JP2746312B2 - 選択的結晶成長方法及びそれを用いた太陽電池の製造方法 - Google Patents
選択的結晶成長方法及びそれを用いた太陽電池の製造方法Info
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- Y10S148/122—Polycrystalline
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は選択的結晶成長方法及びそれを用いた太陽電
池の製造方法に係り、特に低コストにて連続的に選択的
結晶成長を行ない得る方法及び上記選択的結晶成長方法
を用いてエネルギー変換効率が良好な太陽電池を連続的
に製造し得る方法に関する。
池の製造方法に係り、特に低コストにて連続的に選択的
結晶成長を行ない得る方法及び上記選択的結晶成長方法
を用いてエネルギー変換効率が良好な太陽電池を連続的
に製造し得る方法に関する。
［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 各種機器において、駆動エネルギー源として太陽電池
が利用されている。
が利用されている。
太陽電池は機能部分にpn接合やpin接合を用いてお
り、これらpn接合やpin接合を構成する半導体としては
一般にシリコンが用いられている。光エネルギーを起電
力に変換する効率の点からは、単結晶シリコンを用いる
のが好ましいが、大面積化及び低コスト化の点からはア
モルファスシリコンが有利とされている。
り、これらpn接合やpin接合を構成する半導体としては
一般にシリコンが用いられている。光エネルギーを起電
力に変換する効率の点からは、単結晶シリコンを用いる
のが好ましいが、大面積化及び低コスト化の点からはア
モルファスシリコンが有利とされている。
近年においては、アモルファスシリコンなみの低コス
トと単結晶シリコンなみの高エネルギー変換効率とを得
る目的で多結晶シリコンの使用が検討されている。とこ
ろが、従来提案されている方法では塊状の多結晶をスラ
イスして板状体としこれを用いていたために厚さを0.3m
m以下にすることは困難であり、従って十分な光量吸収
を可能とする厚さまで薄くすることができず材料の有効
利用が十分ではなかった。つまり、効率を高め且つ製造
コストを下げるための十分な薄型化が必要である。
トと単結晶シリコンなみの高エネルギー変換効率とを得
る目的で多結晶シリコンの使用が検討されている。とこ
ろが、従来提案されている方法では塊状の多結晶をスラ
イスして板状体としこれを用いていたために厚さを0.3m
m以下にすることは困難であり、従って十分な光量吸収
を可能とする厚さまで薄くすることができず材料の有効
利用が十分ではなかった。つまり、効率を高め且つ製造
コストを下げるための十分な薄型化が必要である。
そこで、化学的気相成長法（CVD）等の薄膜形成技術
を用いて多結晶シリコンの薄膜を形成する試みがなされ
ているが、結晶粒径がせいぜい百分の数ミクロン程度に
しかならず、塊状多結晶シリコンをスライスして用いた
ものに比べてもエネルギー変換効率が低い。
を用いて多結晶シリコンの薄膜を形成する試みがなされ
ているが、結晶粒径がせいぜい百分の数ミクロン程度に
しかならず、塊状多結晶シリコンをスライスして用いた
ものに比べてもエネルギー変換効率が低い。
また、上記CVD法により形成した多結晶シリコン薄膜
にレーザ光を照射し溶融再結晶化させて結晶粒径を大き
くするという試みもなされているが、低コスト化が十分
でなく、また安定した製造も困難である。
にレーザ光を照射し溶融再結晶化させて結晶粒径を大き
くするという試みもなされているが、低コスト化が十分
でなく、また安定した製造も困難である。
この様な事情はシリコンのみならず化合物半導体にお
いても同様である。
いても同様である。
一方、太陽電池製造の量産性の向上を図ったものとし
て、米国特許第4,400,409号に開示された方法がある。
て、米国特許第4,400,409号に開示された方法がある。
この方法は、送り出しリールに巻かれた可撓性基体を
該送り出しリールより順次送り出した後、膜形成室に該
基体を搬送し、該膜形成室内で成膜処理を行なった後、
順次巻き取りリールに巻きとるというものである。更
に、米国特許第4,400,409号には膜形成室を複数設け、
それぞれ異なった半導体層を積層することも開示されて
いる。しかし該方法で太陽電池の製造を行なった場合で
も、前述したように結晶粒径の大きな多結晶膜は得られ
ておらず、十分な満足のゆく変換効率は得られていない
のが現状である。
該送り出しリールより順次送り出した後、膜形成室に該
基体を搬送し、該膜形成室内で成膜処理を行なった後、
順次巻き取りリールに巻きとるというものである。更
に、米国特許第4,400,409号には膜形成室を複数設け、
それぞれ異なった半導体層を積層することも開示されて
いる。しかし該方法で太陽電池の製造を行なった場合で
も、前述したように結晶粒径の大きな多結晶膜は得られ
ておらず、十分な満足のゆく変換効率は得られていない
のが現状である。
ところで、薄型で結晶粒径が十分に大きく且つ良好な
エネルギー変換効率を有する太陽電池を製造する方法と
して、特開昭63−182872号公報に示された方法がある。
エネルギー変換効率を有する太陽電池を製造する方法と
して、特開昭63−182872号公報に示された方法がある。
該公報には、「基体表面上に該基体表面の材料よりも
核形成密度が十分に大きく且つ単一の核だけが成長する
程度に十分微細な異種材料を設け次いで堆積により該異
種材料に核を形成させ該核によって結晶を成長させる工
程を含んで上記基体表面上に第１の導電型の半導体の単
結晶層を形成し、該単結晶層の上方に第２の導電型の半
導体の実質的単結晶層を形成することを特徴とする。太
陽電池の製造方法」が開示されている。
核形成密度が十分に大きく且つ単一の核だけが成長する
程度に十分微細な異種材料を設け次いで堆積により該異
種材料に核を形成させ該核によって結晶を成長させる工
程を含んで上記基体表面上に第１の導電型の半導体の単
結晶層を形成し、該単結晶層の上方に第２の導電型の半
導体の実質的単結晶層を形成することを特徴とする。太
陽電池の製造方法」が開示されている。
この方法は選択的単結晶成長法を利用するものであ
