JP3223102B2 - 太陽電池セルおよびその製造方法 - Google Patents
太陽電池セルおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶系シリコン太
陽電池セル（人工衛星の電源として好ましく使用され得
る宇宙用太陽電池セルを含む）およびその製造方法の改
善に関するものである。
陽電池セル（人工衛星の電源として好ましく使用され得
る宇宙用太陽電池セルを含む）およびその製造方法の改
善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】宇宙用と地上用を問わず太陽電池セルの
材料として、結晶系（単結晶と多結晶を含む）シリコン
は、比較的安価でありかつ高い信頼性をも有するので、
実使用の実績の点でＧａＡｓ等の他の材料をはるかに凌
駕している。
材料として、結晶系（単結晶と多結晶を含む）シリコン
は、比較的安価でありかつ高い信頼性をも有するので、
実使用の実績の点でＧａＡｓ等の他の材料をはるかに凌
駕している。
【０００３】図７（Ａ）は従来の単結晶シリコン太陽電
池セルの一例を概略的な断面図で示しており、図７
（Ｂ）はそれに対応するエネルギバンド図であり、Ｅｖ
とＥｃはそれぞれ価電子帯の上限と導電帯の下限を表わ
している。図７（Ａ）のセルにおいては、光Ｌを受ける
ｐ- 型の単結晶シリコン基板１の前面側にｎ+ 型拡散層
２が形成され、背面側にｐ+ 型拡散層３が形成されてい
る。
池セルの一例を概略的な断面図で示しており、図７
（Ｂ）はそれに対応するエネルギバンド図であり、Ｅｖ
とＥｃはそれぞれ価電子帯の上限と導電帯の下限を表わ
している。図７（Ａ）のセルにおいては、光Ｌを受ける
ｐ- 型の単結晶シリコン基板１の前面側にｎ+ 型拡散層
２が形成され、背面側にｐ+ 型拡散層３が形成されてい
る。
【０００４】図７（Ａ）の太陽電池セルは、次のような
プロセスによって製造され得る。たとえば、３０〜５０
０μｍの厚さと１×１０15ｃｍ-3程度のボロン濃度を有
するｐ- 型の単結晶Ｓｉ基板１が用意される。そして、
基板１の背面に約１×１０17ｃｍ-3以上の高濃度のボロ
ンを含むｐ+ 型拡散層３が形成される。ｐ+ 型拡散層３
の形成においては、基板１の前面をシリコン酸化膜など
のマスク材料で覆い、その基板１はＢＢｒ3 ガスと酸素
が混合された雰囲気中で５００〜１２００℃の温度に加
熱される。これによって、基板１全体を覆うように高濃
度のボロンを含んだ酸化物が形成され、基板１のマスク
されていない背面のみを介して基板内へ高濃度のボロン
が固相拡散される。その後、基板１上の酸化物やマスク
材料を除去した後に、基板１の前面側に約１×１０18ｃ
ｍ-3以上の高濃度のリンを含むｎ + 型拡散層２が形成さ
れる。ｎ+ 型拡散層２の形成においては、基板１の背面
をマスク材料で覆い、その基板１はＰＯＣｌ3 ガスと酸
素が混合された雰囲気中で５００〜１２００℃の温度に
加熱される。これによって、基板１全体を覆うように高
濃度のリンを含む酸化物が形成され、基板１のマスクさ
れていない前面のみを介して基板内へ高濃度のリンが固
相拡散される。最後に、酸化物やマスク材料を除去した
後に、基板１の前面上にはＡｇ，ＰｄおよびＴｉ等から
なる前面電極（図示せず）を櫛型形状に形成して、背面
上にはＡｇ，Ｐｄ，ＴｉまたはＡｌ等からなる背面電極
（図示せず）を形成し、これによってｐ−ｎジャンクシ
ョン型の単結晶シリコン太陽電池セルが完成する。
プロセスによって製造され得る。たとえば、３０〜５０
０μｍの厚さと１×１０15ｃｍ-3程度のボロン濃度を有
するｐ- 型の単結晶Ｓｉ基板１が用意される。そして、
基板１の背面に約１×１０17ｃｍ-3以上の高濃度のボロ
ンを含むｐ+ 型拡散層３が形成される。ｐ+ 型拡散層３
の形成においては、基板１の前面をシリコン酸化膜など
のマスク材料で覆い、その基板１はＢＢｒ3 ガスと酸素
が混合された雰囲気中で５００〜１２００℃の温度に加
熱される。これによって、基板１全体を覆うように高濃
度のボロンを含んだ酸化物が形成され、基板１のマスク
されていない背面のみを介して基板内へ高濃度のボロン
が固相拡散される。その後、基板１上の酸化物やマスク
材料を除去した後に、基板１の前面側に約１×１０18ｃ
ｍ-3以上の高濃度のリンを含むｎ + 型拡散層２が形成さ
れる。ｎ+ 型拡散層２の形成においては、基板１の背面
をマスク材料で覆い、その基板１はＰＯＣｌ3 ガスと酸
素が混合された雰囲気中で５００〜１２００℃の温度に
加熱される。これによって、基板１全体を覆うように高
濃度のリンを含む酸化物が形成され、基板１のマスクさ
れていない前面のみを介して基板内へ高濃度のリンが固
相拡散される。最後に、酸化物やマスク材料を除去した
後に、基板１の前面上にはＡｇ，ＰｄおよびＴｉ等から
なる前面電極（図示せず）を櫛型形状に形成して、背面
上にはＡｇ，Ｐｄ，ＴｉまたはＡｌ等からなる背面電極
（図示せず）を形成し、これによってｐ−ｎジャンクシ
ョン型の単結晶シリコン太陽電池セルが完成する。
【０００５】このように、一般的な結晶系太陽電池セル
の構造においては、ｐ- 型基板１の前面側にｎ+ 型拡散
層２を設けてｐ−ｎジャンクションを形成し、背面側に
ｐ-基板１とｐ+ 型拡散層３との間に不純物の濃淡ジャ
ンクションを設けることによって、図７（Ｂ）に示され
ているように基板１の前面から背面へのポテンシャルの
勾配が形成される。なお、このようなセルにおいて、ｐ
型とｎ型の導電型を逆にすることもできる。
の構造においては、ｐ- 型基板１の前面側にｎ+ 型拡散
層２を設けてｐ−ｎジャンクションを形成し、背面側に
ｐ-基板１とｐ+ 型拡散層３との間に不純物の濃淡ジャ
ンクションを設けることによって、図７（Ｂ）に示され
ているように基板１の前面から背面へのポテンシャルの
勾配が形成される。なお、このようなセルにおいて、ｐ
型とｎ型の導電型を逆にすることもできる。
【０００６】他方、アモルファス系の太陽電池セルにお
いては、ＣＶＤ技術の発達によって、希望する組成と厚
さを有する半導体薄膜を順次堆積してセルを形成するこ
とが可能である。一般的には、ガラスなどの基板上に、
リンを含んだｎ型アモルファスシリコン薄膜、不純物を
含まないｉ型アモルファスシリコン薄膜およびボロンを
含んだｐ型アモルファスシリコン薄膜を順次堆積するこ
とによって、受光前面から背面へのポテンシャルの勾配
を有する構造のセルがよく用いられる。
いては、ＣＶＤ技術の発達によって、希望する組成と厚
さを有する半導体薄膜を順次堆積してセルを形成するこ
とが可能である。一般的には、ガラスなどの基板上に、
リンを含んだｎ型アモルファスシリコン薄膜、不純物を
含まないｉ型アモルファスシリコン薄膜およびボロンを
含んだｐ型アモルファスシリコン薄膜を順次堆積するこ
とによって、受光前面から背面へのポテンシャルの勾配
を有する構造のセルがよく用いられる。
【０００７】さらに、不純物によって生ぜられるポテン
シャルの勾配を含む構造とともに、異なったバンドギャ
ップを有する２種類以上の半導体材料を重ねて堆積した
積層を含む構造によって、異なる光の波長に適合した効
率のよい光電変換を行ない得る太陽電池セルが知られて
いる。ヘテロ接合型と呼ばれるこの構造は、太陽電池セ
ル基板の半導体材料が有するバンドギャップより小さな
エネルギ（長い波長に対応）の光は光電変換できないと
いう事実と、そのバンドギャップが大きいほど光電変換
で得ることができる電圧が高くなるという現象を考慮し
たものである。すなわち、ヘテロ接合型太陽電池セル
は、光のエネルギ（波長に依存）に合わせてバンドギャ
ップの異なる複数の半導体層を設けることによって、効
率の良い光電変換を得ようとするものである。しかしな
がら、従来のヘテロ接合型セルは、積層間の格子定数や
熱膨張係数の不一致から生じる問題を含む場合が多く、
単結晶太陽電池セルへのヘテロ接合の応用例は少ない。
シャルの勾配を含む構造とともに、異なったバンドギャ
ップを有する２種類以上の半導体材料を重ねて堆積した
積層を含む構造によって、異なる光の波長に適合した効
率のよい光電変換を行ない得る太陽電池セルが知られて
いる。ヘテロ接合型と呼ばれるこの構造は、太陽電池セ
ル基板の半導体材料が有するバンドギャップより小さな
エネルギ（長い波長に対応）の光は光電変換できないと
いう事実と、そのバンドギャップが大きいほど光電変換
で得ることができる電圧が高くなるという現象を考慮し
たものである。すなわち、ヘテロ接合型太陽電池セル
は、光のエネルギ（波長に依存）に合わせてバンドギャ
ップの異なる複数の半導体層を設けることによって、効
率の良い光電変換を得ようとするものである。しかしな
がら、従来のヘテロ接合型セルは、積層間の格子定数や
熱膨張係数の不一致から生じる問題を含む場合が多く、
単結晶太陽電池セルへのヘテロ接合の応用例は少ない。
【０００８】このようなヘテロ接合技術に類似した技術
が、たとえば特開昭６４−７１１８２に開示されてい
る。この文献によるアモルファスシリコン薄膜太陽電池
セルにおいては、堆積されるｐ−ｉ−ｎの積層のｉ層中
にゲルマニウムを含む（Ｓｉ−Ｇｅ合金）層を他の層と
同様にＣＶＤで堆積することによってｉ層中に他の部分
と比べてバンドキャップの狭い部分をつくり、それによ
って光電変換の効率を改善しようとしている。
が、たとえば特開昭６４−７１１８２に開示されてい
る。この文献によるアモルファスシリコン薄膜太陽電池
セルにおいては、堆積されるｐ−ｉ−ｎの積層のｉ層中
にゲルマニウムを含む（Ｓｉ−Ｇｅ合金）層を他の層と
同様にＣＶＤで堆積することによってｉ層中に他の部分
と比べてバンドキャップの狭い部分をつくり、それによ
って光電変換の効率を改善しようとしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】エネルギ密度の低い太
