JP2962915B2 - Method for manufacturing photovoltaic element - Google Patents

Method for manufacturing photovoltaic element

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JP2962915B2
JP2962915B2 JP4003935A JP393592A JP2962915B2 JP 2962915 B2 JP2962915 B2 JP 2962915B2 JP 4003935 A JP4003935 A JP 4003935A JP 393592 A JP393592 A JP 393592A JP 2962915 B2 JP2962915 B2 JP 2962915B2
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polycrystalline semiconductor
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photovoltaic element
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子の製造方
法に関し、特に多結晶半導体を母材とする光起電力素子
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a photovoltaic device, and more particularly to a photovoltaic device using a polycrystalline semiconductor as a base material.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体材料から成る光起電力素子には光
電変換機能を担う半導体接合部があり、この部分は、光
起電力素子内に入射した光が吸収されることによって生
成される電子と正孔を夫々分離し外部にこれら電子及び
正孔を取り出す機能を果たしている。
2. Description of the Related Art A photovoltaic device made of a semiconductor material has a semiconductor junction for performing a photoelectric conversion function. This portion is composed of electrons generated by absorption of light incident on the photovoltaic device. It has the function of separating holes and extracting these electrons and holes to the outside.

【0003】この様な半導体材料としては、従来から多
用されている単結晶材料の他に多結晶材料、さらには非
晶質材料がある。これら材料の中でも多結晶材料により
形成された光起電力素子にあっては、比較的光電変換効
率が高く且つ大面積化が容易という特徴を有することか
ら近年注目を浴びるに至っている。
As such a semiconductor material, there are a polycrystalline material and an amorphous material in addition to a single crystal material which has been widely used. Among these materials, a photovoltaic element formed of a polycrystalline material has attracted attention in recent years because of its relatively high photoelectric conversion efficiency and easy characteristics of large area.

【0004】斯る半導体接合部の形成方法としては、通
常熱拡散法が使用される。この熱拡散法とは、例えばp
型の多結晶半導体を基板とする光起電力素子にあって
は、この基板をn型不純物を含んだ雰囲気中に放置し、
この状態で熱処理を施すことによりそのn型不純物をそ
の基板中に拡散させ、その拡散させた部分に所望の濃度
を備えたn型半導体を形成するのである。この拡散によ
り、その基板内にはこのn型半導体と母材であるp型半
導体との接触面ができ、この部分が半導体接合部とな
る。
As a method for forming such a semiconductor junction, a thermal diffusion method is generally used. This thermal diffusion method is, for example, p
In a photovoltaic element having a polycrystalline semiconductor substrate as a substrate, the substrate is left in an atmosphere containing n-type impurities,
By performing a heat treatment in this state, the n-type impurity is diffused into the substrate, and an n-type semiconductor having a desired concentration is formed in the diffused portion. Due to this diffusion, a contact surface between the n-type semiconductor and the p-type semiconductor as a base material is formed in the substrate, and this portion becomes a semiconductor junction.

【0005】斯る熱拡散法による光起電力素子の製造方
法に関しては、例えば特開昭62−108579号に記
載されている。
A method for manufacturing a photovoltaic element by such a thermal diffusion method is described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-108579.

【0006】図4は、この熱拡散法によるpn接合の形
成過程を説明するための素子構造図である。同図(a)
はp型の多結晶半導体(41)で、多くの粒界(41a)によっ
て囲まれた多数個の結晶粒(41b)…(通常数mm程度)
が集合することによって構成されている。
FIG. 4 is an element structure diagram for explaining a process of forming a pn junction by the thermal diffusion method. FIG.
Is a p-type polycrystalline semiconductor (41), and a number of crystal grains (41b) surrounded by many grain boundaries (41a) (usually several mm)
Are constituted by gathering.

【0007】同図(b)は同図(a)のA−A’におけ
る断面図で、多結晶半導体(41)にはこの様な粒界(41a)
…が膜厚方向に沿って存在している。
FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1A. Such a grain boundary (41 a) is formed in the polycrystalline semiconductor (41).
.. Exist along the film thickness direction.

