JP3327851B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
太陽電池の製造方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池の製造方
法に関し、特に、低コストで簡単に高光電変換効率を得
られるシリコン太陽電池の製造方法に関する。
法に関し、特に、低コストで簡単に高光電変換効率を得
られるシリコン太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽電池は、最初、単結晶シリコンを用
いたものが開発されて製品化されていった。その後、大
幅な大面積化や低コスト化を可能とするアモルファスシ
リコン（以下「ａ−Ｓｉ」という。）を用いたものが開
発され、多くの研究機関等でさらに研究された結果、住
宅用太陽電池パネル等として現在実用化されている。
いたものが開発されて製品化されていった。その後、大
幅な大面積化や低コスト化を可能とするアモルファスシ
リコン（以下「ａ−Ｓｉ」という。）を用いたものが開
発され、多くの研究機関等でさらに研究された結果、住
宅用太陽電池パネル等として現在実用化されている。
【０００３】ところが、ａ−Ｓｉを用いた太陽電池は、
ａ−Ｓｉ特有の初期の光劣化を避けることができず、光
劣化後の安定した光電変換効率が６〜８％と非常に低か
った。そこで、光劣化を抑制して上記効率の向上を可能
とする多結晶シリコン（以下「ｐ−Ｓｉ」という。）を
用いた太陽電池が最近注目され始めてる。
ａ−Ｓｉ特有の初期の光劣化を避けることができず、光
劣化後の安定した光電変換効率が６〜８％と非常に低か
った。そこで、光劣化を抑制して上記効率の向上を可能
とする多結晶シリコン（以下「ｐ−Ｓｉ」という。）を
用いた太陽電池が最近注目され始めてる。
【０００４】ｐ−Ｓｉを用いた太陽電池は、溶融シリコ
ンを型に流し込んでｐ−Ｓｉを作り、単結晶シリコンと
同じプロセスで製造されたり、プラズマ化学気相堆積法
（以下「ｐ−ＣＶＤ」という。）等で成膜したａ−Ｓｉ
をレーザ等で溶融再結晶化することにより製造されてい
る。
ンを型に流し込んでｐ−Ｓｉを作り、単結晶シリコンと
同じプロセスで製造されたり、プラズマ化学気相堆積法
（以下「ｐ−ＣＶＤ」という。）等で成膜したａ−Ｓｉ
をレーザ等で溶融再結晶化することにより製造されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たようなｐ−Ｓｉ太陽電池の製造方法では、シリコンを
固化した後、イオン注入等により、母材のシリコンと反
対の型の層を表面側に形成してｐｎ接合またはｐｉｎ接
合させる必要があるため、工程の複雑化を招くと共に、
高価な設備を必要としてしまい、コストが高くついてし
まう。
たようなｐ−Ｓｉ太陽電池の製造方法では、シリコンを
固化した後、イオン注入等により、母材のシリコンと反
対の型の層を表面側に形成してｐｎ接合またはｐｉｎ接
合させる必要があるため、工程の複雑化を招くと共に、
高価な設備を必要としてしまい、コストが高くついてし
まう。
【０００６】このため、例えば、特開平４−１３３３５
７号公報では、非晶質のｎ層、ｉ層、ｐ層を積層した
後、溶融させることなく低温熱処理して再結晶化させる
ことにより、上述した問題を回避できるようにした製造
方法を提案しているものの、このような方法では、再結
晶化が無秩序に起こってしまうため、結晶粒を大径に成
長させることが難しく、再結合の中心となる粒界がキャ
リア走行方向に多数存在してしまい、高い光電変換効率
を得ることが難しかった。
７号公報では、非晶質のｎ層、ｉ層、ｐ層を積層した
後、溶融させることなく低温熱処理して再結晶化させる
ことにより、上述した問題を回避できるようにした製造
方法を提案しているものの、このような方法では、再結
晶化が無秩序に起こってしまうため、結晶粒を大径に成
長させることが難しく、再結合の中心となる粒界がキャ
リア走行方向に多数存在してしまい、高い光電変換効率
を得ることが難しかった。
【０００７】このようなことから、本発明は、低コスト
で簡単に高光電変換効率を得られる太陽電池の製造方法
を提供することを目的とした。
で簡単に高光電変換効率を得られる太陽電池の製造方法
を提供することを目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による太陽電池の製造方法は、第一の電
極上に種結晶を形成する種結晶形成工程と、前記種結晶
から柱状構造の水素化アモルファスシリコンからなる本
体層を成長させる本体層形成工程と、前記本体層を溶融
させることなく固相成長させて柱状構造領域を単結晶化
させるように熱処理する本体層熱処理工程と、前記本体
層上に第二の電極を形成する第二電極形成工程とを行う
ことを特徴とする。
ための、本発明による太陽電池の製造方法は、第一の電
極上に種結晶を形成する種結晶形成工程と、前記種結晶
から柱状構造の水素化アモルファスシリコンからなる本
体層を成長させる本体層形成工程と、前記本体層を溶融
させることなく固相成長させて柱状構造領域を単結晶化
させるように熱処理する本体層熱処理工程と、前記本体
層上に第二の電極を形成する第二電極形成工程とを行う
ことを特徴とする。
【０００９】上述した太陽電池の製造方法において、前
