Therefore, an intrinsic semiconductor having a large energy gap on the side on which sunlight is incident acts as an emitter of electrons 34 and holes 35. Further, the sunlight that has passed through the n-type diffusion layer 21 and the p-type diffusion layer 22 and the sunlight that has passed between the n-type diffusion layer 21 and the p-type diffusion layer 22 are reflected by the metal electrode and again in the electric field region. Electrons 34 and holes 35 are generated to contribute to power generation.

以上、説明したように、本発明に係る太陽電池装置の構造によれば、従来にあった拡散層を通過させて、太陽光を入射するときの反射による減衰をラテラルpin/i接合31を採用することにより防止することができる。また、この構造を採用したことにより、従来のpn接合構造やpin接合構造ではできなかった電子と正孔との真性半導体エミッタ層を太陽光が入射する側の全部の面に配置することができる。さらに、エミッタ層として、太陽光の入射する方向に、エネルギーバンドギャップが大きくなる組成の材料を設けることにより、太陽光の幅広いスペクトルを有効に発電に寄与させる構造が可能なる。   As described above, according to the structure of the solar cell device of the present invention, the lateral pin / i junction 31 is used for attenuation caused by reflection when sunlight is incident through the conventional diffusion layer. This can be prevented. In addition, by adopting this structure, an intrinsic semiconductor emitter layer of electrons and holes, which was not possible with the conventional pn junction structure or pin junction structure, can be disposed on all surfaces on the side where sunlight enters. . Furthermore, by providing a material having a composition that increases the energy band gap in the direction in which sunlight enters as the emitter layer, a structure that effectively contributes to a wide spectrum of sunlight for power generation is possible.

<太陽電池装置の製造方法>
異なる仕事関数を持つp型拡散層とn型拡散層とを片側表面に横方向に並べてアレイ状に配置した本構造は、太陽光を透過させる必要のあるp型拡散層とn型拡散層の層を縦方向に重ねた従来構造では実現しえなかった性能を可能にさせる。
<Method for Manufacturing Solar Cell Device>
This structure in which p-type diffusion layers and n-type diffusion layers having different work functions are arranged in an array in a lateral direction on one side surface is composed of a p-type diffusion layer and an n-type diffusion layer that need to transmit sunlight. It enables performance that was not possible with conventional structures with layers stacked vertically.

即ち、異なる仕事関数の電極材料として太陽光を透過させなくてもよいため、例えば、金属を選ぶことも本構造では、可能になる。ここで、半導体と金属の接合をショットキー接合と呼ぶが、必要な接合は、このショットキー接合でも良い。   That is, since it is not necessary to transmit sunlight as an electrode material having a different work function, for example, a metal can be selected in this structure. Here, the junction between the semiconductor and the metal is called a Schottky junction, but the necessary junction may be this Schottky junction.

したがって、真性の半導体に異なる仕事関数を持つ材料を接合させると、フェルミレベルの違いが無くなるまで、電子の移動が半導体を通して起こり、原理的には、二つの材料の仕事関数の差に相当する電位差が当該材料に生じる。なお、半導体と接合させる電極材料としては、製造方法が許す範囲で仕事関数の異なる材料を選ぶことが可能となる。ただし、異なる仕事関数の金属のショットキー接合による発生電位差は、表面の界面準位に依存したバンド湾曲に依存する。この界面準位の制御は製造上難しいために、半導体内部に接合を作る安定したp型とn型の拡散層を形成する方法が好ましい。   Therefore, when a material with a different work function is joined to an intrinsic semiconductor, electron movement occurs through the semiconductor until there is no difference in Fermi level, and in principle, a potential difference corresponding to the difference between the work functions of the two materials. Occurs in the material. Note that, as an electrode material to be bonded to the semiconductor, materials having different work functions can be selected as long as the manufacturing method allows. However, the potential difference generated by the Schottky junction of metals having different work functions depends on the band curvature depending on the interface state of the surface. Since control of this interface state is difficult in manufacturing, a method of forming stable p-type and n-type diffusion layers that form a junction inside the semiconductor is preferable.

ここで、拡散層の形成は高温を必要とするため、以下にその方法について説明する。一般に、加熱したガスを基板の表面に垂直に吹き付けると、ガスの温度を基板に伝えることができる。ここで、高温ガスを絞ってビーム状にして基板と平行でなく垂直に入射または衝突させると、淀み層としての停滞層が薄くなる。または、相対的に実質上停滞層が形成されない程度にすることができる。ここで、停滞層が薄いと、効率よくガスの温度を基板に伝えられる。別の言い方をすると、基板の表面は垂直に入射する高温ガスビームから効率よく熱を受け取るので表面だけを加熱できる。   Here, since formation of a diffusion layer requires high temperature, the method is demonstrated below. In general, when a heated gas is blown perpendicularly to the surface of the substrate, the temperature of the gas can be transmitted to the substrate. Here, if the hot gas is squeezed into a beam shape and incident or collides perpendicularly instead of parallel to the substrate, the stagnant layer as the stagnation layer becomes thin. Or it can be made the grade which a stagnant layer is not formed substantially relatively. Here, if the stagnant layer is thin, the gas temperature can be efficiently transmitted to the substrate. In other words, only the surface can be heated because the surface of the substrate efficiently receives heat from a hot gas beam incident vertically.