【0008】次に同図(c)は、このp型の多結晶半導
体(41)をn型の導電型決定不純物、例えばリンを含有す
る雰囲気中(例えばPOCl3ガス雰囲気)に放置する
とともに、この半導体(41)を850℃で熱処理し、この
p型の多結晶半導体(41)の表面(41c)側からそのn型の
不純物を拡散する。 これによりp型の多結晶半導体(4
1)の表面側はn型の多結晶半導体(42)に成るとともに、
そのp型多結晶半導体(41)とn型多結晶半導体(42)との
接触面は、半導体接合部としての接合界面(43)となる。
Next, FIG. 1C shows that the p-type polycrystalline semiconductor (41) is left in an atmosphere containing n-type conductivity-determining impurities, for example, phosphorus (for example, a POCl 3 gas atmosphere). This semiconductor (41) is heat-treated at 850 ° C. to diffuse the n-type impurity from the surface (41c) side of the p-type polycrystalline semiconductor (41). Thereby, the p-type polycrystalline semiconductor (4
The surface side of 1) becomes an n-type polycrystalline semiconductor (42),
The contact surface between the p-type polycrystalline semiconductor (41) and the n-type polycrystalline semiconductor (42) becomes a junction interface (43) as a semiconductor junction.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】斯る半導体接合部を備
えた光起電力素子にあっては、その接合界面(43)が平坦
で且つ光入射面からこの界面(43)までの距離がその界面
全域で等距離であることが光波長感度特性にとって好ま
しい。
In a photovoltaic device having such a semiconductor junction, the junction interface (43) is flat and the distance from the light incident surface to the interface (43) is smaller. It is preferable for the light wavelength sensitivity characteristic that the distance is equal over the entire interface.

【0010】しかしながら、同図(c)に示すが如くこ
の接合界面(43)は多結晶半導体を母材とした場合平坦と
はなり得ず、通常粒界(41a)の部分での接合界面(43)
は、結晶粒(41b)…の部分で形成されるそれと比較して
表面(41c)から深い位置に形成される。
However, as shown in FIG. 1C, when the polycrystalline semiconductor is used as a base material, the bonding interface (43) cannot be flat, and the bonding interface (41) at the grain boundary (41a) is usually used. 43)
Are formed deeper from the surface (41c) as compared to those formed at the crystal grains (41b).

【0011】これは、結晶粒(41b)…の部分と粒界(41a)
の部分とでは種々の元素に対する拡散係数に大きな差が
あるためで、とりわけ粒界(41a)の部分における拡散係
数が異常に大きいことに因っている。これについての物
性面からみた理由は、この粒界(41a)の部分では半導体
元素同士の結合エネルギーが小さく、その結果外部から
侵入する異元素と極めて容易に結合してしまうためであ
る。
This is because the crystal grains (41b) ... and the grain boundaries (41a)
This is because there is a large difference in the diffusion coefficients for various elements with the part, and this is particularly due to the abnormally large diffusion coefficient in the part of the grain boundary (41a). The reason for this from the viewpoint of physical properties is that the bonding energy between the semiconductor elements is small in the portion of the grain boundary (41a), and as a result, the semiconductor element is very easily bonded to a foreign element that enters from the outside.

【0012】従って、前述した熱拡散法においてもこの
拡散係数の差に基づく影響が現れ、導電型決定不純物が
この粒界(41a)に沿って特に深く拡散してしまい、その
粒界(41a)の部分における接合界面(43)は通常の拡散に
より形成される結晶粒(41b)における接合界面(43)とで
は位置の面で不揃いとなる。
Therefore, even in the above-mentioned thermal diffusion method, an effect based on the difference in the diffusion coefficient appears, and the conductivity-type-determining impurities diffuse particularly deeply along the grain boundary (41a). The bonding interface (43) in the portion (1) is not uniform in the position plane with the bonding interface (43) in the crystal grains (41b) formed by ordinary diffusion.

【0013】ここで半導体接合の位置と光起電力素子の
特性との関係は、一般に光入射面に近い部分に半導体接
合が配置されている場合にあっては短波長光の感度特性
が優れ、一方遠い部分に配置されている場合にあっては
その短波長光の感度特性は小さなものとなりむしろ長波
長光の感度特性が大きくなる傾向にある。
Here, the relationship between the position of the semiconductor junction and the characteristics of the photovoltaic element is such that when the semiconductor junction is generally arranged in a portion near the light incident surface, the sensitivity characteristic of short-wavelength light is excellent, On the other hand, when it is arranged in a distant portion, the sensitivity characteristic of short wavelength light tends to be small, and the sensitivity characteristic of long wavelength light tends to be large.