る。選択的単結晶成長法は、表面エネルギー、付着係
数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程での
核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基体
上に選択的に結晶を成長させる方法である。即ち、非核
形成面（核形成密度の小さい面）に設けられた該非核形
成面よりも核形成密度が十分に大きく且つ結晶成長して
単結晶となる核が唯一形成するに十分微小な表面積の核
形成面に基づいて単結晶を成長させる方法で、この方法
では非核形成面からは結晶の成長はおこらず、核形成面
からのみ単結晶の成長がおこる。しかしながらこの方法
を用いたとしても、大面積の太陽電池を生産効率良く製
造するには改善すべき点が残されている。
る。選択的単結晶成長法は、表面エネルギー、付着係
数、脱離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程での
核形成を左右する因子の材料間での差を利用して、基体
上に選択的に結晶を成長させる方法である。即ち、非核
形成面（核形成密度の小さい面）に設けられた該非核形
成面よりも核形成密度が十分に大きく且つ結晶成長して
単結晶となる核が唯一形成するに十分微小な表面積の核
形成面に基づいて単結晶を成長させる方法で、この方法
では非核形成面からは結晶の成長はおこらず、核形成面
からのみ単結晶の成長がおこる。しかしながらこの方法
を用いたとしても、大面積の太陽電池を生産効率良く製
造するには改善すべき点が残されている。
上記した特開昭63−182872号公報に記載されている方
法においては、従来、基体表面に核形成面となる異種材
料を設ける際に、一般にフォトリソグラフィーの手法を
用いたパターニングがなされている。
法においては、従来、基体表面に核形成面となる異種材
料を設ける際に、一般にフォトリソグラフィーの手法を
用いたパターニングがなされている。
このフォトリソグラフィー工程はバッチ処理によりな
される。そのため、大粒径結晶を用いた高性能な太陽電
池を得るために複数の工程を同時進行的かつ連続的に行
ない、生産効率を向上させるのは困難であった。
される。そのため、大粒径結晶を用いた高性能な太陽電
池を得るために複数の工程を同時進行的かつ連続的に行
ない、生産効率を向上させるのは困難であった。
つまり、上述したいずれの方法を用いても、良好な変
換効率が得られる大粒径結晶を用いた太陽電池を生産効
率良く製造するのは極めて難しいのが現状である。
換効率が得られる大粒径結晶を用いた太陽電池を生産効
率良く製造するのは極めて難しいのが現状である。
本発明は上述した従来技術に鑑み、本発明者が鋭意研
究した結果、直接的にはフォトリソグラフィーを用いる
ことなく、基体の所望の領域に集中的に電界を印加する
ことで、非核形成面から核形成面を露出させて選択的結
晶成長用基体を形成できるという知見を得たことに基づ
いている。
究した結果、直接的にはフォトリソグラフィーを用いる
ことなく、基体の所望の領域に集中的に電界を印加する
ことで、非核形成面から核形成面を露出させて選択的結
晶成長用基体を形成できるという知見を得たことに基づ
いている。
本発明の主たる目的は、直接的にはフォトリソグラフ
ィーを用いることなしに基体に非核形成面と核形成面と
を設ける工程を連続的に行なう選択的結晶成長方法及び
上記結晶成長方法を用いて良好な特性の太陽電池を十分
な量産性をもって製造する方法を提供することにある。
ィーを用いることなしに基体に非核形成面と核形成面と
を設ける工程を連続的に行なう選択的結晶成長方法及び
上記結晶成長方法を用いて良好な特性の太陽電池を十分
な量産性をもって製造する方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明の選択的結晶成長方法は、核形成密度が高い第
１の材料からなる基体面に、該第１の材料よりも核形成
密度の低い第２の材料からなる層を積層し、 前記第２の材料からなる層の所望の領域に集中的に電
界を印加して前記領域を除去し、 前記第１の材料からなる基体面の、結晶成長して単結
晶となる核が唯一形成されるに十分微小な面積を有する
領域を露出させ、 気相法による結晶成長処理を施すことにより、前記核
を形成し、該核より結晶を成長させることを特徴とす
る。
１の材料からなる基体面に、該第１の材料よりも核形成
密度の低い第２の材料からなる層を積層し、 前記第２の材料からなる層の所望の領域に集中的に電
界を印加して前記領域を除去し、 前記第１の材料からなる基体面の、結晶成長して単結
晶となる核が唯一形成されるに十分微小な面積を有する
領域を露出させ、 気相法による結晶成長処理を施すことにより、前記核
を形成し、該核より結晶を成長させることを特徴とす
る。
本発明の太陽電池の製造方法は、核形成密度が高い第
１の材料からなる基体面に、該第１の材料よりも核形成
密度の低い第２の材料からなる層を積層し、 前記第２の材料からなる層の所望の領域に集中的に電
界を印加して前記領域を除去し、 前記第１の材料からなる基体面の、結晶成長して単結
晶となる核が唯一形成されるに十分微小な面積を有する
領域を露出させ、 気相法による結晶成長処理を施すことにより、前記核
を形成し、該核より結晶を成長させて半導体層領域を形
成することを特徴とする。
１の材料からなる基体面に、該第１の材料よりも核形成
密度の低い第２の材料からなる層を積層し、 前記第２の材料からなる層の所望の領域に集中的に電
界を印加して前記領域を除去し、 前記第１の材料からなる基体面の、結晶成長して単結
晶となる核が唯一形成されるに十分微小な面積を有する
領域を露出させ、 気相法による結晶成長処理を施すことにより、前記核
を形成し、該核より結晶を成長させて半導体層領域を形
成することを特徴とする。
また、本発明の太陽電池の製造方法は、減圧可能なチ
ャンバー内で、導電性基体を連続的に移動させ、 前記基体表面上に、該基体表面よりも核形成密度が低
い非核形成面を形成する材料からなる層を形成する工程
と、 前記非核形成面を形成する材料からなる層の所望の領
域に集中的に電界を印加して該領域を除去し、前記導電
性基体の結晶成長して単結晶となる核が唯一形成される
に十分微小な面積を有する領域を露出させる工程と、 前記導電性基体に結晶成長処理を施し、前記露出した
