JP2699867B2 - 薄膜太陽電池とその製造方法 - Google Patents
薄膜太陽電池とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光電変換素子の一つで
ある太陽電池及びその製造方法に係り、特に、単結晶シ
リコン太陽電池に匹敵する高効率、低コストの薄膜太陽
電池及びその製造方法に関する。
ある太陽電池及びその製造方法に係り、特に、単結晶シ
リコン太陽電池に匹敵する高効率、低コストの薄膜太陽
電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、単結晶シリコン太陽電池は光電
変換効率が高いが、高温プロセスを必要とし、また、吸
収係数が小さいために100μm程度の厚さを必要とし、比
較的高価である。一方、非晶質太陽電池は高温プロセス
を必要とせず、また、吸収係数が大きいために１μm程
度以下の厚さしか必要とせず、比較的安価であることが
知られている。しかし、非晶質太陽電池では、ｐ層及び
ｎ層中で少数キャリヤの寿命が極めて短く、ドーパント
層はキャリヤ生成層として用いることが全くできない。
このような問題点を解消する方法の一つとして、多結晶
相と非晶質相とを混相として有する太陽電池が特公平4
‐58193号に開示されている。
変換効率が高いが、高温プロセスを必要とし、また、吸
収係数が小さいために100μm程度の厚さを必要とし、比
較的高価である。一方、非晶質太陽電池は高温プロセス
を必要とせず、また、吸収係数が大きいために１μm程
度以下の厚さしか必要とせず、比較的安価であることが
知られている。しかし、非晶質太陽電池では、ｐ層及び
ｎ層中で少数キャリヤの寿命が極めて短く、ドーパント
層はキャリヤ生成層として用いることが全くできない。
このような問題点を解消する方法の一つとして、多結晶
相と非晶質相とを混相として有する太陽電池が特公平4
‐58193号に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように単に多結晶相と非晶質相とを混相として有するだ
けでは、高効率の太陽電池は得られていない。その原因
としては、一つは結晶相がイントリンシックでは良好な
キャリヤの走行性が得られないこと、また、単に成膜方
法の工夫のみでは良好な結晶部分と非晶質部分とを同時
に形成することができないことが挙げられる。
ように単に多結晶相と非晶質相とを混相として有するだ
けでは、高効率の太陽電池は得られていない。その原因
としては、一つは結晶相がイントリンシックでは良好な
キャリヤの走行性が得られないこと、また、単に成膜方
法の工夫のみでは良好な結晶部分と非晶質部分とを同時
に形成することができないことが挙げられる。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の有してい
た課題を解決して、単結晶シリコン太陽電池に匹敵する
高効率、低コストの薄膜太陽電池及びその製造方法を提
供することにある。
た課題を解決して、単結晶シリコン太陽電池に匹敵する
高効率、低コストの薄膜太陽電池及びその製造方法を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、少なくとも
基板の主面上にシリコンを主成分とする半導体薄膜と電
極とを備えてなる薄膜太陽電池において、上記半導体薄
膜の少なくとも一つの層が実質的にイントリンシックな
非晶質相、ｎ型の結晶相およびｐ型の結晶相とからなる
混合層であり、かつ、上記結晶相が上記基板の主表面と
概略垂直な柱状もしくは錐状の相を含むことを特徴とす
る薄膜太陽電池とすること、および、実質的にイントリ
ンシックな非晶質相とｎ型あるいはｐ型の結晶相とから
なる混合層の形成において、非晶質層もしくは微結晶層
に全面もしくは部分的にＸ線を照射することによって形
成することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法とする
ことによって達成することができる。すなわち、本発明
は、半導体薄膜を非晶質状態で形成し、その後、部分的
に柱状もしくは錐状の、キャリヤの走行性の良いｐ型あ
るいはｎ型の多結晶もしくは単結晶シリコンを生成させ
ることを骨子とする。
基板の主面上にシリコンを主成分とする半導体薄膜と電
極とを備えてなる薄膜太陽電池において、上記半導体薄
膜の少なくとも一つの層が実質的にイントリンシックな
非晶質相、ｎ型の結晶相およびｐ型の結晶相とからなる
混合層であり、かつ、上記結晶相が上記基板の主表面と
概略垂直な柱状もしくは錐状の相を含むことを特徴とす
る薄膜太陽電池とすること、および、実質的にイントリ
ンシックな非晶質相とｎ型あるいはｐ型の結晶相とから
なる混合層の形成において、非晶質層もしくは微結晶層
に全面もしくは部分的にＸ線を照射することによって形
成することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法とする
ことによって達成することができる。すなわち、本発明
は、半導体薄膜を非晶質状態で形成し、その後、部分的
に柱状もしくは錐状の、キャリヤの走行性の良いｐ型あ
るいはｎ型の多結晶もしくは単結晶シリコンを生成させ
ることを骨子とする。
【０００６】
【作用】本発明の作用について図１、２によって説明す
る。従来の混相系薄膜太陽電池は、図２に示すように、
タイプの異なる二つのドーピング層３と５に挟まれ、発
電層４はイントリンシックの非晶質相41とイントリンシ
ックの結晶相42とからなっていた。しかし、この構造で
は、電界は上下のドーピング層３と５とによって形成さ
れ、キャリヤは本質的に非晶質相41と結晶相42のそれぞ
れの中を通って取り出される。このため、キャリヤ走行
性の良くない非晶質相41で発生したキャリヤは十分に取
り出すことができない状態にあった。これを改善するに
は、図１に示すように、イントリンシックの結晶相42を
ドーピングした結晶相43に代えれば良い。これによっ
て、非晶質相41と結晶相43との間に電界を形成し、キャ
リヤ発生率の良い非晶質相41で発生したキャリヤを、キ
ャリヤ走行性の良い結晶相43に選択的に誘導して走行さ
せることができる。
る。従来の混相系薄膜太陽電池は、図２に示すように、
タイプの異なる二つのドーピング層３と５に挟まれ、発
電層４はイントリンシックの非晶質相41とイントリンシ
ックの結晶相42とからなっていた。しかし、この構造で
は、電界は上下のドーピング層３と５とによって形成さ
れ、キャリヤは本質的に非晶質相41と結晶相42のそれぞ
れの中を通って取り出される。このため、キャリヤ走行
性の良くない非晶質相41で発生したキャリヤは十分に取
り出すことができない状態にあった。これを改善するに
は、図１に示すように、イントリンシックの結晶相42を
ドーピングした結晶相43に代えれば良い。これによっ
て、非晶質相41と結晶相43との間に電界を形成し、キャ
リヤ発生率の良い非晶質相41で発生したキャリヤを、キ
ャリヤ走行性の良い結晶相43に選択的に誘導して走行さ
せることができる。
【０００７】また、従来、混相系薄膜シリコンの形成方
法としては、500℃以上の高温で形成し、その後プラズ
マ処理により非晶質相を高品質化する方法と、300℃程
度の比較的低温でプラズマ CVD 法により形成する方法
とが知られていたが、前者では非晶質相の品質が良くな
いことが、また、後者では結晶相が多結晶ではなく、結
晶粒径のより小さな(５〜15nm)微結晶しか形成できず、
この部分では少数キャリヤの走行性が極端に悪いことが
問題となっていた。特に、非晶質シリコンについては、
300℃以上の熱処理では大きく品質劣化することが、Y.L
aaziz,A.Bennouna and E.L.Ameziane,“The Effect of
Annealing on the Optical and Electrical Properties
of a‐Si：H Sputtered Films”： Solar Energy Mate
rials and Solar Cells,31 (1993) pp.23‐32 に示され
ており、300℃以上の熱処理工程を用いることは実用的
でない。これに対して、本発明では、Ｘ線照射による非
晶質相の低温結晶化を行うことによって、微結晶ではな
く、結晶粒径のより大きな多結晶相を高品質なイントリ
ンシック非晶質相の中に形成する。これによって、高効
率の混相系薄膜太陽電池の形成が可能になった。
法としては、500℃以上の高温で形成し、その後プラズ
マ処理により非晶質相を高品質化する方法と、300℃程
度の比較的低温でプラズマ CVD 法により形成する方法
とが知られていたが、前者では非晶質相の品質が良くな
いことが、また、後者では結晶相が多結晶ではなく、結
晶粒径のより小さな(５〜15nm)微結晶しか形成できず、
この部分では少数キャリヤの走行性が極端に悪いことが
問題となっていた。特に、非晶質シリコンについては、
300℃以上の熱処理では大きく品質劣化することが、Y.L
aaziz,A.Bennouna and E.L.Ameziane,“The Effect of
Annealing on the Optical and Electrical Properties
of a‐Si：H Sputtered Films”： Solar Energy Mate
rials and Solar Cells,31 (1993) pp.23‐32 に示され
ており、300℃以上の熱処理工程を用いることは実用的
でない。これに対して、本発明では、Ｘ線照射による非
晶質相の低温結晶化を行うことによって、微結晶ではな
く、結晶粒径のより大きな多結晶相を高品質なイントリ
ンシック非晶質相の中に形成する。これによって、高効