【0014】このため、前述した接合界面(43)の位置に
不揃いな部分が半導体接合部に存在すると光起電力素子
としての光波長感度特性を不安定なものとしてしまう。
For this reason, if there is an irregular portion at the position of the junction interface (43) in the semiconductor junction, the light wavelength sensitivity characteristics as a photovoltaic element become unstable.

【0015】従って、従来の多結晶半導体による光起電
力素子の具体的な光波長感度特性としては、多数の粒界
を含有する多結晶半導体から成る場合には光入射側の表
面から見て深い半導体接合で吸収される光が多くなるこ
とから、主に長波長領域での感度特性が大きくなる。一
方、比較的少数の粒界しか存在しない多結晶半導体、言
い換えれば結晶粒が大きなもので構成されて成る多結晶
半導体の場合にあっては、むしろ短波長光に対する感度
が大きいものとなる。
Therefore, the specific light wavelength sensitivity characteristic of a conventional photovoltaic device using a polycrystalline semiconductor is that when the photovoltaic device is made of a polycrystalline semiconductor containing a large number of grain boundaries, it is deep as viewed from the light incident side surface. Since the amount of light absorbed by the semiconductor junction increases, sensitivity characteristics mainly in a long wavelength region increase. On the other hand, in the case of a polycrystalline semiconductor having only a relatively small number of grain boundaries, in other words, in the case of a polycrystalline semiconductor having large crystal grains, the sensitivity to short-wavelength light is rather high.

【0016】このことは、形成条件の僅かな変動によっ
て結晶粒の大きさが大きく変化する多結晶半導体にあっ
ては、その結晶粒の大きさの程度により光に対する感度
特性が種々変化することとなる。更には、前述した熱拡
散法のための設定温度にわずかな変動が生じても粒界内
での導電型決定不純物の拡散の程度が大きく変化するこ
ととなり、素子特性の安定化が成し得ないこととなる。
This means that, in the case of a polycrystalline semiconductor in which the size of a crystal grain greatly changes due to a slight change in formation conditions, the sensitivity characteristic to light varies variously depending on the degree of the size of the crystal grain. Become. Further, even if a slight change occurs in the set temperature for the above-mentioned thermal diffusion method, the degree of diffusion of the conductivity-type determining impurity in the grain boundary greatly changes, and the device characteristics can be stabilized. It will not be.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】本発明光起電力素子製造
方法の特徴とするところは、多結晶半導体の表面に、水
素を含有する非晶質半導体膜を被着形成し、次に前記非
晶質半導体膜が形成された前記多結晶半導体を導電型決
定不純物を含有した雰囲気中で熱処理を施すことによ
り、該導電型決定不純物を前記非晶質半導体膜の表面側
より拡散せしめるとともに、前記非晶質半導体膜を多結
晶化させることにある。
A feature of the method for manufacturing a photovoltaic element of the present invention is to form an amorphous semiconductor film containing hydrogen on the surface of a polycrystalline semiconductor, The polycrystalline semiconductor on which the amorphous semiconductor film is formed is subjected to a heat treatment in an atmosphere containing a conductivity type determining impurity, thereby diffusing the conductivity type determining impurity from the surface side of the amorphous semiconductor film, It is to make an amorphous semiconductor film polycrystalline.

【0018】[0018]

【作用】本発明製造方法では、粒界を含む多結晶半導体
の表面に水素を含有する非晶質半導体膜を被着形成す
る。これにより、その水素は大きな拡散係数を有すると
いう粒界の特質を利用してその粒界内に十分拡散するこ
ととなる。
According to the manufacturing method of the present invention, an amorphous semiconductor film containing hydrogen is deposited on the surface of a polycrystalline semiconductor including grain boundaries. As a result, the hydrogen diffuses sufficiently in the grain boundary by utilizing the characteristic of the grain boundary having a large diffusion coefficient.

【0019】すると、この水素の拡散を受けた粒界は、
それまでの大きな拡散係数を有するという特質を喪失
し、ほぼ結晶粒と同程度の拡散係数を有する状態とな
る。
Then, the grain boundaries subjected to the diffusion of hydrogen are
The characteristic of having a large diffusion coefficient up to that point is lost, and a state of having a diffusion coefficient substantially equal to that of a crystal grain is obtained.