陽光を電力に変えることを目的とする太陽電池セルにと
って、その光電変換効率の改善は絶えずつきまとう課題
である。これについて、入射エネルギの有効利用という
観点からみれば、太陽光のうちの比較的短い波長の光は
太陽電池セルの受光前面近傍でそのほとんどが光電変換
されるのであるが、長波長の光は利用されずに損失して
しまうという問題を抱えている。
陽光を電力に変えることを目的とする太陽電池セルにと
って、その光電変換効率の改善は絶えずつきまとう課題
である。これについて、入射エネルギの有効利用という
観点からみれば、太陽光のうちの比較的短い波長の光は
太陽電池セルの受光前面近傍でそのほとんどが光電変換
されるのであるが、長波長の光は利用されずに損失して
しまうという問題を抱えている。
【００１０】この問題を克服して長波長側の光を利用す
るための１つの方策として、太陽電池セルの内部で基板
のバンドギャップを変化させて、長波長側のエネルギの
低い光でも光電変換できるような構造を形成することが
考えられる。
るための１つの方策として、太陽電池セルの内部で基板
のバンドギャップを変化させて、長波長側のエネルギの
低い光でも光電変換できるような構造を形成することが
考えられる。
【００１１】しかしながら、一般に、単結晶Ｓｉ基板内
部のバンドギャップを変化させることは難しい。なぜな
らば、均一な物性を有する単結晶中のバンドギャップ
は、本来どこでも均一なはずだからである。また、他の
半導体材料との重ね合わせを考えても、先に述べたよう
に、積層間で格子定数や熱膨張係数などについて良好な
整合性を得ることが容易でない。
部のバンドギャップを変化させることは難しい。なぜな
らば、均一な物性を有する単結晶中のバンドギャップ
は、本来どこでも均一なはずだからである。また、他の
半導体材料との重ね合わせを考えても、先に述べたよう
に、積層間で格子定数や熱膨張係数などについて良好な
整合性を得ることが容易でない。
【００１２】他方、物性定数を厚さ方向に比較的自由に
変化させ得るアモルファスシリコンや多結晶シリコンの
膜においては、エネルギバンドギャップ内のローカルエ
ネルギ準位やグレインバウンダリーのように少数キャリ
アの再結合の核となる要素が多く存在し、太陽電池セル
の変換効率を大きく左右するキャリアの拡散長は単結晶
の場合に比べて短い。したがって、アモルファスシリコ
ンや多結晶シリコンを利用した太陽電池セルは、特別の
工夫なしには高効率を期待することができない。
変化させ得るアモルファスシリコンや多結晶シリコンの
膜においては、エネルギバンドギャップ内のローカルエ
ネルギ準位やグレインバウンダリーのように少数キャリ
アの再結合の核となる要素が多く存在し、太陽電池セル
の変換効率を大きく左右するキャリアの拡散長は単結晶
の場合に比べて短い。したがって、アモルファスシリコ
ンや多結晶シリコンを利用した太陽電池セルは、特別の
工夫なしには高効率を期待することができない。
【００１３】上述の特開昭６４−７１１８２も、アモル
ファス太陽電池セルの変換効率改善の試みである。しか
し、アモルファスシリコンはその材料自体のもつ能力が
前述のように十分高くなく、この単純なｐ−ｉ−ｎ積層
構造にＧｅを含む層を加えただけでは単結晶セルを超え
る効率を得ることは難しい。より具体的には、たとえば
ｉ層内にバンドギャップの小さなＧｅ層を挿入した場
合、受光前面側の薄いｐ層で吸収されなかった短い波長
の光もそのｉ層中のＧｅ層で光電変換されてしまい、エ
ネルギの高い光を効率的に利用できない。すなわち、入
射する光の多くをｉ層中のＧｅ層で捉えれば、全層をＧ
ｅで形成した太陽電池セルとそれほど変わらない効率し
か得られない。これは、ＧｅのバンドギャップがＳｉの
それよりも小さいので得られる効率も低いということを
意味する。
ファス太陽電池セルの変換効率改善の試みである。しか
し、アモルファスシリコンはその材料自体のもつ能力が
前述のように十分高くなく、この単純なｐ−ｉ−ｎ積層
構造にＧｅを含む層を加えただけでは単結晶セルを超え
る効率を得ることは難しい。より具体的には、たとえば
ｉ層内にバンドギャップの小さなＧｅ層を挿入した場
合、受光前面側の薄いｐ層で吸収されなかった短い波長
の光もそのｉ層中のＧｅ層で光電変換されてしまい、エ
ネルギの高い光を効率的に利用できない。すなわち、入
射する光の多くをｉ層中のＧｅ層で捉えれば、全層をＧ
ｅで形成した太陽電池セルとそれほど変わらない効率し
か得られない。これは、ＧｅのバンドギャップがＳｉの
それよりも小さいので得られる効率も低いということを
意味する。
【００１４】以上のような先行技術の課題に鑑み、本発
明は、高い出力電圧を得ることができかつ長波長側の光
の光電変換をも可能にして大きな出力電流をも得ること
ができる高効率の太陽電池セルを提供することを目的と
している。
明は、高い出力電圧を得ることができかつ長波長側の光
の光電変換をも可能にして大きな出力電流をも得ること
ができる高効率の太陽電池セルを提供することを目的と
している。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
る太陽電池セルは、第１導電型の単結晶Ｓｉ基板と、そ
の基板の第１主面側に形成された第２導電型の第２の拡
散層と、基板の第２の主面側に形成されていて基板の不
純物濃度より高い濃度を有する第１導電型の第２の拡散
層と、この第２の拡散層上に形成されていてＳｉのエネ
ルギバンドギャップより狭いバンドギャップを有しかつ
基板の不純物濃度より高い濃度を有する第１導電型の半
導体層とを含むことを特徴としている。
る太陽電池セルは、第１導電型の単結晶Ｓｉ基板と、そ
の基板の第１主面側に形成された第２導電型の第２の拡
散層と、基板の第２の主面側に形成されていて基板の不
純物濃度より高い濃度を有する第１導電型の第２の拡散
層と、この第２の拡散層上に形成されていてＳｉのエネ
ルギバンドギャップより狭いバンドギャップを有しかつ
基板の不純物濃度より高い濃度を有する第１導電型の半
導体層とを含むことを特徴としている。
【００１６】このような太陽電池セルにおいては、たと
えばｐ- 型のＳｉ基板の背面側のｐ + 型の導電層中にＳ
ｉ−Ｇｅ合金またはＧｅのようにＳｉより狭いバンドギ
ャップを有する半導体層が設けられ、基板の受光面側に
はｎ+ 型の薄いＳｉ拡散層が設けられる。したがって、
高いエネルギを有する短波長の光は受光前面側のｎ+型
の薄いＳｉ拡散層や比較的厚いｐ- 型Ｓｉ基板によって
十分に光電変換され、Ｓｉのバンドギャップでは光電変
換されなかった長波長の光が狭いバンドギャップを有す
る背面のＳｉ−Ｇｅ合金層またはＧｅ層で光電変換され
得る。
えばｐ- 型のＳｉ基板の背面側のｐ + 型の導電層中にＳ
ｉ−Ｇｅ合金またはＧｅのようにＳｉより狭いバンドギ
ャップを有する半導体層が設けられ、基板の受光面側に
はｎ+ 型の薄いＳｉ拡散層が設けられる。したがって、
高いエネルギを有する短波長の光は受光前面側のｎ+型
の薄いＳｉ拡散層や比較的厚いｐ- 型Ｓｉ基板によって
十分に光電変換され、Ｓｉのバンドギャップでは光電変
換されなかった長波長の光が狭いバンドギャップを有す
る背面のＳｉ−Ｇｅ合金層またはＧｅ層で光電変換され
得る。
【００１７】理想的なＳｉのバンドギャップは１．１２
ｅＶであり、Ｇｅのバンドギャップは０．６６ｅＶであ
る。したがって、Ｓｉのバンドギャップは約１．１１μ
ｍの光の波長に対応し、Ｇｅのバンドギャップは約１．
８８μｍの光の波長に対応する。これらの光の波長は、
それぞれ理想的な状態でＳｉおよびＧｅによって光電変
換され得る光の最も長い波長を意味する。このことか
ら、本発明による太陽電池セルは広い波長範囲にわたっ
て光電変換し得ることが理解されよう。
ｅＶであり、Ｇｅのバンドギャップは０．６６ｅＶであ
る。したがって、Ｓｉのバンドギャップは約１．１１μ
ｍの光の波長に対応し、Ｇｅのバンドギャップは約１．
８８μｍの光の波長に対応する。これらの光の波長は、
それぞれ理想的な状態でＳｉおよびＧｅによって光電変
換され得る光の最も長い波長を意味する。このことか
ら、本発明による太陽電池セルは広い波長範囲にわたっ
て光電変換し得ることが理解されよう。
【００１８】本発明の他の態様による太陽電池セルの製
造方法においては、単結晶Ｓｉ基板を用意し、その基板
の受光前面となるべき第１主面に対向する第２主面側に
Ｇｅイオンを注入することによってＳｉ−Ｇｅ合金層を
形成し、このＳｉ−Ｇｅ合金層の上にさらに第２のＳｉ
−Ｇｅ合金層またはＧｅ層を堆積する工程を含むことを
特徴としている。この太陽電池セルの製造方法において
は、Ｇｅのイオン注入によってＳｉ−Ｇｅ合金層が形成
される工程が含まれるので、基板におけるＳｉ領域とＳ
ｉ−Ｇｅ合金層領域との界面近傍における格子定数や熱
膨張係数の急激な変化が緩和される。
造方法においては、単結晶Ｓｉ基板を用意し、その基板
の受光前面となるべき第１主面に対向する第２主面側に
Ｇｅイオンを注入することによってＳｉ−Ｇｅ合金層を
形成し、このＳｉ−Ｇｅ合金層の上にさらに第２のＳｉ
−Ｇｅ合金層またはＧｅ層を堆積する工程を含むことを
特徴としている。この太陽電池セルの製造方法において
は、Ｇｅのイオン注入によってＳｉ−Ｇｅ合金層が形成
される工程が含まれるので、基板におけるＳｉ領域とＳ
ｉ−Ｇｅ合金層領域との界面近傍における格子定数や熱
膨張係数の急激な変化が緩和される。
【００１９】本発明のさらに他の態様による太陽電池セ
ルは、第１導電型の単結晶Ｓｉ基板と、その基板の第１
主面側に形成された第２導電型の拡散層と、基板の第２
主面側に形成されたＳｉ1-xＧｅx（０＜ｘ≦１）合金層
と、Ｓｉ基板とＳｉ1-xＧｅx合金層との界面に沿って少
なくとも部分的領域に形成された中間半導体層とを含
み、その中間半導体層はＳｉの屈折率より小さな屈折率
を有しかつＳｉ1-xＧｅx合金層のエネルギバンドギャッ