率の混相系薄膜太陽電池の形成が可能になった。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の構成について実施例によって
具体的に説明する。
具体的に説明する。
【０００９】〈実施例１〉本発明の一実施例について図
１によって説明する。まず、プラズマ CVD 法により、
金属基板２上にｎ型の微結晶シリコン３を30nm形成し
た。成膜にはモノシラン及びｎ型のドーピングガスとし
て水素希釈のホスフィンを用いた。次に、400℃でＸ線
照射を７分間行い、微結晶シリコンの結晶度向上を行っ
た。Ｘ線は凡そ３keVに強度分布のピークを有する連続
Ｘ線である。また、試料表面に照射されたフォトン数
は、ピークエネルギー付近で１×1017/cm2であった。こ
の試料についてラマン分光法により結晶評価を行ったと
ころ、Si‐Si結合による結晶特有のピークしか見られ
ず、結晶化が進んでいることが確認された。また、この
ときの薄膜の結晶粒径は平均100nmであり、導電率は0.5
(Ωcm)-1であった。
１によって説明する。まず、プラズマ CVD 法により、
金属基板２上にｎ型の微結晶シリコン３を30nm形成し
た。成膜にはモノシラン及びｎ型のドーピングガスとし
て水素希釈のホスフィンを用いた。次に、400℃でＸ線
照射を７分間行い、微結晶シリコンの結晶度向上を行っ
た。Ｘ線は凡そ３keVに強度分布のピークを有する連続
Ｘ線である。また、試料表面に照射されたフォトン数
は、ピークエネルギー付近で１×1017/cm2であった。こ
の試料についてラマン分光法により結晶評価を行ったと
ころ、Si‐Si結合による結晶特有のピークしか見られ
ず、結晶化が進んでいることが確認された。また、この
ときの薄膜の結晶粒径は平均100nmであり、導電率は0.5
(Ωcm)-1であった。
【００１０】次に、プラズマ CVD 法により半導体薄膜
４を300nm形成した。成膜には、モノシラン及びドーピ
ングガスとして100ppmのホスフィン(水素希釈)を用い
た。このとき、ガス中での Si ： P が１：２×10-6と
なるようにガス流量を設定した。次に、0.3μmφの開口
部を縦横何れにも３μm間隔で有するＸ線用マスクを用
いて、300℃で５分間のＸ線照射を行った。該照射後、
顕微ラマン分光法によりマッピング測定を行ったとこ
ろ、非晶質領域41中に１μmφ以下の結晶領域43がマス
クパターン通りの位置に形成されていることが確認され
た。このとき、結晶領域43はｎ型、非晶質領域41は実質
的にｉ型であった。すなわち、縦方向にはｎ型結晶、横
方向にはｉ型非晶質としての性質を示す薄膜となった。
縦、横方向の導電率の評価から、結晶領域43は0.3(Ωc
m)-1、非晶質領域41は２×10-10(Ωcm)-1程度の導電率
を有しているものと推定される。
４を300nm形成した。成膜には、モノシラン及びドーピ
ングガスとして100ppmのホスフィン(水素希釈)を用い
た。このとき、ガス中での Si ： P が１：２×10-6と
なるようにガス流量を設定した。次に、0.3μmφの開口
部を縦横何れにも３μm間隔で有するＸ線用マスクを用
いて、300℃で５分間のＸ線照射を行った。該照射後、
顕微ラマン分光法によりマッピング測定を行ったとこ
ろ、非晶質領域41中に１μmφ以下の結晶領域43がマス
クパターン通りの位置に形成されていることが確認され
た。このとき、結晶領域43はｎ型、非晶質領域41は実質
的にｉ型であった。すなわち、縦方向にはｎ型結晶、横
方向にはｉ型非晶質としての性質を示す薄膜となった。
縦、横方向の導電率の評価から、結晶領域43は0.3(Ωc
m)-1、非晶質領域41は２×10-10(Ωcm)-1程度の導電率
を有しているものと推定される。
【００１１】次に、プラズマ CVD 法により、ｐ型非晶
質シリコンカーバイド５を20nm形成した。成膜には、モ
ノシラン、メタン及びｐ型のドーピングガスとして水素
希釈のジボランを用いた。その後、蒸着法によって、透
明電極層６として In2O3＋ SnO2(以下、ITO と称する)
を80nm、集電電極７としてアルミニウムを800nm形成し
た。
質シリコンカーバイド５を20nm形成した。成膜には、モ
ノシラン、メタン及びｐ型のドーピングガスとして水素
希釈のジボランを用いた。その後、蒸着法によって、透
明電極層６として In2O3＋ SnO2(以下、ITO と称する)
を80nm、集電電極７としてアルミニウムを800nm形成し
た。
【００１２】得られた試料に太陽光照射１を行い、短絡
電流19mA/cm2、開放端電圧0.75V、曲線因子0.71の太陽
電池特性を確認した。また、１か月間の太陽光照射後に
おいても、短絡電流、曲線因子の低下は８％以下であ
り、通常の非晶質太陽電池に比べて劣化の少ないことが
確認された。素子特性において短絡電流が比較的大きい
ことは、混合層中のバンドギャップの小さな結晶相での