【0020】これにより、この非晶質半導体膜が形成さ
れた以降のその多結晶半導体は後工程で導電型決定不純
物を拡散させる場合にあっても、その粒界内への拡散と
結晶粒内への拡散の程度が同程度のものとなる。
Accordingly, even if the polycrystalline semiconductor after the formation of the amorphous semiconductor film diffuses impurities for determining the conductivity type in a later step, the polycrystalline semiconductor diffuses into the grain boundaries and forms the crystal grains. To the same extent.

【0021】この結果、本発明によれば、多数の粒界を
有する多結晶半導体であっても接合界面は平坦で且つ光
入射面からその接合界面までの距離をその界面全域で等
しくすることができる。
As a result, according to the present invention, even in the case of a polycrystalline semiconductor having a large number of grain boundaries, the junction interface is flat and the distance from the light incident surface to the junction interface is made equal over the entire interface. it can.

【0022】更に、本発明光起電力素子の製造方法によ
れば、多結晶半導体の表面に非晶質半導体を形成しその
非晶質半導体の表面から導電型決定不純物を拡散させる
こととなる。このため、この導電型決定不純物の拡散に
よって形成される導電型半導体層の厚みがその非晶質半
導体膜の膜厚と同等かそれ以下の場合にあっては、その
拡散によって形成される導電型半導体層の母材がこの非
晶質半導体となることから下地となっている多結晶半導
体を母材とする場合に比べて均質な層を形成することが
できる。
Further, according to the method of manufacturing a photovoltaic element of the present invention, an amorphous semiconductor is formed on the surface of a polycrystalline semiconductor, and impurities for determining the conductivity type are diffused from the surface of the amorphous semiconductor. Therefore, when the thickness of the conductive semiconductor layer formed by the diffusion of the conductive type determining impurity is equal to or less than the thickness of the amorphous semiconductor film, the conductive type formed by the diffusion is determined. Since the base material of the semiconductor layer is the amorphous semiconductor, a more uniform layer can be formed as compared with a case where the base material is a polycrystalline semiconductor as a base material.

【0023】即ち、非晶質半導体は、膜質という面では
多結晶半導体よりも劣るものの膜内に多結晶半導体のよ
うな特異な物性を示す粒界を持たないことから全体とし
て均質であることが言える。
That is, although an amorphous semiconductor is inferior to a polycrystalline semiconductor in terms of film quality, it does not have a grain boundary exhibiting unique physical properties like a polycrystalline semiconductor in a film, and therefore, it is necessary that the amorphous semiconductor is uniform as a whole. I can say.

【0024】従って、この非晶質半導体内に留まる程度
に導電型決定不純物を拡散したならば、前述の粒界で生
じたような異常な拡散が生じないこととなり、その拡散
によって形成される接合界面も平坦とすることができ
る。
Therefore, if the impurities determining the conductivity type are diffused to such an extent that they remain in the amorphous semiconductor, abnormal diffusion such as that at the grain boundaries described above will not occur, and the junction formed by the diffusion will not occur. The interface can also be flat.

【0025】[0025]

【実施例】図1は、本発明光起電力素子の製造方法を説
明するための工程別素子構造断面図である。
1 is a sectional view of an element structure for each step for explaining a method of manufacturing a photovoltaic element according to the present invention.

【0026】同図(a)は、光起電力素子の母材となる
p型多結晶半導体(1)を示しており、粒界(1a)に囲まれ
た多数個の結晶粒(1b)…を含んでいる。
FIG. 1A shows a p-type polycrystalline semiconductor (1) serving as a base material of a photovoltaic element, and a large number of crystal grains (1b) surrounded by a grain boundary (1a). Contains.

【0027】次に同図(b)に示す第1工程では、p型
多結晶半導体(1)上に、水素を含有する非晶質シリコン
膜から成る非晶質半導体膜(2)を従来周知のプラズマC
VD法によって形成する。この非晶質半導体膜(2)の代
表的な形成条件は、表1に示す。
Next, in a first step shown in FIG. 1B, an amorphous semiconductor film (2) made of an amorphous silicon film containing hydrogen is conventionally formed on the p-type polycrystalline semiconductor (1). Plasma C
It is formed by the VD method. Table 1 shows typical conditions for forming the amorphous semiconductor film (2).

