JP2872930B2 - 光起電力素子の製造方法 - Google Patents
光起電力素子の製造方法Info
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- silicon semiconductor
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、太陽電池等の光起電
力素子の製造方法に係り、特に高効率な結晶系シリコン
光起電力素子の製造方法に関する。
力素子の製造方法に係り、特に高効率な結晶系シリコン
光起電力素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高効率な結晶系シリコン太陽電池とし
て、集電極直下のみに不純物濃度の高い領域を配置する
ことにより、電極と半導体との間のオーミック接触を良
好なものとし、出力特性を向上させる方法が提案されて
いる。例えば、Ａ．Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５７，１９９０ ｐｐ．６０
２−６０４の記事「２４％ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｉ
ｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ」に詳しい。
て、集電極直下のみに不純物濃度の高い領域を配置する
ことにより、電極と半導体との間のオーミック接触を良
好なものとし、出力特性を向上させる方法が提案されて
いる。例えば、Ａ．Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５７，１９９０ ｐｐ．６０
２−６０４の記事「２４％ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｉ
ｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ」に詳しい。
【０００３】上記構造の太陽電池はＰＥＲＬ（Ｐａｓｓ
ｉｖａｔｅｄ ｅｍｉｔｔｅｒ，ｒｅａｒ ｌｏｃａｌ
ｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ）セルと呼ばれており、図３に
示すように構成されている。
ｉｖａｔｅｄ ｅｍｉｔｔｅｒ，ｒｅａｒ ｌｏｃａｌ
ｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ）セルと呼ばれており、図３に
示すように構成されている。
【０００４】図３に従いＰＥＲＬセルにつき説明する。
ｐ型結晶シリコン基板１０上にｎ型シリコン半導体層１
１が設けられている。このｎ型シリコン半導体層１１
は、不純物濃度を高くすると、該層中においてこれら不
純物に起因する欠陥密度が増加し、光入射により生成さ
れるキャリアがこれらの欠陥にトラップされて出力特性
が低下するため、低濃度のｎ型に構成されている。この
ため、このＰＥＲＬセルでは電極と半導体との間で良好
なオーミック接触を得るために、酸化シリコン膜１５ａ
をマスクとして、電極直下に高濃度の不純物領域が設け
られている。すなわち、入射側の集電極１６の直下には
ｎ+型シリコン半導体領域１３が設けられている。
ｐ型結晶シリコン基板１０上にｎ型シリコン半導体層１
１が設けられている。このｎ型シリコン半導体層１１
は、不純物濃度を高くすると、該層中においてこれら不
純物に起因する欠陥密度が増加し、光入射により生成さ
れるキャリアがこれらの欠陥にトラップされて出力特性
が低下するため、低濃度のｎ型に構成されている。この
ため、このＰＥＲＬセルでは電極と半導体との間で良好
なオーミック接触を得るために、酸化シリコン膜１５ａ
をマスクとして、電極直下に高濃度の不純物領域が設け
られている。すなわち、入射側の集電極１６の直下には
ｎ+型シリコン半導体領域１３が設けられている。
【０００５】また、裏面電極１７は酸化シリコン膜１５
ｂのコンタクトホールを介して、ｐ+型シリコン半導体
領域１４とコンタクトされている。なお、図中８は、入
射光を示す。
ｂのコンタクトホールを介して、ｐ+型シリコン半導体
領域１４とコンタクトされている。なお、図中８は、入
射光を示す。
【０００６】そして、太陽電池のモジュール化を考慮し
た場合、太陽電池の表面は強化ガラス及び封止材で覆わ
れる。シリコンの屈折率は３．５〜４、強化ガラス及び
封止剤の屈折率は約１．５であるために、シリコン上に
屈折率が１．５のシリコン酸化膜があることは、光学設
計面から不利であり、図４に示すように、光入射側の酸
化膜１５ａは除去されていることが望ましい。
た場合、太陽電池の表面は強化ガラス及び封止材で覆わ