記本体層熱処理工程の熱処理が前記種結晶側ほど高温と
なる温度勾配を有して当該種結晶側から柱状構造領域を
単結晶化させることを特徴とする。
記本体層熱処理工程の熱処理が前記種結晶側ほど高温と
なる温度勾配を有して当該種結晶側から柱状構造領域を
単結晶化させることを特徴とする。
【００１０】上述した太陽電池の製造方法において、前
記種結晶が水素化アモルファスシリコンに含まれる微結
晶であることを特徴とする。
記種結晶が水素化アモルファスシリコンに含まれる微結
晶であることを特徴とする。
【００１１】上述した太陽電池の製造方法において、前
記本体層形成工程に先立って、前記微結晶の粒径を大き
くするように熱処理する種結晶熱処理工程を行うことを
特徴とする。
記本体層形成工程に先立って、前記微結晶の粒径を大き
くするように熱処理する種結晶熱処理工程を行うことを
特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明による太陽電池の製造方法
の第一番目の実施の形態を図１〜３を用いて説明する。
なお、図１は、その実施に使用するプラズマ化学気相堆
積装置の概略構成図、図２は、その実施に使用する熱処
理装置の概略構成図、図３は、その工程説明図である。
の第一番目の実施の形態を図１〜３を用いて説明する。
なお、図１は、その実施に使用するプラズマ化学気相堆
積装置の概略構成図、図２は、その実施に使用する熱処
理装置の概略構成図、図３は、その工程説明図である。
【００１３】図１に示すように、プラズマ化学気相堆積
装置（以下「ｐ−ＣＶＤ装置」という。）１０は、上部
に排気口１１ａを有するチャンバ１１の内部上方に、耐
熱ガラス製の基板１を下部で支持するホルダ１２が配設
されている。ホルダ１２の上部には、上記基板１を加熱
するヒータ１３が取り付けられている。ホルダ１２の下
方には、ガスボックス１４が配設されている。ガスボッ
クス１４の内部には、ホルダ１２に支持された基板１へ
向けてガスを噴射する穴（直径０．５ｍｍ）を多数有す
る供給管１５が設けられている。ホルダ１２と供給管１
５との間には、梯子状のＲＦ電極１６が配設されてい
る。ＲＦ電極１６には、マッチングボックス１７を介し
てＲＦ電源１８が電気的に接続されている。
装置（以下「ｐ−ＣＶＤ装置」という。）１０は、上部
に排気口１１ａを有するチャンバ１１の内部上方に、耐
熱ガラス製の基板１を下部で支持するホルダ１２が配設
されている。ホルダ１２の上部には、上記基板１を加熱
するヒータ１３が取り付けられている。ホルダ１２の下
方には、ガスボックス１４が配設されている。ガスボッ
クス１４の内部には、ホルダ１２に支持された基板１へ
向けてガスを噴射する穴（直径０．５ｍｍ）を多数有す
る供給管１５が設けられている。ホルダ１２と供給管１
５との間には、梯子状のＲＦ電極１６が配設されてい
る。ＲＦ電極１６には、マッチングボックス１７を介し
てＲＦ電源１８が電気的に接続されている。
【００１４】一方、図２に示すように、熱処理装置２０
は、上部に給気口２１ａおよび排気口２１ｂを有する容
器２１の内部の下方に、基板１を加熱するホットプレー
ト２２が配設されている。
は、上部に給気口２１ａおよび排気口２１ｂを有する容
器２１の内部の下方に、基板１を加熱するホットプレー
ト２２が配設されている。
【００１５】これらの各種装置を使用して太陽電池を製
造する方法を図１〜３を用いて説明する。
造する方法を図１〜３を用いて説明する。
【００１６】一方の面に第一の電極である透明導電膜
（以下「ＩＴＯ」という。）２を形成した基板１の当該
ＩＴＯ２側をＲＦ電極１６側へ向けるように当該基板１
をｐ−ＣＶＤ装置１０のホルダ１２に取り付けたら、チ
ャンバ１１の排気口１１ａに連結された図示しないロー
タリポンプおよび油拡散ポンプを作動して当該チャンバ
１１内を減圧すると共に、上記基板１をヒータ１３で加
熱する。
（以下「ＩＴＯ」という。）２を形成した基板１の当該
ＩＴＯ２側をＲＦ電極１６側へ向けるように当該基板１
をｐ−ＣＶＤ装置１０のホルダ１２に取り付けたら、チ
ャンバ１１の排気口１１ａに連結された図示しないロー
タリポンプおよび油拡散ポンプを作動して当該チャンバ
１１内を減圧すると共に、上記基板１をヒータ１３で加
熱する。
【００１７】基板１およびＩＴＯ２が所定の温度に加熱
されると共に、チャンバ１１内の真空度が所定の値（１
０-6Ｔｏｒｒ）になったら、前記ロータリポンプおよび
前記油拡散ポンプによる真空吸引系をメカニカルブース
タポンプおよびロータリポンプの系統に切り換えた後、
各ガスをマスフローコントローラで所定の流量に調節し
ながら混合して、供給管１５の前記穴からＩＴＯ２へ向
けて噴射する。
されると共に、チャンバ１１内の真空度が所定の値（１
０-6Ｔｏｒｒ）になったら、前記ロータリポンプおよび
前記油拡散ポンプによる真空吸引系をメカニカルブース
タポンプおよびロータリポンプの系統に切り換えた後、
各ガスをマスフローコントローラで所定の流量に調節し
ながら混合して、供給管１５の前記穴からＩＴＯ２へ向
けて噴射する。
【００１８】続いて、ガスの圧力を所定の値に調整した
後、ＲＦ電源１８からマッチングボックス１７を介して
ＲＦ電極１６に所定のＲＦパワーを投入し、グロー放電
を起こさせて上記ガスのプラズマを発生させることによ
り、前記ＩＴＯ２上に種結晶となるｐ型の微結晶水素化
アモルファスシリコン（以下「μｃ−Ｓｉ：Ｈ」とい