導電性基体表面に形成された核より結晶を成長させる工
程と、 前記核より成長した結晶上に、該結晶とは異なる導電
型の結晶を成長させる工程と、 該導電型の異なる結晶上に、導電材料からなる層を形
成し、電極を形成する工程と、を 有することを特徴とする。
ャンバー内で、導電性基体を連続的に移動させ、 前記基体表面上に、該基体表面よりも核形成密度が低
い非核形成面を形成する材料からなる層を形成する工程
と、 前記非核形成面を形成する材料からなる層の所望の領
域に集中的に電界を印加して該領域を除去し、前記導電
性基体の結晶成長して単結晶となる核が唯一形成される
に十分微小な面積を有する領域を露出させる工程と、 前記導電性基体に結晶成長処理を施し、前記露出した
導電性基体表面に形成された核より結晶を成長させる工
程と、 前記核より成長した結晶上に、該結晶とは異なる導電
型の結晶を成長させる工程と、 該導電型の異なる結晶上に、導電材料からなる層を形
成し、電極を形成する工程と、を 有することを特徴とする。
［作 用］ 本発明によれば、基体に直接レジスト塗布、露光、現
像、エッチング等の処理を行なうことなく核形成面の形
成された基体を製造することができ、基体製造工程の削
減が図れる。
像、エッチング等の処理を行なうことなく核形成面の形
成された基体を製造することができ、基体製造工程の削
減が図れる。
又、従来のフォトリソグラフィー法を用いて直接基体
上に核形成面を形成した後、結晶を成長させる結晶成長
方法では、基体上へたとえばSiO2を形成した後、核形成
面を露出させる工程と、CVD法により前記核形成面に結
晶を成長させる工程とは別々に行なう必要があったのに
対し、本発明を用いれば、たとえばSiO2の形成工程と、
核形成面の形成工程、及び核形成面上に結晶成長させる
工程と、を同時進行的に行なうことができるため、従来
の方法に比べて結晶を成長させる効率を上げることがで
きる。
上に核形成面を形成した後、結晶を成長させる結晶成長
方法では、基体上へたとえばSiO2を形成した後、核形成
面を露出させる工程と、CVD法により前記核形成面に結
晶を成長させる工程とは別々に行なう必要があったのに
対し、本発明を用いれば、たとえばSiO2の形成工程と、
核形成面の形成工程、及び核形成面上に結晶成長させる
工程と、を同時進行的に行なうことができるため、従来
の方法に比べて結晶を成長させる効率を上げることがで
きる。
又、基体上の粒界の位置が制御された大粒径の結晶膜
を大面積で形成できる。更にこの方法を用いて太陽電池
を製造すれば、良好な生産効率及び低コスト化を達成し
つつ、エネルギー変換効率等の特性の良好な大面積の太
陽電池を製造することができる。
を大面積で形成できる。更にこの方法を用いて太陽電池
を製造すれば、良好な生産効率及び低コスト化を達成し
つつ、エネルギー変換効率等の特性の良好な大面積の太
陽電池を製造することができる。
［実施例］ 以下、本発明を具体的に説明する。
本発明において、核形成面を形成する材料とは、核形
成密度が高い材料であり、非核形成面を形成する材料と
は、核形成密度が低い材料である。非核形成面を形成す
る材料としては、たとえば酸化シリコン（SiO2等）や窒
化シリコン（Si3N4）等の絶縁体材料を用いることがで
き、核形成面を形成する材料としては、たとえばシリコ
ン（Si）やガリウムヒ素（GaAs）や金属等を用いること
ができる。具体的な金属としてはW,Cr,Mo,Ni等を挙げる
ことができる。成長させる結晶としては、たとえばシリ
コンやガリウムヒ素やインジウムリン（InP）等があ
る。尚、非核形成面を形成する材料と、核形成面を形成
する材料と、の選択に際しては、非核形成面を形成する
材料に、核形成面を形成する材料よりも電気伝導度の低
い材料を用いる必要がある。又、核形成面は、核形成面
を形成する材料とは異なる下地材料上に核形成面を形成
する材料をコーティングして形成することも可能であ
る。
成密度が高い材料であり、非核形成面を形成する材料と
は、核形成密度が低い材料である。非核形成面を形成す
る材料としては、たとえば酸化シリコン（SiO2等）や窒
化シリコン（Si3N4）等の絶縁体材料を用いることがで
き、核形成面を形成する材料としては、たとえばシリコ
ン（Si）やガリウムヒ素（GaAs）や金属等を用いること
ができる。具体的な金属としてはW,Cr,Mo,Ni等を挙げる
ことができる。成長させる結晶としては、たとえばシリ
コンやガリウムヒ素やインジウムリン（InP）等があ
る。尚、非核形成面を形成する材料と、核形成面を形成
する材料と、の選択に際しては、非核形成面を形成する
材料に、核形成面を形成する材料よりも電気伝導度の低
い材料を用いる必要がある。又、核形成面は、核形成面
を形成する材料とは異なる下地材料上に核形成面を形成
する材料をコーティングして形成することも可能であ
る。
本発明においては、非核形成面を形成する材料の層を
絶縁破壊し、高電界印加部分を除去し、核形成面を形成
する構成を有している。即ち、非核形成面を形成する材
料の層を絶縁破壊するための電気接点を非核形成面上の
所望の位置に接触させ、電圧を印加し、前記電気接点の
接触する領域に電界集中させる。印加する電圧は、非核
形成面を形成する材料の層の絶縁強度に対して好ましく
は50％以上100％未満の電圧、より好ましくは70％以上9
9％以下の電圧が、高電界印加部分の除去に望ましい。
印加する電圧が絶縁強度の50％未満の電圧では核形成面
形成の歩留りが低下する。逆に100％以上の電圧では非
核形成面の所望する領域以外にも絶縁破壊を起こしてし
まうことがある。
絶縁破壊し、高電界印加部分を除去し、核形成面を形成
する構成を有している。即ち、非核形成面を形成する材
料の層を絶縁破壊するための電気接点を非核形成面上の
所望の位置に接触させ、電圧を印加し、前記電気接点の
接触する領域に電界集中させる。印加する電圧は、非核
形成面を形成する材料の層の絶縁強度に対して好ましく
は50％以上100％未満の電圧、より好ましくは70％以上9
9％以下の電圧が、高電界印加部分の除去に望ましい。
印加する電圧が絶縁強度の50％未満の電圧では核形成面
形成の歩留りが低下する。逆に100％以上の電圧では非
核形成面の所望する領域以外にも絶縁破壊を起こしてし
まうことがある。
電気接点の形状としては、例えば円柱状、多角柱状等
