JP2833924B2 - 結晶太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
結晶太陽電池およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種電子機器や、駆動
機器の電源および電力用電源として応用される結晶太陽
電池およびその製造方法に関し、特に非核形成面に設け
られた微小な核形成面上に単結晶体を成長させ、粒界を
形成させず、少原材料で開放端電圧の高い結晶太陽電池
およびその製造方法に関するものである。
機器の電源および電力用電源として応用される結晶太陽
電池およびその製造方法に関し、特に非核形成面に設け
られた微小な核形成面上に単結晶体を成長させ、粒界を
形成させず、少原材料で開放端電圧の高い結晶太陽電池
およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池は機能部分にｐｎ接合を用いて
おり、ｐｎ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、大面積化およ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。
おり、ｐｎ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、大面積化およ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。
【０００３】近年、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
る目的でそれぞれの優れている点を用いた多結晶シリコ
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０．３ｍｍ以下にす
ることは困難であり、したがって光量を十分に吸収する
のに必要以上の厚さとなり、この点で材料の有効利用が
十分ではなかった。即ちコストを下げるためには十分な
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
る目的でそれぞれの優れている点を用いた多結晶シリコ
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０．３ｍｍ以下にす
ることは困難であり、したがって光量を十分に吸収する
のに必要以上の厚さとなり、この点で材料の有効利用が
十分ではなかった。即ちコストを下げるためには十分な
薄型化が必要である。
【０００４】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スライス
法の場合に比べてもエネルギー変換効率が低い。
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スライス
法の場合に比べてもエネルギー変換効率が低い。
【０００５】また、上述したＣＶＤ法により形成した多
結晶シリコン薄膜にＰ等の不純物原子をイオン打ち込み
により導入して多結晶シリコン薄膜を過飽和状態にした
後、高温でアニールすることにより、結晶粒径を膜厚の
１０倍以上に拡大させるいわゆる異常粒成長技術が報告
されているが（Ｙａｓｕｏ Ｗａｄａ ａｎｄ Ｓｈｉ
ｇｅｒｕ Ｎｉｓｈｉｍａｔｓｕ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔ
ｙ，Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１２５（１９７８）１４９
９）、不純物濃度が高すぎて光電流を発生させる活性層
に用いることができない。
結晶シリコン薄膜にＰ等の不純物原子をイオン打ち込み
により導入して多結晶シリコン薄膜を過飽和状態にした
後、高温でアニールすることにより、結晶粒径を膜厚の
１０倍以上に拡大させるいわゆる異常粒成長技術が報告
されているが（Ｙａｓｕｏ Ｗａｄａ ａｎｄ Ｓｈｉ
ｇｅｒｕ Ｎｉｓｈｉｍａｔｓｕ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔ
ｙ，Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１２５（１９７８）１４９
９）、不純物濃度が高すぎて光電流を発生させる活性層
に用いることができない。
【０００６】さらに、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。
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。
【０００７】このような事情はシリコンのみならず、化
合物半導体においても共通な問題となっている。
合物半導体においても共通な問題となっている。
【０００８】これに対し、特開昭６３−１８２８７２号
公報に開示されている方法、即ち、太陽電池の製造方法
において、基板表面上に基板表面の材料よりも核形成密
度が十分に大きく、かつ、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
を含んで上述した基板表面上に第１の導電型の半導体の
単結晶層を形成し、単結晶層の上方に第２の導電型の半
導体の単結晶層を形成することにより、薄型で結晶粒径
の十分大きい、良好なエネルギー変換効率を有する単結
晶の集りである多結晶太陽電池が得られることが示され
た。
公報に開示されている方法、即ち、太陽電池の製造方法
において、基板表面上に基板表面の材料よりも核形成密
度が十分に大きく、かつ、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
を含んで上述した基板表面上に第１の導電型の半導体の
単結晶層を形成し、単結晶層の上方に第２の導電型の半
導体の単結晶層を形成することにより、薄型で結晶粒径
の十分大きい、良好なエネルギー変換効率を有する単結
晶の集りである多結晶太陽電池が得られることが示され
た。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法
は、核形成面となる微細な異種材料上に形成された、単
一核によって成長した単結晶体が互いに接する部位に結
晶粒界（以下粒界と略記）が形成されるという欠点があ
った。
は、核形成面となる微細な異種材料上に形成された、単
一核によって成長した単結晶体が互いに接する部位に結
晶粒界（以下粒界と略記）が形成されるという欠点があ
った。
【００１０】一般に、多結晶半導体では、様々な結晶方
位をもった多数の単結晶粒子同士が多数の粒界を形成し
ており、粒界には未結合手をもつ原子があるために禁制
帯中に欠陥準位を形成している。半導体デバイスの特性
は作製される半導体層の欠陥密度と密接に関係し、粒界
には欠陥準位が形成されているとともに不純物等が析出
しやすく、これらがデバイス特性の低下をもたらすの
で、多結晶半導体では粒界の制御によりデバイス特性が
大きく左右されると考えられている。即ち、多結晶を半
導体層に用いた半導体デバイスの特性を向上させるに
は、半導体層中に存在する粒界の量を低減させることが
効果的である。上述の方法は粒径を拡大させることで粒
界の量を減らすことを目的としている。
位をもった多数の単結晶粒子同士が多数の粒界を形成し
ており、粒界には未結合手をもつ原子があるために禁制
帯中に欠陥準位を形成している。半導体デバイスの特性
は作製される半導体層の欠陥密度と密接に関係し、粒界
には欠陥準位が形成されているとともに不純物等が析出
しやすく、これらがデバイス特性の低下をもたらすの
で、多結晶半導体では粒界の制御によりデバイス特性が
大きく左右されると考えられている。即ち、多結晶を半
導体層に用いた半導体デバイスの特性を向上させるに
は、半導体層中に存在する粒界の量を低減させることが
効果的である。上述の方法は粒径を拡大させることで粒
界の量を減らすことを目的としている。
【００１１】図７（ａ），（ｂ）はそれぞれ従来の製造
方法によって製造された太陽電池の模式断面図である。
同図（ａ）は一般的な多結晶半導体層を示し、粒界５０
２が接合面５０１を上下各相にわたって多数存在してい
る。同図（ｂ）は核形成面となる微細な異種材料上に結
晶を形成させる選択結晶成長方法による単結晶体Ｓｉ層
の集合した半導体を示し、単結晶体の各Ｓｉ層５０３の
間には粒界５０４が存在している。
方法によって製造された太陽電池の模式断面図である。
同図（ａ）は一般的な多結晶半導体層を示し、粒界５０
２が接合面５０１を上下各相にわたって多数存在してい
る。同図（ｂ）は核形成面となる微細な異種材料上に結
晶を形成させる選択結晶成長方法による単結晶体Ｓｉ層
の集合した半導体を示し、単結晶体の各Ｓｉ層５０３の
間には粒界５０４が存在している。
【００１２】通常、ｐｎ接合は光入射面となる側の半導
体層の表面近傍に形成されるが、多結晶半導体の場合、
図７（ａ）に示すように活性な粒界５０２がｐｎ接合の
中に含まれるため、再結晶・発生電流が生じ、単結晶半
導体に比べて暗電流が非常に多くなって特性劣化、特に
開放電圧が低下するという欠点があった。通常のシリコ
ン多結晶太陽電池の開放電圧は、水素パシベーション等
の処理を行わない場合には大体０．５Ｖ以下である。上
述の方法においても、第１の単結晶層の上に連続して第
２の単結晶層を形成するため、通常の粒径の小さい多結
晶半導体に比較して粒界の量は少なくなっているもの
の、図７（ｂ）に示すようにやはり粒界５０４が接合中
に含まれてしまい、開放電圧は単結晶半導体に比べて低
い。このように、多結晶シリコンは、再結晶・発生電流
が支配的となって暗電流のレベルが高くなる。そこで、
再結晶・発生電流が生じる粒界の形成が回避できれば、
暗電流は激減し、開放電圧の大幅な向上が期待される。
体層の表面近傍に形成されるが、多結晶半導体の場合、
図７（ａ）に示すように活性な粒界５０２がｐｎ接合の
中に含まれるため、再結晶・発生電流が生じ、単結晶半
導体に比べて暗電流が非常に多くなって特性劣化、特に
開放電圧が低下するという欠点があった。通常のシリコ
ン多結晶太陽電池の開放電圧は、水素パシベーション等
の処理を行わない場合には大体０．５Ｖ以下である。上