プより大きなバンドギャップを有することを特徴として
いる。
ルは、第１導電型の単結晶Ｓｉ基板と、その基板の第１
主面側に形成された第２導電型の拡散層と、基板の第２
主面側に形成されたＳｉ1-xＧｅx（０＜ｘ≦１）合金層
と、Ｓｉ基板とＳｉ1-xＧｅx合金層との界面に沿って少
なくとも部分的領域に形成された中間半導体層とを含
み、その中間半導体層はＳｉの屈折率より小さな屈折率
を有しかつＳｉ1-xＧｅx合金層のエネルギバンドギャッ
プより大きなバンドギャップを有することを特徴として
いる。
【００２０】この態様による太陽電池セルにおいては、
中間半導体層がＳｉの屈折率とＧｅの屈折率との中間の
屈折率を有するので、Ｓｉ基板で吸収されなかった光を
Ｓｉ基板内へ反射し返す傾向にあり、一度の通過では吸
収しきれなかった光を再度Ｓｉ基板に導くことでＳｉ基
板内での吸収を高めることが可能になる。また、中間半
導体層で反射されずにＳｉ1-x Ｇｅx 合金層内へ透過す
る光については、中間半導体層がＳｉのバンドギャップ
より大きなバンドギャップを有するので、その中間半導
体層で吸収されることがなく、Ｓｉ1-x Ｇｅx 合金層内
で吸収されることを可能にする。したがって、この太陽
電池セルにおいてはＳｉ基板が薄くても十分な光電変換
効率を得ることができ、宇宙用の軽い太陽電池セルとし
て好ましく用いられ得る。
中間半導体層がＳｉの屈折率とＧｅの屈折率との中間の
屈折率を有するので、Ｓｉ基板で吸収されなかった光を
Ｓｉ基板内へ反射し返す傾向にあり、一度の通過では吸
収しきれなかった光を再度Ｓｉ基板に導くことでＳｉ基
板内での吸収を高めることが可能になる。また、中間半
導体層で反射されずにＳｉ1-x Ｇｅx 合金層内へ透過す
る光については、中間半導体層がＳｉのバンドギャップ
より大きなバンドギャップを有するので、その中間半導
体層で吸収されることがなく、Ｓｉ1-x Ｇｅx 合金層内
で吸収されることを可能にする。したがって、この太陽
電池セルにおいてはＳｉ基板が薄くても十分な光電変換
効率を得ることができ、宇宙用の軽い太陽電池セルとし
て好ましく用いられ得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態においては、
単結晶Ｓｉ基板を用い、その基板の背面のたとえばｐ+
型層の内部にＳｉより狭いバンドギャップを有するＧｅ
層またはＳｉ−Ｇｅ合金層が形成される。Ｇｅは、Ｓｉ
と同じ結晶構造を有し、Ｓｉと全率固溶型の合金を形成
し得る。Ｓｉ基板の受光前面側近傍のｐ−ｎジャンクシ
ョンは従来の太陽電池セルにおけるものと同様である
が、背面近傍のジャンクションは、ｐ+ 型Ｇｅ層もしく
はＳｉ−Ｇｅ合金層とｐ+ 型Ｓｉ拡散層との間、または
ｐ + 型Ｇｅ層もしくはＳｉ−Ｇｅ合金層とｐ- 型Ｓｉ基
板との間に形成される。
単結晶Ｓｉ基板を用い、その基板の背面のたとえばｐ+
型層の内部にＳｉより狭いバンドギャップを有するＧｅ
層またはＳｉ−Ｇｅ合金層が形成される。Ｇｅは、Ｓｉ
と同じ結晶構造を有し、Ｓｉと全率固溶型の合金を形成
し得る。Ｓｉ基板の受光前面側近傍のｐ−ｎジャンクシ
ョンは従来の太陽電池セルにおけるものと同様である
が、背面近傍のジャンクションは、ｐ+ 型Ｇｅ層もしく
はＳｉ−Ｇｅ合金層とｐ+ 型Ｓｉ拡散層との間、または
ｐ + 型Ｇｅ層もしくはＳｉ−Ｇｅ合金層とｐ- 型Ｓｉ基
板との間に形成される。
【００２２】これによって、薄い受光前面側拡散層内や
比較的厚い基板層内で短い波長を有する高エネルギの光
がＳｉによって十分に光電変換され、Ｓｉのバンドギャ
ップでは光電変換されない残りの長波長の光が背面側の
ｐ+ 拡散層に到達したときに、バンドギャップの狭いＧ
ｅ層またはＳｉ−Ｇｅ合金層によって光電変換される。
比較的厚い基板層内で短い波長を有する高エネルギの光
がＳｉによって十分に光電変換され、Ｓｉのバンドギャ
ップでは光電変換されない残りの長波長の光が背面側の
ｐ+ 拡散層に到達したときに、バンドギャップの狭いＧ
ｅ層またはＳｉ−Ｇｅ合金層によって光電変換される。
【００２３】本発明においては、背面側のｐ+ 拡散層内
に狭いバンドギャップを有するＧｅ層またはＳｉ−Ｇｅ
層を形成する方法としては、特定のものに限定されるこ
とはなく、たとえばＣＶＤ法，固相成長法，ＭＢＥ（モ
レキュラービームエピタキシ）法などを用いることがで
きる。しかし、イオン注入によってＳｉ基板内にＧｅイ
オンを注入してＳｉ−Ｇｅ合金を形成する方法と、イオ
ン注入によって形成されたＳｉ−Ｇｅ合金を下地にして
さらにＳｉ−Ｇｅ合金やＧｅを堆積する方法がより本発
明に適しているので、この方法についてより具体的に説
明する。
に狭いバンドギャップを有するＧｅ層またはＳｉ−Ｇｅ
層を形成する方法としては、特定のものに限定されるこ
とはなく、たとえばＣＶＤ法，固相成長法，ＭＢＥ（モ
レキュラービームエピタキシ）法などを用いることがで
きる。しかし、イオン注入によってＳｉ基板内にＧｅイ
オンを注入してＳｉ−Ｇｅ合金を形成する方法と、イオ
ン注入によって形成されたＳｉ−Ｇｅ合金を下地にして
さらにＳｉ−Ｇｅ合金やＧｅを堆積する方法がより本発
明に適しているので、この方法についてより具体的に説
明する。
【００２４】図１（Ａ）は本発明の実施の形態の一例に
よる太陽電池セルの概略的な断面図を示しており、図１
（Ｂ）はこのセルに対応したエネルギバンド構造を概略
的に示している。図１（Ａ）のセルにおいては、ｐ- 型
Ｓｉ基板１の受光前面側にｎ + 型Ｓｉ拡散層２が形成さ
れている。基板１の背面側にはｐ+ 型Ｓｉ拡散層３とｐ
+ 型Ｓｉ−Ｇｅ合金層４が形成され、これらの層３と４
の間には背面のジャンクション５が形成されている。Ｓ
ｉのバンドギャップは約１．１ｅＶであり、Ｓｉ−Ｇｅ
合金層のバンドギャップは約０．７ｅＶである。
よる太陽電池セルの概略的な断面図を示しており、図１
（Ｂ）はこのセルに対応したエネルギバンド構造を概略
的に示している。図１（Ａ）のセルにおいては、ｐ- 型
Ｓｉ基板１の受光前面側にｎ + 型Ｓｉ拡散層２が形成さ
れている。基板１の背面側にはｐ+ 型Ｓｉ拡散層３とｐ
+ 型Ｓｉ−Ｇｅ合金層４が形成され、これらの層３と４
の間には背面のジャンクション５が形成されている。Ｓ
ｉのバンドギャップは約１．１ｅＶであり、Ｓｉ−Ｇｅ
合金層のバンドギャップは約０．７ｅＶである。
【００２５】本発明の重要な特徴であるＳｉ−Ｇｅ層を
イオン注入によって形成した場合、単結晶ＳｉからＳｉ
−Ｇｅ合金への遷移は他の膜を堆積する場合に比べて徐
々に生じ、格子のミスマッチが緩和され得る。また、こ
のイオン注入によって形成されたＳｉ−Ｇｅ層上にさら
に他の方法でＳｉ−Ｇｅ合金やＧｅを堆積した場合も同
様の効果が得られ、単結晶Ｓｉ面上に直接他の膜を堆積
する場合よりも欠陥密度の少ない良好な界面が得られ
る。
イオン注入によって形成した場合、単結晶ＳｉからＳｉ
−Ｇｅ合金への遷移は他の膜を堆積する場合に比べて徐
々に生じ、格子のミスマッチが緩和され得る。また、こ
のイオン注入によって形成されたＳｉ−Ｇｅ層上にさら
に他の方法でＳｉ−Ｇｅ合金やＧｅを堆積した場合も同
様の効果が得られ、単結晶Ｓｉ面上に直接他の膜を堆積
する場合よりも欠陥密度の少ない良好な界面が得られ
る。
【００２６】図１の太陽電池セルの第１の製造方法の例
は、イオン注入によるＳｉ−Ｇｅ合金層の製造工程を含
んでいる。
は、イオン注入によるＳｉ−Ｇｅ合金層の製造工程を含
んでいる。
【００２７】たとえば、厚さが３０〜５００μｍでボロ
ン濃度が１×１０15ｃｍ-3程度のｐ - 型単結晶Ｓｉ基板
１が用意される。その基板１の背面に、Ｇｅがイオン注
入される。Ｇｅのイオン注入条件は、たとえば１０〜２
００ｋｅＶの範囲内で望ましくは５０ｋｅＶの注入エネ
ルギと１×１０15〜１×１０18ｃｍ-2の範囲内で望まし
くは１×１０16ｃｍ-2の注入量が用いられる。イオン注
入された基板１は５００〜９００℃の範囲内で望ましく
は８００℃の温度で１２０分程度アニールされ、これに
よって基板１の活性化が行なわれる。このようにして、
基板１の背面にＳｉ−Ｇｅ合金層４が形成される。
ン濃度が１×１０15ｃｍ-3程度のｐ - 型単結晶Ｓｉ基板
１が用意される。その基板１の背面に、Ｇｅがイオン注
入される。Ｇｅのイオン注入条件は、たとえば１０〜２
００ｋｅＶの範囲内で望ましくは５０ｋｅＶの注入エネ
ルギと１×１０15〜１×１０18ｃｍ-2の範囲内で望まし
くは１×１０16ｃｍ-2の注入量が用いられる。イオン注
入された基板１は５００〜９００℃の範囲内で望ましく
は８００℃の温度で１２０分程度アニールされ、これに
よって基板１の活性化が行なわれる。このようにして、
基板１の背面にＳｉ−Ｇｅ合金層４が形成される。
【００２８】次に、基板１の背面に１×１０17ｃｍ-3以
上の高濃度のｐ+ 型拡散層が形成される。その形成方法
においては、基板１の前面をシリコン酸化物などのマス
ク材料によって覆い、その基板１はＢＢｒ3 ガスと酸素
が混合された雰囲気中で５００〜１２００℃の温度に加
熱される。これによって、基板１全体を覆うように高濃
度のボロンを含んだ酸化物が形成され、基板１のマスク
されていない背面側からだけ高濃度のボロンが固相拡散
される。その結果、シリコン基板１の背面にｐ + 型拡散
層３が形成されるとともに、Ｓｉ−Ｇｅ合金層４がｐ+
型になる。
上の高濃度のｐ+ 型拡散層が形成される。その形成方法
においては、基板１の前面をシリコン酸化物などのマス
ク材料によって覆い、その基板１はＢＢｒ3 ガスと酸素
が混合された雰囲気中で５００〜１２００℃の温度に加
熱される。これによって、基板１全体を覆うように高濃
度のボロンを含んだ酸化物が形成され、基板１のマスク
されていない背面側からだけ高濃度のボロンが固相拡散
される。その結果、シリコン基板１の背面にｐ + 型拡散
層３が形成されるとともに、Ｓｉ−Ｇｅ合金層４がｐ+
