JP3354282B2 - 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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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固相成長法を用いた光
起電力素子の製造方法に関し、特に、固相成長に際して
の熱アニール工程が改良された光起電力素子の製造方法
に関する。
起電力素子の製造方法に関し、特に、固相成長に際して
の熱アニール工程が改良された光起電力素子の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光起電力素子では、光電変換効率の向上
が強く求められている。また、光起電力素子を構成する
ための光活性層として、薄膜多結晶シリコンを用いるこ
とが知られている。薄膜多結晶シリコンを用いた光起電
力素子において、光電変換効率を高めるための１つの手
段として、薄膜多結晶シリコンの結晶粒を大型化し、薄
膜内におけるキャリアの移動度を高める方法がある。
が強く求められている。また、光起電力素子を構成する
ための光活性層として、薄膜多結晶シリコンを用いるこ
とが知られている。薄膜多結晶シリコンを用いた光起電
力素子において、光電変換効率を高めるための１つの手
段として、薄膜多結晶シリコンの結晶粒を大型化し、薄
膜内におけるキャリアの移動度を高める方法がある。
【０００３】他方、薄膜多結晶シリコンの製造方法の１
つとして、固相成長法が知られている。固相成長法で
は、基板上に非晶質シリコン薄膜を形成し、該非晶質シ
リコン薄膜を熱アニールすることにより結晶化させ、薄
膜多結晶シリコンを得る。また、上記固相成長により結
晶粒径の大きな薄膜多結晶シリコンを製造する方法とし
て、いわゆるパーシャルドーピング法が知られている。
パーシャルドーピング法は、非晶質シリコン薄膜の一部
にリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）などのドーパントをド
ーピングすることにより、非晶質シリコンの荷電状態を
変化させ、ドーピングさせた部分から選択的に結晶化を
開始させる方法である。パーシャルドーピング法によれ
ば、非晶質シリコン薄膜中の特定の部分から結晶化が開
始されるため、結晶核の発生を制御することができ、比
較的大きな結晶粒径を有する薄膜多結晶シリコンを得る
ことができる。
つとして、固相成長法が知られている。固相成長法で
は、基板上に非晶質シリコン薄膜を形成し、該非晶質シ
リコン薄膜を熱アニールすることにより結晶化させ、薄
膜多結晶シリコンを得る。また、上記固相成長により結
晶粒径の大きな薄膜多結晶シリコンを製造する方法とし
て、いわゆるパーシャルドーピング法が知られている。
パーシャルドーピング法は、非晶質シリコン薄膜の一部
にリン（Ｐ）またはボロン（Ｂ）などのドーパントをド
ーピングすることにより、非晶質シリコンの荷電状態を
変化させ、ドーピングさせた部分から選択的に結晶化を
開始させる方法である。パーシャルドーピング法によれ
ば、非晶質シリコン薄膜中の特定の部分から結晶化が開
始されるため、結晶核の発生を制御することができ、比
較的大きな結晶粒径を有する薄膜多結晶シリコンを得る
ことができる。
【０００４】他方、上記薄膜多結晶シリコンを用いた光
起電力素子の製造に際しては、従来、例えばｎ型の薄膜
多結晶シリコンを形成した後、該ｎ型の薄膜多結晶シリ
コン上に、ｉ型及びｐ型の非晶質シリコン薄膜を堆積
し、さらに上記非晶質シリコン薄膜を多結晶化すること
により、ｐｎ接合を形成していた。
起電力素子の製造に際しては、従来、例えばｎ型の薄膜
多結晶シリコンを形成した後、該ｎ型の薄膜多結晶シリ
コン上に、ｉ型及びｐ型の非晶質シリコン薄膜を堆積
し、さらに上記非晶質シリコン薄膜を多結晶化すること