述の方法においても、第１の単結晶層の上に連続して第
２の単結晶層を形成するため、通常の粒径の小さい多結
晶半導体に比較して粒界の量は少なくなっているもの
の、図７（ｂ）に示すようにやはり粒界５０４が接合中
に含まれてしまい、開放電圧は単結晶半導体に比べて低
い。このように、多結晶シリコンは、再結晶・発生電流
が支配的となって暗電流のレベルが高くなる。そこで、
再結晶・発生電流が生じる粒界の形成が回避できれば、
暗電流は激減し、開放電圧の大幅な向上が期待される。
【００１３】通常のＣＶＤ等で作製される多結晶シリコ
ン膜では核発生がランダムに起きるので、結晶粒径はば
らつき、粒界の位置も規定できない。これに対し、特開
昭６３−１８２８７２号公報に開示されている方法によ
れば、単結晶体の発生する場所および粒径のばらつきを
制御することが可能なので、粒界の位置を規定すること
ができる。
ン膜では核発生がランダムに起きるので、結晶粒径はば
らつき、粒界の位置も規定できない。これに対し、特開
昭６３−１８２８７２号公報に開示されている方法によ
れば、単結晶体の発生する場所および粒径のばらつきを
制御することが可能なので、粒界の位置を規定すること
ができる。
【００１４】図６（ａ）〜（ｄ）はこのようにしてシリ
コン膜を形成する場合の様子を示す図であって、（ａ）
は基板上の核形成面の配置を示す図、（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ′側断面図、（ｃ）は（ａ）に示す基板
に単結晶体が成長した様子を示す図、（ｄ）は同図
（ｃ）のＢ−Ｂ′側断面図である。
コン膜を形成する場合の様子を示す図であって、（ａ）
は基板上の核形成面の配置を示す図、（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ′側断面図、（ｃ）は（ａ）に示す基板
に単結晶体が成長した様子を示す図、（ｄ）は同図
（ｃ）のＢ−Ｂ′側断面図である。
【００１５】基板４０１上の非核形成面４０２に格子状
に、距離１の間隔で一辺の長さがｋのほぼ正方形の核形
成面４０４が複数形成され、選択的結晶成長を行うこと
によって粒径が大きく、かつ粒界４０５が碁盤の目のよ
うになった、単結晶Ｓｉ層４０３からなる多結晶シリコ
ン膜が形成される。このように粒界が碁盤の目のように
なるのは、核発生位置、すなわち単結晶体の発生位置と
単結晶体の成長中の粒径が制御されているためである。
に、距離１の間隔で一辺の長さがｋのほぼ正方形の核形
成面４０４が複数形成され、選択的結晶成長を行うこと
によって粒径が大きく、かつ粒界４０５が碁盤の目のよ
うになった、単結晶Ｓｉ層４０３からなる多結晶シリコ
ン膜が形成される。このように粒界が碁盤の目のように
なるのは、核発生位置、すなわち単結晶体の発生位置と
単結晶体の成長中の粒径が制御されているためである。
【００１６】そこで、このような粒界の形成を回避する
目的で、非核形成面内に設けられた微小な核形成面上に
単結晶体を成長させて半導体層が形成されている太陽電
池において、前記核形成面が前記非核形成面内に規則的
に配列して形成され、前記核形成面上に成長した、隣接
する前記単結晶体同士が結晶粒界を形成していないこと
を特徴とする結晶太陽電池により、結晶粒界のない良好
な特性を有する単結晶の集りである結晶太陽電池が示さ
れた。
目的で、非核形成面内に設けられた微小な核形成面上に
単結晶体を成長させて半導体層が形成されている太陽電
池において、前記核形成面が前記非核形成面内に規則的
に配列して形成され、前記核形成面上に成長した、隣接
する前記単結晶体同士が結晶粒界を形成していないこと
を特徴とする結晶太陽電池により、結晶粒界のない良好
な特性を有する単結晶の集りである結晶太陽電池が示さ
れた。
【００１７】図８は比較のため示す太陽電池の側断面図
であり、６０１はステンレススチール等の基板、６０２
はシリサイド層６０３は絶縁層、６０４は選択的結晶成
長によるＳｉ層であり、６０５は半導体層、６０６は透
明電極であり、６０７は集電電極である。
であり、６０１はステンレススチール等の基板、６０２
はシリサイド層６０３は絶縁層、６０４は選択的結晶成
長によるＳｉ層であり、６０５は半導体層、６０６は透
明電極であり、６０７は集電電極である。
【００１８】この構成では、単結晶体は互いに分離され
ており、結晶粒界を作らないため開放電圧の大幅な向上
が可能である。
ており、結晶粒界を作らないため開放電圧の大幅な向上
が可能である。
【００１９】しかしながら、分離したことにより、単結
晶体が連結して連続膜を形成した場合に比べてはるかに
結晶の表面積が増大するため、接合界面、あるいは半導
体層と透明電極との接触面の面積が増大して界面再結合
成分が増え、この分による開放電圧の落ち込みが存在す
ることがわかった。そのため、さらに性能を向上させる
ために本発明は、図８に示す太陽電池を改良したもので
ある。
晶体が連結して連続膜を形成した場合に比べてはるかに
結晶の表面積が増大するため、接合界面、あるいは半導
体層と透明電極との接触面の面積が増大して界面再結合
成分が増え、この分による開放電圧の落ち込みが存在す
ることがわかった。そのため、さらに性能を向上させる
ために本発明は、図８に示す太陽電池を改良したもので
ある。
【００２０】そこで、上記界面再結合の問題を解決する
ために、選択的結晶成長を行い、隣接する単結晶体同士
が接触して粒界を形成する直前あるいはそれ以前に成長
をやめさせて、粒界のない単結晶体の集合からなる結晶
シリコン層を得た後に結晶表面に薄い絶縁層を付け、該
絶縁層の一部のみを除去して、その部分に接合を形成す
ることで界面再結合の影響を抑える。
ために、選択的結晶成長を行い、隣接する単結晶体同士
が接触して粒界を形成する直前あるいはそれ以前に成長
をやめさせて、粒界のない単結晶体の集合からなる結晶
シリコン層を得た後に結晶表面に薄い絶縁層を付け、該
絶縁層の一部のみを除去して、その部分に接合を形成す
ることで界面再結合の影響を抑える。
【００２１】本発明の目的は、核発生により成長させた
単結晶体の粒界を制御し、粒界のない、開放端電圧の高
い結晶太陽電池およびその製造方法を提供することであ
る。
単結晶体の粒界を制御し、粒界のない、開放端電圧の高
い結晶太陽電池およびその製造方法を提供することであ
る。
【００２２】また、本発明の他の目的は、基板上に大粒
径の単結晶体シリコン層を成長させることによって安価
な結晶太陽電池およびその製造方法を提供することであ
る。
径の単結晶体シリコン層を成長させることによって安価
な結晶太陽電池およびその製造方法を提供することであ
る。
【００２３】また、本発明の別の目的は、表面（界面）
再結合の影響を少なくし、より高い開放端電圧を得て、
ひいてはより高い変換効率を有する結晶太陽電池および
その製造方法を提供することである。
再結合の影響を少なくし、より高い開放端電圧を得て、
ひいてはより高い変換効率を有する結晶太陽電池および
その製造方法を提供することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明の結晶太陽電池
は、非核形成面内に設けられた前記非核形成面よりも核
形成密度が高く単結晶体となる核が唯一形成され得るに
十分小さい核形成部に単結晶体を成長させ、隣接する前
記単結晶体同士が結晶粒界を有しない太陽電池におい
て、前記単結晶体上に開口部を有する絶縁層を有し、該
開口部下の単結晶体に半導体接合が形成されていること
を特徴とする。
は、非核形成面内に設けられた前記非核形成面よりも核
形成密度が高く単結晶体となる核が唯一形成され得るに
十分小さい核形成部に単結晶体を成長させ、隣接する前
記単結晶体同士が結晶粒界を有しない太陽電池におい
て、前記単結晶体上に開口部を有する絶縁層を有し、該
開口部下の単結晶体に半導体接合が形成されていること
を特徴とする。
【００２５】本発明の結晶太陽電池は、前記核形成部が
前記非核形成面内に規則的に配列していること、およ
び、前記単結晶体同士が基板に対して鋭角に立っている
ことが好ましい。前記絶縁層にはＳｉＯ2 またはＳｉ3
Ｎ4 を用いることができる。前記絶縁層の厚さは５０〜
２００Åであることが好ましい。前記半導体接合の形成
に用いる不純物にはＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｉｎま
たはＧａがある。本発明の結晶太陽電池は、前記半導体
接合が前記単結晶体表面に形成されていることができ
る。前記半導体接合を形成する半導体層の厚さは０．０
５〜３μｍであることが好ましい。前記単結晶体の粒径
は１０〜５００μｍであることが好ましい。（ここで粒
径とは、単結晶体の真上からの投影面積を真円に変換し
たときの直径とする。）本発明の結晶太陽電池の製造方
法は、基板上の非核形成面内に、核形成部を設ける工程
と、選択的結晶成長法により前記基板上の前記核形成部
上のみに単結晶体を発生させ成長させる工程と、隣接す
る前記単結晶体同士が成長して互いに接触して結晶粒界
を形成する前に前記単結晶体の成長を終える工程と、前
記単結晶体表面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層
の一部を開口して前記単結晶体に半導体接合を形成する
工程と、前記開口部上に透明導電層および集電電極を形
成する工程とを含むことを特徴とする。
前記非核形成面内に規則的に配列していること、およ
び、前記単結晶体同士が基板に対して鋭角に立っている
ことが好ましい。前記絶縁層にはＳｉＯ2 またはＳｉ3
Ｎ4 を用いることができる。前記絶縁層の厚さは５０〜
２００Åであることが好ましい。前記半導体接合の形成
に用いる不純物にはＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｉｎま
たはＧａがある。本発明の結晶太陽電池は、前記半導体
接合が前記単結晶体表面に形成されていることができ
る。前記半導体接合を形成する半導体層の厚さは０．０
５〜３μｍであることが好ましい。前記単結晶体の粒径
は１０〜５００μｍであることが好ましい。（ここで粒
径とは、単結晶体の真上からの投影面積を真円に変換し
たときの直径とする。）本発明の結晶太陽電池の製造方
