JP2702304B2 - 多結晶半導体層の形成方法及びこれを用いた光起電力装置の製造方法 - Google Patents
多結晶半導体層の形成方法及びこれを用いた光起電力装置の製造方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池、光センサ等
として用いて好適な多結晶半導体層の形成方法及びこの
多結晶半導体層を用いた光起電力装置の製造方法に関す
る。
として用いて好適な多結晶半導体層の形成方法及びこの
多結晶半導体層を用いた光起電力装置の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、光起電力装置は、ガラス等の透
光性基板上に透明電極と、導電型が夫々ｐ型、ｉ（真
性）型、ｎ型の３層の非晶質半導体層と、裏面電極と、
をこの順序に積層して構成されている。
光性基板上に透明電極と、導電型が夫々ｐ型、ｉ（真
性）型、ｎ型の３層の非晶質半導体層と、裏面電極と、
をこの順序に積層して構成されている。
【０００３】このような光起電力装置は、安価である利
点を有する反面、結晶系シリコンを用いた光起電力装置
と比較して光電変換効率が低いという問題があった。
点を有する反面、結晶系シリコンを用いた光起電力装置
と比較して光電変換効率が低いという問題があった。
【０００４】また、非晶質半導体層を用いた光起電力装
置は３００〜８００ｎｍの光感度を有するが、それ以上
の長波長側にも感度を有する光起電力装置が要求される
ようになってきた。
置は３００〜８００ｎｍの光感度を有するが、それ以上
の長波長側にも感度を有する光起電力装置が要求される
ようになってきた。
【０００５】このため、結晶系の多結晶シリコンを用い
た光起電力装置が注目されている。多結晶シリコンは非
晶質シリコンに比べて移動度が１〜２桁程度高く、また
熱的に安定しており信頼性が高いという特性を有する。
しかも光感度も３００〜１１００ｎｍと広い。
た光起電力装置が注目されている。多結晶シリコンは非
晶質シリコンに比べて移動度が１〜２桁程度高く、また
熱的に安定しており信頼性が高いという特性を有する。
しかも光感度も３００〜１１００ｎｍと広い。
【０００６】一方、非晶質半導体層を用いた光起電力装
置においては、光電変換効率の改良の一手法として、微
細な凹凸を設けることにより、光半導体層に入射した光
を散乱させて反射損失を減少せしめると共に、光半導体
層中の光路長を増大させて光の吸収効率を高める所謂テ
クスチャ効果を備えたものがある。
置においては、光電変換効率の改良の一手法として、微
細な凹凸を設けることにより、光半導体層に入射した光
を散乱させて反射損失を減少せしめると共に、光半導体
層中の光路長を増大させて光の吸収効率を高める所謂テ
クスチャ効果を備えたものがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、多結
晶シリコンは、ＳＩＬＳＯ多結晶シリコン基板や、キャ
スト多結晶シリコン基板が用いられるが、これら基板
は、基板の形成工程において、１０００℃を越える高温
での熱処理プロセス等、煩瑣で難しい工程が必要であっ
た。
晶シリコンは、ＳＩＬＳＯ多結晶シリコン基板や、キャ
スト多結晶シリコン基板が用いられるが、これら基板
は、基板の形成工程において、１０００℃を越える高温
での熱処理プロセス等、煩瑣で難しい工程が必要であっ
た。
【０００８】そこで、この発明は、多結晶シリコン等の
多結晶半導体層を低温で容易に形成できると共に、テク
スチャ効果のための微細な凹凸を多結晶半導体層に形成
する方法を提供することをその課題とする。
多結晶半導体層を低温で容易に形成できると共に、テク
スチャ効果のための微細な凹凸を多結晶半導体層に形成
する方法を提供することをその課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明による多結晶半
導体層の形成方法は、基板上に、非晶質半導体層を形成
した後、この半導体層に選択的に光を照射しつつ、表面
に温度分布を設けた状態で熱処理を施して、前記半導体
層を結晶化させ、表面に凹凸が形成された多結晶半導体
層を形成することを特徴とする。
導体層の形成方法は、基板上に、非晶質半導体層を形成
した後、この半導体層に選択的に光を照射しつつ、表面