また、基板裏面が冷却されていると、一定の熱容量のヒートシンクをもっているため、温度が上昇して、ガスの温度に到達するのは、基板表面に限定される。この原理を用いると、基板表面のみを加熱して基板の裏面と内部は一定温度以下に維持できる。   Further, when the back surface of the substrate is cooled, since the heat sink has a certain heat capacity, the temperature rises and reaches the gas temperature is limited to the substrate surface. Using this principle, only the substrate surface can be heated and the back surface and the inside of the substrate can be maintained at a certain temperature or lower.

この状態を実現した構造例を模式的に図8に示す。なお、以下では、透明基板の一例として、ガラス基板を例にとって説明するが、これに限らず、樹脂基板やプラスチック基板等を用いてもよい。   FIG. 8 schematically shows an example of a structure that realizes this state. In the following, a glass substrate will be described as an example of a transparent substrate. However, the present invention is not limited to this, and a resin substrate, a plastic substrate, or the like may be used.

図8の構造では、ガラス基板60に加熱ガスビーム61、62がほぼ垂直に衝突入射する。ガラス基板60は、冷却された支持台(図示せず)に保持されていて、基板裏面温度は冷却材により一定に保持される。   In the structure of FIG. 8, the heated gas beams 61 and 62 collide and enter the glass substrate 60 almost vertically. The glass substrate 60 is held on a cooled support base (not shown), and the substrate back surface temperature is held constant by the coolant.

一方、ガス加熱器65の加熱電力制御により、ガスビーム61、62の温度は、300℃以上の高温にすることができる。ガス加熱器65に通すガスは窒素、酸素、水素、ヘリウム、アルゴン、などから適宜、一種類を選択することも可能であるし、二つ以上混合して用いることもできる。ガスビーム61、62の温度が800℃のとき、シリコン半導体プロセスで行う不純物の熱拡散をシリコンに対して行うことが可能である。また、水分の雰囲気があるとき、シリコン表面の熱酸化も可能になる。酸素を当該ガスとして選択するときは加熱器65は酸化されて燃えない材料で構成するかまたは酸化されて気体にならない材料で構成する必要がある。   On the other hand, by controlling the heating power of the gas heater 65, the temperature of the gas beams 61 and 62 can be increased to 300 ° C. or higher. As the gas passed through the gas heater 65, one kind can be appropriately selected from nitrogen, oxygen, hydrogen, helium, argon, and the like, or a mixture of two or more can be used. When the temperature of the gas beams 61 and 62 is 800 ° C., it is possible to perform thermal diffusion of impurities in the silicon semiconductor process with respect to silicon. In addition, when there is an atmosphere of moisture, the silicon surface can be thermally oxidized. When oxygen is selected as the gas, the heater 65 needs to be made of a material that does not oxidize and burn, or a material that does not oxidize and become a gas.

さらに、ポリシリコンは、シランの600℃熱分解から成長可能であり、シランとともに酸化ガスとして酸化窒素NOや水を導入すると、熱反応の酸化膜の成長が、ガスビーム温度700ないし800℃で可能である。また、アンモニアNHガスをシランとともに導入すると、シリコン窒化膜がガスビーム温度700℃で可能である。なお、シランに代えて、ハロゲン化シラン(SiHCl等)を用いてもよい。 Furthermore, polysilicon can be grown from 600 ° C. thermal decomposition of silane. When nitrogen oxide N 2 O or water is introduced as an oxidizing gas together with silane, the thermal reaction oxide film grows at a gas beam temperature of 700 to 800 ° C. Is possible. When ammonia NH 3 gas is introduced together with silane, a silicon nitride film can be formed at a gas beam temperature of 700 ° C. In place of silane, halogenated silane (SiH 2 Cl 2 or the like) may be used.

ここで、図8の構造とそれぞれの役割を説明する。
図8においては、半導体の層を成長させるのに適するよう加熱ガスビーム61と62とが加熱せずに導入するガス導入管63を挟むように配置されている。なお、ガスビームで表面のみを加熱するだけのプロセスはとくに構造を選ばないため、ビームは一つだけでも良い。
Here, the structure of FIG. 8 and each role will be described.
In FIG. 8, heating gas beams 61 and 62 are arranged so as to sandwich a gas introduction pipe 63 that introduces them without heating so as to be suitable for growing a semiconductor layer. In addition, since the process of heating only the surface with a gas beam is not particularly limited, only one beam may be used.

膜を成長させるためには、熱を閉じ込めて、高温の空間(ルーム)を作り出して、そのルームに熱分解すべきガスを長時間停滞させ、反応分解種を生成させて、効率よく基板にそれを補給できる構造が必要である。そのためには、ルームを作るために、吹き付ける高温の線状ビームのガスを2箇所から射出することが有効である。ここで、加熱ガスビーム61と62とで囲まれた空間である高温ガスで囲まれたルームを高温ガスルーム66と呼ぶ。   In order to grow a film, heat is confined to create a high-temperature space (room), the gas to be pyrolyzed stays in the room for a long time, and reactive decomposition species are generated, which is efficiently transferred to the substrate. A structure that can replenish is necessary. For that purpose, in order to make a room, it is effective to inject gas of a high-temperature linear beam to be sprayed from two places. Here, a room surrounded by the high temperature gas, which is a space surrounded by the heated gas beams 61 and 62, is called a high temperature gas room 66.