う。）層３を形成する（種結晶形成工程：図３（ａ）参
照）。ここで、ｐ型としたのは、当該層３上に続いて形
成する層がｐ型であり、当該層間に障壁を生じることを
避けるためである。
後、ＲＦ電源１８からマッチングボックス１７を介して
ＲＦ電極１６に所定のＲＦパワーを投入し、グロー放電
を起こさせて上記ガスのプラズマを発生させることによ
り、前記ＩＴＯ２上に種結晶となるｐ型の微結晶水素化
アモルファスシリコン（以下「μｃ−Ｓｉ：Ｈ」とい
う。）層３を形成する（種結晶形成工程：図３（ａ）参
照）。ここで、ｐ型としたのは、当該層３上に続いて形
成する層がｐ型であり、当該層間に障壁を生じることを
避けるためである。
【００１９】以下に上記μｃ−Ｓｉ：Ｈ層３の成膜条件
を示す。 ［μｃ−Ｓｉ：Ｈ層３］ ・基板温度−２００℃ ・ＳｉＨ4 ガス供給流量−２０ＳＣＣＭ ・Ｈ2 ガス供給流量−３００ＳＣＣＭ ・ガス圧力−０．１Ｔｏｒｒ ・ＲＦパワー−３０Ｗ ・形成膜厚−０．１μｍ ※なお、微結晶の成長を促進するため、Ｈ2 ガスを多量
に混入した。
を示す。 ［μｃ−Ｓｉ：Ｈ層３］ ・基板温度−２００℃ ・ＳｉＨ4 ガス供給流量−２０ＳＣＣＭ ・Ｈ2 ガス供給流量−３００ＳＣＣＭ ・ガス圧力−０．１Ｔｏｒｒ ・ＲＦパワー−３０Ｗ ・形成膜厚−０．１μｍ ※なお、微結晶の成長を促進するため、Ｈ2 ガスを多量
に混入した。
【００２０】次に、供給するガスを適宜選択し、上述し
たμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３と同様に操作することにより、本
体層となる柱状構造のｐ型水素化アモルファスシリコン
（以下「ａ−Ｓｉ：Ｈ」という。）層４ａ、ｉ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層４ｂ、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４ｃを順次形成し
（本体層形成工程：図３（ｂ）参照）、その後、充分冷
却してからホルダ１２から取り外す。ここで、上記各層
３，４ａ〜４ｃの形成後において、残留ガスの除去およ
び基板１の温度変更のため、Ｒｆパワーの投入および各
ガスの供給を所定時間（約４０分）停止して、チャンバ
ー１１内を排気するようにした。
たμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３と同様に操作することにより、本
体層となる柱状構造のｐ型水素化アモルファスシリコン
（以下「ａ−Ｓｉ：Ｈ」という。）層４ａ、ｉ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層４ｂ、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４ｃを順次形成し
（本体層形成工程：図３（ｂ）参照）、その後、充分冷
却してからホルダ１２から取り外す。ここで、上記各層
３，４ａ〜４ｃの形成後において、残留ガスの除去およ
び基板１の温度変更のため、Ｒｆパワーの投入および各
ガスの供給を所定時間（約４０分）停止して、チャンバ
ー１１内を排気するようにした。
【００２１】以下に上記各層４ａ〜４ｃの成膜条件を示
す。 ［ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４ａ］ ・基板温度−１７０℃ ・ＳｉＨ4 ガス供給流量−１００ＳＣＣＭ ・Ｂ2 Ｈ6 ガスドーピング率−０．２％ ・ガス圧力−０．５Ｔｏｒｒ ・ＲＦパワー−８０Ｗ ・形成膜厚−２μｍ
す。 ［ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４ａ］ ・基板温度−１７０℃ ・ＳｉＨ4 ガス供給流量−１００ＳＣＣＭ ・Ｂ2 Ｈ6 ガスドーピング率−０．２％ ・ガス圧力−０．５Ｔｏｒｒ ・ＲＦパワー−８０Ｗ ・形成膜厚−２μｍ
【００２２】［ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４ｂ］ ・基板温度−１８０℃ ・ＳｉＨ4 ガス供給流量−１００ＳＣＣＭ ・ガス圧力−０．３５Ｔｏｒｒ ・ＲＦパワー−１００Ｗ ・形成膜厚−４０μｍ
【００２３】［ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４ｃ］ ・基板温度−２００℃ ・ＳｉＨ4 ガス供給流量−１００ＳＣＣＭ ・ＰＨ3 ガスドーピング率−０．５％ ・ガス圧力−０．５Ｔｏｒｒ ・ＲＦパワー−１００Ｗ ・形成膜厚−３μｍ
【００２４】なお、上記条件で成膜した他のサンプルの
断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、上記のような
高ガス圧力および高ＲＦパワーで成膜した各層４ａ〜４
ｃは、柱状構造で成長していることが確認できた。
断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、上記のような
高ガス圧力および高ＲＦパワーで成膜した各層４ａ〜４
ｃは、柱状構造で成長していることが確認できた。
【００２５】このようにして各層３，４ａ〜４ｃを形成
した基板１を前記熱処理装置２０のホットプレート２２
上に移載し、容器２１の給気口２１ａから窒素ガスを常