型になる。
【００２９】その後、基板１上の酸化物やマスク材料を
除去した後に、前面側に１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度
のｎ+ 型拡散層２が形成される。このｎ+ 型拡散層２の
形成においては、基板１の背面をマスク材料で覆った後
に、その基板１はＰＯＣｌ3ガスと酸素が混合された雰
囲気中で５００〜１２００℃の温度に加熱される。これ
によって、基板１全体を覆うように高濃度のリンを含ん
だ酸化物が形成され、基板１のマスクされていない前面
側にだけ高濃度のリンが固相拡散される。
除去した後に、前面側に１×１０18ｃｍ-3以上の高濃度
のｎ+ 型拡散層２が形成される。このｎ+ 型拡散層２の
形成においては、基板１の背面をマスク材料で覆った後
に、その基板１はＰＯＣｌ3ガスと酸素が混合された雰
囲気中で５００〜１２００℃の温度に加熱される。これ
によって、基板１全体を覆うように高濃度のリンを含ん
だ酸化物が形成され、基板１のマスクされていない前面
側にだけ高濃度のリンが固相拡散される。
【００３０】こうして、Ｓｉ基板１の受光面である前面
側のｎ+ 型拡散層２と背面側のｐ+型拡散層３が形成さ
れるとともに、その背面側のｐ+ 型導電層内にＳｉ−Ｇ
ｅ合金層４が形成される。そして、ｐ+ 型Ｓｉ拡散層３
とｐ+ 型Ｓｉ−Ｇｅ合金層４との間に背面ジャンクショ
ン５が形成される。
側のｎ+ 型拡散層２と背面側のｐ+型拡散層３が形成さ
れるとともに、その背面側のｐ+ 型導電層内にＳｉ−Ｇ
ｅ合金層４が形成される。そして、ｐ+ 型Ｓｉ拡散層３
とｐ+ 型Ｓｉ−Ｇｅ合金層４との間に背面ジャンクショ
ン５が形成される。
【００３１】図１のセルの第２の製造方法の例は、ＣＶ
ＤによるＳｉ−Ｇｅ合金層の製造工程を含んでいる。
ＤによるＳｉ−Ｇｅ合金層の製造工程を含んでいる。
【００３２】この第２の製造方法においては、まず第１
の製造方法の場合と同様に、３０〜５００μｍの厚さと
１×１０15ｃｍ-3程度のボロン濃度を有するｐ- 型単結
晶Ｓｉ基板１が用意される。その基板１の背面上にＣＶ
Ｄを用いてＳｉ−Ｇｅ合金層４が形成される。Ｓｉ−Ｇ
ｅ合金層４の堆積条件としては、たとえば、十分に排気
した真空チャンバ内で基板１を約３００℃に加熱し、Ｇ
ｅＨ4 ガスとＳｉＨ4ガスを５対１の混合比でそのチャ
ンバ内に導入することによって圧力が５００ｍＴｏｒｒ
に保たれる。そして、チャンバ内に３００Ｗのパワーで
高周波を印加してプラズマを発生させることによって、
基板１上にＳｉ−Ｇｅ合金のアモルファス層が形成され
る。その後、基板１を約８００℃で１２０分程度アニー
ルし、堆積されたＳｉ−Ｇｅ層の結晶化が行なわれる。
こうして、基板１の背面上に結晶化されたＳｉ−Ｇｅ合
金層４が形成される。
の製造方法の場合と同様に、３０〜５００μｍの厚さと
１×１０15ｃｍ-3程度のボロン濃度を有するｐ- 型単結
晶Ｓｉ基板１が用意される。その基板１の背面上にＣＶ
Ｄを用いてＳｉ−Ｇｅ合金層４が形成される。Ｓｉ−Ｇ
ｅ合金層４の堆積条件としては、たとえば、十分に排気
した真空チャンバ内で基板１を約３００℃に加熱し、Ｇ
ｅＨ4 ガスとＳｉＨ4ガスを５対１の混合比でそのチャ
ンバ内に導入することによって圧力が５００ｍＴｏｒｒ
に保たれる。そして、チャンバ内に３００Ｗのパワーで
高周波を印加してプラズマを発生させることによって、
基板１上にＳｉ−Ｇｅ合金のアモルファス層が形成され
る。その後、基板１を約８００℃で１２０分程度アニー
ルし、堆積されたＳｉ−Ｇｅ層の結晶化が行なわれる。
こうして、基板１の背面上に結晶化されたＳｉ−Ｇｅ合
金層４が形成される。
【００３３】次に、基板１の背面に１×１０17ｃｍ-3以
上の高濃度のｐ+ 型拡散層が形成される。その形成方法
においては、第１の製造方法の場合と同様に、基板１の
前面をシリコン酸化物などのマスク材料によって覆い、
その基板１はＢＢｒ3 ガスと酸素が混合された雰囲気中
で５００〜１２００℃の温度に加熱される。これによっ
て、基板１全体を覆うように高濃度のボロンを含んだ酸
化物が形成され、基板１のマスクされていない背面側か
らだけ高濃度のボロンが固相拡散される。その結果、シ
リコン基板の背面側にｐ+ 型拡散層３が形成されるとと
もに、Ｓｉ−Ｇｅ合金層４がｐ+ 型になる。
上の高濃度のｐ+ 型拡散層が形成される。その形成方法
においては、第１の製造方法の場合と同様に、基板１の
前面をシリコン酸化物などのマスク材料によって覆い、
その基板１はＢＢｒ3 ガスと酸素が混合された雰囲気中
で５００〜１２００℃の温度に加熱される。これによっ
て、基板１全体を覆うように高濃度のボロンを含んだ酸
化物が形成され、基板１のマスクされていない背面側か
らだけ高濃度のボロンが固相拡散される。その結果、シ
リコン基板の背面側にｐ+ 型拡散層３が形成されるとと
もに、Ｓｉ−Ｇｅ合金層４がｐ+ 型になる。
【００３４】その後、基板１上の酸化物やマスク材料を
除去した後に、基板１の前面側に１×１０18ｃｍ-3以上
の高濃度のｎ+ 型拡散層２が形成される。このｎ+ 型拡
散層２の形成においても、第１の製造方法の場合と同様
に、基板１の背面をマスク材料で覆った後に、その基板
１はＰＯＣｌ3 ガスと酸素が混合された雰囲気中で５０
０〜１２００℃の温度に加熱される。これによって、基
板１全体を覆うように高濃度のリンを含む酸化物が形成
され、基板１のマスクされていない前面側にだけ高濃度
のリンが固相拡散される。
除去した後に、基板１の前面側に１×１０18ｃｍ-3以上
の高濃度のｎ+ 型拡散層２が形成される。このｎ+ 型拡
散層２の形成においても、第１の製造方法の場合と同様
に、基板１の背面をマスク材料で覆った後に、その基板
１はＰＯＣｌ3 ガスと酸素が混合された雰囲気中で５０
０〜１２００℃の温度に加熱される。これによって、基
板１全体を覆うように高濃度のリンを含む酸化物が形成
され、基板１のマスクされていない前面側にだけ高濃度
のリンが固相拡散される。
【００３５】こうして、Ｓｉ基板１の受光面である前面
側のｎ+ 型拡散層２と背面側のｐ+型拡散層３が形成さ
れるとともに、背面側のｐ+ 型導電層内にＳｉ−Ｇｅ合
金層４が形成される。
側のｎ+ 型拡散層２と背面側のｐ+型拡散層３が形成さ
れるとともに、背面側のｐ+ 型導電層内にＳｉ−Ｇｅ合
金層４が形成される。
【００３６】図１のセルの第３の製造方法の例において
は、狭いバンドギャップを有する二重層をイオン注入と
ＣＶＤを用いて形成する工程を含んでいる。
は、狭いバンドギャップを有する二重層をイオン注入と
ＣＶＤを用いて形成する工程を含んでいる。
【００３７】この第３の製造方法においても、第１と第
２の製造方法の場合と同様に、３０〜５００μｍの厚さ
と１×１０15ｃｍ-3程度のボロン濃度を有する単結晶Ｓ
ｉ基板１が用意される。その基板１の背面側に、第１の
製造方法の場合と同様にＧｅがイオン注入される。Ｇｅ
のイオン注入の条件としては、たとえば１０〜２００ｋ
ｅＶの範囲内で望ましくは５０ｋｅＶの注入エネルギと
１×１０15〜１×１０ 18ｃｍ-2の範囲内で望ましくは１
×１０16ｃｍ-2の注入量が用いられる。イオン注入され
た基板１は５００〜９００℃の範囲内で望ましくは８０
０℃の温度で約１２０分間アニールされ、これによって
基板１の活性化が行なわれる。
２の製造方法の場合と同様に、３０〜５００μｍの厚さ
と１×１０15ｃｍ-3程度のボロン濃度を有する単結晶Ｓ
ｉ基板１が用意される。その基板１の背面側に、第１の
製造方法の場合と同様にＧｅがイオン注入される。Ｇｅ
のイオン注入の条件としては、たとえば１０〜２００ｋ
ｅＶの範囲内で望ましくは５０ｋｅＶの注入エネルギと
１×１０15〜１×１０ 18ｃｍ-2の範囲内で望ましくは１
×１０16ｃｍ-2の注入量が用いられる。イオン注入され
た基板１は５００〜９００℃の範囲内で望ましくは８０
０℃の温度で約１２０分間アニールされ、これによって
基板１の活性化が行なわれる。
【００３８】こうして形成されたＳｉ−Ｇｅ合金層４ａ
（図１（Ａ）参照）を下地として、さらに第２の製造方
法の場合と同様に、ＣＶＤ法によって第２のＳｉ−Ｇｅ
合金層４ｂが形成される。第２のＳｉ−Ｇｅ層の堆積条
件としては、たとえば十分に排気した真空チャンバ内で
基板１を約３００℃に加熱し、ＧｅＨ4 ガスとＳｉＨ 4
ガスを５対１の混合比でそのチャンバ内に導入すること
によって圧力が約５０ｍＴｏｒｒに保たれる。チャンバ
内に３００Ｗのパワーで高周波を印加してプラズマを発
生させることによって、基板１の背面上にＳｉ−Ｇｅ合
金のアモルファス層が形成される。その後、基板１を約
８００℃で１２０分程度アニールし、堆積されたＳｉ−
Ｇｅ層の結晶化が行なわれる。こうして、基板１の背面
側にイオン注入のみを用いる場合よりも厚いＳｉ−Ｇｅ
合金層４が形成される。
（図１（Ａ）参照）を下地として、さらに第２の製造方
法の場合と同様に、ＣＶＤ法によって第２のＳｉ−Ｇｅ
合金層４ｂが形成される。第２のＳｉ−Ｇｅ層の堆積条
件としては、たとえば十分に排気した真空チャンバ内で
基板１を約３００℃に加熱し、ＧｅＨ4 ガスとＳｉＨ 4
ガスを５対１の混合比でそのチャンバ内に導入すること
によって圧力が約５０ｍＴｏｒｒに保たれる。チャンバ
内に３００Ｗのパワーで高周波を印加してプラズマを発
生させることによって、基板１の背面上にＳｉ−Ｇｅ合
金のアモルファス層が形成される。その後、基板１を約
８００℃で１２０分程度アニールし、堆積されたＳｉ−
Ｇｅ層の結晶化が行なわれる。こうして、基板１の背面
側にイオン注入のみを用いる場合よりも厚いＳｉ−Ｇｅ
合金層４が形成される。
【００３９】次に、基板１の背面に１×１０17ｃｍ-3以
上の高濃度のｐ+ 型拡散層が形成される。その形成方法
においては、第１と第２の製造方法の場合と同様に、基
板１の前面をシリコン酸化物などのマスク材料によって