加熱しないガス導入管63から、例えば、シランを選び、導入すると、高温ガスルーム66で熱分解が進行して、活性種が生成されて、停滞層を拡散してシリコン膜をガラス基板60上に成長させる。また、加熱ビーム61と62に酸化反応するガスを含むように選ぶと、この高温ガスルーム66に停滞したシランと互いに熱分解反応を起こし、酸化膜が成長する。   When, for example, silane is selected and introduced from the gas inlet pipe 63 that is not heated, thermal decomposition proceeds in the high temperature gas room 66 to generate active species, which diffuses the stagnant layer and deposits the silicon film on the glass substrate 60. Grow. If the heating beams 61 and 62 are selected so as to contain a gas that undergoes an oxidation reaction, a thermal decomposition reaction occurs with the silane stagnating in the high temperature gas room 66, and an oxide film grows.

気相中に異種物質の核がなければ、一定濃度以下では、自然核形成は起こさない。高温ガスルーム66の下には、温度の低い異種物質である巨大核としてのガラス基板60がある。異種物質である基板表面は温度が低いので、核成長から始まり膜の成長が起きる。これが、ガラス基板60の温度を低く維持しながら、基板の温度より高い温度のガスを接触させて熱CVDを基板表面で起こさせる原理である。   If there are no nuclei of different substances in the gas phase, natural nucleation will not occur below a certain concentration. Under the high temperature gas room 66, there is a glass substrate 60 as a giant nucleus which is a different kind of material having a low temperature. Since the substrate surface, which is a foreign material, has a low temperature, film growth starts from the nucleus growth. This is the principle of causing thermal CVD to occur on the substrate surface by contacting a gas having a temperature higher than that of the substrate while keeping the temperature of the glass substrate 60 low.

ガス導入管63からシランとともに、例えば、アセチレンCを導入すると、シリコンカーバイドやシリコンとの混晶の多結晶膜を成長できる。また、ガラス基板60に近い側をバンドギャップの大きいシリコンカーバイドの組成にし、階段的にあるいは、傾斜させて組成をシリコンにまで変化させると、表面はシリコン、ガラス基板60側には、バンドギャップの大きいシリコンカーバイドという組成の真性半導体層を成長させることができる。ただし、このとき、ガラス基板から金属不純物が拡散するのを防止するために上に述べた方法で酸化膜を成長させておくことが望ましい。なお、導電性酸化膜としては、酸化亜鉛等の透明なものであればよい。また、別な方法、例えば、スパッタリングの方法で金属酸化物をつけることも不純物拡散防止に有効であるが過剰な金属が含まれるときは、上に述べた本発明の酸化方法で、それを酸化して透明度を改善することが可能である。 When, for example, acetylene C 2 H 2 is introduced together with silane from the gas introduction pipe 63, a polycrystalline film of a mixed crystal with silicon carbide or silicon can be grown. Further, when the silicon carbide composition having a large band gap is formed on the side close to the glass substrate 60 and the composition is changed to silicon stepwise or inclined, the surface is silicon, and the glass substrate 60 side has a band gap. An intrinsic semiconductor layer having a composition of large silicon carbide can be grown. However, at this time, in order to prevent the metal impurities from diffusing from the glass substrate, it is desirable to grow the oxide film by the method described above. Note that the conductive oxide film may be a transparent one such as zinc oxide. In addition, applying a metal oxide by another method, for example, a sputtering method is also effective for preventing impurity diffusion, but when excess metal is contained, it is oxidized by the oxidation method of the present invention described above. Thus, it is possible to improve the transparency.

以上、説明したように、本発明に係る太陽電池装置の製造方法によれば、高温の加熱ガス61、62をガラス基板60にほぼ垂直に衝突させるように吹き付けることで、基板60の表面だけを高温にでき、基板内部と裏面を冷却効果に応じた一定の温度に維持しながら、基板より高い温度で表面のみを加熱処理して不純物熱拡散をすること、およびシリコン酸化膜やシリコン窒化膜、ポリシリコンなどの高温熱CVD材料を成長させる製造方法を用いることが可能である。   As described above, according to the method for manufacturing a solar cell device of the present invention, only the surface of the substrate 60 is blown by spraying the high-temperature heating gases 61 and 62 so as to collide with the glass substrate 60 almost vertically. The substrate can be heated to a high temperature, while maintaining the inside and back of the substrate at a constant temperature according to the cooling effect, heat treatment is performed only on the surface at a temperature higher than the substrate, and impurity thermal diffusion is performed, and a silicon oxide film or a silicon nitride film, It is possible to use a manufacturing method for growing a high temperature thermal CVD material such as polysilicon.

したがって、この製造方法により、ラテラルpin/i接合構造を持った太陽電池装置をガラス基板またはその軟化点(300℃)より低温に保持する必要のある透明な非晶質基板の上に製造することが可能となる。   Therefore, by this manufacturing method, a solar cell device having a lateral pin / i junction structure is manufactured on a glass substrate or a transparent amorphous substrate that needs to be maintained at a temperature lower than its softening point (300 ° C.). Is possible.