時送給しながらホットプレート２２を作動して熱処理し
（６００℃×８時間）、本体層である上記各層４ａ〜４
ｃを溶融させることなく固相成長させて柱状構造領域を
単結晶化させることにより、当該各層４ａ〜４ｃをｐ型
ｐ−Ｓｉ層５ａ、ｉ型ｐ−Ｓｉ層５ｂ、ｎ型ｐ−Ｓｉ層
５ｃとした（本体層熱処理工程：図３（ｃ）参照）。こ
こで、窒素ガスを常時送給したのは、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ
層４ｃ側よりもμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３側ほど高温となる温
度勾配を有する熱処理とすることにより、種結晶である
μｃ−Ｓｉ：Ｈ層３の微結晶側から単結晶を成長させる
ようにするためである。
した基板１を前記熱処理装置２０のホットプレート２２
上に移載し、容器２１の給気口２１ａから窒素ガスを常
時送給しながらホットプレート２２を作動して熱処理し
（６００℃×８時間）、本体層である上記各層４ａ〜４
ｃを溶融させることなく固相成長させて柱状構造領域を
単結晶化させることにより、当該各層４ａ〜４ｃをｐ型
ｐ−Ｓｉ層５ａ、ｉ型ｐ−Ｓｉ層５ｂ、ｎ型ｐ−Ｓｉ層
５ｃとした（本体層熱処理工程：図３（ｃ）参照）。こ
こで、窒素ガスを常時送給したのは、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ
層４ｃ側よりもμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３側ほど高温となる温
度勾配を有する熱処理とすることにより、種結晶である
μｃ−Ｓｉ：Ｈ層３の微結晶側から単結晶を成長させる
ようにするためである。
【００２６】なお、上記条件で成膜および熱処理を行っ
た他のサンプルをセコエッチングしたところ、柱状構造
領域の外周部以外でエッチピットをほとんど観察するこ
とができなっかたことから、柱状構造領域は、完全な単
結晶になっていると判断できる。
た他のサンプルをセコエッチングしたところ、柱状構造
領域の外周部以外でエッチピットをほとんど観察するこ
とができなっかたことから、柱状構造領域は、完全な単
結晶になっていると判断できる。
【００２７】次に、マスクを介して上記層５ｃ上にアル
ミニウムを真空蒸着（厚さ２００ｎｍ）して第二の電極
である裏面電極６を形成することにより（第二電極形成
工程：図３（ｄ）参照）、太陽電池が製造される。
ミニウムを真空蒸着（厚さ２００ｎｍ）して第二の電極
である裏面電極６を形成することにより（第二電極形成
工程：図３（ｄ）参照）、太陽電池が製造される。
【００２８】つまり、透明導電膜２上に種結晶となるμ
ｃ−Ｓｉ：Ｈ層３を形成し、当該μｃ−Ｓｉ：Ｈ層３上
に本体層となる柱状構造のａ−Ｓｉ：Ｈのｐ型、ｉ型、
ｎ型の各層４ａ〜４ｃを形成した後、熱処理することに
より、当該層４ａ〜４ｃを溶融させることなく固相成長
させて単結晶の前記各層５ａ〜５ｃを得るようにしたの
である。
ｃ−Ｓｉ：Ｈ層３を形成し、当該μｃ−Ｓｉ：Ｈ層３上
に本体層となる柱状構造のａ−Ｓｉ：Ｈのｐ型、ｉ型、
ｎ型の各層４ａ〜４ｃを形成した後、熱処理することに
より、当該層４ａ〜４ｃを溶融させることなく固相成長
させて単結晶の前記各層５ａ〜５ｃを得るようにしたの
である。
【００２９】このように単結晶として成長させた前記各
層５ａ〜５ｃは、欠陥が少なく、光で発生したキャリア
の移動方向（各層の積層方向）に粒界がほとんど存在し
ないので、再結合によるキャリア消滅の確率が低いだけ
でなく、キャリアの移動度も大きくなる。さらに、工程
が簡単で溶融装置やイオン注入装置等のような高価な装
置を用いなくても済むと共に、速い速度で成膜すること
ができる。
層５ａ〜５ｃは、欠陥が少なく、光で発生したキャリア
の移動方向（各層の積層方向）に粒界がほとんど存在し
ないので、再結合によるキャリア消滅の確率が低いだけ
でなく、キャリアの移動度も大きくなる。さらに、工程
が簡単で溶融装置やイオン注入装置等のような高価な装
置を用いなくても済むと共に、速い速度で成膜すること
ができる。
【００３０】このようにして製造した太陽電池の光電変
換効率を測定したところ、９．４％となり、従来（６〜
８％）よりも高い値を得られることが確認できた。
換効率を測定したところ、９．４％となり、従来（６〜
８％）よりも高い値を得られることが確認できた。
【００３１】また、光劣化試験を行ったところ、ＡＭ
１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で１００時間照
射しても、光電変換効率がほとんど低下しないことを確
認できた。
１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で１００時間照
射しても、光電変換効率がほとんど低下しないことを確
認できた。
【００３２】したがって、このような太陽電池の製造方
法によれば、光電変換効率の高い太陽電池を低コストで
簡単に製造することができる。
法によれば、光電変換効率の高い太陽電池を低コストで
簡単に製造することができる。
【００３３】なお、本実施の形態では、熱処理装置２０
で窒素ガスを常時送給することにより、μｃ−Ｓｉ：Ｈ
層３側ほど高温となる温度勾配を有する熱処理を行うよ
うにしたが、加熱温度等の諸条件によっては、ホットプ