キャリヤの発生が寄与しているものと考えられる。この
ことは、開放端電圧が若干低いことから裏付けられる。
電流19mA/cm2、開放端電圧0.75V、曲線因子0.71の太陽
電池特性を確認した。また、１か月間の太陽光照射後に
おいても、短絡電流、曲線因子の低下は８％以下であ
り、通常の非晶質太陽電池に比べて劣化の少ないことが
確認された。素子特性において短絡電流が比較的大きい
ことは、混合層中のバンドギャップの小さな結晶相での
キャリヤの発生が寄与しているものと考えられる。この
ことは、開放端電圧が若干低いことから裏付けられる。
【００１３】〈実施例２〉実施例１の場合と全く同様に
してｎ層形成までを行い、次に、プラズマ CVD法により
半導体薄膜４を300nm形成した。成膜にはモノシランの
みを用いた。次に、0.5μmφの開口部を縦横何れにも５
μm間隔で有するＸ線用マスクを用い、リンイオンの注
入をピーク位置で1017/cm3となるように行い、引続き、
300℃で５分間のＸ線照射を行った。このとき、水素ガ
スを導入した。これにより膜質が改善された。照射後、
顕微ラマン分光法によりマッピング測定を行ったとこ
ろ、１μmφ以下の結晶領域43がマスクパターン通りの
位置に形成されていることが確認された。次に、実施例
１の場合と同様にして、ｐ層形成を行った。最後に、蒸
着法によって、透明電極層６として ITO を80nm、集電
電極７としてアルミニウムを800nm形成した。以上のよ
うにして得られた試料については、さらに曲線因子の向
上が認められた。
してｎ層形成までを行い、次に、プラズマ CVD法により
半導体薄膜４を300nm形成した。成膜にはモノシランの
みを用いた。次に、0.5μmφの開口部を縦横何れにも５
μm間隔で有するＸ線用マスクを用い、リンイオンの注
入をピーク位置で1017/cm3となるように行い、引続き、
300℃で５分間のＸ線照射を行った。このとき、水素ガ
スを導入した。これにより膜質が改善された。照射後、
顕微ラマン分光法によりマッピング測定を行ったとこ
ろ、１μmφ以下の結晶領域43がマスクパターン通りの
位置に形成されていることが確認された。次に、実施例
１の場合と同様にして、ｐ層形成を行った。最後に、蒸
着法によって、透明電極層６として ITO を80nm、集電
電極７としてアルミニウムを800nm形成した。以上のよ
うにして得られた試料については、さらに曲線因子の向
上が認められた。
【００１４】〈実施例３〉本発明のさらに他の実施例に
ついて図３によって説明する。集電電極として部分的に
金属層を有する(図では省略)ガラス基板８上に、化学気
相成長法によって透明電極９として Sb ドープの SnO2
を１μm形成した。これによって、サブミクロンオーダ
ーの凹凸のある表面形状を得た。
ついて図３によって説明する。集電電極として部分的に
金属層を有する(図では省略)ガラス基板８上に、化学気
相成長法によって透明電極９として Sb ドープの SnO2
を１μm形成した。これによって、サブミクロンオーダ
ーの凹凸のある表面形状を得た。
【００１５】次に、熱 CVD 法によりｎ型の多結晶シリ
コン10を20nm形成した。成膜にはモノシラン及びｎ型の
ドーピングガスとして水素希釈のホスフィンを用いた。
次に、プラズマ CVD 法によって半導体薄膜11を300nm形
成した。成膜には、モノシラン及びドーピングガスとし
て10ppmのジボラン(水素希釈)を用いた。このとき、ガ
ス中での Si ： B が１：７×10-6となるようにガス流
量を設定した。次に、全面でのＸ線照射を250℃で５分
間行った。このとき、水素ガスを導入し、１Torrの圧力
下でプラズマ処理を行った。これによって、結晶粒界が
パッシベーションされ、膜質が大きく改善された。上記
Ｘ線照射後顕微ラマン分光法によりマッピング測定を行
ったところ、非晶質領域110中にサブミクロンの間隔で
１μmφ以下の結晶領域111が SnO2結晶の突起部分に選
択的に形成されていることが確認された。このとき、結
晶領域111はｐ型、非結晶領域110は実質的にｉ型であっ
た。次に、熱 CVD 法によりｐ型の多結晶シリコン12を
厚さ10nm形成した。このとき、成膜にはモノシラン及び
ｐ型のドーピングガスとして水素希釈のジボランを用い
た。最後に、真空蒸着法により、裏面電極13としてAl
を１μm厚さに形成した。
コン10を20nm形成した。成膜にはモノシラン及びｎ型の
ドーピングガスとして水素希釈のホスフィンを用いた。
次に、プラズマ CVD 法によって半導体薄膜11を300nm形
成した。成膜には、モノシラン及びドーピングガスとし
て10ppmのジボラン(水素希釈)を用いた。このとき、ガ
ス中での Si ： B が１：７×10-6となるようにガス流
量を設定した。次に、全面でのＸ線照射を250℃で５分
間行った。このとき、水素ガスを導入し、１Torrの圧力