法は、基板上の非核形成面内に、核形成部を設ける工程
と、選択的結晶成長法により前記基板上の前記核形成部
上のみに単結晶体を発生させ成長させる工程と、隣接す
る前記単結晶体同士が成長して互いに接触して結晶粒界
を形成する前に前記単結晶体の成長を終える工程と、前
記単結晶体表面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層
の一部を開口して前記単結晶体に半導体接合を形成する
工程と、前記開口部上に透明導電層および集電電極を形
成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２６】本発明の結晶太陽電池の製造方法は、前記
核形成部を前記非核形成面内に設ける工程において、前
記核形成部を規則的に配列していること、および、前記
単結晶体を成長させる工程において、前記単結晶体同士
が基板に対して鋭角に立っていることが好ましい。前記
絶縁層にはＳｉＯ2 またはＳｉ3 Ｎ4 を用いることがで
きる。前記絶縁層の厚さは５０〜２００Åであることが
好ましい。前記半導体接合を形成する工程は、不純物の
熱拡散もしくはイオン打ち込みにより、またはヘテロ接
合により行うことができる。前記半導体接合の形成に用
いる不純物にはＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｉｎまたは
Ｇａがある。本発明の結晶太陽電池の製造方法は、前記
半導体接合を形成する工程において、前記半導体接合が
前記単結晶体表面に形成されていることができる。前記
半導体接合を形成する半導体層の厚さは０．０５〜３μ
ｍであることが好ましい。前記単結晶体の粒径は１０〜
５００μｍであることが好ましい。
核形成部を前記非核形成面内に設ける工程において、前
記核形成部を規則的に配列していること、および、前記
単結晶体を成長させる工程において、前記単結晶体同士
が基板に対して鋭角に立っていることが好ましい。前記
絶縁層にはＳｉＯ2 またはＳｉ3 Ｎ4 を用いることがで
きる。前記絶縁層の厚さは５０〜２００Åであることが
好ましい。前記半導体接合を形成する工程は、不純物の
熱拡散もしくはイオン打ち込みにより、またはヘテロ接
合により行うことができる。前記半導体接合の形成に用
いる不純物にはＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂ，Ａｌ，Ｉｎまたは
Ｇａがある。本発明の結晶太陽電池の製造方法は、前記
半導体接合を形成する工程において、前記半導体接合が
前記単結晶体表面に形成されていることができる。前記
半導体接合を形成する半導体層の厚さは０．０５〜３μ
ｍであることが好ましい。前記単結晶体の粒径は１０〜
５００μｍであることが好ましい。
【００２７】
【作用】本発明の完成までにたどった経過について説明
する。
する。
【００２８】５００μｍ厚のＭｏ基板の表面に３００Å
程度の厚さのＳｉを蒸着し、６００℃、３０分の熱処理
によりシリサイド層を形成した。この上に絶縁層として
ＳｉＯ2 を常圧ＣＶＤ装置を用いて１０００Å形成し、
フォトリソグラフィーを用いてエッチングを行い、図６
（ａ），（ｂ）に示すように一辺がｋ＝１．２μｍの正
方形の開口部をｌ＝３０μｍの間隔で格子点状に設け
た。ここで、ＳｉＯ2 が非核形成面に、開口部を通して
露出したシリサイド層が核形成面となる。開口部の形は
特に制限はなく、核形成ができれば長方形、円など様々
な形とすることができる。
程度の厚さのＳｉを蒸着し、６００℃、３０分の熱処理
によりシリサイド層を形成した。この上に絶縁層として
ＳｉＯ2 を常圧ＣＶＤ装置を用いて１０００Å形成し、
フォトリソグラフィーを用いてエッチングを行い、図６
（ａ），（ｂ）に示すように一辺がｋ＝１．２μｍの正
方形の開口部をｌ＝３０μｍの間隔で格子点状に設け
た。ここで、ＳｉＯ2 が非核形成面に、開口部を通して
露出したシリサイド層が核形成面となる。開口部の形は
特に制限はなく、核形成ができれば長方形、円など様々
な形とすることができる。
【００２９】また、開口部の間隔は成長した結晶が接し
なければ様々な間隔をとることができるが、形成上、規
則正しいことが望ましい。次に減圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣ
ＶＤ装置）によって選択的結晶成長を行った。原料ガス
にはＳｉＨ2 Ｃｌ2 を用い、キャリアガスとしてＨ2 を
さらに絶縁層ＳｉＯ2 上での核の発生を抑制するために
ＨＣｌを添加した。このときの成長条件を表１に示す。
なければ様々な間隔をとることができるが、形成上、規
則正しいことが望ましい。次に減圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣ
ＶＤ装置）によって選択的結晶成長を行った。原料ガス
にはＳｉＨ2 Ｃｌ2 を用い、キャリアガスとしてＨ2 を
さらに絶縁層ＳｉＯ2 上での核の発生を抑制するために
ＨＣｌを添加した。このときの成長条件を表１に示す。
【００３０】
【表１】 成長時間が１５０分経ったところで成長を終え、その後
基板表面の様子を光学顕微鏡で観察したところ、図６
（ｃ），（ｄ）に示すような山型ファセットを有する単
結晶体が３０μｍ間隔で格子点状に規則正しく配列して
おり、上述のように決められた開口部のパターンにした
がって選択結晶成長が行われていることが確かめられ
た。このとき、粒界の位置も同時に格子状に決められ
る。
基板表面の様子を光学顕微鏡で観察したところ、図６
（ｃ），（ｄ）に示すような山型ファセットを有する単
結晶体が３０μｍ間隔で格子点状に規則正しく配列して
おり、上述のように決められた開口部のパターンにした
がって選択結晶成長が行われていることが確かめられ
た。このとき、粒界の位置も同時に格子状に決められ
る。
【００３１】次に、表１と同じ条件で成長時間を８０分
として選択結晶成長を行ったところ、今度は一部隣接す
る単結晶体同士がちょうど接触する程度にまで成長して
いた。
として選択結晶成長を行ったところ、今度は一部隣接す
る単結晶体同士がちょうど接触する程度にまで成長して
いた。
【００３２】さらに成長時間を短くして７０分としたと
ころで、全ての単結晶体が他と隣接しない、即ち粒界を
形成しない状態が得られた。
ころで、全ての単結晶体が他と隣接しない、即ち粒界を
形成しない状態が得られた。
【００３３】このようにすることで、図５（ａ）および
その断面図である図５（ｂ）に示すように、粒界のない
単結晶のＳｉ層４０３′が得られる。
その断面図である図５（ｂ）に示すように、粒界のない
単結晶のＳｉ層４０３′が得られる。
【００３４】次に、シリサイド層が核形成面、ＳｉＯ2
が非核形成面である基板を用いて、表２に示す条件でＬ
ＰＣＶＤ法により単結晶体からなる結晶シリコン薄膜を
成長した。
が非核形成面である基板を用いて、表２に示す条件でＬ
ＰＣＶＤ法により単結晶体からなる結晶シリコン薄膜を
成長した。
【００３５】
【表２】 ＊ＰＨ3 添加：ＰＨ3 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝３×１０-4 得られた単結晶体の集合からなるシリコン層の表面にイ
オン・インプランテーションによりＢ+ を２０ｋｅＶ，
１×１０15ｃｍ-2の条件で打ち込み、５５０℃、１時間
／８００℃，３０分／５５０℃，１時間で連続でアニー
ルして不純物の活性化およびイオン打ち込みによるダメ
ージの回復を行い、接合を形成した。最後に、結晶表面
に透明導電膜および集電電極を真空蒸着して太陽電池を
作製した。比較のために、上述と同じ基板を用いて、表
２において２段階目の成長時間を６０分から１４０分と
長くして粒界のある多結晶シリコン膜を成長させ、これ
に上述と同じプロセスで接合を形成し、さらに透明導電
膜および集電電極を真空蒸着して太陽電池としたものを
用意した。
オン・インプランテーションによりＢ+ を２０ｋｅＶ，
１×１０15ｃｍ-2の条件で打ち込み、５５０℃、１時間
／８００℃，３０分／５５０℃，１時間で連続でアニー
ルして不純物の活性化およびイオン打ち込みによるダメ
ージの回復を行い、接合を形成した。最後に、結晶表面
に透明導電膜および集電電極を真空蒸着して太陽電池を
作製した。比較のために、上述と同じ基板を用いて、表
２において２段階目の成長時間を６０分から１４０分と
長くして粒界のある多結晶シリコン膜を成長させ、これ
に上述と同じプロセスで接合を形成し、さらに透明導電
膜および集電電極を真空蒸着して太陽電池としたものを
用意した。
【００３６】このようにして得られた単結晶体の集合か
らなる粒界のない太陽電池の電圧−電流特性について調
べたところ、逆方向飽和電流（暗電流）は１０-9Ａ／ｃ
ｍ2以下であった。粒界のある多結晶シリコン太陽電池
の暗電流は１０-5Ａ／ｃｍ2となった。このように結晶
粒界を作らないことにより粒界のある場合と比べて４桁
以上暗電流が低減された。
らなる粒界のない太陽電池の電圧−電流特性について調
べたところ、逆方向飽和電流（暗電流）は１０-9Ａ／ｃ
ｍ2以下であった。粒界のある多結晶シリコン太陽電池
の暗電流は１０-5Ａ／ｃｍ2となった。このように結晶
粒界を作らないことにより粒界のある場合と比べて４桁
以上暗電流が低減された。
【００３７】次に、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2 ）
光照射下での電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）について測
定を行った。単結晶体からなる粒界のない太陽電池で
は、セル面積０．３６ｃｍ2 で開放電圧０．５５Ｖ、短
絡光電流２２ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子０．７２となり、
変換効率８．７％を得た。また、粒界のある多結晶シリ
コン太陽電池では、セル面積０．３６ｃｍ2 で開放電圧
０．３６Ｖ、短絡光電流２５ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
０．６２、変換効率５．６％となり、粒界のない方が粒
界のある場合よりも開放電圧が大きく向上している。