れる。シリコンの屈折率は３．５〜４、強化ガラス及び
封止剤の屈折率は約１．５であるために、シリコン上に
屈折率が１．５のシリコン酸化膜があることは、光学設
計面から不利であり、図４に示すように、光入射側の酸
化膜１５ａは除去されていることが望ましい。
【０００７】図５に、図４に示した別の従来セルの製造
方法の一例を示す。図５に従い別の従来セルの製造方法
について説明する。
方法の一例を示す。図５に従い別の従来セルの製造方法
について説明する。
【０００８】ｐ型シリコン基板１０をＰＯＣｌ3雰囲気
中で８８０℃に加熱し、燐（Ｐ）の拡散を行いｎ型シリ
コン半導体層１１、１１’を形成した後、酸素雰囲気に
切り替えて表面酸化を行い酸化シリコン膜１５ａ、１５
ｂを形成する（図５（ａ））。
中で８８０℃に加熱し、燐（Ｐ）の拡散を行いｎ型シリ
コン半導体層１１、１１’を形成した後、酸素雰囲気に
切り替えて表面酸化を行い酸化シリコン膜１５ａ、１５
ｂを形成する（図５（ａ））。
【０００９】そして、表面側の酸化シリコン膜１５ａ上
にレジストのパターン１８を、裏面側にはレジスト１９
を全面にスクリーン印刷法で塗布し、焼成を行う（図５
（ｂ））。
にレジストのパターン１８を、裏面側にはレジスト１９
を全面にスクリーン印刷法で塗布し、焼成を行う（図５
（ｂ））。
【００１０】その後、バッファフッ酸を用いて表面側の
酸化シリコン膜１５ａのパターニングを行い、続いて、
アセトンによりレジスト１８、１９を除去する（図５
（ｃ））。
酸化シリコン膜１５ａのパターニングを行い、続いて、
アセトンによりレジスト１８、１９を除去する（図５
（ｃ））。
【００１１】然る後、再度ＰＯＣｌ3雰囲気中で９１０
℃に加熱し、酸化シリコン膜１５ａをマスクとして燐
（Ｐ）の部分拡散を行いｎ+型シリコン半導体層１３を
形成する（図５（ｄ））。
℃に加熱し、酸化シリコン膜１５ａをマスクとして燐
（Ｐ）の部分拡散を行いｎ+型シリコン半導体層１３を
形成する（図５（ｄ））。
【００１２】さらに、バッファフッ酸を用いて両面の酸
化シリコン膜１５ａ、１５ｂを取り除いた後、再度表面
側の全面をレジストで覆って、裏面側の燐がドープされ
たｎ型シリコン半導体層１１’をフッ酸／硝酸の混合液
にて取り除き、最後に表面及び裏面の電極１６、１７を
スクリーン印刷法で形成する（図５（ｅ））。
化シリコン膜１５ａ、１５ｂを取り除いた後、再度表面
側の全面をレジストで覆って、裏面側の燐がドープされ
たｎ型シリコン半導体層１１’をフッ酸／硝酸の混合液
にて取り除き、最後に表面及び裏面の電極１６、１７を
スクリーン印刷法で形成する（図５（ｅ））。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、部分的
に不純物濃度の高い半導体層を形成する場合、通常シリ
コン酸化膜をパターニングし、その酸化膜をマスクとし
て不純物を熱拡散する方法が用いられている。
に不純物濃度の高い半導体層を形成する場合、通常シリ
コン酸化膜をパターニングし、その酸化膜をマスクとし
て不純物を熱拡散する方法が用いられている。
【００１４】ところが、この方法では、複数回の高温で
の熱拡散工程を必要とするため、不純物酸素等の量が多
い低品質な基板を用いた場合、高温での熱処理により基
板中の酸素析出が起こりやすくなり、基板のキャリアラ
イフタイムが低下し、得られる出力が低くなるという問
題があった。
の熱拡散工程を必要とするため、不純物酸素等の量が多
い低品質な基板を用いた場合、高温での熱処理により基
板中の酸素析出が起こりやすくなり、基板のキャリアラ
イフタイムが低下し、得られる出力が低くなるという問
題があった。
【００１５】一方、高温での熱処理を避ける方法とし
て、基板全面に不純物のイオン注入を行い均一にドーピ
ングを行った後、シリコン酸化膜の形成をＣＶＤ等の堆
積法により行う。そして、パターニングした酸化膜をマ
スクとして、イオン注入により不純物濃度の高い部分を
設ける方法がある。
て、基板全面に不純物のイオン注入を行い均一にドーピ
ングを行った後、シリコン酸化膜の形成をＣＶＤ等の堆
積法により行う。そして、パターニングした酸化膜をマ
スクとして、イオン注入により不純物濃度の高い部分を
設ける方法がある。
【００１６】しかしながら、このイオン注入を用いた方
法では、イオン衝撃による膜中欠陥の発生などの問題が
ある。
法では、イオン衝撃による膜中欠陥の発生などの問題が
ある。
【００１７】さらに、熱拡散、イオン注入のいずれの方
法においても、酸化膜形成、パターニング、酸化膜除去
という煩雑な工程を必要とする難点があった。
法においても、酸化膜形成、パターニング、酸化膜除去
という煩雑な工程を必要とする難点があった。
【００１８】この発明は、このような従来の問題点を解