レート２２で基板１を片側から加熱するだけで、上記温
度勾配を有する熱処理を行うことができるので、その場
合には、窒素ガスを常時送給する必要がない。
で窒素ガスを常時送給することにより、μｃ−Ｓｉ：Ｈ
層３側ほど高温となる温度勾配を有する熱処理を行うよ
うにしたが、加熱温度等の諸条件によっては、ホットプ
レート２２で基板１を片側から加熱するだけで、上記温
度勾配を有する熱処理を行うことができるので、その場
合には、窒素ガスを常時送給する必要がない。
【００３４】また、本実施の形態では、本体層熱処理工
程の後に、アルミニウムの裏面電極６を形成する、すな
わち、第二電極形成工程を行うようにしたが、タングス
テンなどのような耐熱性を有する材料を用いた裏面電極
を形成する場合には、本体層熱処理工程の前に第二電極
形成工程を行うことも可能である。
程の後に、アルミニウムの裏面電極６を形成する、すな
わち、第二電極形成工程を行うようにしたが、タングス
テンなどのような耐熱性を有する材料を用いた裏面電極
を形成する場合には、本体層熱処理工程の前に第二電極
形成工程を行うことも可能である。
【００３５】また、本実施の形態では、種結晶としてμ
ｃ−Ｓｉ：Ｈ層３の微結晶を用いたが、これに限らず、
例えば、Ｓｉを含む分子のイオンを電界で加速してＩＴ
Ｏ２上に堆積させることにより種結晶となる結晶核を形
成することも可能であり、また、ＩＴＯ２上に傷をあら
かじめつけておき、そこから結晶核を優先的に成長させ
るようにすることも可能である。
ｃ−Ｓｉ：Ｈ層３の微結晶を用いたが、これに限らず、
例えば、Ｓｉを含む分子のイオンを電界で加速してＩＴ
Ｏ２上に堆積させることにより種結晶となる結晶核を形
成することも可能であり、また、ＩＴＯ２上に傷をあら
かじめつけておき、そこから結晶核を優先的に成長させ
るようにすることも可能である。
【００３６】また、本実施の形態では、ｐｉｎ接合の太
陽電池の場合について説明したが、ｐｎ接合の太陽電池
の場合についても同様に適用することができる。
陽電池の場合について説明したが、ｐｎ接合の太陽電池
の場合についても同様に適用することができる。
【００３７】ここで、本体層熱処理工程の適正条件を確
認するため、上述した方法に基づいて、加熱温度および
加熱時間を各種変更した確認実験を行った。その結果を
表１に示す。なお、結晶の確認は、セコエッチングを行
い、エッチピットの分布具合を顕微鏡観察により把握し
て行った。つまり、ａ−Ｓｉ：Ｈは、３５０℃程度から
水素が離脱し始め、６００℃程度までにほとんどの水素
が離脱し終えてしまい、この水素離脱過程において、結
晶化されずにダングリングボンドや各種欠陥が残ると、
セコエッチングによりエッチピットが生じるため、柱状
構造領域が単結晶化したならば、その領域の外周部だけ
にエッチピットが生じることに基づいているのである。
認するため、上述した方法に基づいて、加熱温度および
加熱時間を各種変更した確認実験を行った。その結果を
表１に示す。なお、結晶の確認は、セコエッチングを行
い、エッチピットの分布具合を顕微鏡観察により把握し
て行った。つまり、ａ−Ｓｉ：Ｈは、３５０℃程度から
水素が離脱し始め、６００℃程度までにほとんどの水素
が離脱し終えてしまい、この水素離脱過程において、結
晶化されずにダングリングボンドや各種欠陥が残ると、
セコエッチングによりエッチピットが生じるため、柱状
構造領域が単結晶化したならば、その領域の外周部だけ
にエッチピットが生じることに基づいているのである。
【００３８】
【表１】
【００３９】表１からわかるように、４００〜８００℃
の加熱温度で少なくとも４時間以上熱処理すると、柱状
構造領域が単結晶に成長し、１０００℃以上で熱処理す
ると、多結晶となることが判明した。
の加熱温度で少なくとも４時間以上熱処理すると、柱状
構造領域が単結晶に成長し、１０００℃以上で熱処理す
ると、多結晶となることが判明した。
【００４０】本発明による太陽電池の製造方法の第二番
目の実施の形態を次に説明する。ただし、前述した第一
番目の実施の形態と同様な部分については、前述した第
一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を
用いることにより、その説明を省略する。
目の実施の形態を次に説明する。ただし、前述した第一
番目の実施の形態と同様な部分については、前述した第
一番目の実施の形態の説明で用いた符号と同様な符号を
用いることにより、その説明を省略する。
【００４１】前述した第一番目の実施の形態の場合と同
様に、基板１をｐ−ＣＶＤ装置１０のホルダ１２に取り
付け、チャンバ１１内を減圧すると共に基板１を加熱
し、基板１が所定の温度に加熱されると共に、チャンバ
１１内の真空度が所定の値（１０-6Ｔｏｒｒ）になった
ら、ガスをＩＴＯ２へ向けて噴射し、ガスの圧力を所定
の値に調整した後、ＲＦ電源１８からマッチングボック
ス１７を介してＲＦ電極１６に所定のＲＦパワーを投入
し、グロー放電を起こさせて上記ガスのプラズマを発生
させることにより、ＩＴＯ２上にμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３を
形成する。
様に、基板１をｐ−ＣＶＤ装置１０のホルダ１２に取り
付け、チャンバ１１内を減圧すると共に基板１を加熱
し、基板１が所定の温度に加熱されると共に、チャンバ