<ラテラルpin/i接合太陽電池の製造方法>
上記では、本発明に係る太陽電池装置の構造およびその製造方法について、説明したが、以下では、本発明の実施形態として図面に基づいて、ラテラルpin/i接合太陽電池の製造方法に関してさらに詳細に説明する。なお、複数添付する図面中、同一または相当部分には同一符号を付している。
<Method for Manufacturing Lateral Pin / i Junction Solar Cell>
In the above, the structure of the solar cell device according to the present invention and the method for manufacturing the solar cell device have been described. Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings and the method for manufacturing a lateral pin / i junction solar cell. explain. In the accompanying drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図9から図14は、ラテラルpin/i接合太陽電池の製造方法を模式的に示した図である。
図9は、ガラス基板60上に真性の半導体結晶層67(Si(1−X))を成長させる工程の模式図である。なお、ガラス基板60には金属不純物を含むことから、この拡散防止のために、酸化膜71を100nm成長させている。
9 to 14 are diagrams schematically showing a method for manufacturing a lateral pin / i-junction solar cell.
FIG. 9 is a schematic diagram of a process of growing an intrinsic semiconductor crystal layer 67 (Si (1-X) C X ) on the glass substrate 60. Since the glass substrate 60 contains metal impurities, an oxide film 71 is grown to 100 nm to prevent this diffusion.

まず、ガス導入口63からシランを導入するとともに、酸化性のガスNOガスを含む窒素ガスをガス導入口61、62から導入する。なお、これは、プラズマCVD酸化膜でもよい。 First, silane is introduced from the gas inlet 63 and nitrogen gas containing an oxidizing gas N 2 O gas is introduced from the gas inlets 61 and 62. This may be a plasma CVD oxide film.

次に、ガラス基板60の支持台の表面温度を300℃に設定し、次いで、ガス加熱器65の設定温度を650℃から750℃の範囲で設定して、窒素ガスビーム(Nガスビーム)61、62を基板に衝突させて、高温のガスルーム66を形成する。同時に1%に窒素で希釈したシランSiHとアセチレンCとを石英のガス導入口63を通して加熱することなく、ガス導入口から射出される窒素ガスビーム61と62とに挟まれた空間の高温のガスルーム66に射出する。なお、シランSiHとアセチレンCを例示したのは、熱分解温度がその他のガスに比べて低いためである。 Next, the surface temperature of the support of the glass substrate 60 is set to 300 ° C., then the set temperature of the gas heater 65 is set in the range of 650 ° C. to 750 ° C., and a nitrogen gas beam (N 2 gas beam) 61, The high temperature gas chamber 66 is formed by colliding 62 with the substrate. At the same time, without heating silane SiH 4 diluted with nitrogen to 1% and acetylene C 2 H 2 through the quartz gas inlet 63, a space between the nitrogen gas beams 61 and 62 emitted from the gas inlet is obtained. Injection into the hot gas room 66. Silane SiH 4 and acetylene C 2 H 2 are exemplified because the thermal decomposition temperature is lower than other gases.

なお、高いエネルギーバンドギャップ値を持つSiCを成長性させるときは、設定温度を750℃とする。ここで、シリコンカーバイドは、Si−Cの結合が安定なために、酸化膜上には、Si−C−Si−Cというように、結合が膜厚方向に連続する性質が強い。面心立方結晶では、この方向は<111>軸であるため、<111>優先配向の膜となる性質がある。   When SiC having a high energy band gap value is grown, the set temperature is set to 750 ° C. Here, since silicon carbide has a stable Si—C bond, silicon carbide has a strong property of continuous bonding in the film thickness direction on the oxide film, such as Si—C—Si—C. In the face-centered cubic crystal, since this direction is the <111> axis, it has a property of becoming a film with <111> preferential orientation.

こうした性質があるため、多結晶の軸をそろえる目的の場合には、SiCの膜を最初に成長させるのが適している。ただし、シリコン酸化膜の上にSiCの核成長が起きにくい性質があるため、最初に、シランだけでシリコン膜を核成長させることが容易にSiC成長を起こさせるのには、好適である。また、シリコンの多結晶層を成長させるときは、650℃に設定する。そして、アセチレンの割合を減じながら、設定温度を750℃と650℃間で変化させて、厚み方向に組成が変化する膜Si(1−X)の多結晶で真性の半導体結晶層67をガラス基板60の上に300nm成長させる。 Because of these properties, it is suitable to grow a SiC film first for the purpose of aligning the axes of the polycrystal. However, since there is a property that SiC nucleation does not easily occur on the silicon oxide film, it is preferable to nucleate the silicon film with silane alone to easily cause the SiC growth. When growing a polycrystalline silicon layer, the temperature is set to 650 ° C. Then, by changing the set temperature between 750 ° C. and 650 ° C. while reducing the ratio of acetylene, a polycrystalline and intrinsic semiconductor crystal layer 67 of the film Si (1-X) C X whose composition changes in the thickness direction is formed. A 300 nm thickness is grown on the glass substrate 60.

このとき、ガラス基板60に近い側は、SiCの組成が主であり、表面は、シリコンの多結晶である。アセチレンを導入しないときは、多結晶のシリコン膜が成長する。ガラス基板60を横方向に往復運動させることで、成長領域を広げることが可能である。   At this time, the side close to the glass substrate 60 is mainly composed of SiC, and the surface is polycrystalline silicon. When acetylene is not introduced, a polycrystalline silicon film grows. The growth region can be expanded by reciprocating the glass substrate 60 in the lateral direction.

図10は、多結晶で真性の半導体結晶層のエッチングによる分離の工程の模式図を示している。ここでは、レジスト68を多結晶で真性の半導体結晶層67の上面に塗布して、レジスト分離パタンを露光現像で作り、ドライエッチングの方法を用いて、多結晶で真性の半導体結晶層67を分離する。   FIG. 10 shows a schematic diagram of a separation process by etching a polycrystalline and intrinsic semiconductor crystal layer. Here, a resist 68 is coated on the upper surface of the polycrystalline and intrinsic semiconductor crystal layer 67, a resist separation pattern is formed by exposure and development, and the polycrystalline and intrinsic semiconductor crystal layer 67 is separated using a dry etching method. To do.