決するためになされたものにして、複雑な工程を経るこ
となく、部分的に高濃度な不純物領域を設けることがで
き、高効率な光起電力素子が得られる製造方法を提供す
ることを目的とする。
決するためになされたものにして、複雑な工程を経るこ
となく、部分的に高濃度な不純物領域を設けることがで
き、高効率な光起電力素子が得られる製造方法を提供す
ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この発明の光起電力素子
の製造方法は、表面に部分的に凹凸が設けられた一導電
型の結晶系シリコン基板上に、他導電型の不純物を均一
に含有した結晶粒と非晶質とが混在した第１のシリコン
半導体膜を設け、このシリコン半導体膜上に真性非晶質
シリコンからなる第２のシリコン半導体膜を堆積した
後、熱処理を施し、前記凹凸を施した部位上の第１及び
第２のシリコン半導体膜に不純物を集中させて結晶化さ
せることを特徴とする。
の製造方法は、表面に部分的に凹凸が設けられた一導電
型の結晶系シリコン基板上に、他導電型の不純物を均一
に含有した結晶粒と非晶質とが混在した第１のシリコン
半導体膜を設け、このシリコン半導体膜上に真性非晶質
シリコンからなる第２のシリコン半導体膜を堆積した
後、熱処理を施し、前記凹凸を施した部位上の第１及び
第２のシリコン半導体膜に不純物を集中させて結晶化さ
せることを特徴とする。
【００２０】
【作用】表面に部分的に凹凸が設けられた基板上に、結
晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜を形成する
と、非晶質の領域は、平坦面より凹凸上の方が多くな
る。このシリコン半導体膜上に真性非晶質シリコン半導
体膜を積層後、熱処理を施して結晶化を行う際に、真性
非晶質シリコン半導体膜中に拡散されていく不純物は凹
凸の部位上が多くなり、その部分に高不純物領域が形成
できる。従って、基板表面に部分的に凹凸を設けること
で、不純物濃度の水平方向の制御が行え、部分的に高濃
度不純物領域が形成できる。
晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜を形成する
と、非晶質の領域は、平坦面より凹凸上の方が多くな
る。このシリコン半導体膜上に真性非晶質シリコン半導
体膜を積層後、熱処理を施して結晶化を行う際に、真性
非晶質シリコン半導体膜中に拡散されていく不純物は凹
凸の部位上が多くなり、その部分に高不純物領域が形成
できる。従って、基板表面に部分的に凹凸を設けること
で、不純物濃度の水平方向の制御が行え、部分的に高濃
度不純物領域が形成できる。
【００２１】
【実施例】以下、この発明の一実施例につき図面を参照
して説明する。図１は、この発明を結晶系シリコン太陽
電池としての光起電力素子の製造方法に適用した実施例
を示す工程図である。
して説明する。図１は、この発明を結晶系シリコン太陽
電池としての光起電力素子の製造方法に適用した実施例
を示す工程図である。
【００２２】ｐ型の多結晶または単結晶からなる結晶系
シリコン基板１上に、レーザースクライブによって高さ
１〜１０μｍ、幅１〜１０μｍの凹凸部９を１５０μｍ
にわたって形成する（図１（ａ））。
シリコン基板１上に、レーザースクライブによって高さ
１〜１０μｍ、幅１〜１０μｍの凹凸部９を１５０μｍ
にわたって形成する（図１（ａ））。
【００２３】次に、表１に示す条件で、膜厚１０００Å
のｎ型の結晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜２
ａと、膜厚２０００Åの真性非晶質シリコン半導体膜２
ｂを順次形成する（図１（ｂ））。
のｎ型の結晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜２
ａと、膜厚２０００Åの真性非晶質シリコン半導体膜２
ｂを順次形成する（図１（ｂ））。
【００２４】半導体膜２ａは表１の条件のように、水素
ガスを混入して高温で作成することにより、結晶粒と、
非晶質が混在した半導体膜が得られる。
ガスを混入して高温で作成することにより、結晶粒と、
非晶質が混在した半導体膜が得られる。
【００２５】また、表１の条件で作成すると、ＳｉＨ4
とＰＨ3の流量比から、半導体膜２ａのキャリア濃度は
１０18ｃｍ-3程度となる。
とＰＨ3の流量比から、半導体膜２ａのキャリア濃度は
１０18ｃｍ-3程度となる。
【００２６】
【表１】
【００２７】続いて、真空中で６００℃、３０分間のア
ニールを行うことにより、半導体膜２ａと半導体膜２ｂ
は共に結晶化し、ｎ型結晶系シリコン半導体膜２が形成
される。この結晶化において、凹凸部９の真上部は他の
平坦部上に比べてキャリア濃度が約１桁高い高濃度不純
物領域のｎ+型シリコン半導体領域３となる。これは、