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】実施例で採用した条件としては、反応性ガ
スとしてシラン(SiH4)を100sccm流し、基
板温度400℃,反応時真空度0.1Torrの下、高
周波電力50mW/cm2を対向電極間に印加すること
によりプラズマを発生させ、その反応性ガスを分解して
行った。この非晶質シリコン膜の膜厚は約1000Åと
した。
[0029] The conditions employed in the examples, flow 100sccm silane (SiH 4) as a reactive gas, a substrate temperature of 400 ° C., under a reaction time of vacuum 0.1 Torr, between the counter electrodes a high-frequency power 50 mW / cm 2 To generate plasma and decompose the reactive gas. The thickness of this amorphous silicon film was about 1000 °.

【0030】特に、プラズマCVD法等の形成によれ
ば、反応性ガスとして水素を含有するシランガスを使用
することから、これの分解反応によって形成された非晶
質シリコン膜には必然的に水素が取り込まれることとな
る。このシランガスの他には、ジシラン等の高次シラン
ガスや、水素・アルゴン等との混合ガス等を使用した場
合も同様である。
Particularly, according to the formation of the plasma CVD method or the like, since a silane gas containing hydrogen is used as a reactive gas, hydrogen is inevitably contained in the amorphous silicon film formed by the decomposition reaction. It will be taken in. Other than this silane gas, the same applies to the case where a higher silane gas such as disilane or a mixed gas with hydrogen or argon is used.

【0031】又、スパッタ法による非晶質シリコン膜の
形成にあっては、ターゲットとして固体シリコンを使用
し、そのスパッタ用ガスとしてアルゴン等の不活性ガス
に水素を添加して成膜することによっても同様に膜中に
水素を含有する非晶質シリコン膜を形成することができ
る。
In the formation of an amorphous silicon film by sputtering, solid silicon is used as a target, and hydrogen is added to an inert gas such as argon as a sputtering gas to form the film. Similarly, an amorphous silicon film containing hydrogen can be formed in the film.

【0032】本工程により、この非晶質半導体膜(2)に
含まれる水素が多結晶半導体(1)の粒界(1a)内に拡散す
ることとなり、この結果その粒界(1a)はそれまでの大き
な拡散係数を有するという特質を喪失し、結晶粒(1b)…
における不純物に対する拡散の程度とほぼ同等な性質と
なり後工程での導電型決定不純物拡散の程度が多結晶半
導体全体として均一なものとなる。
According to this step, hydrogen contained in the amorphous semiconductor film (2) diffuses into the grain boundaries (1a) of the polycrystalline semiconductor (1), and as a result, the grain boundaries (1a) are It loses the characteristic of having a large diffusion coefficient up to the crystal grain (1b)…
In this case, the degree of diffusion of the impurity is substantially the same as the degree of diffusion of the impurity, and the degree of diffusion of the impurity for determining the conductivity type in the subsequent process becomes uniform throughout the polycrystalline semiconductor.

【0033】引き続く同図(c)に示す第2工程では、
POCl3ガス(100mg/min質量制御)と酸素ガ
ス(300sccm)、そして窒素ガス(10slm)を混
合したガスを流しつつ熱処理を施すことによりこの多結
晶半導体(1)の表面側には導電型決定不純物であるリン
が拡散されpn接合による半導体接合部が形成される。
図中の(3)は接合界面を示している。因みに、この熱処
理の温度は850℃、処理時間は20分とした。
In the subsequent second step shown in FIG.
A heat treatment is performed while flowing a mixture of POCl 3 gas (100 mg / min mass control), oxygen gas (300 sccm) and nitrogen gas (10 slm) to determine the conductivity type on the surface side of the polycrystalline semiconductor (1). Phosphorus, which is an impurity, is diffused to form a semiconductor junction by a pn junction.
(3) in the figure indicates the bonding interface. Incidentally, the temperature of this heat treatment was 850 ° C., and the treatment time was 20 minutes.

【0034】尚、この工程では多結晶半導体(1)の表面
側はn型半導体(1d)になると同時に、先に形成した非晶
質半導体膜(2)はその熱処理によってn型多結晶半導体
(2a)となる。
In this step, the surface side of the polycrystalline semiconductor (1) becomes an n-type semiconductor (1d), and at the same time, the amorphous semiconductor film (2) formed earlier is subjected to heat treatment.
(2a).