の柱状形状や円錘状、多角錘状、針状等の様々な形状が
使用し得る。
の柱状形状や円錘状、多角錘状、針状等の様々な形状が
使用し得る。
前記電気接点と非核形成面を形成する材料の層との接
触面積は、効率よく電界集中を起こすとともに、結晶成
長して単結晶となる核が唯一形成するに十分微小な核形
成面を形成するためには好ましくは１μm2以上16μm2以
下が望ましい。
触面積は、効率よく電界集中を起こすとともに、結晶成
長して単結晶となる核が唯一形成するに十分微小な核形
成面を形成するためには好ましくは１μm2以上16μm2以
下が望ましい。
この理由として１μm2未満の場合、良好に電気的接触
が得られないことがあり、16μm2を越える場合、一つの
核形成面内に、結晶に成長する核が複数個形成されるこ
とがあるからである。
が得られないことがあり、16μm2を越える場合、一つの
核形成面内に、結晶に成長する核が複数個形成されるこ
とがあるからである。
また、複数の電気接点を非核形成面を形成する材料の
層と接触させる場合の電気接点どうしの間隔は、形成す
る太陽電池が十分大きな受光面積を有するためには好ま
しくは40μｍ以上100μｍ以下が望ましい。
層と接触させる場合の電気接点どうしの間隔は、形成す
る太陽電池が十分大きな受光面積を有するためには好ま
しくは40μｍ以上100μｍ以下が望ましい。
電界は、上述した様な電気接点を用いて電源より例え
ば一定直流、正弦波状、ノコギリ波状、パルス状等のパ
ターンで所望の領域に印加する。
ば一定直流、正弦波状、ノコギリ波状、パルス状等のパ
ターンで所望の領域に印加する。
上述した基体の露出した核形成面の各々に単結晶を形
成するために施す結晶成長処理は例えば熱CVD、プラズ
マCVD、光CVD、イオンプレーティング等の気相法を用い
ることが好ましい。
成するために施す結晶成長処理は例えば熱CVD、プラズ
マCVD、光CVD、イオンプレーティング等の気相法を用い
ることが好ましい。
本発明において、「核形成密度が高い第１の材料から
なる基体面」は、後述する実施例に示すように、基体材
料を核形成密度が高い第１の材料としたり、基体上に核
形成密度が高い第１の材料からなる層を積層することで
形成することができる。
なる基体面」は、後述する実施例に示すように、基体材
料を核形成密度が高い第１の材料としたり、基体上に核
形成密度が高い第１の材料からなる層を積層することで
形成することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説
明する。但し、本発明はこれらの実施例により何ら限定
されるものではない。
明する。但し、本発明はこれらの実施例により何ら限定
されるものではない。
（実施例−１） 第１図は本発明を説明するための概略工程図である。
（ｉ）（核形成面の形成） 先ず、0.2mm厚のステンレス板101の片面にフォトリソ
グラフィー法を用いてエッチングを施した。これによ
り、ｂ＝100μｍの間隔で底面の一辺がａ＝４μｍの正
方形且つ深さｃ＝５μｍの電気接点としての柱状突起構
造102の配列を形成した（第１図（ａ）に断面図と底面
図を示した）。
グラフィー法を用いてエッチングを施した。これによ
り、ｂ＝100μｍの間隔で底面の一辺がａ＝４μｍの正
方形且つ深さｃ＝５μｍの電気接点としての柱状突起構
造102の配列を形成した（第１図（ａ）に断面図と底面
図を示した）。
これとは別に、核形成面を形成する材料としてステン
レス基板104を用意し、該基板の表面に通常の常圧CVD法
により非核形成面を形成する材料であるSiO2層103を堆
積させた。具体的には450℃の基板温度で200Å程度の膜
厚で堆積させた。次いでSiO2層103上に上記柱状突起構
造102が接する様に上記基板104を合わせた（第１図
（ｂ））。
レス基板104を用意し、該基板の表面に通常の常圧CVD法
により非核形成面を形成する材料であるSiO2層103を堆
積させた。具体的には450℃の基板温度で200Å程度の膜
厚で堆積させた。次いでSiO2層103上に上記柱状突起構
造102が接する様に上記基板104を合わせた（第１図
（ｂ））。
そして、ステンレス板101と基板104との間に電源105
により15Vのパルス状電圧を印加して、柱状突起構造102
を介して該構造と接する部分のSiO2層103に集中的に高
電界を印加して絶縁破壊を発生させた（第１図
（ｃ））。
により15Vのパルス状電圧を印加して、柱状突起構造102
を介して該構造と接する部分のSiO2層103に集中的に高
電界を印加して絶縁破壊を発生させた（第１図
（ｃ））。
ここでは、パルス状電圧の瞬間最大電圧をSiO2層103
の絶縁破壊をひき起こす電界強度よりも幾分低い電界強
度が得られる様に設定することにより、微小柱状突起構
造102に電界を集中させた。そのため、この部分102と基
板104との間の電界強度は実質的にSiO2層103の絶縁破壊
強度より高くなり、柱状突起構造102と基板104とで挟ま
れた部分のSiO2層のみが絶縁破壊をひき起こし除去され
た。ここではSiO2層が非常に薄い層であるため、SiO2が
SiOとなって昇華するものと考えられる。これにより下
地にあるステンレス基板104の面が部分的に露出し、こ
れにより核形成面が形成された。SiO2の絶縁破壊強度は
約107V/cmでありSiO2層103の膜厚が200Åであるので、S
iO2層103の絶縁破壊強度の75％の電圧として印加電圧を
15Vに設定した。
の絶縁破壊をひき起こす電界強度よりも幾分低い電界強
度が得られる様に設定することにより、微小柱状突起構
造102に電界を集中させた。そのため、この部分102と基
板104との間の電界強度は実質的にSiO2層103の絶縁破壊
強度より高くなり、柱状突起構造102と基板104とで挟ま
れた部分のSiO2層のみが絶縁破壊をひき起こし除去され
た。ここではSiO2層が非常に薄い層であるため、SiO2が
SiOとなって昇華するものと考えられる。これにより下
地にあるステンレス基板104の面が部分的に露出し、こ
れにより核形成面が形成された。SiO2の絶縁破壊強度は
約107V/cmでありSiO2層103の膜厚が200Åであるので、S
iO2層103の絶縁破壊強度の75％の電圧として印加電圧を
15Vに設定した。
尚、複数個ある柱状突起構造102のうちの一部に対応