下でプラズマ処理を行った。これによって、結晶粒界が
パッシベーションされ、膜質が大きく改善された。上記
Ｘ線照射後顕微ラマン分光法によりマッピング測定を行
ったところ、非晶質領域110中にサブミクロンの間隔で
１μmφ以下の結晶領域111が SnO2結晶の突起部分に選
択的に形成されていることが確認された。このとき、結
晶領域111はｐ型、非結晶領域110は実質的にｉ型であっ
た。次に、熱 CVD 法によりｐ型の多結晶シリコン12を
厚さ10nm形成した。このとき、成膜にはモノシラン及び
ｐ型のドーピングガスとして水素希釈のジボランを用い
た。最後に、真空蒸着法により、裏面電極13としてAl
を１μm厚さに形成した。
【００１６】このようにして得られた試料は、凹凸形状
による光の散乱閉じ込め効果が顕著であり、短絡電流22
mA/cm2、開放端電圧0.72V、曲線因子0.70の太陽電池特
性が確認された。
による光の散乱閉じ込め効果が顕著であり、短絡電流22
mA/cm2、開放端電圧0.72V、曲線因子0.70の太陽電池特
性が確認された。
【００１７】〈実施例４〉本発明のさらに他の実施例に
ついて図４によって説明する。プラズマ CVD 法によ
り、金属基板14上にｎ型の微結晶シリコン15を30nm形成
した。形成方法は実施例１のｎ層形成時と全く同様とし
た。次に、プラズマ CVD法により、半導体薄膜16を900n
m形成した。成膜には、モノシラン及びドーピングガス
として10ppmのホスフィン(水素希釈)を用いた。このと
き、Si ： P が１：２×10-6となるようにガス流量を設
定した。次に、0.5μmφの開口部を、縦、横何れにも10
μm間隔で有するＸ線用マスクを用い、Ｘ線照射を300℃
で５分間行った。さらに、上記のＸ線用マスクを、先の
Ｘ線照射時の開口部からＸ、Ｙ軸何れも５μm移動し、
ボロンイオンの注入を最高濃度で1017/cm3となるように
行い、引続き、Ｘ線照射を300℃で５分間行った。照射
後、顕微ラマン分光法によりマッピング測定を行ったと
ころ、非晶質領域161中に１μmφ以下のｎ型結晶領域16
2とｐ型結晶領域163とがマスクパターン通りの位置に形
成されていることが確認された。すなわち、縦方向のみ
でなく横方向にもｐｉｎ接合としての性質を示す薄膜で
あることが確認された。
ついて図４によって説明する。プラズマ CVD 法によ
り、金属基板14上にｎ型の微結晶シリコン15を30nm形成
した。形成方法は実施例１のｎ層形成時と全く同様とし
た。次に、プラズマ CVD法により、半導体薄膜16を900n
m形成した。成膜には、モノシラン及びドーピングガス
として10ppmのホスフィン(水素希釈)を用いた。このと
き、Si ： P が１：２×10-6となるようにガス流量を設
定した。次に、0.5μmφの開口部を、縦、横何れにも10
μm間隔で有するＸ線用マスクを用い、Ｘ線照射を300℃
で５分間行った。さらに、上記のＸ線用マスクを、先の
Ｘ線照射時の開口部からＸ、Ｙ軸何れも５μm移動し、
ボロンイオンの注入を最高濃度で1017/cm3となるように
行い、引続き、Ｘ線照射を300℃で５分間行った。照射
後、顕微ラマン分光法によりマッピング測定を行ったと
ころ、非晶質領域161中に１μmφ以下のｎ型結晶領域16
2とｐ型結晶領域163とがマスクパターン通りの位置に形
成されていることが確認された。すなわち、縦方向のみ
でなく横方向にもｐｉｎ接合としての性質を示す薄膜で
あることが確認された。
【００１８】次に、プラズマ CVD 法により、ｐ型の非
晶質シリコンカーバイド17を20nm形成した。成膜には、
モノシラン、メタン及びｐ型のドーピングガスとして水
素希釈のジボランを用いた。その後、真空蒸着法によ
り、透明電極18として ITO を80nm、及び集電電極19と
してアルミニウムを１μm厚さに形成した。
晶質シリコンカーバイド17を20nm形成した。成膜には、
モノシラン、メタン及びｐ型のドーピングガスとして水
素希釈のジボランを用いた。その後、真空蒸着法によ
り、透明電極18として ITO を80nm、及び集電電極19と
してアルミニウムを１μm厚さに形成した。
【００１９】得られた試料に太陽光照射１を行い、実施
例１の場合とほぼ同様の太陽電池特性を得た。また、１
か月の太陽光照射後の光電変換効率の低下は５％以下で
あり、劣化が極めて小さいことを確認した。これは、横
方向にｐｎ接合が形成されていることが寄与しているも
のと考えられる。
例１の場合とほぼ同様の太陽電池特性を得た。また、１
か月の太陽光照射後の光電変換効率の低下は５％以下で
あり、劣化が極めて小さいことを確認した。これは、横
方向にｐｎ接合が形成されていることが寄与しているも
のと考えられる。
【００２０】〈実施例５〉本発明のさらに他の実施例に
ついて図５によって説明する。プラズマ CVD 法によ
り、金属基板20上にｎ型の微結晶21を30nm形成した。形