図11は、分離した多結晶で真性の半導体結晶層67への絶縁膜成長の工程の模式図を示している。ガス導入口63からシランを導入するとともに、酸化性のガスNOガスを含む窒素ガスをガス導入口61、62から温度700℃で導入することにより、シリコン酸化膜72を成長させることが可能となる。 FIG. 11 is a schematic diagram showing a process of growing an insulating film on the separated polycrystalline and intrinsic semiconductor crystal layer 67. It is possible to grow the silicon oxide film 72 by introducing silane from the gas inlet 63 and introducing nitrogen gas containing an oxidizing gas N 2 O gas from the gas inlets 61 and 62 at a temperature of 700 ° C. It becomes.

または、TEOSガスをガス導入口63から導入し、次いで、高温のガスルーム66に導入して、熱分解させて、シリコン酸化膜72を形成することも可能である。このとき、この半導体層の表面は再結合準位を形成する。これを制御して減じるために、水を含む窒素ガスビームを800℃で照射して、CVD膜形成前に、熱シリコン酸化膜を予め形成すれば、経年劣化防止の要求品質対応に有効である。   Alternatively, the silicon oxide film 72 can be formed by introducing TEOS gas from the gas inlet 63 and then introducing it into the high temperature gas room 66 and thermally decomposing it. At this time, the surface of the semiconductor layer forms a recombination level. In order to control and reduce this, if a thermal silicon oxide film is formed in advance before forming the CVD film by irradiating a nitrogen gas beam containing water at 800 ° C., it is effective in dealing with the required quality for preventing aging deterioration.

図12は、n型不純物拡散層の形成工程の模式図である。レジストの拡散層パタンの転写とドライエッチングの方法とを用いて、n型拡散層73を形成すべき場所のシリコン酸化膜72を開口させる。次に、ガス導入口63から不純物として、フォスフィンガス含む窒素ガスを導入し、ガス導入口61、62から窒素ガスビームを設定温度800℃で導入して、シリコン酸化膜72の開口部からリンを熱拡散させて、n型拡散層73を形成する。なお、別の方法、例えば、プラズマCVD法でリンを含むアモルファスシリコンを成長させて、これを本実施形態のガスビーム加熱方法でアニールしてリンを拡散させても良い。   FIG. 12 is a schematic diagram of a process for forming an n-type impurity diffusion layer. Using the resist diffusion layer pattern transfer and dry etching methods, the silicon oxide film 72 where the n-type diffusion layer 73 is to be formed is opened. Next, nitrogen gas containing phosphine gas is introduced from the gas inlet 63 as an impurity, a nitrogen gas beam is introduced from the gas inlets 61 and 62 at a set temperature of 800 ° C., and phosphorus is removed from the opening of the silicon oxide film 72. An n-type diffusion layer 73 is formed by thermal diffusion. Note that phosphorus may be diffused by growing amorphous silicon containing phosphorus by another method, for example, plasma CVD, and annealing the amorphous silicon by the gas beam heating method of this embodiment.

図13は、p型不純物拡散層の形成工程の模式図である。前述のシリコン酸化膜72の形成工程と同じ方法で、シリコン酸化膜72を追加成長させて、n型拡散層73の開口部をふさぐ。レジストのp型拡散層パタンの転写とドライエッチングの方法とを用いてp型拡散層74を形成すべき場所のシリコン酸化膜72を開口させる。次に、ガス導入口63から、不純物として、ジボランガス含む窒素ガスを導入し、さらに、ガス導入口61、62から窒素ガスビームを設定温度800℃で導入して、シリコン酸化膜72のp型拡散層開口部からボロンを熱拡散させてp型拡散層74を形成する。なお、別の方法、例えば、プラズマCVD法でボロンを含むアモルファスシリコンを成長させて、これを本実施形態のガスビーム加熱方法でアニールしてボロンを拡散させても良い。   FIG. 13 is a schematic diagram of a process for forming a p-type impurity diffusion layer. The silicon oxide film 72 is additionally grown by the same method as that for forming the silicon oxide film 72 to close the opening of the n-type diffusion layer 73. The silicon oxide film 72 where the p-type diffusion layer 74 is to be formed is opened by transferring the p-type diffusion layer pattern of the resist and using a dry etching method. Next, nitrogen gas containing diborane gas is introduced as an impurity from the gas inlet 63, and a nitrogen gas beam is further introduced from the gas inlets 61 and 62 at a set temperature of 800 ° C., so that the p-type diffusion layer of the silicon oxide film 72 is introduced. The p-type diffusion layer 74 is formed by thermally diffusing boron from the opening. Alternatively, boron may be diffused by growing amorphous silicon containing boron by another method, such as plasma CVD, and annealing the amorphous silicon by the gas beam heating method of this embodiment.