【0035】本工程では、先の工程で粒界(1a)内に水素
を拡散させたことにより従来発生していた導電型決定不
純物、実施例ではリンの粒界(1a)への異常拡散は生じな
い。
In this step, the diffusion of hydrogen into the grain boundary (1a), which was conventionally caused by diffusing hydrogen in the grain boundary (1a) in the previous step, and in this embodiment, the abnormal diffusion of phosphorus into the grain boundary (1a) is suppressed. Does not occur.

【0036】従って、多結晶半導体内に形成される接合
界面(3)は、表面(4)からの深さがほぼ均一なものとな
り、その表面(4)を光入射側としたならば光起電力素子
としての光波長感度特性を安定なものとすることができ
る。
Therefore, the junction interface (3) formed in the polycrystalline semiconductor has a substantially uniform depth from the surface (4). Light wavelength sensitivity characteristics as a power element can be stabilized.

【0037】因みに、本工程による熱処理の影響によ
り、先の工程で導入した水素が放出されてしまわないか
どうかという問題が考えられるが、これは実験結果によ
り問題とならないことを確認している。この理由として
は、水素を拡散するために使用した非晶質半導体(2)自
体が、多結晶半導体(1)からの水素放出をキャップする
が如く抑制させる効果を有しているためと考えられる。
Incidentally, there may be a problem whether the hydrogen introduced in the previous step is released due to the influence of the heat treatment in this step, but it has been confirmed from experimental results that this is not a problem. The reason for this is considered to be that the amorphous semiconductor (2) itself used for diffusing hydrogen has an effect of suppressing hydrogen release from the polycrystalline semiconductor (1) as if to cap it. .

【0038】次に同図(d)に示す第3工程では、多結
晶半導体(1)の裏面にBSF(BackSurface Field)構造
とするためのp+層(5)、そして光入射面側及び裏面側の
集電極(6)…、そして窒化シリコンなどからなる光反射
防止膜(7)を夫々従来周知の形成方法で形成する。
Next, in a third step shown in FIG. 3D, a p + layer (5) for forming a BSF (Back Surface Field) structure on the back surface of the polycrystalline semiconductor (1), and a light incident surface side and a back surface. And a light reflection preventing film (7) made of silicon nitride or the like are formed by a conventionally known forming method.

【0039】図2は、前述した第2工程での熱処理温度
と、これにより形成した光起電力素子の電気的特性との
関係を示す特性図である。この熱処理温度以外の熱処理
条件は、前記実施例と同様としている。同図の縦軸は、
光起電力素子として特性項目で、開放電圧(VOC),短
絡電流(ISC),曲線因子(F.F.),光電変換効率
(%)を夫々示している。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the heat treatment temperature in the above-described second step and the electrical characteristics of the photovoltaic element formed by the heat treatment. The heat treatment conditions other than the heat treatment temperature are the same as in the above embodiment. The vertical axis in FIG.
Open-circuit voltage (V OC ), short-circuit current (I SC ), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (%) are shown as characteristic items of the photovoltaic element.

【0040】同図によれば、熱処理温度が890℃から
930℃へと高温化するにつれて開放電圧が僅かに低下
するが、これはこの高温化によって形成されるn+層の
膜厚が厚くなるため短絡電流が低下しこの影響にを受け
るためである。
According to the figure, as the heat treatment temperature rises from 890 ° C. to 930 ° C., the open-circuit voltage slightly decreases, but this increases the film thickness of the n + layer formed by this increase in temperature. As a result, the short-circuit current is reduced, which is affected by this.

【0041】又、この高温化では曲線因子が向上するこ
とから総合的な評価となる光電変換効率が向上すること
となっている。
At this higher temperature, the fill factor is improved, so that the photoelectric conversion efficiency, which is a comprehensive evaluation, is improved.

【0042】一方850℃から810℃へと低温化する
とこのn+層の膜厚は薄くなるものの半面n+層と下地の
半導体との界面におけるキャリアの表面再結合が増加し
てしまい短絡電流が再び低下の傾向を示す。
On the other hand, when the temperature is lowered from 850 ° C. to 810 ° C., the thickness of the n + layer is reduced, but the surface recombination of carriers at the interface between the half-surface n + layer and the underlying semiconductor increases, resulting in a short-circuit current. It shows a downward trend again.