１１内の真空度が所定の値（１０-6Ｔｏｒｒ）になった
ら、ガスをＩＴＯ２へ向けて噴射し、ガスの圧力を所定
の値に調整した後、ＲＦ電源１８からマッチングボック
ス１７を介してＲＦ電極１６に所定のＲＦパワーを投入
し、グロー放電を起こさせて上記ガスのプラズマを発生
させることにより、ＩＴＯ２上にμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３を
形成する。
【００４２】次に、このようにしてμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３
をＩＴＯ２上に形成した基板１を恒温槽内に移載し、窒
素雰囲気下、７００℃で４時間熱処理を行う（種結晶熱
処理工程）。
をＩＴＯ２上に形成した基板１を恒温槽内に移載し、窒
素雰囲気下、７００℃で４時間熱処理を行う（種結晶熱
処理工程）。
【００４３】続いて、前述した第一番目の実施の形態の
場合と同様に、ｐ−ＣＶＤ装置１０で柱状構造のｐ型ａ
−Ｓｉ：Ｈ層４ａ、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４ｂ、ｎ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層４ｃを順次形成した後、熱処理装置２０で窒
素ガスを常時送給しながら熱処理（６００℃×８時間）
することにより、ｐ型ｐ−Ｓｉ層５ａ、ｉ型ｐ−Ｓｉ層
５ｂ、ｎ型ｐ−Ｓｉ層５ｃとしたら、上記層５ｃ上に裏
面電極６を形成することにより、太陽電池を製造する。
場合と同様に、ｐ−ＣＶＤ装置１０で柱状構造のｐ型ａ
−Ｓｉ：Ｈ層４ａ、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層４ｂ、ｎ型ａ−
Ｓｉ：Ｈ層４ｃを順次形成した後、熱処理装置２０で窒
素ガスを常時送給しながら熱処理（６００℃×８時間）
することにより、ｐ型ｐ−Ｓｉ層５ａ、ｉ型ｐ−Ｓｉ層
５ｂ、ｎ型ｐ−Ｓｉ層５ｃとしたら、上記層５ｃ上に裏
面電極６を形成することにより、太陽電池を製造する。
【００４４】つまり、本実施の形態は、柱状構造形成工
程に先立って、種結晶であるμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３を熱処
理するようにしたのである。
程に先立って、種結晶であるμｃ−Ｓｉ：Ｈ層３を熱処
理するようにしたのである。
【００４５】このため、μｃ−Ｓｉ：Ｈ層３の微結晶の
粒径を大きくしてから前記各層３ａ〜４ｃを形成するこ
とができるので、柱状構造を単結晶に成長しやすくする
ことができる。
粒径を大きくしてから前記各層３ａ〜４ｃを形成するこ
とができるので、柱状構造を単結晶に成長しやすくする
ことができる。
【００４６】このようにして製造した太陽電池の光電変
換効率を測定したところ、９．８％となり、従来（６〜
８％）よりも高い値を得られるだけでなく、前述した実
施の形態の場合（９．４％）よりも高い値を得られるこ
とが確認できた。
換効率を測定したところ、９．８％となり、従来（６〜
８％）よりも高い値を得られるだけでなく、前述した実
施の形態の場合（９．４％）よりも高い値を得られるこ
とが確認できた。
【００４７】また、光劣化試験を行ったところ、ＡＭ
１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で１００時間照
射しても、光電変換効率がほとんど低下しないことを確
認できた。
１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で１００時間照
射しても、光電変換効率がほとんど低下しないことを確
認できた。
【００４８】また、走査型電子顕微鏡を用いてμｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ層３の微結晶を熱処理前後でそれぞれ観察したと
ころ、微結晶の粒径が熱処理前よりも熱処理後で明らか
に大きくなっていることが確認できた。
ｉ：Ｈ層３の微結晶を熱処理前後でそれぞれ観察したと
ころ、微結晶の粒径が熱処理前よりも熱処理後で明らか
に大きくなっていることが確認できた。
【００４９】したがって、本実施の形態によれば、前述
した実施の形態の場合と同様な効果が得られるのはもち
ろんのこと、前述した実施の形態の場合よりも、前記各
層４ａ〜４ｃの柱状構造領域を単結晶の前記各層５ａ〜
５ｃに成長させやすいので、前述した実施の形態の場合
よりも、当該各層５ａ〜５ｃの欠陥をさらに低減するこ
とができ、さらに高光電変換効率の太陽電池を得ること
ができる。
した実施の形態の場合と同様な効果が得られるのはもち
ろんのこと、前述した実施の形態の場合よりも、前記各
層４ａ〜４ｃの柱状構造領域を単結晶の前記各層５ａ〜
５ｃに成長させやすいので、前述した実施の形態の場合
よりも、当該各層５ａ〜５ｃの欠陥をさらに低減するこ
とができ、さらに高光電変換効率の太陽電池を得ること
ができる。
【００５０】ここで、本体層熱処理工程の適正条件を確
認するため、上述した方法に基づいて、加熱温度および
加熱時間を各種変更した確認実験を行った。その結果を
表２に示す。
認するため、上述した方法に基づいて、加熱温度および
加熱時間を各種変更した確認実験を行った。その結果を