図14は、アルミニウム金属電極を形成する工程の模式図である。再び、レジストのn型拡散層73に接続する電極パタンを転写して、n型拡散層73の上の酸化膜をエッチング除去して、n型拡散層73とp型拡散層74とが接続する接続孔を酸化膜72に開口する。次に、アルミニウム膜をスパッタリングで成長させ、レジストの金属電極層パタンの転写とドライエッチングの方法とを用いて、アルミニウム電極75のパタンを形成する。   FIG. 14 is a schematic diagram of a process of forming an aluminum metal electrode. Again, the electrode pattern connected to the n-type diffusion layer 73 of the resist is transferred, the oxide film on the n-type diffusion layer 73 is removed by etching, and the n-type diffusion layer 73 and the p-type diffusion layer 74 are connected. A connection hole is opened in the oxide film 72. Next, an aluminum film is grown by sputtering, and a pattern of the aluminum electrode 75 is formed using a resist metal electrode layer pattern transfer and dry etching method.

図15は、ラテラルpin/i接合太陽電池の直列接続を示す図である。ラテラルpin/i接合81のn型拡散層73とラテラルpin/i接合82のp型拡散層74とがアルミニウム電極75で接続されている。ここで、太陽光80が照射されると、ラテラルpin/i接合81の発生電圧Vout1と、ラテラルpin/i接合82の発生電圧Vout2の和である電圧Vs(=Vout1+Vout2)がラテラルpin/i接合81のn型拡散層73とラテラルpin/i接合82のp型拡散層74との間に発生する。この接続を多段に行うことでさらに高い電圧を発生できる。   FIG. 15 is a diagram showing a series connection of lateral pin / i junction solar cells. The n-type diffusion layer 73 of the lateral pin / i junction 81 and the p-type diffusion layer 74 of the lateral pin / i junction 82 are connected by an aluminum electrode 75. Here, when sunlight 80 is irradiated, a voltage Vs (= Vout1 + Vout2), which is the sum of the generated voltage Vout1 of the lateral pin / i junction 81 and the generated voltage Vout2 of the lateral pin / i junction 82, is the lateral pin / i junction. It occurs between the n-type diffusion layer 73 of 81 and the p-type diffusion layer 74 of the lateral pin / i junction 82. A higher voltage can be generated by performing this connection in multiple stages.

図16は、表面に凹凸を加工したガラス基板90に、ラテラルpin/i接合太陽電池を作製した例である。この例では、凹凸の周期とラテラルpin/i接合太陽電池の周期を一致させてあるが、一致させなくても良い。また、この凹凸は太陽光を真性の半導体結晶層67に効率よく進入させる。   FIG. 16 shows an example in which a lateral pin / i-junction solar cell is fabricated on a glass substrate 90 whose surface has been processed with irregularities. In this example, the period of the unevenness and the period of the lateral pin / i junction solar cell are matched, but it is not necessary to match. The unevenness allows sunlight to enter the intrinsic semiconductor crystal layer 67 efficiently.

本発明の太陽電池装置の構造を用いることにより、ガラス基板の全面から太陽光を導入して、その全面にある真性半導体層の内部電界領域に電極層を介することなく太陽光を導入できる。この構造は電極を介して接続することなくエネルギーバンドギャップの違う材料を連続接続させる構造である。したがって、太陽光エネルギースペクトルを有効に利用できる。本発明の太陽電池装置の構造は、希少金属のインジュームを用いる透明電極を用いないため、資源の経済的な問題をも解決する。   By using the structure of the solar cell device of the present invention, sunlight can be introduced from the entire surface of the glass substrate, and sunlight can be introduced into the internal electric field region of the intrinsic semiconductor layer on the entire surface without interposing the electrode layer. This structure is a structure in which materials having different energy band gaps are continuously connected without being connected via an electrode. Therefore, the solar energy spectrum can be used effectively. Since the structure of the solar cell device of the present invention does not use a transparent electrode using rare metal indium, it also solves the economical problem of resources.

また、本発明の太陽電池装置の構造を可能にさせた製造方法は、安価なガラス基板を低温に保ったまま、結晶半導体を成長させる方法であるため、安価に太陽エネルギーを高い効率で電気に変えることができ、地球環境を守りながら、これまで以上のエネルギーを利用できる世界を実現する。   In addition, the manufacturing method that enables the structure of the solar cell device of the present invention is a method for growing a crystalline semiconductor while keeping an inexpensive glass substrate at a low temperature. Realize a world where you can change and use more energy while protecting the global environment.

以上、この発明の実施形態につき、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the embodiments, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