覆い、その基板１はＢＢｒ3ガスと酸素が混合された雰
囲気中で５００〜１２００℃の温度に加熱される。これ
によって、基板１全体を覆うように高濃度のボロンを含
んだ酸化物が形成され、基板１のマスクされていない背
面側からだけ高濃度のボロンが固相拡散される。その結
果、Ｓｉ基板１の背面側にｐ+ 型層３が形成されるとと
もに、Ｓｉ−Ｇｅ層４がｐ+ 型になる。
上の高濃度のｐ+ 型拡散層が形成される。その形成方法
においては、第１と第２の製造方法の場合と同様に、基
板１の前面をシリコン酸化物などのマスク材料によって
覆い、その基板１はＢＢｒ3ガスと酸素が混合された雰
囲気中で５００〜１２００℃の温度に加熱される。これ
によって、基板１全体を覆うように高濃度のボロンを含
んだ酸化物が形成され、基板１のマスクされていない背
面側からだけ高濃度のボロンが固相拡散される。その結
果、Ｓｉ基板１の背面側にｐ+ 型層３が形成されるとと
もに、Ｓｉ−Ｇｅ層４がｐ+ 型になる。
【００４０】その後、基板１上の酸化物やマスク材料を
除去した後に、基板１の前面側に１×１０18ｃｍ-3以上
の高濃度のｎ+ 型拡散層２が形成される。このｎ+ 型拡
散層２の形成においては、第１と第２の製造方法の場合
と同様に、基板１の背面側をマスク材料で覆った後に、
その基板１はＰＯＣｌ3 ガスと酸素が混合された雰囲気
中で５００〜１２００℃の温度に加熱される。これによ
って、基板１全体を覆うように高濃度のリンを含んだ酸
化物が形成され、基板１のマスクされていない前面側に
だけ高濃度のリンが固相拡散される。
除去した後に、基板１の前面側に１×１０18ｃｍ-3以上
の高濃度のｎ+ 型拡散層２が形成される。このｎ+ 型拡
散層２の形成においては、第１と第２の製造方法の場合
と同様に、基板１の背面側をマスク材料で覆った後に、
その基板１はＰＯＣｌ3 ガスと酸素が混合された雰囲気
中で５００〜１２００℃の温度に加熱される。これによ
って、基板１全体を覆うように高濃度のリンを含んだ酸
化物が形成され、基板１のマスクされていない前面側に
だけ高濃度のリンが固相拡散される。
【００４１】こうして、Ｓｉ基板１の受光面である前面
側のｎ+ 型拡散層２と背面側のｐ+型拡散層３が形成さ
れるとともに、その背面側のｐ+ 型導電層内にＳｉ−Ｇ
ｅ合金層４が形成される。
側のｎ+ 型拡散層２と背面側のｐ+型拡散層３が形成さ
れるとともに、その背面側のｐ+ 型導電層内にＳｉ−Ｇ
ｅ合金層４が形成される。
【００４２】なお、第３の製造方法において、狭いバン
ドギャップを有する第２の層４ｂとしてＳｉ−Ｇｅ層で
はなくＧｅ層が形成されてもよい。
ドギャップを有する第２の層４ｂとしてＳｉ−Ｇｅ層で
はなくＧｅ層が形成されてもよい。
【００４３】また、狭いバンドギャップを有するＳｉ−
Ｇｅ合金層４はｐ+ 型層３を介することなくｐ- 型基板
１に直接接するように形成されてもよい。
Ｇｅ合金層４はｐ+ 型層３を介することなくｐ- 型基板
１に直接接するように形成されてもよい。
【００４４】さらに、Ｓｉ−Ｇｅ合金層またはＧｅ層が
ＣＶＤによって形成される場合、ドーピング不純物を含
むガスを原料ガスに混ぜることによって、その層の形成
と同時にドーピングが行なわれてもよい。
ＣＶＤによって形成される場合、ドーピング不純物を含
むガスを原料ガスに混ぜることによって、その層の形成
と同時にドーピングが行なわれてもよい。
【００４５】さらにまた、太陽電池セルの受光面側に微
細な凹凸を含むテキスチャ構造などの無反射形状やパッ
シベーション膜を形成してもよいことは言うまでもな
い。
細な凹凸を含むテキスチャ構造などの無反射形状やパッ
シベーション膜を形成してもよいことは言うまでもな
い。
【００４６】ところで、図１の太陽電池セルが十分な光
電変換効率を発揮するためには、Ｓｉで吸収可能な波長
領域の光のほとんどがＳｉ基板領域１内で光電変換され
ることが望まれる。しかし、Ｓｉの光吸収係数は比較的
小さいので、Ｓｉで光電変換し得る光のほとんどをＳｉ
基板領域１で吸収するためには、基板領域１が数百μｍ
の厚さを有することが望まれる。しかし、Ｓｉ基板１の
厚さが増大することは太陽電池セルの重量が増大するこ
とを意味し、宇宙用太陽電池セルとして用いるためには
好ましくないことである。
電変換効率を発揮するためには、Ｓｉで吸収可能な波長
領域の光のほとんどがＳｉ基板領域１内で光電変換され
ることが望まれる。しかし、Ｓｉの光吸収係数は比較的
小さいので、Ｓｉで光電変換し得る光のほとんどをＳｉ
基板領域１で吸収するためには、基板領域１が数百μｍ
の厚さを有することが望まれる。しかし、Ｓｉ基板１の
厚さが増大することは太陽電池セルの重量が増大するこ
とを意味し、宇宙用太陽電池セルとして用いるためには
好ましくないことである。
【００４７】そこで、図２はこの問題をも解決し得る本
発明の実施の形態の他の例による太陽電池セルの断面構
造を概略的に示している。図２に示された太陽電池セル
は図１のものに類似しているが、ｐ+ 型中間半導体層
６，６ａおよび６ｂが付加されている。すなわち、Ｓｉ
よりも小さな屈折率とｐ+ 型Ｓｉ1-x Ｇｅx （０＜ｘ≦
１）層４より大きなバンドギャップを有する中間半導体
層６，６ａおよび６ｂがＳｉ／ＳｉＧｅ界面に平行な面
に沿って少なくとも部分的に形成されている。この中間
半導体層はＳｉで吸収可能な光をＳｉ基板１の領域内へ
反射させ、Ｓｉ基板領域内での光吸収を高めるように作
用する。また、この中間半導体層６，６ａおよび６ｂは
ｐ+ ドーピングされ、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４から注入され
る少数キャリア（電子）の注入効率を高めるようにも働
く。
発明の実施の形態の他の例による太陽電池セルの断面構
造を概略的に示している。図２に示された太陽電池セル
は図１のものに類似しているが、ｐ+ 型中間半導体層
６，６ａおよび６ｂが付加されている。すなわち、Ｓｉ
よりも小さな屈折率とｐ+ 型Ｓｉ1-x Ｇｅx （０＜ｘ≦
１）層４より大きなバンドギャップを有する中間半導体
層６，６ａおよび６ｂがＳｉ／ＳｉＧｅ界面に平行な面
に沿って少なくとも部分的に形成されている。この中間
半導体層はＳｉで吸収可能な光をＳｉ基板１の領域内へ
反射させ、Ｓｉ基板領域内での光吸収を高めるように作
用する。また、この中間半導体層６，６ａおよび６ｂは
ｐ+ ドーピングされ、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４から注入され
る少数キャリア（電子）の注入効率を高めるようにも働
く。
【００４８】中間半導体層６，６ａおよび６ｂの材料と
して、たとえばＳｉＯX ，ＳｉＮX，ＳｉＣ等を用いる
ことができる。ＳｉＯX とＳｉＮX は、ＳｉとＯもしく
はＮとの比率に依存して半導体的な性質から絶縁的な性
質までをとり得ることが知られている（たとえば、古川
清二郎他編「シリコン系ヘテロデバイス」丸善（株）第
１４３頁〜１４７頁参照）。また、ＳｉＣは、近年特に
高温エレクトロニクス材料として注目されつつある半導
体材料である。
して、たとえばＳｉＯX ，ＳｉＮX，ＳｉＣ等を用いる
ことができる。ＳｉＯX とＳｉＮX は、ＳｉとＯもしく
はＮとの比率に依存して半導体的な性質から絶縁的な性
質までをとり得ることが知られている（たとえば、古川
清二郎他編「シリコン系ヘテロデバイス」丸善（株）第
１４３頁〜１４７頁参照）。また、ＳｉＣは、近年特に
高温エレクトロニクス材料として注目されつつある半導
体材料である。
【００４９】
【表１】
【００５０】表１は、種々の材料の屈折率ｎとバンドギ
ャップＥｇを示している。表１において、ＳｉＯ2 とＳ
ｉ3 Ｎ4 は、それぞれＳｉＯX とＳｉＮX の代表例とし
て示されている。また、屈折率ｎ0.4 とｎ1.2 は、それ
ぞれ４００ｎｍの波長と１２００ｎｍの波長の光に関す
る屈折率を表わしている。表１から、ＳｉＯ2 ，Ｓｉ 3
Ｎ4 およびＳｉＣは、Ｓｉに比べて小さな屈折率ｎを有
しかつＳｉに比べて大きなバンドギャップＥｇを有して
いることがわかる。このような事実から、ＳｉＯX ，Ｓ
ｉＮX およびＳｉＣが中間半導体層６，６ａおよび６ｂ
の材料として好ましく用いられ得ることがわかる。
ャップＥｇを示している。表１において、ＳｉＯ2 とＳ
ｉ3 Ｎ4 は、それぞれＳｉＯX とＳｉＮX の代表例とし
て示されている。また、屈折率ｎ0.4 とｎ1.2 は、それ
ぞれ４００ｎｍの波長と１２００ｎｍの波長の光に関す
る屈折率を表わしている。表１から、ＳｉＯ2 ，Ｓｉ 3
Ｎ4 およびＳｉＣは、Ｓｉに比べて小さな屈折率ｎを有
しかつＳｉに比べて大きなバンドギャップＥｇを有して
いることがわかる。このような事実から、ＳｉＯX ，Ｓ
ｉＮX およびＳｉＣが中間半導体層６，６ａおよび６ｂ
の材料として好ましく用いられ得ることがわかる。
【００５１】図３は、宇宙空間における太陽光ＡＭ０の
スペクトル分布を示すグラフである。すなわち、このグ
ラフの横軸は光の波長を表わし、縦軸はスペクトル放射
照度を表わしている。図３のスペクトル分布のうち、４
００ｎｍの波長からＳｉのバンドギャップである約１．
１ｅＶに対応する約１１００ｎｍの波長の光は、Ｓｉ基
板１の領域内で光電変換されることが望ましい。なぜな
らば、背面に形成されたＳｉ1-x Ｇｅx 層４内の光電変
換によって生じた少数キャリアを背面ジャンクション５
を通過させてｐ−ｎ接合に導くよりも、Ｓｉ基板１の領
域内で少数キャリアを発生させた方が明らかにそれらの
少数キャリアのライフタイムの長いことが期待されるか
らである。しかし、図１の太陽電池セルにおいて波長が
約１１００ｎｍの光のほとんどをＳｉ基板１の領域内で
吸収するためには、基板１が約５００μｍのように大き
な厚さを有することが必要となり、太陽電池セルの重量
の増大という前述の問題を生じる。