により、ｐｎ接合を形成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の固相成
長法を用いた薄膜多結晶シリコンの製造方法では、十分
に大きな結晶粒径を有する薄膜多結晶シリコンを得るこ
とが困難であった。すなわち、上記パーシャルドーピン
グ法を含む固相成長法を利用した従来の製造方法では、
固相成長の初期に非晶質シリコン層と基板との界面にお
いて核が発生し、発生した核から結晶成長が進行し、結
晶粒が形成されていた。このような段階を経て薄膜多結
晶シリコンが得られているが、結晶粒をより大きくする
には、核の発生数がいまだ多く、従って、より一層固相
成長初期に発生する核の数を低減し、それによって、よ
り大きな粒径の薄膜多結晶シリコンを得ることが求めら
れていた。
長法を用いた薄膜多結晶シリコンの製造方法では、十分
に大きな結晶粒径を有する薄膜多結晶シリコンを得るこ
とが困難であった。すなわち、上記パーシャルドーピン
グ法を含む固相成長法を利用した従来の製造方法では、
固相成長の初期に非晶質シリコン層と基板との界面にお
いて核が発生し、発生した核から結晶成長が進行し、結
晶粒が形成されていた。このような段階を経て薄膜多結
晶シリコンが得られているが、結晶粒をより大きくする
には、核の発生数がいまだ多く、従って、より一層固相
成長初期に発生する核の数を低減し、それによって、よ
り大きな粒径の薄膜多結晶シリコンを得ることが求めら
れていた。
【０００６】さらに、上記のような固相成長を利用した
従来法では、熱アニールによる固相成長直後に、粒界を
Ｈ原子などによりパッシベーションする必要があった。
従来法では、熱アニールによる固相成長直後に、粒界を
Ｈ原子などによりパッシベーションする必要があった。
【０００７】また、従来の上記固相成長法を利用して得
られた薄膜多結晶シリコンを用いた光起電力素子の製造
方法では、例えばｎ型の薄膜多結晶シリコンを形成した
後に、上記のようにｉ型及びｐ型の非晶質シリコン薄膜
を形成し、さらに多結晶化することによりｐｎ接合が形
成されていたため、接合を均一にかつ安定に形成するこ
とが困難であった。
られた薄膜多結晶シリコンを用いた光起電力素子の製造
方法では、例えばｎ型の薄膜多結晶シリコンを形成した
後に、上記のようにｉ型及びｐ型の非晶質シリコン薄膜
を形成し、さらに多結晶化することによりｐｎ接合が形
成されていたため、接合を均一にかつ安定に形成するこ
とが困難であった。
【０００８】本発明の目的は、固相成長法により薄膜多
結晶シリコンを得る工程を有する光起電力素子の製造方
法において、薄膜多結晶シリコンの結晶粒を大径化する
ことができ、従って光電変換効率を高めることができ、
さらにｐｎ接合を安定に形成することを可能とする光起
電力素子の製造方法を提供することにある。
結晶シリコンを得る工程を有する光起電力素子の製造方
法において、薄膜多結晶シリコンの結晶粒を大径化する
ことができ、従って光電変換効率を高めることができ、
さらにｐｎ接合を安定に形成することを可能とする光起
電力素子の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本願の発明は、基板上
に、非晶質シリコン層として、ｎ型またはｐ型の第１の
非晶質シリコン層と、上記第１の非晶質シリコン層上に
設けられたアンドープの第２の非晶質シリコン層とを形
成し、上記非晶質シリコン層の熱アニールを、ｐ型また
はｎ型とするためのドーパントソースを含有するプラズ
マ中で行い、第１，第２の非晶質シリコン層を多結晶化
すると共にｐ型またはｎ型のドーパントが注入されたｐ
型またはｎ型の領域と、前記多結晶化された残りの領域
との界面にｐｎ接合を形成することを特徴とする光起電
力素子の製造方法が提供される。
に、非晶質シリコン層として、ｎ型またはｐ型の第１の
非晶質シリコン層と、上記第１の非晶質シリコン層上に
設けられたアンドープの第２の非晶質シリコン層とを形
成し、上記非晶質シリコン層の熱アニールを、ｐ型また