pin接合ダイオード構造の模式図である。It is a schematic diagram of a pin junction diode structure. XXで図1のpin接合ダイオードを分割した模式図である。It is the schematic diagram which divided | segmented the pin junction diode of FIG. 1 by XX. ZZ面で図1のpi接合とin接合を横方向に接合したダイオードの模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram of a diode in which the pi junction and the in junction of FIG. 1 are laterally joined on the ZZ plane. ラテラルpin/i接合ダイオード太陽電池の構造を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the structure of the lateral pin / i junction diode solar cell. バンドギャップの違う半導体真性層ラテラルpin/i接合太陽電池の構造を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the structure of the semiconductor intrinsic layer lateral pin / i junction solar cell from which a band gap differs. バンドギャップの違う半導体真性層ラテラルpin/i接合の模式図において、NN断面のバンドダイヤグラムを示す図である。In the schematic diagram of the semiconductor intrinsic layer lateral pin / i junction in which band gaps differ, it is a figure which shows the band diagram of a NN cross section. バンドギャップの違う半導体真性層ラテラルpin/i接合の模式図において、PP断面のバンドダイヤグラムを示す図である。In the schematic diagram of the semiconductor intrinsic layer lateral pin / i junction in which band gaps differ, it is a figure which shows the band diagram of PP cross section. ガラス基板の表面だけを加熱する膜形成装置の構造を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the structure of the film forming apparatus which heats only the surface of a glass substrate. ラテラルpin/i接合太陽電池の製造工程において、ガラス基板上に真性の半導体結晶層Si(1−X)を成長させる工程を示した模式図である。In the manufacturing process of a lateral pin / i junction solar cell, it is the schematic diagram which showed the process of growing intrinsic semiconductor crystalline layer Si (1-X) CX on a glass substrate. ラテラルpin/i接合太陽電池の製造工程において、真性半導体結晶層のエッチング分離工程を示した模式図である。It is the schematic diagram which showed the etching separation process of the intrinsic semiconductor crystal layer in the manufacturing process of the lateral pin / i junction solar cell. ラテラルpin/i接合太陽電池の製造工程において、分離した真性半導体結晶層へのシリコン酸化膜成長工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the silicon oxide film growth process to the isolate | separated intrinsic semiconductor crystal layer in the manufacturing process of a lateral pin / i junction solar cell. ラテラルpin/i接合太陽電池の製造工程において、n型不純物拡散層の形成工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation process of an n-type impurity diffusion layer in the manufacturing process of a lateral pin / i junction solar cell. ラテラルpin/i接合太陽電池の製造工程において、p型不純物拡散層の形成工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation process of a p-type impurity diffusion layer in the manufacturing process of a lateral pin / i junction solar cell. ラテラルpin/i接合太陽電池の製造工程において、アルミニウム電極の形成工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the formation process of an aluminum electrode in the manufacturing process of a lateral pin / i junction solar cell. ラテラルpin/i接合太陽電池の直列接続の模式図である。It is a schematic diagram of the serial connection of a lateral pin / i junction solar cell. 表面に凹凸のある基板に製造したラテラルpin/i接合太陽電池の模式図である。It is a schematic diagram of the lateral pin / i junction solar cell manufactured on the board | substrate with an unevenness | corrugation on the surface. 従来のpnダイオードの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a conventional pn diode. 従来のpinダイオードの断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a conventional pin diode.

符号の説明Explanation of symbols

11・・・n型層
12・・・p型層
13・・・空乏層
14・・・真性アモルファス層
15・・・n型アモルファス層
16・・・p型アモルファス層
21・・・n型拡散層
22・・・p型拡散層
23・・・真性層
24・・・絶縁膜
25・・・ni接合
26・・・ip接合
30・・・透明基板
31・・・ラテラルpin/i接合
33・・・真性半導体層
34・・・太陽光で生成した電子
35・・・太陽光で生成した正孔
36・・・金属電極
40・・・透明基板
41・・・真性半導体層
42・・・真性半導体層
43・・・真性半導体層
51・・・光励起
60・・・ガラス基板
61、62・・・ガスビーム
63・・・加熱しないガス導入管
65・・・ガス加熱器
66・・・高温のガスルーム
67・・・真性の半導体結晶層
68・・・レジスト
71・・・酸化膜
72・・・シリコン酸化膜
73・・・n型拡散層
74・・・p型拡散層
75・・・アルミニウム膜
80・・・太陽光
81・・・ラテラルpin/i接合
82・・・ラテラルpin/i接合
90・・・表面に凹凸のあるガラス基板

DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... n-type layer 12 ... p-type layer 13 ... depletion layer 14 ... intrinsic amorphous layer 15 ... n-type amorphous layer 16 ... p-type amorphous layer 21 ... n-type diffusion Layer 22 ... p-type diffusion layer 23 ... intrinsic layer 24 ... insulating film 25 ... ni junction 26 ... ip junction 30 ... transparent substrate 31 ... lateral pin / i junction 33. .... Intrinsic semiconductor layer 34 ... Electrons generated by sunlight 35 ... Holes generated by sunlight 36 ... Metal electrode 40 ... Transparent substrate 41 ... Intrinsic semiconductor layer 42 ... Intrinsic Semiconductor layer 43 ... Intrinsic semiconductor layer 51 ... Photo-excitation 60 ... Glass substrate 61, 62 ... Gas beam 63 ... Unheated gas introduction tube 65 ... Gas heater 66 ... High temperature gas Room 67 ... Intrinsic semiconductor crystal layer 68 -Resist 71 ... Oxide film 72 ... Silicon oxide film 73 ... N-type diffusion layer 74 ... P-type diffusion layer 75 ... Aluminum film 80 ... Sunlight 81 ... Lateral pin / i-junction 82 ... lateral pin / i-junction 90 ... glass substrate with uneven surface

Claims (18)