スペクトル分布を示すグラフである。すなわち、このグ
ラフの横軸は光の波長を表わし、縦軸はスペクトル放射
照度を表わしている。図３のスペクトル分布のうち、４
００ｎｍの波長からＳｉのバンドギャップである約１．
１ｅＶに対応する約１１００ｎｍの波長の光は、Ｓｉ基
板１の領域内で光電変換されることが望ましい。なぜな
らば、背面に形成されたＳｉ1-x Ｇｅx 層４内の光電変
換によって生じた少数キャリアを背面ジャンクション５
を通過させてｐ−ｎ接合に導くよりも、Ｓｉ基板１の領
域内で少数キャリアを発生させた方が明らかにそれらの
少数キャリアのライフタイムの長いことが期待されるか
らである。しかし、図１の太陽電池セルにおいて波長が
約１１００ｎｍの光のほとんどをＳｉ基板１の領域内で
吸収するためには、基板１が約５００μｍのように大き
な厚さを有することが必要となり、太陽電池セルの重量
の増大という前述の問題を生じる。
【００５２】ところで、光学の原理によれば、屈折率の
大きな材料から屈折率の小さな材料内へそれらの材料間
の界面を介して光が入射する場合、その光はその界面に
よって反射される傾向が強い。したがって、Ｓｉ基板１
の背面にＳｉに比べて小さな屈折率を有する中間半導体
層６，６ａおよび６ｂを設けることによって光を反射さ
せ、Ｓｉ基板１内へ再度光を導くことが可能になる。ま
た、従来からシリコン太陽電池セルの受光前面には通常
はテキスチャ構造のような無反射形状が形成されている
ので、太陽電池セルの前面と中間半導体層６，６ａおよ
び６ｂとの間の多重反射によって約４００〜１１００ｎ
ｍの波長の光がＳｉ基板１の領域内で十分に光電変換さ
れ得ることになる。
大きな材料から屈折率の小さな材料内へそれらの材料間
の界面を介して光が入射する場合、その光はその界面に
よって反射される傾向が強い。したがって、Ｓｉ基板１
の背面にＳｉに比べて小さな屈折率を有する中間半導体
層６，６ａおよび６ｂを設けることによって光を反射さ
せ、Ｓｉ基板１内へ再度光を導くことが可能になる。ま
た、従来からシリコン太陽電池セルの受光前面には通常
はテキスチャ構造のような無反射形状が形成されている
ので、太陽電池セルの前面と中間半導体層６，６ａおよ
び６ｂとの間の多重反射によって約４００〜１１００ｎ
ｍの波長の光がＳｉ基板１の領域内で十分に光電変換さ
れ得ることになる。
【００５３】なお、中間半導体層６，６ａおよび６ｂ
は、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４によって光電変換されるべき約
１１００〜１９００ｎｍの波長を有する光に対して透明
でなければならない。すなわち、中間半導体層６，６ａ
および６ｂのバンドギャップＥｇは、Ｓｉ1-x Ｇｅx の
バンドギャップＥｇ（最大でＳｉの約１．１ｅＶ）より
大きくなければならない。
は、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４によって光電変換されるべき約
１１００〜１９００ｎｍの波長を有する光に対して透明
でなければならない。すなわち、中間半導体層６，６ａ
および６ｂのバンドギャップＥｇは、Ｓｉ1-x Ｇｅx の
バンドギャップＥｇ（最大でＳｉの約１．１ｅＶ）より
大きくなければならない。
【００５４】以下において、図２に示された太陽電池セ
ルについてさらに具体的に説明する。
ルについてさらに具体的に説明する。
【００５５】図２（Ａ）の太陽電池セルは前述のように
図１のものに類似しているが、Ｓｉ基板１の背面側のｐ
+ 型Ｓｉ層３とｐ+ 型Ｓｉ1-xＧｅx層４との界面全体に
沿ってｐ+ 型中間半導体層６が設けられている。図４
は、図２の太陽電池セルに対応したエネルギバンド構造
の一例を示している。すなわち、中間半導体層６はＳｉ
基板１より小さなバンドギャップＥｇを有している。ま
た、この中間半導体層６はＳｉ基板１およびｐ+ 型Ｓｉ
層３に比べて小さな屈折率を有している。したがって、
Ｓｉによって光電変換され得る光のうちでＳｉ基板１お
よびｐ+ 型Ｓｉ層３において吸収されなかった光は中間
半導体層６によって再びＳｉ基板１に向けて反射され、
その反射された光はＳｉによって光電変換され得る。す
なわち、中間半導体層６は、太陽電池セルの重量を増大
させることなくＳｉ基板１の厚さの増大と同等の効果を
生じ得る。
図１のものに類似しているが、Ｓｉ基板１の背面側のｐ
+ 型Ｓｉ層３とｐ+ 型Ｓｉ1-xＧｅx層４との界面全体に
沿ってｐ+ 型中間半導体層６が設けられている。図４
は、図２の太陽電池セルに対応したエネルギバンド構造
の一例を示している。すなわち、中間半導体層６はＳｉ
基板１より小さなバンドギャップＥｇを有している。ま
た、この中間半導体層６はＳｉ基板１およびｐ+ 型Ｓｉ
層３に比べて小さな屈折率を有している。したがって、
Ｓｉによって光電変換され得る光のうちでＳｉ基板１お
よびｐ+ 型Ｓｉ層３において吸収されなかった光は中間
半導体層６によって再びＳｉ基板１に向けて反射され、
その反射された光はＳｉによって光電変換され得る。す
なわち、中間半導体層６は、太陽電池セルの重量を増大
させることなくＳｉ基板１の厚さの増大と同等の効果を
生じ得る。
【００５６】なお、この中間半導体層６は、必ずしもｐ
+ 型Ｓｉ層３とＳｉ1-x Ｇｅx 層４との境界全域に沿っ
て設けられる必要はない。
+ 型Ｓｉ層３とＳｉ1-x Ｇｅx 層４との境界全域に沿っ
て設けられる必要はない。
【００５７】図２（Ｂ）の太陽電池セルにおいては、ｐ
+ 型中間半導体層６ａはｐ+ 型Ｓｉ層３とｐ+ 型Ｓｉ
1-x Ｇｅx 層４との境界に沿って部分的に形成されてい
る。ＳｉＯX ，ＳｉＮX ，およびＳｉＣの格子定数はＳ
ｉのそれと一致しないので、中間半導体層６ａが部分的
に形成されてＳｉ1-x Ｇｅx 層４によって埋込まれるこ
とは好ましいことである。部分的に形成された中間半導
体層６ａをＳｉ1-x Ｇｅ x 層４で埋込むには、Ｓｉ1-x
Ｇｅx 層４の堆積のときにその厚さ方向より面内の広が
り方向の成長速度を大きくすればよい。たとえば、Ｓｉ
基板１の主面として（１１０）面を選択することによっ
て、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４のこのような成長の可能性があ
ることがＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の薄膜成長技術から
推定される。
+ 型中間半導体層６ａはｐ+ 型Ｓｉ層３とｐ+ 型Ｓｉ
1-x Ｇｅx 層４との境界に沿って部分的に形成されてい
る。ＳｉＯX ，ＳｉＮX ，およびＳｉＣの格子定数はＳ
ｉのそれと一致しないので、中間半導体層６ａが部分的
に形成されてＳｉ1-x Ｇｅx 層４によって埋込まれるこ
とは好ましいことである。部分的に形成された中間半導
体層６ａをＳｉ1-x Ｇｅ x 層４で埋込むには、Ｓｉ1-x
Ｇｅx 層４の堆積のときにその厚さ方向より面内の広が
り方向の成長速度を大きくすればよい。たとえば、Ｓｉ
基板１の主面として（１１０）面を選択することによっ
て、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４のこのような成長の可能性があ
ることがＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の薄膜成長技術から
推定される。
【００５８】図２（Ｃ）の太陽電池セルは、ｐ+ 型Ｓｉ
層３とｐ+ 型Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４との界面に平行な複数
の面に沿って部分的に形成された複数のｐ+ 型中間半導
体層６ａ，６ｂを含んでいる。この場合、所望の光反射
の効果を得かつ少数キャリアの流れを阻害しないよう
に、第１の中間半導体層６ａと第２の中間半導体層６ｂ
の部分的領域は互いにずらされていることが望ましい。
層３とｐ+ 型Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４との界面に平行な複数
の面に沿って部分的に形成された複数のｐ+ 型中間半導
体層６ａ，６ｂを含んでいる。この場合、所望の光反射
の効果を得かつ少数キャリアの流れを阻害しないよう
に、第１の中間半導体層６ａと第２の中間半導体層６ｂ
の部分的領域は互いにずらされていることが望ましい。
【００５９】図５は、図２（Ｂ）に示された太陽電池セ
ルに対応するセルの製造方法の一例を図解している。
ルに対応するセルの製造方法の一例を図解している。
【００６０】図５（Ａ）において、まず３０〜５００μ
ｍの厚さを有するｐ- 型Ｓｉ基板１が用意される。この
Ｓｉ基板１は、好ましくは（１１０）の主面を有してい
る。
ｍの厚さを有するｐ- 型Ｓｉ基板１が用意される。この
Ｓｉ基板１は、好ましくは（１１０）の主面を有してい
る。
【００６１】図５（Ｂ）において、Ｓｉ基板１の背面側
にたとえば図１（Ａ）のセルの場合と同様に熱拡散によ
ってｐ+ 層３が形成される。このｐ+ 層３には、さらに
イオン注入法によってＧｅが注入される。このＧｅのイ
オン注入は、後で形成されるＳｉ1-x Ｇｅx 層６との格
子ミスマッチを緩和する効果を生じる。注入条件として
は、たとえば１０〜２００ｋｅＶの範囲内の適当な注入
エネルギと１×１０15〜１×１０18ｃｍ-2の範囲内の適
当な注入量を用いることができる。ｐ+ 層３内へＧｅが
イオン注入された基板１は５００〜９００℃の範囲内の
適当な温度でアニールされ、これによって基板１の活性
化が行なわれる。なお、ｐ+ 層３はボロンのイオン注入
によって形成されてもよく、その場合にはＧｅのイオン
注入の前後を問わずｐ+ 層が形成され得る。
にたとえば図１（Ａ）のセルの場合と同様に熱拡散によ
ってｐ+ 層３が形成される。このｐ+ 層３には、さらに
イオン注入法によってＧｅが注入される。このＧｅのイ