する部分で絶縁破壊が生じてSiO2層を除去した直後は、
該部分で柱状突起構造102とステンレス基板104とがショ
ートして過大な電流が流れ且つ該柱状突起構造が微小で
あるために局部的に発熱し、該柱状突起構造が瞬時に溶
融除去される。従って、再びどこかの部分で絶縁破壊が
生ずるまで柱状突起構造102と基板104とに挟まれたSiO2
層103の全ての部分でパルス状電圧が均等に印加される
ことになる。
する部分で絶縁破壊が生じてSiO2層を除去した直後は、
該部分で柱状突起構造102とステンレス基板104とがショ
ートして過大な電流が流れ且つ該柱状突起構造が微小で
あるために局部的に発熱し、該柱状突起構造が瞬時に溶
融除去される。従って、再びどこかの部分で絶縁破壊が
生ずるまで柱状突起構造102と基板104とに挟まれたSiO2
層103の全ての部分でパルス状電圧が均等に印加される
ことになる。
本実施例では印加するパルス電圧を±15Vとし周波数
を4Hzとした。そして、上記柱状突起構造に対応してパ
ルス電圧印加後に核形成面が形成される数の割合につい
て経時変化を調べたところ、５分経過時で約40％とな
り、13分経過時でほぼ100％となった。
を4Hzとした。そして、上記柱状突起構造に対応してパ
ルス電圧印加後に核形成面が形成される数の割合につい
て経時変化を調べたところ、５分経過時で約40％とな
り、13分経過時でほぼ100％となった。
第１図（ｄ）は、以上の様にして形成された、SiO2面
を非核形成面とし、ステンレス面を核形成面とする基体
を示す。該基体における非核形成面の核形成密度に対す
る核形成面の核形成密度の比は103程度であった。
を非核形成面とし、ステンレス面を核形成面とする基体
を示す。該基体における非核形成面の核形成密度に対す
る核形成面の核形成密度の比は103程度であった。
尚、板101の材料はステンレス以外の金属を用いても
よいことはもちろんであり、これらの金属としては例え
ばMo,Cr,W,Ni等が挙げられる他、導電性のシートを用い
ることもできる。
よいことはもちろんであり、これらの金属としては例え
ばMo,Cr,W,Ni等が挙げられる他、導電性のシートを用い
ることもできる。
（ii）（選択的単結晶成長） 次に、以上の様にして得られた第１図（ｄ）の基体を
用いて以下の通りSiの選択的単結晶成長を行なった。
用いて以下の通りSiの選択的単結晶成長を行なった。
成膜装置としては通常の熱CVD装置を用いた。原料ガ
スとしてSiH2Cl2、エッチングガスとしてHCl、キャリア
ガスとしてH2、ドーピングガスとして周期律表第Ｖ族元
素を含有する材料としてPH3、周期律表第III族元素を含
有する材料としてB2H6を用いた。先ず第１図（ｅ）に示
される様に粒径約10μｍのp+単結晶Si層106を成長させ
た後、次いで第１図（ｆ）に示される様に粒径約100μ
ｍになり隣接する単結晶どうしが互いに接触して粒界を
形成するまでp+単結晶Si層106上にp-Si層107を成長させ
た。続いてp-1Si層107上に、更に0.5μｍ厚のn+Si層108
を成長させた。これらの半導体層の形成条件を以下の第
１表に示す。
スとしてSiH2Cl2、エッチングガスとしてHCl、キャリア
ガスとしてH2、ドーピングガスとして周期律表第Ｖ族元
素を含有する材料としてPH3、周期律表第III族元素を含
有する材料としてB2H6を用いた。先ず第１図（ｅ）に示
される様に粒径約10μｍのp+単結晶Si層106を成長させ
た後、次いで第１図（ｆ）に示される様に粒径約100μ
ｍになり隣接する単結晶どうしが互いに接触して粒界を
形成するまでp+単結晶Si層106上にp-Si層107を成長させ
た。続いてp-1Si層107上に、更に0.5μｍ厚のn+Si層108
を成長させた。これらの半導体層の形成条件を以下の第
１表に示す。
以上の様にして成長させた単結晶を光学顕微鏡で観察
したところ、格子状に規則正しく配列しており、上記第
１図（ａ）の工程で設定された柱状構造102の配列パタ
ーンに従って結晶成長が行なわれていることが確かめら
れた。
したところ、格子状に規則正しく配列しており、上記第
１図（ａ）の工程で設定された柱状構造102の配列パタ
ーンに従って結晶成長が行なわれていることが確かめら
れた。
次に、第１図（ｇ）に示される様に、真空蒸着により
Agからなるグリッド電極109を形成した。
Agからなるグリッド電極109を形成した。
以上の様にして得られたセル面積1.3cm2の太陽電池
を、AM−1.5ソーラーシミュレーターを用いて特性評価
したところ、開放電圧0.57V、短絡光電流29.5mA/cm2、
曲線因子0.80であり、エネルギー変換効率13.5％という
高い値が得られた。これは、従来の大面積低コストの太
陽電池であるアモルファスシリコン太陽電池に比べて高
い変換効率である。
を、AM−1.5ソーラーシミュレーターを用いて特性評価
したところ、開放電圧0.57V、短絡光電流29.5mA/cm2、
曲線因子0.80であり、エネルギー変換効率13.5％という
高い値が得られた。これは、従来の大面積低コストの太
陽電池であるアモルファスシリコン太陽電池に比べて高
い変換効率である。
また、以上の様な本実施例の工程において、グリッド
電極109を形成する前に電子ビーム蒸着にて約1000Å厚
のITO透明導電膜を形成する工程を付加して得られた太
陽電池について、同様に特性評価を行なったところ、表
面反射が減少して短絡光電流が増大し、エネルギー変換
効率が14.8％に向上していた。
電極109を形成する前に電子ビーム蒸着にて約1000Å厚
のITO透明導電膜を形成する工程を付加して得られた太
陽電池について、同様に特性評価を行なったところ、表
面反射が減少して短絡光電流が増大し、エネルギー変換
効率が14.8％に向上していた。
（実施例−２） 上記実施例１と類似の工程で、第２図に示される太陽
電池を製造した。
電池を製造した。
（ｉ）（核形成面の形成） 先ず、上記実施例と同様にして、ステンレス板にａ＝
３μｍ、ｂ＝50μｍ、ｃ＝５μｍの柱状突起構造の配列
を形成した。
３μｍ、ｂ＝50μｍ、ｃ＝５μｍの柱状突起構造の配列
を形成した。
これとは別に、ステンレス基板204の表面に通常のス
パッタ法を用いて2000Å厚のAuGe層200を形成した。該A