光照射下での電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）について測
定を行った。単結晶体からなる粒界のない太陽電池で
は、セル面積０．３６ｃｍ2 で開放電圧０．５５Ｖ、短
絡光電流２２ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子０．７２となり、
変換効率８．７％を得た。また、粒界のある多結晶シリ
コン太陽電池では、セル面積０．３６ｃｍ2 で開放電圧
０．３６Ｖ、短絡光電流２５ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
０．６２、変換効率５．６％となり、粒界のない方が粒
界のある場合よりも開放電圧が大きく向上している。
【００３８】粒界のある多結晶シリコン太陽電池に比べ
て単結晶体からなる粒界のない太陽電池の方が結晶全体
の体積が少ないにも係らず、両者の短絡光電流にあまり
差がないのは、粒界がない方が光入射の表面積が大き
く、かつその表面のうち基板に対して鋭角に立っている
ものが多いため、散乱により光吸収が有効に行われるた
めであると考えられる。
て単結晶体からなる粒界のない太陽電池の方が結晶全体
の体積が少ないにも係らず、両者の短絡光電流にあまり
差がないのは、粒界がない方が光入射の表面積が大き
く、かつその表面のうち基板に対して鋭角に立っている
ものが多いため、散乱により光吸収が有効に行われるた
めであると考えられる。
【００３９】次に、上述と同様にして、シリサイド層が
核形成面、ＳｉＯ2 が非核形成面である基板を用いて表
２に示す条件でＬＰＣＶＤ法により単結晶体からなる結
晶シリコン薄膜を成長した。得られた山型単結晶体の集
合からなる結晶シリコン表面に絶縁層として、ＳｉＯ2
層１００Åを形成し、さらにその上に粘度を調節したフ
ォトレジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露出
させた。ＨＦ水溶液で露出させたＳｉＯ2 層をエッチン
グした後、レジストが付いた状態で結晶シリコン層の表
面にイオン・インプランテーションによりＢ+ を２０ｋ
ｅＶ、１×１０ 15ｃｍ-2の条件で打ち込み、レジスト剥
離後に５５０℃、１時間／８００℃、３０分／５５０
℃、１時間で連続でアニールして不純物の活性化および
イオン打ち込みによるダメージの回復を行い、接合を形
成した。最後に、結晶表面に透明導電膜および集電電極
を真空蒸着して太陽電池とした。
核形成面、ＳｉＯ2 が非核形成面である基板を用いて表
２に示す条件でＬＰＣＶＤ法により単結晶体からなる結
晶シリコン薄膜を成長した。得られた山型単結晶体の集
合からなる結晶シリコン表面に絶縁層として、ＳｉＯ2
層１００Åを形成し、さらにその上に粘度を調節したフ
ォトレジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露出
させた。ＨＦ水溶液で露出させたＳｉＯ2 層をエッチン
グした後、レジストが付いた状態で結晶シリコン層の表
面にイオン・インプランテーションによりＢ+ を２０ｋ
ｅＶ、１×１０ 15ｃｍ-2の条件で打ち込み、レジスト剥
離後に５５０℃、１時間／８００℃、３０分／５５０
℃、１時間で連続でアニールして不純物の活性化および
イオン打ち込みによるダメージの回復を行い、接合を形
成した。最後に、結晶表面に透明導電膜および集電電極
を真空蒸着して太陽電池とした。
【００４０】このようにして得られた単結晶体の集合か
らなる粒界のないかつ結晶表面が絶縁層で覆われた太陽
電池の暗電流について調べたところ、上述の絶縁層がな
い場合に比べてさらに約１桁低い値を示した。
らなる粒界のないかつ結晶表面が絶縁層で覆われた太陽
電池の暗電流について調べたところ、上述の絶縁層がな
い場合に比べてさらに約１桁低い値を示した。
【００４１】また、ＡＭ１．５光照射下でのＩ−Ｖ特性
について測定したところ、セル面積０．３６ｃｍ2 で開
放電圧０．５７Ｖ、短絡光電流２４ｍＡ／ｃｍ2 、曲線
因子０．７１となり、変換効率９．７％を得た。
について測定したところ、セル面積０．３６ｃｍ2 で開
放電圧０．５７Ｖ、短絡光電流２４ｍＡ／ｃｍ2 、曲線
因子０．７１となり、変換効率９．７％を得た。
【００４２】このように、単結晶体の集合からなる粒界
のない多結晶表面に対して結晶表面を絶縁層で覆って一
部を開口して接合を形成することにより、界面再結合に
よる暗電流成分を減らすことができ、これにより開放電
圧が高く、特性の良好な太陽電池が得られる。
のない多結晶表面に対して結晶表面を絶縁層で覆って一
部を開口して接合を形成することにより、界面再結合に
よる暗電流成分を減らすことができ、これにより開放電
圧が高く、特性の良好な太陽電池が得られる。
【００４３】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００４４】図１は本発明の結晶太陽電池の一実施例を
示す模式図である。
示す模式図である。
【００４５】金属の基板１０１上に薄いシリサイド層１
０２を挟んで非核形成面をなすＳｉＯ2 等の絶縁層１０
３および絶縁層１０３上に、隣接するもの同士の間で粒
界を有しない単結晶体からなるＳｉ層１０４が積層され
ている。Ｓｉ層１０４上には、絶縁層１０９および半導
体接合である単結晶の半導体層１０５が形成され、さら
にその上には反射防止膜を兼ねた透明導電膜１０６と、
集電電極１０７が備えられている。
０２を挟んで非核形成面をなすＳｉＯ2 等の絶縁層１０
３および絶縁層１０３上に、隣接するもの同士の間で粒
界を有しない単結晶体からなるＳｉ層１０４が積層され
ている。Ｓｉ層１０４上には、絶縁層１０９および半導
体接合である単結晶の半導体層１０５が形成され、さら
にその上には反射防止膜を兼ねた透明導電膜１０６と、
集電電極１０７が備えられている。
【００４６】金属の基板１０１の材料としては、導電性
が良好でシリコンとシリサイド等の化合物を形成する任
意の金属が用いられ、代表的なものとしてＷ，Ｍｏ，Ｃ
ｒ等が挙げられる。もちろん、それ以外であっても表面
に上述の性質を有する金属が付着しているものであれば
何でもよく、したがって金属以外の安価な基板上にスパ
ッタリング等により上述の金属を付着させたものも使用
可能である。シリサイド層１０２の厚さについては特に
規定はないが、０．０１〜０．１μｍとするのが望まし
い。絶縁層１０３の厚さについては特に規定はないが、
０．０２〜１μｍの範囲とするのが適当である。また、
単結晶体のＳｉ層１０４の粒径については太陽電池の特
性上の要求とプロセスの制約から、１０〜５００μｍが
適当であり、好ましくは２０〜５００μｍが望ましい。
半導体層１０５の厚さとしては導入される不純物の量に
もよるが０．０５〜３μｍの範囲とするのが適当であ
り、好ましくは０．１〜１μｍとするのが望ましい。
が良好でシリコンとシリサイド等の化合物を形成する任
意の金属が用いられ、代表的なものとしてＷ，Ｍｏ，Ｃ
ｒ等が挙げられる。もちろん、それ以外であっても表面
に上述の性質を有する金属が付着しているものであれば
何でもよく、したがって金属以外の安価な基板上にスパ
ッタリング等により上述の金属を付着させたものも使用
可能である。シリサイド層１０２の厚さについては特に
規定はないが、０．０１〜０．１μｍとするのが望まし
い。絶縁層１０３の厚さについては特に規定はないが、
０．０２〜１μｍの範囲とするのが適当である。また、
単結晶体のＳｉ層１０４の粒径については太陽電池の特
性上の要求とプロセスの制約から、１０〜５００μｍが
適当であり、好ましくは２０〜５００μｍが望ましい。
半導体層１０５の厚さとしては導入される不純物の量に
もよるが０．０５〜３μｍの範囲とするのが適当であ
り、好ましくは０．１〜１μｍとするのが望ましい。
【００４７】また、絶縁層１０９には、界面特性の安定
しているＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等を使用するのが好まし
く、厚さとしては表面反射を抑える点から５０〜２００
Åの範囲とするのが適当である。
しているＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 等を使用するのが好まし
く、厚さとしては表面反射を抑える点から５０〜２００
Åの範囲とするのが適当である。
【００４８】次に、本実施例の結晶太陽電池の製造方法
について説明する。
について説明する。
【００４９】図３（ａ）〜（ｅ）は本実施例の結晶太陽
電池の製造プロセスを示す工程図である。金属の基板１
０１上に真空蒸着装置またはＬＰＣＶＤ装置等でシリコ
ン層を堆積させ、アニールによりシリサイド層１０２を
得る（図３（ａ））。次に、シリサイド層１０２の表面
に絶縁層１０３を形成し（例えば熱酸化あるいは常圧Ｃ
ＶＤ法による酸化膜）、フォトリソグラフィーを用いて
エッチングを行い、絶縁層１０３に規則的に微小の開口
部１０８を設けてシリサイド表面を露出させ、これを核
形成面とする（図３（ｂ））。選択的結晶成長法および
横方向成長法により微小の開口部１０８から結晶成長を
行って単結晶体のＳｉ層１０４を得る。このとき、結晶
成長の終点において隣接する単結晶体シリコン層同士が
接触しないようにする。また、結晶成長の初期にドーピ
ングにより高濃度の不純物原子（例えばｎ型ならばＰ）
を導入してシリサイド層１０２とのオーミックコンタク
トをとることもできる。得られた単結晶体シリコン層１
０４の表面に熱酸化等の方法による酸化膜などの絶縁層
１０９を形成する（図３（ｃ））。粘度を調節したフォ
トレジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露出さ
せ、露出した絶縁層の部分のみを除去した後にレジスト
を剥離した。
電池の製造プロセスを示す工程図である。金属の基板１
０１上に真空蒸着装置またはＬＰＣＶＤ装置等でシリコ
ン層を堆積させ、アニールによりシリサイド層１０２を
得る（図３（ａ））。次に、シリサイド層１０２の表面
に絶縁層１０３を形成し（例えば熱酸化あるいは常圧Ｃ
ＶＤ法による酸化膜）、フォトリソグラフィーを用いて
エッチングを行い、絶縁層１０３に規則的に微小の開口