に温度分布を設けた状態で熱処理を施して、前記半導体
層を結晶化させ、表面に凹凸が形成された多結晶半導体
層を形成することを特徴とする。
【００１０】この発明による光起電力装置の製造方法
は、基板上に、一導電型の非晶質半導体層を形成する工
程、この半導体層に選択的に光を照射しつつ、表面に温
度分布を設けた状態で熱処理を施して、前記半導体層を
結晶化させ、表面に凹凸が形成された一導電型多結晶半
導体層を形成する工程、この一導電型多結晶半導体層上
に他導電型半導体層を形成する工程、とを備えたことを
特徴とする。
は、基板上に、一導電型の非晶質半導体層を形成する工
程、この半導体層に選択的に光を照射しつつ、表面に温
度分布を設けた状態で熱処理を施して、前記半導体層を
結晶化させ、表面に凹凸が形成された一導電型多結晶半
導体層を形成する工程、この一導電型多結晶半導体層上
に他導電型半導体層を形成する工程、とを備えたことを
特徴とする。
【００１１】
【作用】半導体表面において、光照射がされている部分
と、光照射がない部分では温度差が発生する。この温度
分布に応じて、表面に微細な凹凸ができた多結晶半導体
層が形成できる。
と、光照射がない部分では温度差が発生する。この温度
分布に応じて、表面に微細な凹凸ができた多結晶半導体
層が形成できる。
【００１２】
【実施例】まず、図１ないし図３に従いこの発明の第１
の実施例について説明する。
の実施例について説明する。
【００１３】図１ないし図３は、この発明の多結晶半導
体の形成方法及び光起電力装置の製造方法を示し、図１
は熱処理を施す状態を示す断面図、図２は熱処理を施し
た後の要部拡大断面図、図３は光起電力装置の断面図を
夫々示す。
体の形成方法及び光起電力装置の製造方法を示し、図１
は熱処理を施す状態を示す断面図、図２は熱処理を施し
た後の要部拡大断面図、図３は光起電力装置の断面図を
夫々示す。
【００１４】この実施例においては、まずチタン（Ｔ
ｉ）などからなる金属基板１上にｎ型不純物として燐
（Ｐ）がドープされた膜厚１０μｍのｎ型非晶質シリコ
ン層２を形成する。
ｉ）などからなる金属基板１上にｎ型不純物として燐
（Ｐ）がドープされた膜厚１０μｍのｎ型非晶質シリコ
ン層２を形成する。
【００１５】上述のｎ型非晶質シリコン層２は、例えば
高周波（ＲＦ)グロー放電法により、基板１上に形成さ
れる。この時の成膜条件は、シランガス（ＳｉＨ4）１
０ｓｃｃｍ、０．１％の水素（Ｈ2）で希釈したホスフ
ィン（ＰＨ3）１ｓｃｃｍ、基板温度５００℃、圧力
０．１２Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー２０Ｗ、成膜速度３Å／
秒である。
高周波（ＲＦ)グロー放電法により、基板１上に形成さ
れる。この時の成膜条件は、シランガス（ＳｉＨ4）１
０ｓｃｃｍ、０．１％の水素（Ｈ2）で希釈したホスフ
ィン（ＰＨ3）１ｓｃｃｍ、基板温度５００℃、圧力
０．１２Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー２０Ｗ、成膜速度３Å／
秒である。
【００１６】続いて、図１に示すように、基板１を真空
容器内のヒータ２１が内蔵された載置台２０に設置す
る。そして、光透過部分１１と光遮蔽部分１２を交互に
設けた石英性のフォトマスク１０をｎ型非晶質シリコン
層２上に設置する。この実施例の光透過部分１１と光遮
蔽部分１２の幅は約３μｍ程度である。
容器内のヒータ２１が内蔵された載置台２０に設置す
る。そして、光透過部分１１と光遮蔽部分１２を交互に
設けた石英性のフォトマスク１０をｎ型非晶質シリコン
層２上に設置する。この実施例の光透過部分１１と光遮
蔽部分１２の幅は約３μｍ程度である。
【００１７】その後、真空容器内を排気して真空状態に
保ち、フォトマスク１０の上方から可視光又は紫外光１
５を照射し、温度６００℃で１０時間熱処理を施す。
保ち、フォトマスク１０の上方から可視光又は紫外光１
５を照射し、温度６００℃で１０時間熱処理を施す。
【００１８】この可視光又は紫外光１５の照射により、
ｎ型非晶質シリコン層２の表面近傍では、フォトマスク
１０の光透過部分１１から光が照射された部分は、温度
が６２０℃と上昇し、光遮蔽部分１２により光が照射さ
れない部分は、温度が６００℃程度である。