オン注入は、後で形成されるＳｉ1-x Ｇｅx 層６との格
子ミスマッチを緩和する効果を生じる。注入条件として
は、たとえば１０〜２００ｋｅＶの範囲内の適当な注入
エネルギと１×１０15〜１×１０18ｃｍ-2の範囲内の適
当な注入量を用いることができる。ｐ+ 層３内へＧｅが
イオン注入された基板１は５００〜９００℃の範囲内の
適当な温度でアニールされ、これによって基板１の活性
化が行なわれる。なお、ｐ+ 層３はボロンのイオン注入
によって形成されてもよく、その場合にはＧｅのイオン
注入の前後を問わずｐ+ 層が形成され得る。
【００６２】図５（Ｃ）において、イオン注入されたＧ
ｅを含むｐ+ 層３上には、中間半導体層６が形成され
る。中間半導体層６としては、たとえばＣＶＤ法によっ
てＳｉＨ4 とＮ2 Ｏを約６５０℃で反応させることによ
ってＳｉＯX を形成することができる。また、中間半導
体層６として、ＳｉＨ4 とＮＨ3 を約４００℃で反応さ
せてＳｉＮX を形成してもよい。さらに、中間半導体層
６として、約２００Ｐａの減圧下においてＳｉＨＣｌ3
とＣ3 Ｈ8 を約１０００℃で反応させてＳｉＣを形成し
てもよい。このような中間半導体層を形成する際、ガス
混合比率を調整して不純物を添加することにより、所望
のｐ+ ドーピングが同時に行なわれる。中間半導体層６
の材料は、後工程を考慮して適当に選択することができ
る。たとえば、後にｐ−ｎ接合を形成する工程において
比較的高温の熱拡散が用いられる場合にはＳｉＣを中間
半導体層６の材料として選択することが好ましく、ｐ−
ｎ接合の形成時に比較的低温のイオン注入法やＣＶＤ法
が用いられる場合には、ＳｉＯX やＳｉＮX を選択する
ことができる。
ｅを含むｐ+ 層３上には、中間半導体層６が形成され
る。中間半導体層６としては、たとえばＣＶＤ法によっ
てＳｉＨ4 とＮ2 Ｏを約６５０℃で反応させることによ
ってＳｉＯX を形成することができる。また、中間半導
体層６として、ＳｉＨ4 とＮＨ3 を約４００℃で反応さ
せてＳｉＮX を形成してもよい。さらに、中間半導体層
６として、約２００Ｐａの減圧下においてＳｉＨＣｌ3
とＣ3 Ｈ8 を約１０００℃で反応させてＳｉＣを形成し
てもよい。このような中間半導体層を形成する際、ガス
混合比率を調整して不純物を添加することにより、所望
のｐ+ ドーピングが同時に行なわれる。中間半導体層６
の材料は、後工程を考慮して適当に選択することができ
る。たとえば、後にｐ−ｎ接合を形成する工程において
比較的高温の熱拡散が用いられる場合にはＳｉＣを中間
半導体層６の材料として選択することが好ましく、ｐ−
ｎ接合の形成時に比較的低温のイオン注入法やＣＶＤ法
が用いられる場合には、ＳｉＯX やＳｉＮX を選択する
ことができる。
【００６３】図５（Ｄ）において、中間半導体層６は周
知のフォトリソグラフィ技術を用いて部分的に窓あけさ
れ、基板の背面が部分的に露出させられる。このような
パターニングされた中間半導体層６ａは、フォトリソグ
ラフィ技術を用いることなく公知の選択成長を利用して
形成することもできる。その場合には、図５（Ｃ）の工
程を省略して図５（Ｂ）におけるｐ+ 層３上に直接パタ
ーン化された中間半導体層６ａが形成され得る。
知のフォトリソグラフィ技術を用いて部分的に窓あけさ
れ、基板の背面が部分的に露出させられる。このような
パターニングされた中間半導体層６ａは、フォトリソグ
ラフィ技術を用いることなく公知の選択成長を利用して
形成することもできる。その場合には、図５（Ｃ）の工
程を省略して図５（Ｂ）におけるｐ+ 層３上に直接パタ
ーン化された中間半導体層６ａが形成され得る。
【００６４】図５（Ｅ）において、たとえばＧｅＨ4 と
ＳｉＨ4 とｐ型不純物を含む混合ガスを約７００〜１０
００℃において熱分解するＣＶＤ法によってｐ+ 型Ｓｉ
1-xＧｅx 層４ａが堆積される。また、ｐ+ 型Ｓｉ1-x
Ｇｅx 層４ａは、約３００ＷのＲＦパワーと約３００℃
の温度の条件の下でのプラズマＣＶＤによって堆積する
ことも可能である。なお、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ａにおけ
る組成比ｘは混合ガスの組成を調節することによって変
化させることができる。
ＳｉＨ4 とｐ型不純物を含む混合ガスを約７００〜１０
００℃において熱分解するＣＶＤ法によってｐ+ 型Ｓｉ
1-xＧｅx 層４ａが堆積される。また、ｐ+ 型Ｓｉ1-x
Ｇｅx 層４ａは、約３００ＷのＲＦパワーと約３００℃
の温度の条件の下でのプラズマＣＶＤによって堆積する
ことも可能である。なお、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ａにおけ
る組成比ｘは混合ガスの組成を調節することによって変
化させることができる。
【００６５】図５（Ｆ）において、図１（Ａ）のセルの
場合と同様に基板１の前面上にｎ+層２が形成され、こ
れによってｐ−ｎ接合が形成される。その後、ｎ+ 層２
上に周知の反射防止膜７および前面電極８が形成され、
さらにＳｉ1-x Ｇｅx 層４ａ上に背面電極９が形成され
て太陽電池セルが完成する。
場合と同様に基板１の前面上にｎ+層２が形成され、こ
れによってｐ−ｎ接合が形成される。その後、ｎ+ 層２
上に周知の反射防止膜７および前面電極８が形成され、
さらにＳｉ1-x Ｇｅx 層４ａ上に背面電極９が形成され
て太陽電池セルが完成する。
【００６６】図６は、図２（Ｃ）に示された太陽電池セ
ルに対応するセルの製造工程を図解している。図６
（Ａ）は、図５（Ｅ）に示されたＳｉ1-x Ｇｅx 層４ａ
上にパターン化された第２の中間半導体層６ｂが形成さ
れた状態を示している。第２の中間半導体層６ｂは、第
１の中間半導体層６ａと同様に形成され得る。このと
き、第１の中間半導体層６ａに含まれる開口部分と第２
の中間半導体層６ｂに含まれる開口部分とは、それらの
相対的位置が互いにずらされることが好ましい。そうす
ることによって、第１中間半導体層６ａによって反射さ
れなかった光を第２の中間半導体層６ｂによって効果的
に反射させることができる。なお、第１中間半導体層６
ａにおいて占める開口部の割合と第２中間半導体層６ｂ
において占める開口部の割合とは必ずしも一致する必要
はない。
ルに対応するセルの製造工程を図解している。図６
（Ａ）は、図５（Ｅ）に示されたＳｉ1-x Ｇｅx 層４ａ
上にパターン化された第２の中間半導体層６ｂが形成さ
れた状態を示している。第２の中間半導体層６ｂは、第
１の中間半導体層６ａと同様に形成され得る。このと
き、第１の中間半導体層６ａに含まれる開口部分と第２
の中間半導体層６ｂに含まれる開口部分とは、それらの
相対的位置が互いにずらされることが好ましい。そうす
ることによって、第１中間半導体層６ａによって反射さ
れなかった光を第２の中間半導体層６ｂによって効果的
に反射させることができる。なお、第１中間半導体層６
ａにおいて占める開口部の割合と第２中間半導体層６ｂ
において占める開口部の割合とは必ずしも一致する必要
はない。
【００６７】図６（Ｂ）において、第２中間半導体層６
ｂは第２Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ｂによって覆われる。この
第２Ｓｉ1-x Ｇｅx 層は、第１Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ａと
同様に形成され得る。しかし、第１Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４
ａと第２Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ｂとにおいて組成比を表わ
すｘは互いに同一である必要はなく、第２Ｓｉ1-x Ｇｅ
x 層４ｂにおけるｘが第１Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ａにおけ
るよりも大きいことが好ましい。
ｂは第２Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ｂによって覆われる。この
第２Ｓｉ1-x Ｇｅx 層は、第１Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ａと
同様に形成され得る。しかし、第１Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４
ａと第２Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ｂとにおいて組成比を表わ
すｘは互いに同一である必要はなく、第２Ｓｉ1-x Ｇｅ
x 層４ｂにおけるｘが第１Ｓｉ1-x Ｇｅx 層４ａにおけ
るよりも大きいことが好ましい。
【００６８】図６（Ｃ）において、図５（Ｆ）における
場合と同様に、基板１の前面側にｎ + 層２を形成するこ
とによってｐ−ｎ接合が形成される。そして、ｎ+ 層２
上に反射防止膜７と前面電極８が形成され、第２Ｓｉ
1-x Ｇｅx 層４ｂ上に背面電極９が形成されて太陽電池
セルが完成する。
場合と同様に、基板１の前面側にｎ + 層２を形成するこ
とによってｐ−ｎ接合が形成される。そして、ｎ+ 層２
上に反射防止膜７と前面電極８が形成され、第２Ｓｉ
1-x Ｇｅx 層４ｂ上に背面電極９が形成されて太陽電池
セルが完成する。
【００６９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、太陽電
池セルの背面側にＳｉ1-x Ｇｅx 層を設けることによっ
て、前面側の薄いｎ+ 層や比較的厚いｐ- 基板によって
高エネルギを有する波長の短い光はＳｉによって十分に
光電変換され、広いバンドギャップを有するＳｉによっ
ては光電変換されなかった光が狭いバンドギャップを有