部１０８を設けてシリサイド表面を露出させ、これを核
形成面とする（図３（ｂ））。選択的結晶成長法および
横方向成長法により微小の開口部１０８から結晶成長を
行って単結晶体のＳｉ層１０４を得る。このとき、結晶
成長の終点において隣接する単結晶体シリコン層同士が
接触しないようにする。また、結晶成長の初期にドーピ
ングにより高濃度の不純物原子（例えばｎ型ならばＰ）
を導入してシリサイド層１０２とのオーミックコンタク
トをとることもできる。得られた単結晶体シリコン層１
０４の表面に熱酸化等の方法による酸化膜などの絶縁層
１０９を形成する（図３（ｃ））。粘度を調節したフォ
トレジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露出さ
せ、露出した絶縁層の部分のみを除去した後にレジスト
を剥離した。
【００５０】次に、不純物拡散あるいはイオン打ち込み
等により結晶表面にｐ+ 層（またはｎ+ 層）からなる半
導体層１０５を形成し（図３（ｄ））、透明導電膜１０
６／集電電極１０７を形成する（図３（ｅ））。
等により結晶表面にｐ+ 層（またはｎ+ 層）からなる半
導体層１０５を形成し（図３（ｄ））、透明導電膜１０
６／集電電極１０７を形成する（図３（ｅ））。
【００５１】非核形成面となる絶縁層１０３の材質とし
ては、結晶成長中に核発生を抑制する点からその表面で
の核形成密度がシリコンのそれに比べてかなり小さいよ
うな材質が用いられる。例えば、ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4
等が代表的なものとして使用される。また、金属酸化物
あるいはシリサイドの酸化物等も用いることができる。
非核形成面上に設けられる開口部１０８の形状には特に
規定はなく、どのような形でもよい。開口部１０８が正
方形の場合には辺の長さとしてはｋ＝１〜４μｍが適当
である。開口部１０８の配置の仕方としては特に規定は
ないが、格子状あるいは成長させた単結晶体のＳｉ層１
０４が最密充填となるハニカム状等が代表的なものとし
て挙げられる。開口部１０８を配置する間隔（周期）と
しては成長させる単結晶体シリコンの大きさによって適
宜決められるが、大体ｌ＝１０〜５００μｍの範囲とす
るのが適当である。選択的結晶成長法にはＬＰＣＶＤ法
を含む熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ま
たは液相成長法等があるが、主にＬＰＣＶＤ法が用いら
れる。
ては、結晶成長中に核発生を抑制する点からその表面で
の核形成密度がシリコンのそれに比べてかなり小さいよ
うな材質が用いられる。例えば、ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4
等が代表的なものとして使用される。また、金属酸化物
あるいはシリサイドの酸化物等も用いることができる。
非核形成面上に設けられる開口部１０８の形状には特に
規定はなく、どのような形でもよい。開口部１０８が正
方形の場合には辺の長さとしてはｋ＝１〜４μｍが適当
である。開口部１０８の配置の仕方としては特に規定は
ないが、格子状あるいは成長させた単結晶体のＳｉ層１
０４が最密充填となるハニカム状等が代表的なものとし
て挙げられる。開口部１０８を配置する間隔（周期）と
しては成長させる単結晶体シリコンの大きさによって適
宜決められるが、大体ｌ＝１０〜５００μｍの範囲とす
るのが適当である。選択的結晶成長法にはＬＰＣＶＤ法
を含む熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、ま
たは液相成長法等があるが、主にＬＰＣＶＤ法が用いら
れる。
【００５２】図２はＬＰＣＶＤ装置の一例を示す模式図
であり、ガス供給装置２０１、ヒータ２０２、石英反応
管２０３、基板２０４、サセプタ２０５等から概略構成
されている。選択的結晶成長用の原料ガスとしては、Ｓ
ｉＨ2 Ｃｌ2 ，ＳｉＣｌ4 ，ＳｉＨＣｌ3 ，ＳｉＨ4 ，
Ｓｉ2 Ｈ6 ，ＳｉＨ2 Ｆ2 ，Ｓｉ2 Ｆ6 等のシラン類お
よびハロゲン化シラン類が代表的なものとして挙げられ
る。また、キャリアガスとして、あるいは結晶成長を促
進させる還元雰囲気を得る目的で原料ガスに加えてＨ2
が添加される。原料ガスと水素との量の割合は、単結晶
体の形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材質、さ
らに形成条件により適宜所望にしたがって決められる
が、好ましくは１：１０以上１：１０００以下（導入流
量比）が適当であり、より好ましくは１：２０以上１：
８００以下とするのが望ましい。
であり、ガス供給装置２０１、ヒータ２０２、石英反応
管２０３、基板２０４、サセプタ２０５等から概略構成
されている。選択的結晶成長用の原料ガスとしては、Ｓ
ｉＨ2 Ｃｌ2 ，ＳｉＣｌ4 ，ＳｉＨＣｌ3 ，ＳｉＨ4 ，
Ｓｉ2 Ｈ6 ，ＳｉＨ2 Ｆ2 ，Ｓｉ2 Ｆ6 等のシラン類お
よびハロゲン化シラン類が代表的なものとして挙げられ
る。また、キャリアガスとして、あるいは結晶成長を促
進させる還元雰囲気を得る目的で原料ガスに加えてＨ2
が添加される。原料ガスと水素との量の割合は、単結晶
体の形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材質、さ
らに形成条件により適宜所望にしたがって決められる
が、好ましくは１：１０以上１：１０００以下（導入流
量比）が適当であり、より好ましくは１：２０以上１：
８００以下とするのが望ましい。
【００５３】また、絶縁層上での核の発生を抑制する目
的でＨＣｌが用いられる。原料ガスに対するＨＣｌの添
加量は、形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材
質、さらに形成条件により適宜所望にしたがって決めら
れるが、概ね１：０．１以上１：１００以下が適当であ
り、より好ましくは１：０．２以上１：８０以下とされ
るのが望ましい。
的でＨＣｌが用いられる。原料ガスに対するＨＣｌの添
加量は、形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材
質、さらに形成条件により適宜所望にしたがって決めら
れるが、概ね１：０．１以上１：１００以下が適当であ
り、より好ましくは１：０．２以上１：８０以下とされ
るのが望ましい。
【００５４】選択的結晶成長が行われる温度および圧力
としては、単結晶体の形成方法および使用する原料ガス
の種類、原料ガスとＨ2 およびＨＣｌとの流量比等の形
成条件によって異なるが、温度については例えば通常の
ＬＰＣＶＤ法では概ね６００℃以上１２５０℃以下が適
当であり、より好ましくは６５０℃以上１２００℃以下
に制御されるのが望ましい。
としては、単結晶体の形成方法および使用する原料ガス
の種類、原料ガスとＨ2 およびＨＣｌとの流量比等の形
成条件によって異なるが、温度については例えば通常の
ＬＰＣＶＤ法では概ね６００℃以上１２５０℃以下が適
当であり、より好ましくは６５０℃以上１２００℃以下
に制御されるのが望ましい。
【００５５】また、本発明の結晶太陽電池を形成する別
の形成方法として、溶媒に基板を接触させ、結晶を形成
させる液相成長法を行うこともできる。
の形成方法として、溶媒に基板を接触させ、結晶を形成
させる液相成長法を行うこともできる。
【００５６】この場合には溶媒の種類によるが、Ｓｎを
用いる場合には８５０℃以上１０５０℃以下に制御され
るのが望ましい。また、プラズマＣＶＤ法等の低温プロ
セスでは概ね２００℃以上６００℃以下が適当であり、
より好ましくは２００℃以上５００℃以下に制御される
のが望ましい。同様に、圧力については概ね１０-2Ｔｏ
ｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒが適当であり、より好ましくは１
０-1Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲が望ましい。接合
を形成する方法として、単結晶体を成長させた後に不純
物拡散やイオン打ち込みにより形成する方法がある。ま
た、単結晶体の成長中にドーピングにより形成すること
も可能である。その他に単結晶Ｓｉ以外の異種半導体ａ
−Ｓｉ，ａ−ＳｉＧｅ，μｃ−Ｓｉ，μｃ−ＳｉＣ等と
の間でヘテロ接合を形成してもよい。接合を形成する際
に使用される不純物原子としては、ｎ型としてはＰ，Ａ
ｓ，Ｓｂが、またｐ型としてはＢ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａが
代表的なものとして用いられる。
用いる場合には８５０℃以上１０５０℃以下に制御され
るのが望ましい。また、プラズマＣＶＤ法等の低温プロ
セスでは概ね２００℃以上６００℃以下が適当であり、
より好ましくは２００℃以上５００℃以下に制御される
のが望ましい。同様に、圧力については概ね１０-2Ｔｏ
ｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒが適当であり、より好ましくは１
０-1Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲が望ましい。接合
を形成する方法として、単結晶体を成長させた後に不純
物拡散やイオン打ち込みにより形成する方法がある。ま
た、単結晶体の成長中にドーピングにより形成すること
も可能である。その他に単結晶Ｓｉ以外の異種半導体ａ
−Ｓｉ，ａ−ＳｉＧｅ，μｃ−Ｓｉ，μｃ−ＳｉＣ等と
の間でヘテロ接合を形成してもよい。接合を形成する際
に使用される不純物原子としては、ｎ型としてはＰ，Ａ
ｓ，Ｓｂが、またｐ型としてはＢ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａが
代表的なものとして用いられる。
【００５７】［製作例１］基板１０１に厚さ０．９ｍｍ
のＭｏ板を用い、この上に図２に示すようなＬＰＣＶＤ
装置を用いてＳｉＨ4 を６３０℃で熱分解して５００Å
のシリコンを堆積させ、温度をそのままに保って３０分
間置き、シリサイド層１０２を形成した。
のＭｏ板を用い、この上に図２に示すようなＬＰＣＶＤ