表２に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】表２からわかるように、４００〜８００℃
の加熱温度で少なくとも４時間以上熱処理すると、柱状
構造領域が単結晶に成長し、１０００℃以上で熱処理す
ると、多結晶となることが判明した。
の加熱温度で少なくとも４時間以上熱処理すると、柱状
構造領域が単結晶に成長し、１０００℃以上で熱処理す
ると、多結晶となることが判明した。
【００５３】また、種結晶熱処理工程の適正条件を確認
するため、上述した方法に基づいて、加熱温度および加
熱時間を各種変更した確認実験を行った。その結果を表
３に示す。なお、評価には走査型電子顕微鏡写真を用い
た。
するため、上述した方法に基づいて、加熱温度および加
熱時間を各種変更した確認実験を行った。その結果を表
３に示す。なお、評価には走査型電子顕微鏡写真を用い
た。
【００５４】
【表３】
【００５５】表３からわかるように、６００℃以上の加
熱温度で少なくとも２時間以上熱処理すると、微結晶の
粒径の増大化できることが判明した。
熱温度で少なくとも２時間以上熱処理すると、微結晶の
粒径の増大化できることが判明した。
【００５６】
【発明の効果】本発明による太陽電池の製造方法は、第
一の電極上に種結晶を形成する種結晶形成工程と、前記
種結晶から柱状構造の水素化アモルファスシリコンから
なる本体層を成長させる本体層形成工程と、前記本体層
を溶融させることなく固相成長させて柱状構造領域を単
結晶化させるように熱処理する本体層熱処理工程と、前
記本体層上に第二の電極を形成する第二電極形成工程と
を行うことから、本体層の欠陥が少なくなり、光で発生
したキャリアの移動方向に粒界がほとんど存在しなくな
るので、再結合によるキャリア消滅の確率が低くなると
共に、キャリアの移動度も大きくなるばかりか、工程が
簡単で溶融装置やイオン注入装置等のような高価な装置
を用いなくても済むと共に、速い速度で成膜することが
できる。この結果、光電変換効率の高い太陽電池を低コ
ストで簡単に製造することができる。
一の電極上に種結晶を形成する種結晶形成工程と、前記
種結晶から柱状構造の水素化アモルファスシリコンから
なる本体層を成長させる本体層形成工程と、前記本体層
を溶融させることなく固相成長させて柱状構造領域を単
結晶化させるように熱処理する本体層熱処理工程と、前
記本体層上に第二の電極を形成する第二電極形成工程と
を行うことから、本体層の欠陥が少なくなり、光で発生
したキャリアの移動方向に粒界がほとんど存在しなくな
るので、再結合によるキャリア消滅の確率が低くなると
共に、キャリアの移動度も大きくなるばかりか、工程が
簡単で溶融装置やイオン注入装置等のような高価な装置
を用いなくても済むと共に、速い速度で成膜することが
できる。この結果、光電変換効率の高い太陽電池を低コ
ストで簡単に製造することができる。
【００５７】また、前記本体層熱処理工程の熱処理が前
記種結晶側ほど高温となる温度勾配を有して当該種結晶
側から柱状構造領域を単結晶化させることから、本体層
の欠陥をさらに少なくすることができ、光で発生したキ
ャリアの移動方向での粒界の存在をさらに少なくするこ
とができるので、再結合によるキャリア消滅の確率をさ
らに低減することができ、キャリアの移動度もさらに大
きくすることができる。
記種結晶側ほど高温となる温度勾配を有して当該種結晶
側から柱状構造領域を単結晶化させることから、本体層
の欠陥をさらに少なくすることができ、光で発生したキ
ャリアの移動方向での粒界の存在をさらに少なくするこ
とができるので、再結合によるキャリア消滅の確率をさ
らに低減することができ、キャリアの移動度もさらに大
きくすることができる。
【００５８】また、前記本体層形成工程に先立って、前
記微結晶の粒径を大きくするように熱処理する種結晶熱
処理工程を行うことから、前記本体層の柱状構造領域が
単結晶に成長しやすくなり、本体層の欠陥をさらに低減
することができ、光で発生したキャリアの移動方向での
粒界の存在をさらに少なくすることができるので、再結
合によるキャリア消滅の確率をさらに低減することがで
き、キャリアの移動度もさらに大きくすることができ
る。
記微結晶の粒径を大きくするように熱処理する種結晶熱
処理工程を行うことから、前記本体層の柱状構造領域が
単結晶に成長しやすくなり、本体層の欠陥をさらに低減
することができ、光で発生したキャリアの移動方向での
粒界の存在をさらに少なくすることができるので、再結
合によるキャリア消滅の確率をさらに低減することがで
き、キャリアの移動度もさらに大きくすることができ
る。
【図１】本発明による太陽電池の製造方法の第一番目の
実施の形態に使用するプラズマ化学気相堆積装置の概略
構成図である。
実施の形態に使用するプラズマ化学気相堆積装置の概略
構成図である。
【図２】本発明による太陽電池の製造方法の第一番目の
実施の形態に使用する熱処理装置の概略構成図である。
実施の形態に使用する熱処理装置の概略構成図である。
【図３】本発明による太陽電池の製造方法の第一番目の
実施の形態の工程説明図である。
実施の形態の工程説明図である。
１ 基板 ２ 透明導電膜（ＩＴＯ） ３ 微結晶水素化アモルファスシリコン層（μｃ−Ｓ