前述したように、表面に部分的に凹凸が設けられた基板
上に、結晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜を形
成すると、非晶質の領域は、平坦面より凹凸上の方が多
くなる。このシリコン半導体膜上に真性非晶質シリコン
半導体膜を積層後、熱処理を施して結晶化を行う際に、
真性非晶質シリコン半導体膜中に拡散されていく不純物
は凹凸の部位上が多くなるからである。
ニールを行うことにより、半導体膜２ａと半導体膜２ｂ
は共に結晶化し、ｎ型結晶系シリコン半導体膜２が形成
される。この結晶化において、凹凸部９の真上部は他の
平坦部上に比べてキャリア濃度が約１桁高い高濃度不純
物領域のｎ+型シリコン半導体領域３となる。これは、
前述したように、表面に部分的に凹凸が設けられた基板
上に、結晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜を形
成すると、非晶質の領域は、平坦面より凹凸上の方が多
くなる。このシリコン半導体膜上に真性非晶質シリコン
半導体膜を積層後、熱処理を施して結晶化を行う際に、
真性非晶質シリコン半導体膜中に拡散されていく不純物
は凹凸の部位上が多くなるからである。
【００２８】図２に、凹凸を設けた基板上に結晶粒と非
晶質が混在したシリコン半導体膜を形成したもの（実施
例）とフラットの基板上に結晶粒と非晶質が混在したシ
リコン半導体膜を形成したもの（比較例）をアニールに
より結晶化したときのそれぞれのホール移動度と、キャ
リア濃度を測定した結果を示す。なお、図中白丸は実施
例、黒丸は比較例を示す。
晶質が混在したシリコン半導体膜を形成したもの（実施
例）とフラットの基板上に結晶粒と非晶質が混在したシ
リコン半導体膜を形成したもの（比較例）をアニールに
より結晶化したときのそれぞれのホール移動度と、キャ
リア濃度を測定した結果を示す。なお、図中白丸は実施
例、黒丸は比較例を示す。
【００２９】また、図２に示したものは、２５００Åの
シリコン半導体膜２ａと５０００Åの真性非晶質シリコ
ン半導体膜２ｂを表１の条件で積層して、熱アニールで
結晶化したものである。
シリコン半導体膜２ａと５０００Åの真性非晶質シリコ
ン半導体膜２ｂを表１の条件で積層して、熱アニールで
結晶化したものである。
【００３０】この図２からも分かるように、凹凸部の真
上部は他の平坦部に比べてキャリア濃度が約１桁高い高
濃度不純物領域が得られる。
上部は他の平坦部に比べてキャリア濃度が約１桁高い高
濃度不純物領域が得られる。
【００３１】最後に、凹凸部９の位置に合わせた表面電
極６と基板１の裏面全面に電極７をアルミニウムのスク
リーン印刷により形成することによりこの発明の光起電
力素子が得られる（図１（ｄ））。
極６と基板１の裏面全面に電極７をアルミニウムのスク
リーン印刷により形成することによりこの発明の光起電
力素子が得られる（図１（ｄ））。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、表面に部分的に凹凸が設けられた基板上に、結晶粒
と非晶質が混在したシリコン半導体膜を形成すると、非
晶質の領域は、平坦面より凹凸上の方が多くなり、この
半導体膜上に真性非晶質シリコン半導体膜を積層後、熱
処理を施して結晶化を行うことにより、真性非晶質シリ
コン半導体膜中に拡散されていく不純物が凹凸の部位上
で多くなり、高不純物領域が形成できるので、基板表面
に部分的に凹凸を設けることで、不純物濃度の水平方向
の制御が行え、部分的に高濃度不純物領域を形成するこ
とできる。
ば、表面に部分的に凹凸が設けられた基板上に、結晶粒
と非晶質が混在したシリコン半導体膜を形成すると、非
晶質の領域は、平坦面より凹凸上の方が多くなり、この
半導体膜上に真性非晶質シリコン半導体膜を積層後、熱
処理を施して結晶化を行うことにより、真性非晶質シリ
コン半導体膜中に拡散されていく不純物が凹凸の部位上
で多くなり、高不純物領域が形成できるので、基板表面
に部分的に凹凸を設けることで、不純物濃度の水平方向
の制御が行え、部分的に高濃度不純物領域を形成するこ
とできる。
【００３３】しかも、高濃度不純物領域を非晶質シリコ
ン半導体膜の結晶化の際に同時に形成することができる
ので、工程が簡略化されると共に、形成温度を低くする
ことができるため、不純物酸素が多い低品質の基板を用
いても、基板中に酸素析出することがなく、出力の低下
を防ぐことができる。従って、より低コストな光起電力
素子が提供できる。
ン半導体膜の結晶化の際に同時に形成することができる
ので、工程が簡略化されると共に、形成温度を低くする
ことができるため、不純物酸素が多い低品質の基板を用
いても、基板中に酸素析出することがなく、出力の低下