uGe層は核形成面を形成する材料として用いられる。次
いで該AuGe層表面に通常の減圧CVD法により非核形成面
を形成する材料であるSi3N4層203を150Å程度の層厚で
堆積させた。続いて、上記実施例１と同様にしてパルス
電圧を±12Vとし周波数を5Hzとして核形成面を形成し
た。その際、上記柱状突起構造に対応してパルス電圧印
加後に核形成面が形成される数の割合について経時変化
を調べたところ、10分経過時でほぼ100％となった。
パッタ法を用いて2000Å厚のAuGe層200を形成した。該A
uGe層は核形成面を形成する材料として用いられる。次
いで該AuGe層表面に通常の減圧CVD法により非核形成面
を形成する材料であるSi3N4層203を150Å程度の層厚で
堆積させた。続いて、上記実施例１と同様にしてパルス
電圧を±12Vとし周波数を5Hzとして核形成面を形成し
た。その際、上記柱状突起構造に対応してパルス電圧印
加後に核形成面が形成される数の割合について経時変化
を調べたところ、10分経過時でほぼ100％となった。
（ii）（選択的単結晶成長） 次に、以上の様にして得られた基体を用いて、以下の
通りGaAsの選択的単結晶成長を行なった。成膜装置とし
て通常のMOCVD（Metal Organic CVD）装置を用いた。原
料ガスとしてトリメチルガリウム（TMG）及びアルシン
（AsH3）、キャリアガスとしてH2、ドーピングガスとし
て水素化セレン（H2Se）、ジメチル亜鉛（DMZn）を用い
た。先ず粒径約５μｍのn+GaAs層206を成長させた後、
次いで粒径約50μｍになり隣接する単結晶どうしが互い
に接触して粒界を形成するまでn+GaAs層206上にn-GaAs
層207を成長させた。続いてｎ−GaAs層207上に、更に0.
1μｍ厚のp+GaAs層208を成長させた。これらの半導体層
の形成条件を以下の第２表に示す。
通りGaAsの選択的単結晶成長を行なった。成膜装置とし
て通常のMOCVD（Metal Organic CVD）装置を用いた。原
料ガスとしてトリメチルガリウム（TMG）及びアルシン
（AsH3）、キャリアガスとしてH2、ドーピングガスとし
て水素化セレン（H2Se）、ジメチル亜鉛（DMZn）を用い
た。先ず粒径約５μｍのn+GaAs層206を成長させた後、
次いで粒径約50μｍになり隣接する単結晶どうしが互い
に接触して粒界を形成するまでn+GaAs層206上にn-GaAs
層207を成長させた。続いてｎ−GaAs層207上に、更に0.
1μｍ厚のp+GaAs層208を成長させた。これらの半導体層
の形成条件を以下の第２表に示す。
次に、真空蒸着によりAgからなるグリッド電極209を
形成した。
形成した。
以上の様にして得られたセル面積1.0cm2の太陽電池
を、AM−1.5ソーラーシミュレーターを用いて特性評価
したところ、開放電圧0.72V、短絡光電流20.5mA/cm2、
曲線因子0.82であり、エネルギー変換効率12.1％という
高い値が得られた。これは、窓層にpGaAlAsを設けないG
aAs太陽電池としては極めて高い変換効率である。
を、AM−1.5ソーラーシミュレーターを用いて特性評価
したところ、開放電圧0.72V、短絡光電流20.5mA/cm2、
曲線因子0.82であり、エネルギー変換効率12.1％という
高い値が得られた。これは、窓層にpGaAlAsを設けないG
aAs太陽電池としては極めて高い変換効率である。
（実施例−３） 第３図は本発明の実施に使用され、基体ウェブ上への
核形成面の形成と、該核形成面上への結晶の成長と、を
同時進行的にかつ連続的に行なえる太陽電池の製造装置
の一例を模式的に示した概略図である。
核形成面の形成と、該核形成面上への結晶の成長と、を
同時進行的にかつ連続的に行なえる太陽電池の製造装置
の一例を模式的に示した概略図である。
第３図に示した太陽電池の製造装置の各構成部品は不
図示の減圧可能なチャンバー内に設けられている。
図示の減圧可能なチャンバー内に設けられている。
第３図においては、送りローラー301からたとえば厚
さ0.2mmのステンレスのウェブ302が供給され、先ず常圧
CVD装置303内に入る。該装置ではウェブ302の片面に一
例として、SiO2がたとえば厚さ200Å程度に堆積せしめ
られる。
さ0.2mmのステンレスのウェブ302が供給され、先ず常圧
CVD装置303内に入る。該装置ではウェブ302の片面に一
例として、SiO2がたとえば厚さ200Å程度に堆積せしめ
られる。
尚、304,304′はガイドローラーである。
上記CVD装置303を出たウェブ302は核形成面形成装置3
13に入る。核形成面形成装置313は、予め柱状突起構造
が片面に所望のパターンにて配列されているステンレス
のウェブ305が送りローラー307から上記ウェブ302と等
速で送り出され、２つのガイドローラー304′の間にて
柱状突起構造の突起部が該ウェブ302に接触せしめられ
るような構造をとっている。ウェブ305は２つの圧着ロ
ーラー308のまわりに巻回されたゴムベルト306によりウ
ェブ302に対し確実に圧着せしめられる。ウェブ305には
コントローラー（不図示）が接続されているパルス電源
309から所望の電位及び周期のパルス電圧が印加される
様になっている。307′はウェブ305の巻取りローラーで
ある。
13に入る。核形成面形成装置313は、予め柱状突起構造
が片面に所望のパターンにて配列されているステンレス
のウェブ305が送りローラー307から上記ウェブ302と等
速で送り出され、２つのガイドローラー304′の間にて
柱状突起構造の突起部が該ウェブ302に接触せしめられ
るような構造をとっている。ウェブ305は２つの圧着ロ
ーラー308のまわりに巻回されたゴムベルト306によりウ
ェブ302に対し確実に圧着せしめられる。ウェブ305には
コントローラー（不図示）が接続されているパルス電源
309から所望の電位及び周期のパルス電圧が印加される
様になっている。307′はウェブ305の巻取りローラーで
ある。
上記核形成面形成装置313において所望のパターンで
核形成面が形成された後に、ウェブ302は減圧CVD装置31
0に入る。該CVD装置は内部が不図示のガスゲートにより
連続する３室に区分されており、各室において順次たと
えばp+Si層、p-Si層及びn+Si層が形成される。