成方法は、実施例１のｎ層形成時と全く同様とした。次
に、プラズマ CVD 法により半導体薄膜22を900nm形成し
た。成膜には、モノシラン及びドーピングガスとして10
ppmのホスフィン(水素希釈)を用いた。このとき、ガス
中の Si ： P が１：２×10-6となるようにガス流量を
設定した。さらに、成膜中、500nm成膜時でドーピング
ガスの導入を止め、その後、モノシランのみで成膜し
た。次に、0.5μmφの開口部を縦、横何れにも10μm間
隔で有するマスクを用い、ボロンイオンの注入を最高濃
度で1017/cm3、かつ、注入領域がｎ型の微結晶シリコン
21まで達しないように行った。その後、0.5μmφの開口
部を縦、横何れにも５μm間隔で有するマスクを用い、
Ｘ線照射を200℃で３分間行った。上記照射後、顕微ラ
マン分光法によりマッピング測定を行ったところ、非晶
質領域221中に１μmφ以下のｎ型結晶領域222とｐ型結
晶領域223がマスクパターン通りの位置に形成されてい
ることが確認された。すなわち、縦方向のみでなく横方
向にもｐｉｎ接合としての性質を示す薄膜となっている
ことが知られた。
ついて図５によって説明する。プラズマ CVD 法によ
り、金属基板20上にｎ型の微結晶21を30nm形成した。形
成方法は、実施例１のｎ層形成時と全く同様とした。次
に、プラズマ CVD 法により半導体薄膜22を900nm形成し
た。成膜には、モノシラン及びドーピングガスとして10
ppmのホスフィン(水素希釈)を用いた。このとき、ガス
中の Si ： P が１：２×10-6となるようにガス流量を
設定した。さらに、成膜中、500nm成膜時でドーピング
ガスの導入を止め、その後、モノシランのみで成膜し
た。次に、0.5μmφの開口部を縦、横何れにも10μm間
隔で有するマスクを用い、ボロンイオンの注入を最高濃
度で1017/cm3、かつ、注入領域がｎ型の微結晶シリコン
21まで達しないように行った。その後、0.5μmφの開口
部を縦、横何れにも５μm間隔で有するマスクを用い、
Ｘ線照射を200℃で３分間行った。上記照射後、顕微ラ
マン分光法によりマッピング測定を行ったところ、非晶
質領域221中に１μmφ以下のｎ型結晶領域222とｐ型結
晶領域223がマスクパターン通りの位置に形成されてい
ることが確認された。すなわち、縦方向のみでなく横方
向にもｐｉｎ接合としての性質を示す薄膜となっている
ことが知られた。
【００２１】次に、プラズマ CVD 法により、ｐ型の非
晶質シリコンカーバイド23を20nm形成した。成膜には、
モノシラン、メタン及びｐ型のドーピングガスとして水
素希釈のジボランを用いた。その後、真空蒸着法によ
り、透明電極として ITO を80nm、集電電極25としてア
ルミニウムを１μm厚さに形成した。
晶質シリコンカーバイド23を20nm形成した。成膜には、
モノシラン、メタン及びｐ型のドーピングガスとして水
素希釈のジボランを用いた。その後、真空蒸着法によ
り、透明電極として ITO を80nm、集電電極25としてア
ルミニウムを１μm厚さに形成した。
【００２２】上記により得られた試料に太陽光照射１を
行ったところ、太陽電池特性は、短絡電流は実施例１の
場合とほぼ同一であったが、開放端電圧、曲線因子はそ
れぞれ向上し、0.82V、0.77の値を得た。
行ったところ、太陽電池特性は、短絡電流は実施例１の
場合とほぼ同一であったが、開放端電圧、曲線因子はそ
れぞれ向上し、0.82V、0.77の値を得た。
【００２３】なお、混相領域における結晶相としては、
上記実施例中で説明したもののみでなく、サブミクロン
領域から100μm程度まで膜質に応じて変化させてもよい
し、あるいは、結晶相を５μmφ程度に大きくしてもよ
いし、さらに、ｐ型相、ｎ型相を場所的にランダムに分
散させてもよいことは言うまでもない。また、上記例に
おいては薄膜太陽電池の例として非晶質 Si 系について
のみ示したが、シリコンを主体とする合金系、例えば S
iC、SiGe でもよい。また、単接合型のみでなく、タン
デム型やマルチジャンクション型にも適用でき、例えば
結晶シリコン太陽電池上に形成しても有効であることは
言うまでもない。
上記実施例中で説明したもののみでなく、サブミクロン
領域から100μm程度まで膜質に応じて変化させてもよい
し、あるいは、結晶相を５μmφ程度に大きくしてもよ
いし、さらに、ｐ型相、ｎ型相を場所的にランダムに分
散させてもよいことは言うまでもない。また、上記例に
おいては薄膜太陽電池の例として非晶質 Si 系について
のみ示したが、シリコンを主体とする合金系、例えば S
iC、SiGe でもよい。また、単接合型のみでなく、タン
デム型やマルチジャンクション型にも適用でき、例えば
結晶シリコン太陽電池上に形成しても有効であることは
言うまでもない。
【００２４】
【発明の効果】以上述べてきたように、薄膜太陽電池及