を防ぐことができる。従って、より低コストな光起電力
素子が提供できる。
【図１】この発明の光起電力素子の製造方法の実施例を
示す工程図である。
示す工程図である。
【図２】凹凸を設けた基板上に結晶粒と非晶質が混在し
たシリコン半導体膜を形成したものとフラットの基板上
に結晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜を形成し
たものをアニールにより結晶化したときのそれぞれのホ
ール移動度と、キャリア濃度を測定した特性図である。
たシリコン半導体膜を形成したものとフラットの基板上
に結晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜を形成し
たものをアニールにより結晶化したときのそれぞれのホ
ール移動度と、キャリア濃度を測定した特性図である。
【図３】従来のＰＥＲＬセルを示す模式的断面図であ
る。
る。
【図４】別の従来セルを示す模式的断面図である。
【図５】別の従来セルの製造方法を示す工程図である。
１ ｐ型結晶系シリコン基板 ２ａ 結晶粒と非晶質が混在したシリコン半導体膜 ２ｂ 真性非晶質シリコン半導体膜 ２ ｎ型結晶系シリコン半導体膜 ３ ｎ+型シリコン半導体層 ６ 表面電極 ７ 裏面電極 ９ 凹凸部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04 H01L 21/20 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 表面に部分的に凹凸が設けられた一導電
型の結晶系シリコン基板上に、他導電型の不純物を均一
に含有した結晶粒と非晶質とが混在した第１のシリコン
半導体膜を設け、このシリコン半導体膜上に真性非晶質
シリコンからなる第２のシリコン半導体膜を堆積した
後、熱処理を施し、前記凹凸を施した部位上の第１及び
第２のシリコン半導体膜に不純物を集中させて結晶化さ
せることを特徴とする光起電力素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7067794A JP2872930B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 光起電力素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7067794A JP2872930B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 光起電力素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08264816A JPH08264816A (ja) | 1996-10-11 |
| JP2872930B2 true JP2872930B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=13355223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7067794A Expired - Lifetime JP2872930B2 (ja) | 1995-03-27 | 1995-03-27 | 光起電力素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2872930B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101145928B1 (ko) * | 2009-03-11 | 2012-05-15 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 태양 전지의 제조 방법 |
| JP6392717B2 (ja) * | 2015-09-02 | 2018-09-19 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池セルの製造方法 |
| KR102600379B1 (ko) * | 2015-12-21 | 2023-11-10 | 상라오 징코 솔라 테크놀러지 디벨롭먼트 컴퍼니, 리미티드 | 태양 전지와 그 제조 방법 |
-
1995
- 1995-03-27 JP JP7067794A patent/JP2872930B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08264816A (ja) | 1996-10-11 |
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