【0043】その光電変換効率による評価では、この熱
処理温度は810〜930℃の範囲が、好ましくは83
0〜890℃の範囲とするのがよい。
In the evaluation based on the photoelectric conversion efficiency, the heat treatment temperature is in the range of 810 to 930 ° C., preferably 83
The temperature is preferably in the range of 0 to 890 ° C.

【0044】図3は、前記実施例光起電力素子(本発明
品)として、100個のサンプルを形成した場合の光電
変換効率の分布図を示している。同図には、同数の従来
の光起電力素子(従来品)の特性も同時に示している。
この従来の光起電力素子とは、本発明の特徴である水素
を含有する非晶質半導体膜の形成を行わなかったことの
みを異にし、他の形成条件は同一としたものである。
FIG. 3 shows a distribution diagram of the photoelectric conversion efficiency when 100 samples are formed as the photovoltaic device of the embodiment (product of the present invention). The figure also shows the characteristics of the same number of conventional photovoltaic elements (conventional products).
This conventional photovoltaic element is different from the conventional photovoltaic element only in that an amorphous semiconductor film containing hydrogen, which is a feature of the present invention, is not formed, and other forming conditions are the same.

【0045】同図によれば、本発明光起電力素子の殆ど
が、13%の効率を示し、またそのバラツキも12.5
%から13.5%の範囲内に収まっている。これに対し
て、従来例光起電力素子にあっては、本発明光起電力素
子の13%よりも低い12.5%の効率を示す素子の数
が最も多く、又その効率のバラツキの範囲も11.5%
から13.5%と広く分布している。
According to the figure, most of the photovoltaic elements of the present invention show an efficiency of 13%, and the variation is 12.5%.
% Within the range of 13.5%. On the other hand, in the conventional photovoltaic device, the number of devices exhibiting an efficiency of 12.5%, which is lower than 13% of the photovoltaic device of the present invention, is the largest, and the range of variation in the efficiency is large. Also 11.5%
From 13.5%.

【0046】これは、本発明光起電力素子では水素によ
る粒界の処理を行っていることから粒界による影響が殆
どなく、特性のバラツキが少なくなったためである。
This is because, in the photovoltaic element of the present invention, since the grain boundaries are treated with hydrogen, there is almost no influence by the grain boundaries, and variations in characteristics are reduced.

【0047】尚、実施例光起電力素子においては、非晶
質半導体膜(2)を形成させた多結晶半導体の表面(4)を光
入射面としたが、本発明はこれに限られるものではな
く、非晶質半導体膜を形成したその表面と対向する多結
晶半導体の裏面側を光入射面としてもよい。
In the photovoltaic device of the embodiment, the surface (4) of the polycrystalline semiconductor on which the amorphous semiconductor film (2) is formed is the light incident surface, but the present invention is not limited to this. Instead, the back surface side of the polycrystalline semiconductor facing the surface on which the amorphous semiconductor film is formed may be used as the light incident surface.

【0048】又、実施例の第2工程で行った導電型決定
不純物の拡散によるn型半導体(1d)の形成ではそのn型
半導体(1d)を多結晶半導体(1)の内部にまで形成される
程度にまで拡散したが、本発明製造方法はこれに限るも
のではなく、その拡散が非晶質半導体(2)内に留まる程
度の拡散であってもよい。
In the formation of the n-type semiconductor (1d) by the diffusion of the conductivity type determining impurity in the second step of the embodiment, the n-type semiconductor (1d) is formed even inside the polycrystalline semiconductor (1). However, the method of the present invention is not limited to this, and the diffusion may be such that the diffusion stays in the amorphous semiconductor (2).

【0049】斯る場合であっても、拡散によって形成さ
れるn型半導体(1d)は均質な非晶質半導体(2)を母材と
して形成されることとなることから、前記実施例と同様
の平坦な接合界面を形成することが可能となる。
Even in such a case, the n-type semiconductor (1d) formed by diffusion is formed using a homogeneous amorphous semiconductor (2) as a base material. Can form a flat bonding interface.