はｎ型とするためのドーパントソースを含有するプラズ
マ中で行い、第１，第２の非晶質シリコン層を多結晶化
すると共にｐ型またはｎ型のドーパントが注入されたｐ
型またはｎ型の領域と、前記多結晶化された残りの領域
との界面にｐｎ接合を形成することを特徴とする光起電
力素子の製造方法が提供される。
【００１０】すなわち、本発明は固相成長法を利用した
薄膜多結晶シリコンの製造方法を応用した光起電力素子
の製造方法であるが、上記固相成長を利用した薄膜多結
晶シリコンの形成工程において、熱アニールをプラズマ
中で行って多結晶化するものである。
薄膜多結晶シリコンの製造方法を応用した光起電力素子
の製造方法であるが、上記固相成長を利用した薄膜多結
晶シリコンの形成工程において、熱アニールをプラズマ
中で行って多結晶化するものである。
【００１１】本発明では、まず、基板上に、非晶質シリ
コン層として、ｎ型またはｐ型の第１の非晶質シリコン
層と、第１の非晶質シリコン層上に設けられたアンドー
プの第２の非晶質シリコン層とが形成される。この第
１，第２の非晶質シリコン層の形成については、従来よ
り公知のプラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法等を用いること
により行い得る。
コン層として、ｎ型またはｐ型の第１の非晶質シリコン
層と、第１の非晶質シリコン層上に設けられたアンドー
プの第２の非晶質シリコン層とが形成される。この第
１，第２の非晶質シリコン層の形成については、従来よ
り公知のプラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法等を用いること
により行い得る。
【００１２】本発明では、上記のようにして形成された
第１，第２の非晶質シリコン層を多結晶化するための熱
アニールが、ｐ型またはｎ型とするためのドーパントソ
ース含有プラズマ中で行われる。従って、熱アニールに
より、ｎ型またはｐ型の第１の非晶質シリコン層が多結
晶化され、基板上にｎ型またはｐ型の薄膜多結晶シリコ
ンが構成される。また、第２の非晶質シリコン層上に設
けられていたアンドープの第２の非晶質シリコン層につ
いては、上記熱アニールにより多結晶化されるが、熱ア
ニールがｐ型またはｎ型のドーパントソース含有プラズ
マ中で行われるため、ｐ型またはｎ型とするためのドー
パントが第２の非晶質シリコン層に注入され、ｐ型また
はｎ型の薄膜多結晶シリコン領域が構成され、残りの領
域との界面にｐｎ接合が形成される。
第１，第２の非晶質シリコン層を多結晶化するための熱
アニールが、ｐ型またはｎ型とするためのドーパントソ
ース含有プラズマ中で行われる。従って、熱アニールに
より、ｎ型またはｐ型の第１の非晶質シリコン層が多結
晶化され、基板上にｎ型またはｐ型の薄膜多結晶シリコ
ンが構成される。また、第２の非晶質シリコン層上に設
けられていたアンドープの第２の非晶質シリコン層につ
いては、上記熱アニールにより多結晶化されるが、熱ア
ニールがｐ型またはｎ型のドーパントソース含有プラズ
マ中で行われるため、ｐ型またはｎ型とするためのドー
パントが第２の非晶質シリコン層に注入され、ｐ型また
はｎ型の薄膜多結晶シリコン領域が構成され、残りの領
域との界面にｐｎ接合が形成される。
【００１３】しかも、プラズマを構成している原子が非
晶質シリコン層に取り込まれ、該原子が核となって結晶
成長が進行する。従って、非晶質シリコン層の表面すな
わち基板とは反対側の面から結晶成長が進行し、基板側
に向かうにつれて大きな粒径の薄膜多結晶シリコンが形
成されることになる。
晶質シリコン層に取り込まれ、該原子が核となって結晶
成長が進行する。従って、非晶質シリコン層の表面すな
わち基板とは反対側の面から結晶成長が進行し、基板側
に向かうにつれて大きな粒径の薄膜多結晶シリコンが形
成されることになる。
【００１４】また、上記のように、第１，第２の非晶質
シリコン層が、上記熱アニールにより、同時に多結晶化