するＳｉ1-x Ｇｅx 層によって光電変換されるので、高
い光電変換効率が得られるとともに、長波長の光による
不所望の発熱が減少し、安定したセルの動作が可能とな
る。
池セルの背面側にＳｉ1-x Ｇｅx 層を設けることによっ
て、前面側の薄いｎ+ 層や比較的厚いｐ- 基板によって
高エネルギを有する波長の短い光はＳｉによって十分に
光電変換され、広いバンドギャップを有するＳｉによっ
ては光電変換されなかった光が狭いバンドギャップを有
するＳｉ1-x Ｇｅx 層によって光電変換されるので、高
い光電変換効率が得られるとともに、長波長の光による
不所望の発熱が減少し、安定したセルの動作が可能とな
る。
【００７０】また、Ｓｉ1-x Ｇｅx 層の形成の際にイオ
ン注入法を応用することによって、単結晶Ｓｉ基板とＳ
ｉ1-x Ｇｅx 層との間の格子ミスマッチを緩和すること
ができ、信頼性の高い太陽電池セルを得ることができ
る。
ン注入法を応用することによって、単結晶Ｓｉ基板とＳ
ｉ1-x Ｇｅx 層との間の格子ミスマッチを緩和すること
ができ、信頼性の高い太陽電池セルを得ることができ
る。
【００７１】さらに、中間半導体層は入射光をＳｉ基板
側に反射させるので、Ｓｉ基板を薄くすることができ
る。したがって、そのような太陽電池セルは重量を減少
させることができ、宇宙用太陽電池セルとして、より好
ましく用いられ得る。
側に反射させるので、Ｓｉ基板を薄くすることができ
る。したがって、そのような太陽電池セルは重量を減少
させることができ、宇宙用太陽電池セルとして、より好
ましく用いられ得る。
【図１】（Ａ）は本発明による太陽電池セルの一例を示
す概略的な断面図であり、（Ｂ）はそのセルに対応する
概略的なエネルギバンド図である。
す概略的な断面図であり、（Ｂ）はそのセルに対応する
概略的なエネルギバンド図である。
【図２】本発明による太陽電池セルの他の例を示す概略
的な断面図である。
的な断面図である。
【図３】宇宙空間における太陽光のスペクトル分布を示
すグラフである。
すグラフである。
【図４】図２（Ａ）の太陽電池セルに対応した概略的な
エネルギバンド図である。
エネルギバンド図である。
【図５】図２（Ｂ）の太陽電池セルに対応するセルの製
造工程を示す概略的な断面図である。
造工程を示す概略的な断面図である。
【図６】図２（Ｃ）の太陽電池セルに対応するセルの製
造工程を示す概略的な断面図である。
造工程を示す概略的な断面図である。
【図７】（Ａ）は先行技術による太陽電池セルの一例を
示す概略的な断面図であり、（Ｂ）はそのセルに対応す
る概略的なエネルギバンド図である。
示す概略的な断面図であり、（Ｂ）はそのセルに対応す
る概略的なエネルギバンド図である。
１ Ｓｉ単結晶基板 ２ ｎ+ 層 ３ ｐ+ 層 ４，４ａ，４ｂ ｐ+ 型Ｓｉ1-x Ｇｅx 層 ５ 太陽電池セルの背面側における接合 ６，６ａ，６ｂ ｐ+ 型中間半導体層 ７ 反射防止膜 ８ 前面電極 ９ 背面電極 Ｌ 入射光 Ｅｖ 価電子帯の上限 Ｅｃ 導電帯の下限
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078
Claims (11)
- 【請求項１】 第１導電型の単結晶Ｓｉ基板と、 前記基板の第１の主面側に形成された第２導電型の第１
の拡散層と、前記基板の第２の主面側に形成されていて前記基板の不
純物濃度より高い濃度を有する第１導電型の第２の拡散
層と、 前記第２の拡散層上に形成されていてＳｉのエネルギバ
ンドギャップより狭いバンドギャップを有しかつ前記基
板の不純物濃度より高い濃度を有する第１導電型の半導
体層とを含むことを特徴とする太陽電池セル。 - 【請求項２】 前記狭いバンドギャップを有する半導体
層は、Ｓｉ−Ｇｅ合金層であることを特徴とする請求項
１に記載の太陽電池セル。 - 【請求項３】 前記狭いバンドギャップを有する半導体
層は、Ｇｅ層であることを特徴とする請求項１に記載の
太陽電池セル。 - 【請求項４】 請求項２に記載された太陽電池セルの製
造方法であって、 単結晶Ｓｉ基板を用意し、 前記基板の受光面となるべき第１主面に対向する第２主
面側に、Ｇｅイオンを注入することによって第１のＳｉ
−Ｇｅ合金層を形成し、 前記第１のＳｉ−Ｇｅ合金層の上にさらに第２のＳｉ−
Ｇｅ合金層を堆積 する工程を含むことを特徴とする太陽
電池セルの製造方法。 - 【請求項５】 請求項２に記載された太陽電池セルの製
造方法であって、 単結晶Ｓｉ基板を用意し、 前記基板の受光面となるべき第１主面に対向する第２主
面側に、Ｇｅイオンを注入することによってＳｉ−Ｇｅ
合金層を形成し、 前記Ｓｉ−Ｇｅ合金層の上にさらにＧｅ層を堆積する工
程を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。 - 【請求項６】 第１導電型の単結晶Ｓｉ基板と、 前記基板の第１の主面側に形成された第２導電型の拡散
層と、 前記基板の第２の主面側に形成されたＳｉ1-xＧｅx（０
＜ｘ≦１）合金層と、 前記Ｓｉ基板と前記Ｓｉ1-xＧｅx合金層との界面に平行
な面に沿って少なくとも部分的領域に形成された中間半
導体層とを含み、前記中間半導体層はＳｉの屈折率より
小さな屈折率を有しかつ前記Ｓｉ1-xＧｅxのエネルギバ
ンドギャップより大きなバンドギャップを有することを
特徴とする太陽電池セル。 - 【請求項７】 前記中間半導体層はｐ+型であることを
特徴とする請求項６に記載の太陽電池セル。 - 【請求項８】 前記中間半導体層と同じ特性を有する少
なくとも１層の付加的な中間半導体層をさらに含み、前
記付加的な中間半導体層は前記Ｓｉ1-xＧｅx合金層内に
おいて前記界面に平行で少なくとも部分的領域に設けら
れていることを特徴とする請求項６または７に記載の太
陽電池セル。 - 【請求項９】 前記Ｓｉ基板の前記第１と第２の主面は
（１１０）面であることを特徴とする請求項６ないし８
のいずれかの項に記載の太陽電池セル。 - 【請求項１０】 前記中間層はＳｉＯx，ＳｉＮxおよび
ＳｉＣから選択された少なくとも１つを含むことを特徴
とする請求項６ないし９のいずれかの項に記載の太陽電
池セル。 - 【請求項１１】 前記複数の中間半導体層のそれぞれの
層内における前記部分的領域は、前記界面に平行な方向
において互いにずらされていることを特徴とする請求項
８に記載の太陽電池セル。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06642196A JP3223102B2 (ja) | 1995-06-05 | 1996-03-22 | 太陽電池セルおよびその製造方法 |
| US08/657,289 US5738732A (en) | 1995-06-05 | 1996-06-04 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| DE69624981T DE69624981T2 (de) | 1995-06-05 | 1996-06-05 | Solarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| EP96304097A EP0747972B1 (en) | 1995-06-05 | 1996-06-05 | Solar cell and manufacturing method thereof |
| DE69636605T DE69636605T2 (de) | 1995-06-05 | 1996-06-05 | Solarzelle und ihr Herstellungsverfahren |
| EP02076531A EP1231648B1 (en) | 1995-06-05 | 1996-06-05 | Solar cell and manufacturing method thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-138218 | 1995-06-05 | ||
| JP13821895 | 1995-06-05 | ||
| JP06642196A JP3223102B2 (ja) | 1995-06-05 | 1996-03-22 | 太陽電池セルおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0955521A JPH0955521A (ja) | 1997-02-25 |
| JP3223102B2 true JP3223102B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=26407622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06642196A Expired - Fee Related JP3223102B2 (ja) | 1995-06-05 | 1996-03-22 | 太陽電池セルおよびその製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5738732A (ja) |
| EP (2) | EP0747972B1 (ja) |
| JP (1) | JP3223102B2 (ja) |
| DE (2) | DE69636605T2 (ja) |
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| KR101788163B1 (ko) * | 2016-02-12 | 2017-11-15 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
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