透明非晶質基板上に真性の半導体層を形成させ、当該半導体層表面に仕事関数の異なる材料を接合させた太陽電池装置。   A solar cell device in which an intrinsic semiconductor layer is formed on a transparent amorphous substrate, and materials having different work functions are joined to the surface of the semiconductor layer. 前記異なる材料が不純物を拡散させたp型とn型の導電型の拡散層であり、互いに隣接または隔離して形成されていることを特徴とする請求項1記載の太陽電池装置。   2. The solar cell device according to claim 1, wherein the different materials are p-type and n-type conductivity type diffusion layers in which impurities are diffused, and are formed adjacent to or separated from each other. 前記透明非晶質基板がガラスまたは樹脂またはプラスチックからなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の太陽電池装置。   The solar cell device according to claim 1, wherein the transparent amorphous substrate is made of glass, resin, or plastic. 前記透明非晶質基板がガラスまたは樹脂またはプラスチックの上にそれらと異なる透明な薄膜をのせた基板であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の太陽電池装置。   The solar cell device according to any one of claims 1 to 3, wherein the transparent amorphous substrate is a substrate on which a transparent thin film different from them is placed on glass, resin, or plastic. 前記半導体層は真性のシリコンであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の太陽電池装置。   The solar cell device according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor layer is intrinsic silicon. 前記半導体層はシリコンと炭素とを含むことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の太陽電池装置。   The solar cell device according to any one of claims 1 to 4, wherein the semiconductor layer contains silicon and carbon. 前記半導体層は前記基板に近いほどエネルギーバンドギャップが大きくなる組成を有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の太陽電池装置。   The solar cell device according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor layer has a composition in which an energy band gap increases as it is closer to the substrate. 前記透明非晶質基板側から前記真性の半導体層に太陽光を導入することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載の太陽電池装置。   The solar cell device according to any one of claims 1 to 7, wherein sunlight is introduced into the intrinsic semiconductor layer from the transparent amorphous substrate side. 支持台上に載置された前記基板の表面に、該基板の支持台温度より高温に加熱したガスを前記基板表面に対向させて置かれたガス射出口からライン状に吹き付けて表面を加熱することを特徴とする太陽電池装置の製造方法。   A gas heated to a temperature higher than the support table temperature of the substrate is sprayed in a line form on the surface of the substrate placed on the support table from a gas injection port placed opposite to the substrate surface to heat the surface. A method for manufacturing a solar cell device. 前記ガスは窒素、酸素、水素,Ar,Heのいずれか、またはそれらの混合ガスを含むことを特徴とする請求項9に記載の太陽電池装置の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell device according to claim 9, wherein the gas includes any one of nitrogen, oxygen, hydrogen, Ar, and He, or a mixed gas thereof. 支持台上に載置された前記基板の表面に、基板の支持台温度より高温に加熱したガスを基板表面に対向させて置かれた異なる2つ以上のガス射出口からライン状に吹き付けて表面を加熱し、前記基板上に半導体層を形成させることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の太陽電池装置の製造方法。   The surface of the substrate placed on a support table is sprayed in a line from two or more different gas injection ports placed opposite to the substrate surface with a gas heated to a temperature higher than the substrate support table temperature. The method of manufacturing a solar cell device according to claim 9, wherein a semiconductor layer is formed on the substrate by heating the substrate. 異なるガス射出口に挟まれたガス射出口からシリコンあるいはカーボン、または両方を含むガスが導入されることを特徴とする請求項11に記載の太陽電池装置の製造方法。   12. The method for manufacturing a solar cell device according to claim 11, wherein a gas containing silicon or carbon, or both is introduced from a gas injection port sandwiched between different gas injection ports. 支持台上に載置された前記基板の上から、該基板の支持台温度より高温に加熱したガスを、該基板に対向させて置かれた異なる2つ以上のガス射出口からライン状に吹き付けて表面に絶縁膜を成長させることを特徴とする請求項9または請求項10に記載の太陽電池装置の製造方法。   A gas heated to a temperature higher than the temperature of the support table of the substrate is sprayed from above the substrate placed on the support table in a line form from two or more different gas injection ports placed facing the substrate. 11. The method for manufacturing a solar cell device according to claim 9, wherein an insulating film is grown on the surface. 前記異なる2つ以上のガス射出口のうち、一のガス射出口から射出される前記ガスがシラン(SiH、Si)またはハロゲン化シランを含み、他のガス射出口から射出されるガスが、これと反応するNO,NO2、水、酸素を含む酸化ガス、NHを含む窒化ガスのいずれか、または両方を含み、基板上に絶縁膜を成長させることを特徴とする請求項13に記載の太陽電池装置の製造方法。 Of the two or more different gas injection ports, the gas injected from one gas injection port contains silane (SiH 4 , Si 2 H 6 ) or halogenated silane, and is injected from another gas injection port. The gas includes any one or both of N 2 O, NO 2, an oxidizing gas containing water and oxygen, a nitriding gas containing NH 3 that reacts with the gas, and an insulating film is grown on the substrate. The manufacturing method of the solar cell apparatus of Claim 13. 酸素または水を含む酸化性ガスを導入して、前記半導体層の表面を酸化させることにより酸化膜を形成することを特徴とする請求項11に記載の太陽電池装置の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell device according to claim 11, wherein an oxide film is formed by introducing an oxidizing gas containing oxygen or water to oxidize the surface of the semiconductor layer. 不純物を含むガスを導入して、該不純物を拡散させて拡散層を形成することを特徴とする請求項9または請求項10に記載の太陽電池装置の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell device according to claim 9 or 10, wherein a diffusion layer is formed by introducing a gas containing impurities and diffusing the impurities. 前記不純物が半導体層をn型またはp型にさせる元素であることを特徴とする請求項16に記載の太陽電池装置の製造方法。   The method for manufacturing a solar cell device according to claim 16, wherein the impurity is an element that makes the semiconductor layer n-type or p-type. 前記ガス射出口から射出されるガスが前記支持台上に載置された前記基板の表面に、ほぼ垂直に吹き付けられることを特徴とする請求項9から請求項17に記載の太陽電池装置の製造方法。   18. The solar cell device according to claim 9, wherein a gas ejected from the gas ejection port is sprayed substantially perpendicularly onto a surface of the substrate placed on the support base. Method.
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