されるため、両シリコン層の界面に、多結晶化と共にｐ
ｎ接合が形成され、従って安定かつ均一な接合を形成す
ることができる。
シリコン層が、上記熱アニールにより、同時に多結晶化
されるため、両シリコン層の界面に、多結晶化と共にｐ
ｎ接合が形成され、従って安定かつ均一な接合を形成す
ることができる。
【００１５】本発明のある限定的な態様では、上記第２
の非晶質シリコン層上に、さらに開口を有するように絶
縁膜が形成され、該絶縁膜が形成されたあとで熱アニー
ルが行われる。よって、上記絶縁膜に設けられた開口内
の領域において、上記プラズマ原子が第２の非晶質シリ
コン層表面に取り込まれ、核が発生する。従って、上記
開口に臨む領域において核が発生し、該核から結晶成長
が進行するため、上記開口に臨む領域から第１の非晶質
シリコン層側に向かって粒径が大きくなるように形成さ
れた結晶粒を有するように、第２の非晶質シリコン層が
多結晶化される。さらに、上記開口に臨む領域に前述し
たドーパントが作用するため、ドーパントの注入により
構成されるｐ型またはｎ型の領域が部分的に形成され
る。よって、ｐ型またはｎ型の領域が部分的に形成され
た太陽電池を作製し得る。
の非晶質シリコン層上に、さらに開口を有するように絶
縁膜が形成され、該絶縁膜が形成されたあとで熱アニー
ルが行われる。よって、上記絶縁膜に設けられた開口内
の領域において、上記プラズマ原子が第２の非晶質シリ
コン層表面に取り込まれ、核が発生する。従って、上記
開口に臨む領域において核が発生し、該核から結晶成長
が進行するため、上記開口に臨む領域から第１の非晶質
シリコン層側に向かって粒径が大きくなるように形成さ
れた結晶粒を有するように、第２の非晶質シリコン層が
多結晶化される。さらに、上記開口に臨む領域に前述し
たドーパントが作用するため、ドーパントの注入により
構成されるｐ型またはｎ型の領域が部分的に形成され
る。よって、ｐ型またはｎ型の領域が部分的に形成され
た太陽電池を作製し得る。
【００１６】また、本発明においては、第１，第２の非
晶質シリコン層の多結晶化直後に上記プラズマ中におい
て熱アニールを続けることにより、プラズマ構成原子に
より結晶粒界をパッシベーションしてもよい。
晶質シリコン層の多結晶化直後に上記プラズマ中におい
て熱アニールを続けることにより、プラズマ構成原子に
より結晶粒界をパッシベーションしてもよい。
【００１７】
【発明の作用及び効果】本発明の光起電力素子の製造方
法では、上記のように第１，第２の非晶質シリコン層を
形成した後に、熱アニールすることにより、第１，第２
の非晶質シリコン層の多結晶化と同時に、ｐｎ接合が形
成される。従って、両層の界面にｐｎ接合を安定にかつ
均一に形成することができ、光電変換効率の高い太陽電
池を提供し得る。
法では、上記のように第１，第２の非晶質シリコン層を
形成した後に、熱アニールすることにより、第１，第２
の非晶質シリコン層の多結晶化と同時に、ｐｎ接合が形
成される。従って、両層の界面にｐｎ接合を安定にかつ
均一に形成することができ、光電変換効率の高い太陽電
池を提供し得る。
【００１８】
【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ実施例を説明
することにより、本発明を明らかにする。
することにより、本発明を明らかにする。
【００１９】参考例 まず、図１に示すように、内部にヒータ２と、プラズマ
生成のための電極３とを有するベルジャー１を用意す
る。電極３は、図示しない高周波電源に接続されてい
る。また、ヒータ２には、接地電極が設けられており、
該ヒータ２の下面に基板４が取り付けられている。
生成のための電極３とを有するベルジャー１を用意す
る。電極３は、図示しない高周波電源に接続されてい
る。また、ヒータ２には、接地電極が設けられており、
該ヒータ２の下面に基板４が取り付けられている。
【００２０】まず、ベルジャー１内に原料ガスとしてＳ
ｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，４）を供給し、電極３か
ら高周波電圧を印加し、プラズマＣＶＤ法により非晶質
シリコン層５を形成する。この場合例えば、基板温度を
４００〜５００℃程度、Ｓｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，
３，４）の流量を１０〜１００ｓｃｃｍ程度とすること
により非晶質シリコン層５を形成し得る。
ｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，３，４）を供給し、電極３か
ら高周波電圧を印加し、プラズマＣＶＤ法により非晶質
シリコン層５を形成する。この場合例えば、基板温度を
４００〜５００℃程度、Ｓｉn Ｈ2n+2（ｎ＝１，２，
３，４）の流量を１０〜１００ｓｃｃｍ程度とすること
により非晶質シリコン層５を形成し得る。
【００２１】次に、堆積された非晶質シリコン層５の多
結晶化を行うために、基板４の温度を４００〜５００℃
とし、熱アニールを行う。同時に、本実施例では、ベル
ジャー１内に水素ガスを供給し、電極３から高周波電圧
を印加し、水素プラズマ６を生成させる。その結果、生
成されたプラズマ中の水素が非晶質シリコン層５の表面
５ａに作用し、結晶核７が表面５ａ側において発生す
る。このように、本実施例では、非晶質シリコン層５の
表面５ａ側において結晶核７を発生させるように、水素
プラズマ中で熱アニールが行われるが、表面５ａ側にお
いて結晶核７を発生させるのに必要な水素プラズマの条
件の一例は、表１に示す通りである。
結晶化を行うために、基板４の温度を４００〜５００℃
とし、熱アニールを行う。同時に、本実施例では、ベル
ジャー１内に水素ガスを供給し、電極３から高周波電圧
を印加し、水素プラズマ６を生成させる。その結果、生
成されたプラズマ中の水素が非晶質シリコン層５の表面
５ａに作用し、結晶核７が表面５ａ側において発生す
る。このように、本実施例では、非晶質シリコン層５の
表面５ａ側において結晶核７を発生させるように、水素
プラズマ中で熱アニールが行われるが、表面５ａ側にお
いて結晶核７を発生させるのに必要な水素プラズマの条
件の一例は、表１に示す通りである。
【００２２】
【表１】
【００２３】なお、本参考例では、水素プラズマ中で熱
アニールすることにより、上記結晶核７が発生するが、
水素プラズマに代えて、ＢやＰのようなドーパントソー
スを含有する水素プラズマを用いてもよい。このような
ドーパントソース含有水素プラズマを生成させるには、
例えば、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 ガスや、ＰＨ3 ／Ｈ2 ガスが使
用される。これらのガスを用いた場合のプラズマ生成条
件を、下記の表２及び表３に示す。
アニールすることにより、上記結晶核７が発生するが、
水素プラズマに代えて、ＢやＰのようなドーパントソー
スを含有する水素プラズマを用いてもよい。このような
ドーパントソース含有水素プラズマを生成させるには、
例えば、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 ガスや、ＰＨ3 ／Ｈ2 ガスが使
用される。これらのガスを用いた場合のプラズマ生成条
件を、下記の表２及び表３に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】
【表３】
【００２６】上記Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 ガスを用いた場合に
は、プラズマ中のボロンＢが非晶質シリコン層５の表面
５ａに作用し、上記と同様に核７が発生する。また、Ｐ
Ｈ3 ／Ｈ2 ガスを用いてプラズマを生成した場合には、
プラズマ中のリンＰが非晶質シリコン層５の表面５ａに
作用し、同じく核７が発生する。
は、プラズマ中のボロンＢが非晶質シリコン層５の表面