びその製造方法を本発明構成の太陽電池及びその製造方
法とすることによって、従来技術の有していた課題を解
決して、単結晶シリコン太陽電池に匹敵する高効率、低
コストの薄膜太陽電池及びその製造方法を提供すること
ができた。
びその製造方法を本発明構成の太陽電池及びその製造方
法とすることによって、従来技術の有していた課題を解
決して、単結晶シリコン太陽電池に匹敵する高効率、低
コストの薄膜太陽電池及びその製造方法を提供すること
ができた。
【図１】本発明薄膜太陽電池の一実施例の概略構成を示
す断面図。
す断面図。
【図２】従来技術の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面
図。
図。
【図３】本発明薄膜太陽電池の他の実施例の概略構成を
示す断面図。
示す断面図。
【図４】本発明薄膜太陽電池のさらに他の実施例の概略
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
【図５】本発明薄膜太陽電池のさらに他の実施例の概略
構成を示す断面図。
構成を示す断面図。
１…太陽光照射、２…金属基板、３…微結晶シリコン、
４…半導体薄膜、５…非晶質シリコンカーバイド、６…
透明電極層、７…集電電極、８…ガラス基板、９…透明
電極、10…ｎ型多結晶シリコン、11…半導体薄膜、12…
ｐ型多結晶シリコン、13…裏面電極、14…金属基板、15
…微結晶シリコン、16…半導体薄膜、17…非晶質シリコ
ンカーバイド、18…透明電極層、19…集電電極、20…金
属基板、21…微結晶シリコン、22…半導体薄膜、23…非
晶質シリコンカーバイド、24…透明電極層、25…集電電
極、41…非晶質領域、42…結晶領域、43…結晶領域、11
0…非晶質領域、111…結晶領域、161…非晶質領域、162
…ｎ型結晶領域、163…ｐ型結晶領域、221…非晶質領
域、222…ｎ型結晶領域、223…ｐ型結晶領域。
４…半導体薄膜、５…非晶質シリコンカーバイド、６…
透明電極層、７…集電電極、８…ガラス基板、９…透明
電極、10…ｎ型多結晶シリコン、11…半導体薄膜、12…
ｐ型多結晶シリコン、13…裏面電極、14…金属基板、15
…微結晶シリコン、16…半導体薄膜、17…非晶質シリコ
ンカーバイド、18…透明電極層、19…集電電極、20…金
属基板、21…微結晶シリコン、22…半導体薄膜、23…非
晶質シリコンカーバイド、24…透明電極層、25…集電電
極、41…非晶質領域、42…結晶領域、43…結晶領域、11
0…非晶質領域、111…結晶領域、161…非晶質領域、162
…ｎ型結晶領域、163…ｐ型結晶領域、221…非晶質領
域、222…ｎ型結晶領域、223…ｐ型結晶領域。
Claims (8)
- 【請求項１】少なくとも基板の主面上にシリコンを主成
分とする半導体薄膜と電極とを備えてなる薄膜太陽電池
において、上記半導体薄膜の少なくとも一つの層が実質
的にイントリンシックな非晶質相、ｎ型の結晶相および
ｐ型の結晶相とからなる混合層であり、上記結晶相が上
記基板の主表面と概略垂直な柱状もしくは錐状の相を含
みかつ、上記混合層内に概略横方向のｐｎまたはｐｉｎ
接合が形成されていることを特徴とする薄膜太陽電池。 - 【請求項２】少なくとも基板の主面上に、シリコンを主
成分とするｎ型あるいはｐ型の多結晶もしくは微結晶の
第１の半導体層、実質的にイントリンシックな非晶質
相、ｎ型の結晶相およびｐ型の結晶相とからなる混合
層、シリコンを主成分とする上記第１の半導体層と反対
導電型の多結晶もしくは微結晶の第２の半導体層を順次
積層してなり、かつ上記ｎ型の結晶相および上記ｐ型の
結晶相は各々少なくとも同一導電型の上記第１または第
２の半導体層と物理的に接続していることを特徴とする
薄膜太陽電池。 - 【請求項３】上記半導体薄膜の光の入射側面に接して、
凹凸形状化した表面を有する導電性酸化物からなる電極
層が形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄
膜太陽電池。 - 【請求項４】上記ｎ型の結晶相および上記ｐ型の結晶相
は上記混合層の膜厚方向において部分的に存在している
ことを特徴とする請求項２記載の薄膜太陽電池。 - 【請求項５】 少なくとも基板の主面上にシリコンを主成
分とする半導体薄膜と電極とを備え、上記半導体薄膜の
少なくとも一つの層が実質的にイントリンシックな非晶
質相とｎ型あるいはｐ型の結晶相とからなる混合層であ
り、上記結晶相が上記基板の主表面と概略垂直な柱状も
しくは錐状の相を含みかつ、上記混合層内に概略横方向
のｐｎまたはｐｉｎ接合が形成されている薄膜太陽電池
の製造方法において、 上記混合層を、非晶質層もしくは
微結晶層に全面もしくは部分的にＸ線を照射することに
よって形成することを特徴とする薄膜太陽電池の製造方
法。 - 【請求項６】 上記Ｘ線の照射が、基板を300℃以下に保
ちながら行う照射であることを特徴とする請求項５記載