ｎ型非晶質シリコン層２の表面近傍では、フォトマスク
１０の光透過部分１１から光が照射された部分は、温度
が６２０℃と上昇し、光遮蔽部分１２により光が照射さ
れない部分は、温度が６００℃程度である。
【００１９】また、基板１近傍のｎ型非晶質シリコン層
２の温度は基板１の影響で光照射部分と光非照射部分と
の温度差はほとんどない。
２の温度は基板１の影響で光照射部分と光非照射部分と
の温度差はほとんどない。
【００２０】この熱処理により、非晶質シリコン層を結
晶化させて、多結晶シリコン層をなすいわゆる固相成長
が行なわれる。この固相成長の結果、ｎ型多結晶シリコ
ン層２ａの表面は温度分布の周期に対応した凹凸が形成
される。即ち、図２に示すように、この実施例では６μ
ｍ程度の周期で、凹凸が形成される。この時の凹凸の高
さは２μｍ程度である。
晶化させて、多結晶シリコン層をなすいわゆる固相成長
が行なわれる。この固相成長の結果、ｎ型多結晶シリコ
ン層２ａの表面は温度分布の周期に対応した凹凸が形成
される。即ち、図２に示すように、この実施例では６μ
ｍ程度の周期で、凹凸が形成される。この時の凹凸の高
さは２μｍ程度である。
【００２１】然る後、ｎ型多結晶シリコン層２ａ上に、
ｐ型不純物としてボロン（Ｂ）がドープされた膜厚１０
０Åのｐ型非晶質シリコン層３が形成される。
ｐ型不純物としてボロン（Ｂ）がドープされた膜厚１０
０Åのｐ型非晶質シリコン層３が形成される。
【００２２】上述のｐ型非晶質シリコン層３は、例えば
高周波（ＲＦ)グロー放電法により、基板１上に形成さ
れる。この時の成膜条件は、シランガス（ＳｉＨ4）５
ｓｃｃｍ、１％の水素（Ｈ2）で希釈したジボラン（Ｂ2
Ｈ6）２５ｓｃｃｍ、基板温度１２０℃、圧力０．２Ｔ
ｏｒｒ、ＲＦパワー６Ｗである。
高周波（ＲＦ)グロー放電法により、基板１上に形成さ
れる。この時の成膜条件は、シランガス（ＳｉＨ4）５
ｓｃｃｍ、１％の水素（Ｈ2）で希釈したジボラン（Ｂ2
Ｈ6）２５ｓｃｃｍ、基板温度１２０℃、圧力０．２Ｔ
ｏｒｒ、ＲＦパワー６Ｗである。
【００２３】そして、図３に示すように、このｐ型非晶
質シリコン層３上にＩＴＯなどの透明電極４をスパッタ
リング法などにより設けて、光起電力装置を得る。
質シリコン層３上にＩＴＯなどの透明電極４をスパッタ
リング法などにより設けて、光起電力装置を得る。
【００２４】さて、図３に示す薄膜多結晶シリコンを用
いた光起電力装置の光感度を測定したところ、波長８０
０ｎｍ以上の長波長感度及び波長５００ｎｍ以下の短波
長感度の何れも向上した。
いた光起電力装置の光感度を測定したところ、波長８０
０ｎｍ以上の長波長感度及び波長５００ｎｍ以下の短波
長感度の何れも向上した。
【００２５】次に、図４ないし図６に従いこの発明の第
２の実施例について説明する。
２の実施例について説明する。
【００２６】図４ないし図６は、この発明の第２の実施
例の多結晶半導体の形成方法及び光起電力装置の製造方
法を示し、図４は熱処理を施す状態を示す断面図、図５
は熱処理を施した後の要部拡大断面図、図６は光起電力
装置の断面図を夫々示す。
例の多結晶半導体の形成方法及び光起電力装置の製造方
法を示し、図４は熱処理を施す状態を示す断面図、図５
は熱処理を施した後の要部拡大断面図、図６は光起電力
装置の断面図を夫々示す。
【００２７】この実施例においては、ｎ型多結晶シリコ
ン基板５上にｐ型不純物としてボロン（Ｂ）がドープさ
れた膜厚４０００Åのｐ型非晶質シリコン層６を形成す
る。
ン基板５上にｐ型不純物としてボロン（Ｂ）がドープさ
れた膜厚４０００Åのｐ型非晶質シリコン層６を形成す
る。
【００２８】上述のｐ型非晶質シリコン層６は、例えば
高周波（ＲＦ)グロー放電法により、形成される。この
時の成膜条件は、シランガス（ＳｉＨ4）１０ｓｃｃ
ｍ、１％の水素（Ｈ2）で希釈したジボラン（Ｂ2Ｈ6）
５ｓｃｃｍ、Ｈ2３０ｓｃｃｍ、基板温度３５０℃、圧
力０．０７Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー３０Ｗである。
高周波（ＲＦ)グロー放電法により、形成される。この
時の成膜条件は、シランガス（ＳｉＨ4）１０ｓｃｃ
ｍ、１％の水素（Ｈ2）で希釈したジボラン（Ｂ2Ｈ6）
５ｓｃｃｍ、Ｈ2３０ｓｃｃｍ、基板温度３５０℃、圧
力０．０７Ｔｏｒｒ、ＲＦパワー３０Ｗである。