ｉ：Ｈ層） ４ａ ｐ型水素化アモルファスシリコン層（ｐ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層） ４ｂ ｉ型水素化アモルファスシリコン層（ｉ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層） ４ｃ ｎ型水素化アモルファスシリコン層（ｎ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層） ５ａ ｐ型多結晶シリコン層（ｐ型ｐ−Ｓｉ層） ５ｂ ｉ型多結晶シリコン層（ｉ型ｐ−Ｓｉ層） ５ｃ ｎ型多結晶シリコン層（ｎ型ｐ−Ｓｉ層） ６ 裏面電極 １０ プラズマ化学気相堆積装置（ｐ−ＣＶＤ装置） １１ チャンバ １１ａ 排気口 １２ ホルダ １３ ヒータ １４ ガスボックス １５ 供給管 １６ ＲＦ電極 １７ マッチングボックス １８ ＲＦ電源 ２０ 熱処理装置 ２１ 容器 ２１ａ 給気口 ２１ｂ 排気口 ２２ ホットプレート
ｉ：Ｈ層） ４ａ ｐ型水素化アモルファスシリコン層（ｐ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層） ４ｂ ｉ型水素化アモルファスシリコン層（ｉ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層） ４ｃ ｎ型水素化アモルファスシリコン層（ｎ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ層） ５ａ ｐ型多結晶シリコン層（ｐ型ｐ−Ｓｉ層） ５ｂ ｉ型多結晶シリコン層（ｉ型ｐ−Ｓｉ層） ５ｃ ｎ型多結晶シリコン層（ｎ型ｐ−Ｓｉ層） ６ 裏面電極 １０ プラズマ化学気相堆積装置（ｐ−ＣＶＤ装置） １１ チャンバ １１ａ 排気口 １２ ホルダ １３ ヒータ １４ ガスボックス １５ 供給管 １６ ＲＦ電極 １７ マッチングボックス １８ ＲＦ電源 ２０ 熱処理装置 ２１ 容器 ２１ａ 給気口 ２１ｂ 排気口 ２２ ホットプレート
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 21/205
Claims (4)
- 【請求項１】 第一の電極上に種結晶を形成する種結晶
形成工程と、 前記種結晶から柱状構造の水素化アモルファスシリコン
からなる本体層を成長させる本体層形成工程と、 前記本体層を溶融させることなく固相成長させて柱状構
造領域を単結晶化させるように熱処理する本体層熱処理
工程と、 前記本体層上に第二の電極を形成する第二電極形成工程
とを行うことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項２】 前記本体層熱処理工程の熱処理が前記種
結晶側ほど高温となる温度勾配を有して当該種結晶側か
ら柱状構造領域を単結晶化させることを特徴とする請求
項１に記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】 前記種結晶が水素化アモルファスシリコ
ンに含まれる微結晶であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項４】 前記本体層形成工程に先立って、前記微
結晶の粒径を大きくするように熱処理する種結晶熱処理
工程を行うことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30487898A JP3327851B2 (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30487898A JP3327851B2 (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 太陽電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000133825A JP2000133825A (ja) | 2000-05-12 |
| JP3327851B2 true JP3327851B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=17938375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30487898A Expired - Fee Related JP3327851B2 (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3327851B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5248995B2 (ja) * | 2007-11-30 | 2013-07-31 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 光電変換装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-10-27 JP JP30487898A patent/JP3327851B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000133825A (ja) | 2000-05-12 |
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