の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項７】 上記Ｘ線の照射が、水素ガス、ヘリウムガ
ス、ハロゲンガス、ハロゲン水素化物の何れかもしくは
その混合物を導入しながら行う照射であることを特徴と
する請求項５記載の薄膜太陽電池の製造方法。 - 【請求項８】 上記のガスを導入しながら行うＸ線照射
が、上記導入ガスをプラズマ放電しながら行う照射であ
ることを特徴とする請求項７記載の薄膜太陽電池の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6091033A JP2699867B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 薄膜太陽電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6091033A JP2699867B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 薄膜太陽電池とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07297428A JPH07297428A (ja) | 1995-11-10 |
| JP2699867B2 true JP2699867B2 (ja) | 1998-01-19 |
Family
ID=14015207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6091033A Expired - Fee Related JP2699867B2 (ja) | 1994-04-28 | 1994-04-28 | 薄膜太陽電池とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2699867B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| KR20030075815A (ko) * | 2002-03-18 | 2003-09-26 | 이기방 | Mems용 마이크로배터리와 이를 이용한 시스템 |
| JP2009054907A (ja) * | 2007-08-29 | 2009-03-12 | Mitsubishi Electric Corp | ヘテロ接合素子 |
| WO2009126943A2 (en) * | 2008-04-11 | 2009-10-15 | Thin Film Devices, Inc. | Flexible photovoltaic device |
| US20090293954A1 (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric Conversion Device And Method For Manufacturing The Same |
| KR100975506B1 (ko) * | 2008-06-18 | 2010-08-11 | 경북대학교 산학협력단 | 태양전지 제조방법 |
| KR101303471B1 (ko) * | 2009-09-09 | 2013-09-05 | 엘지디스플레이 주식회사 | 박막 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP6048940B2 (ja) * | 2011-09-12 | 2016-12-21 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 太陽電池及びその製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6184073A (ja) * | 1984-10-01 | 1986-04-28 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| JP2692964B2 (ja) * | 1989-07-14 | 1997-12-17 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池 |
| JP2989858B2 (ja) * | 1990-06-26 | 1999-12-13 | 株式会社東芝 | 原子炉制御棒用中性子吸収要素 |
-
1994
- 1994-04-28 JP JP6091033A patent/JP2699867B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07297428A (ja) | 1995-11-10 |
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