核形成面が形成された後に、ウェブ302は減圧CVD装置31
0に入る。該CVD装置は内部が不図示のガスゲートにより
連続する３室に区分されており、各室において順次たと
えばp+Si層、p-Si層及びn+Si層が形成される。
上記減圧CVD装置310を出たウェブ302は上部電極形成
装置311内に入る。該電極形成装置は、マスクパターン
を用いてたとえばAgペーストで上部電極を形成でき、該
電極をヒーターで乾燥できる構造をとっている。
装置311内に入る。該電極形成装置は、マスクパターン
を用いてたとえばAgペーストで上部電極を形成でき、該
電極をヒーターで乾燥できる構造をとっている。
上記上部電極形成装置311にて上部電極を形成し、該
電極形成装置を出たウェブは巻取りローラー312に巻取
られる。
電極形成装置を出たウェブは巻取りローラー312に巻取
られる。
以上の様な装置を用いて、上記実施例１で述べた構成
の太陽電池を製造した。この際、ウェブ302として厚さ
0.2mm、幅30cmステンレス製のものを用い、該ウェブを2
0cm/minの速度で送ることができた。製造された太陽電
池の特性を評価したところ（サンプリングセル面積1.5c
m2）、エネルギー変換効率11.7％が得られ、ウェブ幅方
向でのバラツキは少なかった（±８％以内）。
の太陽電池を製造した。この際、ウェブ302として厚さ
0.2mm、幅30cmステンレス製のものを用い、該ウェブを2
0cm/minの速度で送ることができた。製造された太陽電
池の特性を評価したところ（サンプリングセル面積1.5c
m2）、エネルギー変換効率11.7％が得られ、ウェブ幅方
向でのバラツキは少なかった（±８％以内）。
従って、本実施例方法によれば、高いエネルギー変換
効率の太陽電池を低コストで製造できることが分った。
効率の太陽電池を低コストで製造できることが分った。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、基体に直接レ
ジスト塗布、露光、現像、エッチング等の処理を行なう
ことなく核形成面の形成された基体を製造することがで
き、基体製造工程の削減が図れる。
ジスト塗布、露光、現像、エッチング等の処理を行なう
ことなく核形成面の形成された基体を製造することがで
き、基体製造工程の削減が図れる。
又、従来のフォトリソグラフィー法を用いて直接基体
上に核形成面を形成した後、結晶を成長させる結晶成長
方法では、基体上へたとえばSiO2を形成した後、核形成
面を露出させる工程と、CVD法により前記核形成面に結
晶を成長させる工程と、は別々に行なう必要があったの
に対し、本発明を用いれば、たとえばSiO2の形成工程
と、核形成面の形成工程、及び核形成面上に結晶成長さ
せる工程と、を同時進行的に行なうことができるため、
従来の方法に比べて結晶を成長させる効率を上げること
ができる。又、基体上の粒界の位置が制御された大粒径
の結晶膜を大面積で形成できる。更にこの方法を用いて
太陽電池を製造すれば、良好な生産効率及び低コスト化
を達成しつつ、エネルギー変換効率等の特性の良好な大
面積の太陽電池を製造することができる。
上に核形成面を形成した後、結晶を成長させる結晶成長
方法では、基体上へたとえばSiO2を形成した後、核形成
面を露出させる工程と、CVD法により前記核形成面に結
晶を成長させる工程と、は別々に行なう必要があったの
に対し、本発明を用いれば、たとえばSiO2の形成工程
と、核形成面の形成工程、及び核形成面上に結晶成長さ
せる工程と、を同時進行的に行なうことができるため、
従来の方法に比べて結晶を成長させる効率を上げること
ができる。又、基体上の粒界の位置が制御された大粒径
の結晶膜を大面積で形成できる。更にこの方法を用いて
太陽電池を製造すれば、良好な生産効率及び低コスト化
を達成しつつ、エネルギー変換効率等の特性の良好な大
面積の太陽電池を製造することができる。
第１図は本発明を説明するための概略工程図である。 第２図は本発明により製造された太陽電池を示す概略図
である。 第３図は本発明の実施に使用される太陽電池製造装置の
一例を示す概略図である。 101:ステンレス板、102:柱状突起構造、103:SiO2層、10
4:ステンレス基板、105:電源、106:p+単結晶Si層、107:
p-Si層、108:n+Si層、109:グリッド電極、 200:AuGe層、203:Si3N4層、204:ステンレス基板、206:n
+GaAs層、207:n-GaAs層、208:p+GaAs層、209:グリッド
電極、 301:送りローラー、302:ウェブ、303:CVD装置、304,30
4′：ガイドローラー、305:ウェブ、306:ゴムベルト、3
07:送りローラー、307′：巻取りローラー、308:圧着ロ
ーラー、309:パルス電源、310:減圧CVD装置、311:上部
電極形成装置、312:巻取りローラー、313:核形成面形成
装置。
である。 第３図は本発明の実施に使用される太陽電池製造装置の
一例を示す概略図である。 101:ステンレス板、102:柱状突起構造、103:SiO2層、10
4:ステンレス基板、105:電源、106:p+単結晶Si層、107:
p-Si層、108:n+Si層、109:グリッド電極、 200:AuGe層、203:Si3N4層、204:ステンレス基板、206:n
+GaAs層、207:n-GaAs層、208:p+GaAs層、209:グリッド
電極、 301:送りローラー、302:ウェブ、303:CVD装置、304,30
4′：ガイドローラー、305:ウェブ、306:ゴムベルト、3
07:送りローラー、307′：巻取りローラー、308:圧着ロ
ーラー、309:パルス電源、310:減圧CVD装置、311:上部
電極形成装置、312:巻取りローラー、313:核形成面形成
装置。
Claims (18)
- 【請求項１】核形成密度が高い第１の材料からなる基体
面に、該第１の材料よりも核形成密度の低い第２の材料
からなる層を積層し、 前記第２の材料からなる層の所望の領域に集中的に電界
を印加して前記領域を除去し、 前記第１の材料からなる基体面の、結晶成長して単結晶
となる核が唯一形成されるに十分微小な面積を有する領
域を露出させ、 気相法による結晶成長処理を施すことにより、前記核を
形成し、該核より結晶を成長させることを特徴とする選