【0050】加えて、実施例では、光起電力素子の光入
射面側にのみ非晶質半導体膜を形成し、粒界に対する処
理を行ったが、これに加えて裏面側即ちp+層を形成し
た側についても非晶質半導体膜を形成して、その裏面に
ついても同様に粒界に対する処理を行っても良い。
[0050] In addition, in the embodiment, to form an amorphous semiconductor film only on the light incident side of the photovoltaic element, processing was carried out to intergranular, the back surface side, that is p + layer in addition to An amorphous semiconductor film may be formed on the formed side, and the grain boundary may be similarly processed on the back surface.

【0051】実施例では水素を含有した非晶質半導体膜
として非晶質シリコン膜を使用したが、本発明はこの他
に水素を含有した非晶質シリコン窒化膜や、非晶質シリ
コンカーバイド膜等を使用してもよい。
In the embodiment, an amorphous silicon film is used as the hydrogen-containing amorphous semiconductor film. However, the present invention is also applicable to an amorphous silicon nitride film containing hydrogen and an amorphous silicon carbide film. Etc. may be used.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明光起電力素子の製造方法によれ
ば、非晶質半導体膜に含まれる水素によって多結晶半導
体に多数存在する粒界への導電型決定不純物の異常拡散
を抑制できることとなる。
According to the method of manufacturing a photovoltaic element of the present invention, it is possible to suppress the abnormal diffusion of impurities determining the conductivity type into many grain boundaries in a polycrystalline semiconductor due to hydrogen contained in an amorphous semiconductor film. Become.

【0053】そのため粒界と結晶粒の夫々の導電型決定
不純物の拡散の程度がほぼ同等とすることができること
から、斯る拡散で形成される半導体接合部の接合界面を
平坦なものとすることができる。このことは、光入射面
とその接合界面とを容易に平行にでき、それら面間隔が
その界面全域で等距離とし得る。
Since the diffusion of the impurities determining the conductivity type at the grain boundaries and the crystal grains can be made substantially equal, the junction interface of the semiconductor junction formed by such diffusion is made flat. Can be. This makes it possible to easily make the light incident surface and the bonding interface thereof parallel, and the distance between the surfaces can be equal over the entire interface.

【0054】従って、本発明光起電力素子にあっては、
多結晶半導体に含まれる粒界の多少に拘らず光波長感度
特性が安定なものとなる。
Therefore, in the photovoltaic device of the present invention,
Light wavelength sensitivity characteristics are stable regardless of the number of grain boundaries contained in the polycrystalline semiconductor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明光起電力素子の製造方法の工程別素子構
造断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of an element structure in each step of a method for manufacturing a photovoltaic element of the present invention.

【図2】前記光起電力素子の熱処理温度と電気的特性と
の関係を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a heat treatment temperature and electrical characteristics of the photovoltaic device.

【図3】前記光起電力素子の特性分布図である。FIG. 3 is a characteristic distribution diagram of the photovoltaic element.

【図4】従来例光起電力素子を形成する際の熱処理工程
図である。
FIG. 4 is a view showing a heat treatment step when a conventional photovoltaic element is formed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1)…一導電型多結晶半導体 (1a)…粒界 (2)…水素を含有する非晶質半導体膜 (3)…接合界
(1) ... one conductivity type polycrystalline semiconductor (1a) ... grain boundary (2) ... hydrogen-containing amorphous semiconductor film (3) ... junction interface

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−261069(JP,A) 特開 平2−94625(JP,A) 特開 昭55−95375(JP,A) 特表 昭56−501821(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/078 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-26169 (JP, A) JP-A-2-94625 (JP, A) JP-A-55-95375 (JP, A) , A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 31/04-31/078

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 多結晶半導体の表面に、水素を含有する
非晶質半導体膜を被着形成し、次に前記非晶質半導体膜
が形成された前記多結晶半導体を導電型決定不純物を含
有した雰囲気中で熱処理を施すことにより、該導電型決
定不純物を前記非晶質半導体膜の表面側より拡散せしめ
るとともに、前記非晶質半導体膜を多結晶化させること
を特徴とする光起電力素子の製造方法。
An amorphous semiconductor film containing hydrogen is deposited on a surface of a polycrystalline semiconductor, and then the polycrystalline semiconductor on which the amorphous semiconductor film is formed contains impurities for determining conductivity type. A photovoltaic element characterized by diffusing the conductivity-type determining impurities from the surface side of the amorphous semiconductor film and polycrystallizing the amorphous semiconductor film by performing a heat treatment in a heated atmosphere. Manufacturing method.
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