５ａに作用し、上記と同様に核７が発生する。また、Ｐ
Ｈ3 ／Ｈ2 ガスを用いてプラズマを生成した場合には、
プラズマ中のリンＰが非晶質シリコン層５の表面５ａに
作用し、同じく核７が発生する。
【００２７】本参考例では、上記のように、プラズマを
生成した状態で、熱アニールが続けられ、そのため、図
３に示すように、上述した結晶核７から結晶成長が進行
し、結晶粒７Ａの粒径が次第に大きくなる。
生成した状態で、熱アニールが続けられ、そのため、図
３に示すように、上述した結晶核７から結晶成長が進行
し、結晶粒７Ａの粒径が次第に大きくなる。
【００２８】さらに上記熱アニールを続けることによ
り、非晶質シリコン層５が多結晶化され、図４に示す薄
膜多結晶シリコン８が形成される。この薄膜多結晶シリ
コン８では、上述した非晶質シリコン層５の表面５ａ側
から多結晶化が進行していくため、結晶化された状態で
は、結晶粒８Ａは、表面８ａ側に比べて、基板４側にお
いてその粒径が大きくされている。
り、非晶質シリコン層５が多結晶化され、図４に示す薄
膜多結晶シリコン８が形成される。この薄膜多結晶シリ
コン８では、上述した非晶質シリコン層５の表面５ａ側
から多結晶化が進行していくため、結晶化された状態で
は、結晶粒８Ａは、表面８ａ側に比べて、基板４側にお
いてその粒径が大きくされている。
【００２９】また、本参考例では、上記のように熱アニ
ールの初期において、プラズマの作用により、非晶質シ
リコン層５の表面５ａ側において核７が生成するため、
このプラズマ生成に際しての条件を選択することによ
り、核の発生数を容易に制御することができ、核７の発
生位置及び発生個数をコントロールすることが容易であ
る。従って、従来例に比べてより大きな粒径の薄膜多結
晶シリコン８を得ることができる。しかも、上記のよう
に、表面８ａ側から結晶成長が進行しているため、表面
側から基板側に向かって結晶粒径が大きくされている薄
膜多結晶シリコン８が得られる。
ールの初期において、プラズマの作用により、非晶質シ
リコン層５の表面５ａ側において核７が生成するため、
このプラズマ生成に際しての条件を選択することによ
り、核の発生数を容易に制御することができ、核７の発
生位置及び発生個数をコントロールすることが容易であ
る。従って、従来例に比べてより大きな粒径の薄膜多結
晶シリコン８を得ることができる。しかも、上記のよう
に、表面８ａ側から結晶成長が進行しているため、表面
側から基板側に向かって結晶粒径が大きくされている薄
膜多結晶シリコン８が得られる。
【００３０】上記Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 ガスやＰＨ3 ／Ｈ2 ガ
スを用いた場合には、それぞれ、ｐ型もしくはｎ型の薄
膜多結晶シリコン８を得ることができる。
スを用いた場合には、それぞれ、ｐ型もしくはｎ型の薄
膜多結晶シリコン８を得ることができる。
【００３１】さらに、本参考例では、上記熱アニールの
間上記プラズマが生成されているため、多結晶化が終了
した後には、水素が、薄膜多結晶シリコン８の粒界に入
り込み、それによって結晶粒界がパッシベーションされ
る。
間上記プラズマが生成されているため、多結晶化が終了
した後には、水素が、薄膜多結晶シリコン８の粒界に入
り込み、それによって結晶粒界がパッシベーションされ
る。
【００３２】本参考例では、上記非晶質シリコン層５の
多結晶化にあたり、熱アニールの全工程をプラズマ中で
行っていたが、上記核７が発生した後に、プラズマの生
成を停止してもよい。その場合においても、結晶核７
が、非晶質シリコン層５の表面５ａ側において確実に生
成し、かつ結晶核７の発生位置及び発生個数を、最初の
プラズマの条件を選択することにより容易にコントロー
ルすることができる。従って、以後の通常の熱アニール
により、上記実施例と同様に大きな粒径の薄膜多結晶シ
リコン８を得ることができる。
多結晶化にあたり、熱アニールの全工程をプラズマ中で
行っていたが、上記核７が発生した後に、プラズマの生