装置を用いてＳｉＨ4 を６３０℃で熱分解して５００Å
のシリコンを堆積させ、温度をそのままに保って３０分
間置き、シリサイド層１０２を形成した。
【００５８】次に、シリサイド層１０２の表面に図２と
同様なＬＰＣＶＤ装置により絶縁層１０３としてＳｉ3
Ｎ4 を１０００Å堆積し、ドライエッチングを行って一
辺がｋ＝１μｍであるような正方形の開口部を１＝５０
μｍの間隔で格子点状に設け、非核形成面（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）および核形成面（シリサイド）を形成した。
同様なＬＰＣＶＤ装置により絶縁層１０３としてＳｉ3
Ｎ4 を１０００Å堆積し、ドライエッチングを行って一
辺がｋ＝１μｍであるような正方形の開口部を１＝５０
μｍの間隔で格子点状に設け、非核形成面（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）および核形成面（シリサイド）を形成した。
【００５９】図２に示すようなＬＰＣＶＤ装置により表
３の条件で選択結晶成長を行い、単結晶体のＳｉ層１０
４を得た。このとき得られた単結晶体シリコン粒径と膜
厚は、それぞれ約４５μｍ、約２２μｍであった。
３の条件で選択結晶成長を行い、単結晶体のＳｉ層１０
４を得た。このとき得られた単結晶体シリコン粒径と膜
厚は、それぞれ約４５μｍ、約２２μｍであった。
【００６０】
【表３】 ＊ＰＨ3 添加：ＰＨ3 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝３×１０-4 得られた単結晶体シリコン層１０４の表面に熱酸化によ
りＳｉＯ2 を１５０Å形成し、さらにその上に粘度を調
節したフォトレジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部
分を露出させた。頭頂部およびその周辺部のみを露出さ
せるには、山型単結晶体の表面の凹凸の高さ（ｌの寸法
に関係）に応じてレジストの粘度を調節する必要があ
る。
りＳｉＯ2 を１５０Å形成し、さらにその上に粘度を調
節したフォトレジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部
分を露出させた。頭頂部およびその周辺部のみを露出さ
せるには、山型単結晶体の表面の凹凸の高さ（ｌの寸法
に関係）に応じてレジストの粘度を調節する必要があ
る。
【００６１】この場合には、粘度が３５ＣＰのものを用
いた。ＨＦ水溶液で露出させたＳｉＯ2 をエッチングし
た後、レジストを剥離し、単結晶体の表面にイオン打ち
込みによりＢを２０ｋｅＶ，１×１０15ｃｍ-2の条件で
打ち込み、５５０℃，１時間／８００℃，３０分／５５
０℃，１時間でアニールしてｐ+ 層の半導体層１０５を
形成した。最後にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）
蒸着によりＩＴＯの透明導電膜１０６（８２０Å）／集
電電極１０７（Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ（２００Å／１μｍ／
４００Å））を半導体層１０５上に形成した。
いた。ＨＦ水溶液で露出させたＳｉＯ2 をエッチングし
た後、レジストを剥離し、単結晶体の表面にイオン打ち
込みによりＢを２０ｋｅＶ，１×１０15ｃｍ-2の条件で
打ち込み、５５０℃，１時間／８００℃，３０分／５５
０℃，１時間でアニールしてｐ+ 層の半導体層１０５を
形成した。最後にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）
蒸着によりＩＴＯの透明導電膜１０６（８２０Å）／集
電電極１０７（Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ（２００Å／１μｍ／
４００Å））を半導体層１０５上に形成した。
【００６２】このようにして得られた結晶シリコン太陽
電池についてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2 ）光を照
射してＩ−Ｖ特性について測定したところ、セル面積
０．３６ｃｍ2 で開放電圧０．５８Ｖ、短絡光電流２７
ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子０．７２となり、エネルギー変
換効率１１．３％を得た。このように非単結晶基板を用
いて良好な特性を示す結晶太陽電池を作製した。
電池についてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2 ）光を照
射してＩ−Ｖ特性について測定したところ、セル面積
０．３６ｃｍ2 で開放電圧０．５８Ｖ、短絡光電流２７
ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子０．７２となり、エネルギー変
換効率１１．３％を得た。このように非単結晶基板を用
いて良好な特性を示す結晶太陽電池を作製した。
【００６３】［製作例２］製作例１と同様にしてｐ+ ｎ
- ｎ+ 型結晶太陽電池を作製した。前述したようにＭｏ
の基板１０１上にシリコンを堆積させてシリサイド層１
０２を形成し、その上に絶縁層１０３としてＳｉＯ2 を
通常の常圧ＣＶＤ装置で１０００Å堆積し、フォトリソ
グラフィーを用いてパターニングを行い、ＳｉＯ2 層に
開口部をｋ＝１．２μｍ、ｌ＝５０μｍの間隔で周期的
に設けた。次に図２に示すようなＬＰＣＶＤ装置により
表４の条件で選択的結晶成長を行い、単結晶体のＳｉ層
１０４を得た。
- ｎ+ 型結晶太陽電池を作製した。前述したようにＭｏ
の基板１０１上にシリコンを堆積させてシリサイド層１
０２を形成し、その上に絶縁層１０３としてＳｉＯ2 を
通常の常圧ＣＶＤ装置で１０００Å堆積し、フォトリソ
グラフィーを用いてパターニングを行い、ＳｉＯ2 層に
開口部をｋ＝１．２μｍ、ｌ＝５０μｍの間隔で周期的
に設けた。次に図２に示すようなＬＰＣＶＤ装置により
表４の条件で選択的結晶成長を行い、単結晶体のＳｉ層
１０４を得た。
【００６４】
【表４】 ＊ ＰＨ3 添加：ＰＨ3 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝３×１０-4 ＊＊ＰＨ3 添加：ＰＨ3 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝３×１０-6 このとき、表４の条件において選択的結晶成長中に微量
の不純物を混入させてドーピングを行った。不純物とし
てＰＨ3 を用い、原料ガスＳｉＨ2 Ｃｌ2 に対してＰＨ
3 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝２×１０-6の割合とした。また、
得られた単結晶体シリコンの粒径と膜厚は、それぞれ約
４５μｍ、約２２μｍであった。得られた山型単結晶体
の集合からなる結晶シリコン表面に熱酸化によりＳｉＯ
2 を１００Åを形成し、さらにその上に粘度を調節した
フォトレジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露
出させた。ＨＦ水溶液で、露出させたＳｉＯ2 をエッチ
ングした後、レジストが付いた状態で、ｐ+ 層の半導体
層１０５を形成するためにＡｌおよびＳｉを多結晶シリ
コンの表面に順にそれぞれ６００Å真空蒸着した。その
後レジスト剥離によりリフトオフで山型単結晶体の頭頂
部のＡｌ／Ｓｉ層を残した。
の不純物を混入させてドーピングを行った。不純物とし
てＰＨ3 を用い、原料ガスＳｉＨ2 Ｃｌ2 に対してＰＨ
3 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝２×１０-6の割合とした。また、
得られた単結晶体シリコンの粒径と膜厚は、それぞれ約
４５μｍ、約２２μｍであった。得られた山型単結晶体
の集合からなる結晶シリコン表面に熱酸化によりＳｉＯ
2 を１００Åを形成し、さらにその上に粘度を調節した
フォトレジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露
出させた。ＨＦ水溶液で、露出させたＳｉＯ2 をエッチ
ングした後、レジストが付いた状態で、ｐ+ 層の半導体
層１０５を形成するためにＡｌおよびＳｉを多結晶シリ
コンの表面に順にそれぞれ６００Å真空蒸着した。その
後レジスト剥離によりリフトオフで山型単結晶体の頭頂
部のＡｌ／Ｓｉ層を残した。
【００６５】次にＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ
Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理を行い、ｐ+ 層の半導体層
１０５を形成した。ＲＴＡ処理の条件は８００℃、１５
秒で行った。次にリン酸液で処理した後に最後に、反射
防止膜を兼ねたＩＴＯの透明導電膜１０６を約９００
Å、電子ビーム蒸着により形成し、さらにその上に集電
電極１０７としてＣｒを１μｍ真空蒸着した。
Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理を行い、ｐ+ 層の半導体層
１０５を形成した。ＲＴＡ処理の条件は８００℃、１５
秒で行った。次にリン酸液で処理した後に最後に、反射
防止膜を兼ねたＩＴＯの透明導電膜１０６を約９００
Å、電子ビーム蒸着により形成し、さらにその上に集電
電極１０７としてＣｒを１μｍ真空蒸着した。
【００６６】また、ＡＭ１．５光照射下でのＩ−Ｖ特性
を調べたところ、セル面積０．１６ｃｍ2 で開放電圧
０．５７Ｖ、短絡光電流２８ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
０．７１となり、１１．３％という高い変換効率が得ら
れた。
を調べたところ、セル面積０．１６ｃｍ2 で開放電圧
０．５７Ｖ、短絡光電流２８ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
０．７１となり、１１．３％という高い変換効率が得ら
れた。
【００６７】［製作例３］次に、半導体層にｐ+ μｃ−