択的結晶成長方法。 - 【請求項２】前記第１の材料は導電性材料である請求項
１記載の選択的結晶成長方法。 - 【請求項３】前記第２の材料は絶縁性材料である請求項
１記載の選択的結晶成長方法。 - 【請求項４】前記第１の材料からなる基体面の露出箇所
が複数個ある請求項１記載の選択的結晶成長方法。 - 【請求項５】前記電界の印加は、前記第２の材料からな
る層の絶縁破壊強度の50％以上100％未満の電圧の印加
である請求項１記載の選択的結晶成長方法。 - 【請求項６】前記電界の印加は前記基体と電気接点との
間に行なう請求項１記載の選択的結晶成長方法。 - 【請求項７】前記電気接点の形状は柱状である請求項６
記載の選択的結晶成長方法。 - 【請求項８】核形成密度が高い第１の材料からなる基体
面に、該第１の材料よりも核形成密度の低い第２の材料
からなる層を積層し、 前記第２の材料からなる層の所望の領域に集中的に電界
を印加して前記領域を除去し、 前記第１の材料からなる基体面の、結晶成長して単結晶
となる核が唯一形成されるに十分微小な面積を有する領
域を露出させ、 気相法による結晶成長処理を施すことにより、前記核を
形成し、該核より結晶を成長させて半導体層領域を形成
することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項９】前記第１の材料は導電性材料である請求項
８記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項１０】前記第２の材料は絶縁性材料である請求
項９記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項１１】前記第１の材料からなる基体面の露出箇
所が複数個ある請求項８記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項１２】前記電界の印加は、前記第２の材料から
なる層の絶縁破壊強度の50％以上100％未満の電圧の印
加である請求項８記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項１３】前記電界の印加は前記基体と電気接点と
の間に行なう請求項８記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項１４】前記電気接点の形状は柱状である請求項
13記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項１５】減圧可能なチャンバー内で、導電性基体
を連続的に移動させ、 前記基体表面上に、該基体表面よりも核形成密度が低い
非核形成面を形成する材料からなる層を形成する工程
と、 前記非核形成面を形成する材料からなる層の所望の領域
に集中的に電界を印加して該領域を除去し、前記導電性
基体の結晶成長して単結晶となる核が唯一形成されるに
十分微小な面積を有する領域を露出させる工程と、 前記導電性基体に結晶成長処理を施し、前記露出した導
電性基体表面に形成された核より結晶を成長させる工程
と、 前記核より成長した結晶上に、該結晶とは異なる導電型
の結晶を成長させる工程と、 該導電型の異なる結晶上に、導電材料からなる層を形成
し、電極を形成する工程と、を 有することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項１６】前記導電性基体は可撓性を有するウェブ
状基体のロールより送り出される請求項15記載の太陽電
池の製造方法。 - 【請求項１７】前記各工程は異なった減圧チャンバー内
で行なわれる請求項15記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項１８】前記電界の印加は、前記非核形成面を形
成する材料からなる層の絶縁破壊強度の50％以上100％
未満の電圧の印加である請求項15記載の太陽電池の製造
方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15241089 | 1989-06-16 | ||
| JP1-152410 | 1989-06-16 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0394476A JPH0394476A (ja) | 1991-04-19 |
| JP2746312B2 true JP2746312B2 (ja) | 1998-05-06 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2155263A Expired - Fee Related JP2746312B2 (ja) | 1989-06-16 | 1990-06-15 | 選択的結晶成長方法及びそれを用いた太陽電池の製造方法 |
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| CN (1) | CN1020025C (ja) |
| DE (1) | DE4019219A1 (ja) |
| FR (1) | FR2648618B1 (ja) |
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| JP3176072B2 (ja) * | 1991-01-16 | 2001-06-11 | キヤノン株式会社 | 半導体基板の形成方法 |
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| US5269852A (en) * | 1991-05-27 | 1993-12-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Crystalline solar cell and method for producing the same |
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- 1990-06-14 US US07/537,818 patent/US5098850A/en not_active Expired - Lifetime
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