【００２９】続いて、図４に示すように、ｎ型多結晶シ
リコン基板５を真空容器内のヒータ２１が内蔵された載
置台２０に設置する。そして、前述と同様に光透過部分
１１と光遮蔽部分１２を交互に設けた石英性のフォトマ
スク１０をｐ型非晶質シリコン層６上に設置する。この
実施例の光透過部分１１と光遮蔽部分１２の幅は約０．
５μｍ程度である。
リコン基板５を真空容器内のヒータ２１が内蔵された載
置台２０に設置する。そして、前述と同様に光透過部分
１１と光遮蔽部分１２を交互に設けた石英性のフォトマ
スク１０をｐ型非晶質シリコン層６上に設置する。この
実施例の光透過部分１１と光遮蔽部分１２の幅は約０．
５μｍ程度である。
【００３０】その後、真空容器内を排気して真空状態に
保ち、フォトマスク１０の上方から可視光又は紫外光を
照射し、温度６５０℃で１０時間熱処理を施す。
保ち、フォトマスク１０の上方から可視光又は紫外光を
照射し、温度６５０℃で１０時間熱処理を施す。
【００３１】この可視光又は紫外光を照射により、前述
と同様にｐ型非晶質シリコン層６の表面近傍では、光が
照射された部分は、温度が６７０℃と上昇し、光が照射
されない部分は、温度が６５０℃程度である。
と同様にｐ型非晶質シリコン層６の表面近傍では、光が
照射された部分は、温度が６７０℃と上昇し、光が照射
されない部分は、温度が６５０℃程度である。
【００３２】また、ｎ型多結晶シリコン基板５近傍のｐ
型非晶質シリコン層６の温度は基板１の影響で光照射部
分と光非照射部分との温度差はほとんどない。
型非晶質シリコン層６の温度は基板１の影響で光照射部
分と光非照射部分との温度差はほとんどない。
【００３３】この熱処理による固相成長の結果、ｐ型多
結晶シリコン層６ａの表面は温度分布の周期に対応した
凹凸が形成される。即ち、図５に示すように、この実施
例では１μｍ程度の周期で、凹凸が形成される。この時
の凹凸の高さは２０００Å程度である。
結晶シリコン層６ａの表面は温度分布の周期に対応した
凹凸が形成される。即ち、図５に示すように、この実施
例では１μｍ程度の周期で、凹凸が形成される。この時
の凹凸の高さは２０００Å程度である。
【００３４】然る後、図６に示すように、ｐ型多結晶シ
リコン層６ａ上に、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着などに
より形成し、このＡｌをパターニングして櫛型電極７を
形成して光起電力装置を得る。
リコン層６ａ上に、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着などに
より形成し、このＡｌをパターニングして櫛型電極７を
形成して光起電力装置を得る。
【００３５】さて、図６に示す薄膜多結晶シリコンを用
いた光起電力装置の光感度を測定したところ、波長８０
０ｎｍ以上の長波長感度及び波長５００ｎｍ以下の短波
長感度の何れも向上した。
いた光起電力装置の光感度を測定したところ、波長８０
０ｎｍ以上の長波長感度及び波長５００ｎｍ以下の短波
長感度の何れも向上した。
【００３６】〔発明の効果〕以上説明したように、本発
明によれば、半導体表面において、光照射部分と光非照
射部分との間で温度差が発生し、この温度分布に応じ
て、表面に微細な凹凸ができた多結晶半導体層を形成す
ることができる。従って、この多結晶半導体層を光起電
力装置に用いると所謂テクスチャ効果により、光電変換
効率が向上する。
明によれば、半導体表面において、光照射部分と光非照
射部分との間で温度差が発生し、この温度分布に応じ
て、表面に微細な凹凸ができた多結晶半導体層を形成す
ることができる。従って、この多結晶半導体層を光起電
力装置に用いると所謂テクスチャ効果により、光電変換
効率が向上する。
【図１】 この発明の第１の実施例を示し、熱処理を施
す状態を示す断面図である。
す状態を示す断面図である。
【図２】 この発明の第１の実施例を示し、熱処理を施
した後の要部拡大断面図である。
した後の要部拡大断面図である。
【図３】 この発明の第１の実施例を示し、光起電力装
置の断面図である。
置の断面図である。
【図４】 この発明の第２の実施例を示し、熱処理を施
す状態を示す断面図である。
す状態を示す断面図である。
【図５】 この発明の第２の実施例を示し、熱処理を施
した後の要部拡大断面図である