Ｓｉ層を用いた太陽電池の製作例について説明する。図
４（ａ）〜（ｅ）はこのような太陽電池の製作プロセス
を示す工程図である。
Ｓｉ層を用いた太陽電池の製作例について説明する。図
４（ａ）〜（ｅ）はこのような太陽電池の製作プロセス
を示す工程図である。
【００６８】本製作例の工程を説明する。基板３０１に
はＣｒを用い、その上にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4 の
分解によりシリコン層を４００Å堆積した。そして５０
０℃、３０分の条件でアニール処理してシリサイド化
し、シリサイド層３０２を得た（図４（ａ））。常圧Ｃ
ＶＤ法によりシリサイド層３０２の上にＳｉＯ2 膜を８
００Å堆積させ、開口部３０８を、大きさｋ＝１．２μ
ｍ，ｌ＝５０μｍの間隔で設けた（図４（ｂ））。ＬＰ
ＣＶＤ法により表４の条件で選択結晶成長を行い、単結
晶体のＳｉ層３０４を形成した。
はＣｒを用い、その上にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4 の
分解によりシリコン層を４００Å堆積した。そして５０
０℃、３０分の条件でアニール処理してシリサイド化
し、シリサイド層３０２を得た（図４（ａ））。常圧Ｃ
ＶＤ法によりシリサイド層３０２の上にＳｉＯ2 膜を８
００Å堆積させ、開口部３０８を、大きさｋ＝１．２μ
ｍ，ｌ＝５０μｍの間隔で設けた（図４（ｂ））。ＬＰ
ＣＶＤ法により表４の条件で選択結晶成長を行い、単結
晶体のＳｉ層３０４を形成した。
【００６９】成長後の単結晶体シリコンの粒径と膜厚は
それぞれ約４５μｍ、約２２μｍであった。
それぞれ約４５μｍ、約２２μｍであった。
【００７０】得られた単結晶体シリコン層３０４の表面
にＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｉｚ
ａｔｉｏｎ）処理を行い、ＳｉＯ2 を１１０Å形成し
た。ＲＴＯ処理の条件は酸素雰囲気中１１５０℃、３０
秒で行った（図４（ｃ））。粘度を調節したフォトレジ
ストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露出させ、Ｈ
Ｆ水溶液で露出させたＳｉＯ2 をエッチングした後、レ
ジストを剥離した。
にＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄｉｚ
ａｔｉｏｎ）処理を行い、ＳｉＯ2 を１１０Å形成し
た。ＲＴＯ処理の条件は酸素雰囲気中１１５０℃、３０
秒で行った（図４（ｃ））。粘度を調節したフォトレジ
ストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露出させ、Ｈ
Ｆ水溶液で露出させたＳｉＯ2 をエッチングした後、レ
ジストを剥離した。
【００７１】得られた山型結晶シリコンの上に通常のプ
ラズマＣＶＤ装置により、表５に示す条件でｐ+ μｃ−
Ｓｉ層３０５となるｐ型μｃ−Ｓｉを２００Å堆積させ
た。このときのμｃ−Ｓｉ膜の暗導電率は〜１０1 Ｓ・
ｃｍ-1であった（図４（ｄ）。ヘテロ型ｐｎ接合形成後
も粒界が形成されていないことが確認された。
ラズマＣＶＤ装置により、表５に示す条件でｐ+ μｃ−
Ｓｉ層３０５となるｐ型μｃ−Ｓｉを２００Å堆積させ
た。このときのμｃ−Ｓｉ膜の暗導電率は〜１０1 Ｓ・
ｃｍ-1であった（図４（ｄ）。ヘテロ型ｐｎ接合形成後
も粒界が形成されていないことが確認された。
【００７２】
【表５】 このようにしてヘテロ型ｐｎ接合を形成した後に、その
上に透明導電膜３０６としてＩＴＯを約８５０Å電子ビ
ーム蒸着により形成した。このようにして得られたｐ+
μｃ−Ｓｉ／結晶シリコンヘテロ型太陽電池のＡＭ１．
５光照射下でのＩ−Ｖ特性は（セル面積０．３６ｃｍ
2 ）、開放電圧０．６０Ｖ、短絡光電流３０．２ｍＡ／
ｃｍ2 、曲線因子０．６５であり、変換効率１１．８％
という高い値が得られた。このようにヘテロ接合を用い
ることによりさらに高い開放電圧が得られる。
上に透明導電膜３０６としてＩＴＯを約８５０Å電子ビ
ーム蒸着により形成した。このようにして得られたｐ+
μｃ−Ｓｉ／結晶シリコンヘテロ型太陽電池のＡＭ１．
５光照射下でのＩ−Ｖ特性は（セル面積０．３６ｃｍ
2 ）、開放電圧０．６０Ｖ、短絡光電流３０．２ｍＡ／
ｃｍ2 、曲線因子０．６５であり、変換効率１１．８％
という高い値が得られた。このようにヘテロ接合を用い
ることによりさらに高い開放電圧が得られる。
【００７３】［製作例４］製作例２と同様にしてｎ+ ｐ
- ｐ+ 型結晶太陽電池を作製した。Ｃｒの基板１０１上
に図２に示すＬＰＣＶＤ装置を用いてＳｉＨ4 を６３０
℃で熱分解して５００ シリコンを堆積させた。温度を
そのままに保って３０分間置いてシリサイド層１０２を
形成し、その上にＳｉＯ2 を通常の常圧ＣＶＤ装置で８
００Å堆積した。この後、ＳｉＯ2 層に開口部をｋ＝
１．２μｍ、ｌ＝５０μｍの間隔で周期的に設け、ＬＰ
ＣＶＤ装置により表６の条件で選択結晶成長を行い、単
結晶体のＳｉ層１０４を得た。
- ｐ+ 型結晶太陽電池を作製した。Ｃｒの基板１０１上
に図２に示すＬＰＣＶＤ装置を用いてＳｉＨ4 を６３０
℃で熱分解して５００ シリコンを堆積させた。温度を
そのままに保って３０分間置いてシリサイド層１０２を
形成し、その上にＳｉＯ2 を通常の常圧ＣＶＤ装置で８
００Å堆積した。この後、ＳｉＯ2 層に開口部をｋ＝
１．２μｍ、ｌ＝５０μｍの間隔で周期的に設け、ＬＰ
ＣＶＤ装置により表６の条件で選択結晶成長を行い、単
結晶体のＳｉ層１０４を得た。
【００７４】
【表６】 ＊ Ｂ2 Ｈ6 添加：Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝４×１
０-4 ＊＊Ｂ2 Ｈ6 添加：Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝１×１
０-6 このとき、表６の条件において選択的結晶成長中にＢを
不純物として２段階でドーピングを行った。導入量とし
てはＢ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝４×１０-4およびＢ2
Ｈ6 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝１×１０-6とした。成長後の単
結晶体シリコンの粒径と膜厚は、それぞれ約４７μｍ、
約２３μｍであった。得られた山型単結晶体の集合から
なる結晶シリコン表面にＬＰＣＶＤ装置によりＳｉ3 Ｎ
4 を１００Åを堆積し、その上に粘度を調節したフォト
レジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露出させ
た。ドライエッチングにより露出させたＳｉ3 Ｎ4 を除
去した後にレジストを剥離し、その上に通常の常圧ＣＶ
Ｄ装置によりＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ
Ｇｌａｓｓ）を堆積し、これを拡散源として９５０℃
の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+ 層の半導体層１０５を
形成した。また、ｐｎ接合形成後粒界が形成されていな
いことが確認された。
０-4 ＊＊Ｂ2 Ｈ6 添加：Ｂ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝１×１
０-6 このとき、表６の条件において選択的結晶成長中にＢを
不純物として２段階でドーピングを行った。導入量とし
てはＢ2 Ｈ6 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝４×１０-4およびＢ2
Ｈ6 ／ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ＝１×１０-6とした。成長後の単
結晶体シリコンの粒径と膜厚は、それぞれ約４７μｍ、
約２３μｍであった。得られた山型単結晶体の集合から
なる結晶シリコン表面にＬＰＣＶＤ装置によりＳｉ3 Ｎ
4 を１００Åを堆積し、その上に粘度を調節したフォト
レジストを塗布して山型単結晶体の頭頂部分を露出させ
た。ドライエッチングにより露出させたＳｉ3 Ｎ4 を除
去した後にレジストを剥離し、その上に通常の常圧ＣＶ
Ｄ装置によりＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ
Ｇｌａｓｓ）を堆積し、これを拡散源として９５０℃
の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+ 層の半導体層１０５を
形成した。また、ｐｎ接合形成後粒界が形成されていな
いことが確認された。
【００７５】ＰＳＧをＨＦ水溶液でエッチングして最後
に透明導電膜１０６であるＩＴＯ（８００Å）と、集電
電極１０７（Ｃｒ：１μｍ）を形成して太陽電池の作製
を完了した。
に透明導電膜１０６であるＩＴＯ（８００Å）と、集電
電極１０７（Ｃｒ：１μｍ）を形成して太陽電池の作製
を完了した。
【００７６】このようにして作製したｎ+ ｐ- ｐ+ 型結
晶太陽電池のＡＭ１．５光照射下でのＩ−Ｖ特性を調べ
たところ、セル面積０．１６ｃｍ2 で開放電圧０．６
Ｖ、短絡光電流２６ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子０．７６と
なり、変換効率１１．９％を得た。また、暗電流は結晶
表面をＳｉ3 Ｎ4 で覆わない場合に比べて約１桁低い値
を示した。
晶太陽電池のＡＭ１．５光照射下でのＩ−Ｖ特性を調べ
たところ、セル面積０．１６ｃｍ2 で開放電圧０．６
Ｖ、短絡光電流２６ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子０．７６と
なり、変換効率１１．９％を得た。また、暗電流は結晶
表面をＳｉ3 Ｎ4 で覆わない場合に比べて約１桁低い値
を示した。
【００７７】以上述べたように、本発明の各製作例によ
れば、粒界のない単結晶体シリコン層を非単結晶基板上
に形成することができ、また、表面再結合の影響を少な
くできるため、これにより従来より高い開放電圧を有す
る高品質で安価な太陽電池が製造されることが示され
た。
れば、粒界のない単結晶体シリコン層を非単結晶基板上
に形成することができ、また、表面再結合の影響を少な
くできるため、これにより従来より高い開放電圧を有す
る高品質で安価な太陽電池が製造されることが示され
た。
【００７８】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、特性の良好な結晶薄膜太陽電池を金属基板等の非単
結晶基板上に形成することが可能となった。これによ
り、量産性のある安価で良質の薄型太陽電池を市場に提
供することができるようになった。
ば、特性の良好な結晶薄膜太陽電池を金属基板等の非単
結晶基板上に形成することが可能となった。これによ
り、量産性のある安価で良質の薄型太陽電池を市場に提
供することができるようになった。
【図１】本発明の結晶太陽電池の一実施例を示す模式的
断面図である。
断面図である。
【図２】ＬＰＣＶＤ装置の一例を示す模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の一例の太陽電池を製
造する場合の製造プロセスを示す工程図である。
造する場合の製造プロセスを示す工程図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の他の太陽電池を製造
する場合の製造プロセスを示す工程図である。
する場合の製造プロセスを示す工程図である。
【図５】本発明の太陽電池が粒界を形成しない様子を示
す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は図（ａ）のＸ−Ｘ′
側断面図である。
す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は図（ａ）のＸ−Ｘ′
側断面図である。
【図６】本発明を完成させるにあたって実施した実験に
おける太陽電池の、（ａ）は核形成面を基板上に規則的
に配列して設けた様子を示す上面図、（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ′側断面図、（ｃ）は結晶粒界を形成す
る程度まで核形成面に単結晶を成長させた様子を示す上
面図、（ｄ）は同図（ｃ）のＢ−Ｂ′側断面図である。
おける太陽電池の、（ａ）は核形成面を基板上に規則的
に配列して設けた様子を示す上面図、（ｂ）は同図
（ａ）のＡ−Ａ′側断面図、（ｃ）は結晶粒界を形成す
る程度まで核形成面に単結晶を成長させた様子を示す上
面図、（ｄ）は同図（ｃ）のＢ−Ｂ′側断面図である。
【図７】従来の半導体層を示す模式図であり、（ａ）は
多結晶半導体層を、（ｂ）は単結晶体の集合からなる半
導体層を示す側断面図である。
多結晶半導体層を、（ｂ）は単結晶体の集合からなる半
導体層を示す側断面図である。
【図８】比較のため示す太陽電池の側断面図である。
１０１ 基板 １０２ シリサイド層 １０３ 絶縁層 １０４ Ｓｉ層 １０５ 半導体層 １０６ 透明導電膜 １０７ 集電電極 １０８ 開口部 １０９ 絶縁層 ２０１ ガス供給装置 ２０２ ヒータ ２０３ 石英反応管 ２０４ 基板 ２０５ サセプタ ３０１ 基板 ３０２ シリサイド層 ３０３ 絶縁層 ３０４ Ｓｉ層 ３０５ Ｐ+ μｃ−Ｓｉ層 ３０６ 透明導電膜 ３０７ 集電電極 ３０８ 開口部 ３０９ 絶縁層 ４０１ 基板 ４０２ 非核形成面 ４０３ Ｓｉ層 ４０３′ Ｓｉ層 ４０４ 核形成部 ４０５ 粒界 ５０１ 接合面 ５０２ 粒界 ５０３ Ｓｉ層 ５０４ 粒界 ６０１ 基板 ６０２ シリサイド層 ６０３ 絶縁層 ６０４ Ｓｉ層 ６０５ 半導体層 ６０６ 透明導電膜 ６０７ 集電電極
Claims (19)
- 【請求項１】 非核形成面内に設けられた前記非核形成
面よりも核形成密度が高く単結晶体となる核が唯一形成
され得るに十分小さい核形成部に単結晶体を成長させ、
隣接する前記単結晶体同士が結晶粒界を有しない太陽電
池において、 前記単結晶体上に開口部を有する絶縁層を有し、該開口
部下の単結晶体に半導体接合が形成されていることを特
徴とする結晶太陽電池。 - 【請求項２】 前記核形成部が前記非核形成面内に規則
的に配列していることを特徴とする請求項１記載の結晶
太陽電池。 - 【請求項３】 前記単結晶体同士が基板に対して鋭角に
立っていることを特徴とする請求項１または２記載の結
晶太陽電池。 - 【請求項４】 前記絶縁層にＳｉＯ2 またはＳｉ3 Ｎ4
を用いる請求項１，２または３記載の結晶太陽電池。 - 【請求項５】 前記絶縁層の厚さが５０〜２００Åであ
る請求項１，２，３または４記載の結晶太陽電池。 - 【請求項６】 前記半導体接合の形成に用いる不純物が
Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂ，Ａｌ，ＩｎまたはＧａである請求
項１，２，３，４または５記載の結晶太陽電池の製造方
法。 - 【請求項７】 前記半導体接合が前記単結晶体表面に形
成されている請求項１，２，３，４，５または６記載の
結晶太陽電池。 - 【請求項８】 前記半導体接合を形成する半導体層の厚
さが０．０５〜３μｍである請求項１，２，３，４，
５，６または７記載の結晶太陽電池。 - 【請求項９】 前記単結晶体の粒径が１０〜５００μｍ
である請求項１，２，３，４，５，６，７または８記載
の結晶太陽電池。 - 【請求項１０】 基板上の非核形成面内に、核形成部を
設ける工程と、 選択的結晶成長法により前記基板上の前記核形成部上の
みに単結晶体を発生させ成長させる工程と、 隣接する前記単結晶体同士が成長して互いに接触して結
晶粒界を形成する前に前記単結晶体の成長を終える工程
と、 前記単結晶体表面に絶縁層を形成する工程と、 前記絶縁層の一部を開口して前記単結晶体に半導体接合
を形成する工程と、 前記開口部上に透明導電層および集電電極を形成する工
程とを含むことを特徴とする結晶太陽電池の製造方法。 - 【請求項１１】 前記核形成部を前記非核形成面内に設
ける工程において、前記核形成部を規則的に配列してい
ることを特徴とする請求項１０記載の結晶太陽電池の製
造方法。 - 【請求項１２】 前記単結晶体を成長させる工程におい
て、前記単結晶体同士が基板に対して鋭角に立っている
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の結晶太陽
電池の製造方法。 - 【請求項１３】 前記絶縁層にＳｉＯ2 またはＳｉ3 Ｎ
4 を用いる請求項１０，１１または１２記載の結晶太陽
電池の製造方法。 - 【請求項１４】 前記絶縁層の厚さが５０〜２００Åで
ある請求項１０，１１，１２または１３記載の結晶太陽
電池の製造方法。 - 【請求項１５】 前記半導体接合を形成する工程が、不
純物の熱拡散もしくはイオン打ち込みにより、またはヘ
テロ接合により行う請求項１０，１１，１２，１３また
は１４記載の結晶太陽電池の製造方法。 - 【請求項１６】 前記半導体接合の形成に用いる不純物
がＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂ，Ａｌ，ＩｎまたはＧａである請
求項１０，１１，１２，１３，１４または１５記載の結
晶太陽電池の製造方法。 - 【請求項１７】 前記半導体接合を形成する工程におい
て、前記半導体接合が前記単結晶体表面に形成されてい
る請求項１０，１１，１２，１３，１４，１５または１
６記載の結晶太陽電池の製造方法。 - 【請求項１８】 前記半導体接合を形成する半導体層の
厚さが０．０５〜３μｍである請求項１０，１１，１
２，１３，１４，１５，１６または１７記載の結晶太陽
電池の製造方法。 - 【請求項１９】 前記単結晶体の粒径が１０〜５００μ
ｍである請求項１０，１１，１２，１３，１４，１５，
１６，１７または１８記載の結晶太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4133496A JP2833924B2 (ja) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | 結晶太陽電池およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-149319 | 1991-05-27 | ||
| JP14931991 | 1991-05-27 | ||
| JP4133496A JP2833924B2 (ja) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | 結晶太陽電池およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05175526A JPH05175526A (ja) | 1993-07-13 |
| JP2833924B2 true JP2833924B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=26467839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4133496A Expired - Fee Related JP2833924B2 (ja) | 1991-05-27 | 1992-05-26 | 結晶太陽電池およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2833924B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4540177B2 (ja) * | 2000-04-28 | 2010-09-08 | 京セラ株式会社 | 光電変換装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-05-26 JP JP4133496A patent/JP2833924B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05175526A (ja) | 1993-07-13 |
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