した後の要部拡大断面図である
【図６】 この発明の第２の実施例を示し、光起電力装
置の断面図である。
置の断面図である。
１ 基板 ２ ｎ型非晶質シリコン ２ａ ｎ型多結晶シリコン ３ ｐ型非晶質シリコン ４ 透明電極 １０ フォトマスク ５ ｎ型多結晶シリコン基板 ６ ｐ型非晶質シリコン ６ａ ｐ型多結晶シリコン ７ 櫛型電極
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に、非晶質半導体層を形成した
後、この半導体層に選択的に光を照射しつつ、表面に温
度分布を設けた状態で熱処理を施して、前記半導体層を
結晶化させ、表面に凹凸が形成された多結晶半導体層を
形成することを特徴とする多結晶半導体層の形成方法。 - 【請求項２】 基板上に、一導電型の非晶質半導体層を
形成する工程、この半導体層に選択的に光を照射しつ
つ、表面に温度分布を設けた状態で熱処理を施して、前
記半導体層を結晶化させ、表面に凹凸が形成された一導
電型多結晶半導体層を形成する工程、この一導電型多結
晶半導体層上に他導電型半導体層を形成する工程、とか
らなる光起電力装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089927A JP2702304B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 多結晶半導体層の形成方法及びこれを用いた光起電力装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089927A JP2702304B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 多結晶半導体層の形成方法及びこれを用いた光起電力装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299575A JPH04299575A (ja) | 1992-10-22 |
| JP2702304B2 true JP2702304B2 (ja) | 1998-01-21 |
Family
ID=13984336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3089927A Expired - Fee Related JP2702304B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 多結晶半導体層の形成方法及びこれを用いた光起電力装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2702304B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5438986B2 (ja) * | 2008-02-19 | 2014-03-12 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 光電変換装置の製造方法 |
| JP5236669B2 (ja) * | 2010-02-02 | 2013-07-17 | シャープ株式会社 | 電極の製造方法、太陽電池の製造方法および光電変換素子の製造装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6154068U (ja) * | 1984-09-13 | 1986-04-11 | ||
| JPH0336613Y2 (ja) * | 1986-08-07 | 1991-08-02 | ||
| JPH0629254Y2 (ja) * | 1987-08-13 | 1994-08-10 | 松下電工株式会社 | 水栓固定金具 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3089927A patent/JP2702304B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04299575A (ja) | 1992-10-22 |
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