成を停止してもよい。その場合においても、結晶核７
が、非晶質シリコン層５の表面５ａ側において確実に生
成し、かつ結晶核７の発生位置及び発生個数を、最初の
プラズマの条件を選択することにより容易にコントロー
ルすることができる。従って、以後の通常の熱アニール
により、上記実施例と同様に大きな粒径の薄膜多結晶シ
リコン８を得ることができる。
【００３３】実施例 次に、参考例の応用例として、上記実施例の方法に従っ
て太陽電池を作製する実施例につき説明する。
て太陽電池を作製する実施例につき説明する。
【００３４】まず、図５（ａ）に示すように、ベルジャ
ー１内においてヒータ２上に取り付けられた基板４上
に、固相成長法により、約１０００Åの厚みのｎ+ 型多
結晶シリコン層９を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法
により、参考例と同様にして、１０μｍの厚みの非晶質
シリコン層１０を形成する。
ー１内においてヒータ２上に取り付けられた基板４上
に、固相成長法により、約１０００Åの厚みのｎ+ 型多
結晶シリコン層９を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法
により、参考例と同様にして、１０μｍの厚みの非晶質
シリコン層１０を形成する。
【００３５】しかる後、参考例と同様にして、ベルジャ
ー１内に水素ガスを供給し、電極３から高周波電圧を印
加し水素プラズマを生成した状態で熱アニールを行い、
図５（ｂ）に示すｎ- 型多結晶シリコン層１１を形成す
る。
ー１内に水素ガスを供給し、電極３から高周波電圧を印
加し水素プラズマを生成した状態で熱アニールを行い、
図５（ｂ）に示すｎ- 型多結晶シリコン層１１を形成す
る。
【００３６】さらに、上記のようにして形成されたｎ-
型多結晶シリコン層１１上に、プラズマＣＶＤ法によ
り、ｉ型非晶質シリコン層１２及びｐ型非晶質シリコン
層１３を堆積し、さらに、ＩＴＯ（インジウム錫酸化
物）よりなる透明導電膜１４をスパッタリングにより形
成し、表面電極１５を蒸着により形成する（図６参
照）。
型多結晶シリコン層１１上に、プラズマＣＶＤ法によ
り、ｉ型非晶質シリコン層１２及びｐ型非晶質シリコン
層１３を堆積し、さらに、ＩＴＯ（インジウム錫酸化
物）よりなる透明導電膜１４をスパッタリングにより形
成し、表面電極１５を蒸着により形成する（図６参
照）。
【００３７】上記のようにして得られた太陽電池１７に
つき、電流−電圧特性を測定した。結果を図７に示す。
つき、電流−電圧特性を測定した。結果を図７に示す。
【００３８】図７から明らかなように、本実施例で得ら
れた薄膜多結晶シリコンを用いた太陽電池では、変換効
率（η）＝７．９４％、短絡光電流（Ｉｓｃ）＝３１．
８ｍＡ／ｃｍ2 、開放電圧（Ｖoc）＝０．５１８Ｖ、フ
ィルファクター（Ｆ．Ｆ．）＝０．４８２であった。従
って、従来の太陽電池の変換効率＝６．３％に比べて変
換効率の高い太陽電池が得られることがわかる。
れた薄膜多結晶シリコンを用いた太陽電池では、変換効
率（η）＝７．９４％、短絡光電流（Ｉｓｃ）＝３１．
８ｍＡ／ｃｍ2 、開放電圧（Ｖoc）＝０．５１８Ｖ、フ
ィルファクター（Ｆ．Ｆ．）＝０．４８２であった。従
って、従来の太陽電池の変換効率＝６．３％に比べて変
換効率の高い太陽電池が得られることがわかる。
【００３９】本実施例で得られる薄膜多結晶シリコンで
は、核の生成が、基板と反対側の非晶質シリコン層の表
面側で起こり、結晶成長が進行するため、最終的に得ら
れた薄膜多結晶シリコンでは、プラズマ方向に結晶粒が
延ばされており、かつ表面から基板に向かって径が大き
くなる結晶粒を多く含む。他方、太陽電池においては、
長波長の光が進入した場合には、短波長の光に比べて多
結晶シリコン表面からより深い位置まで光が進入した状
態でキャリアが発生するが、ｐｎ接合からの距離が遠く
なるため、長波長の光が進入して発生したキャリアは電
界で分離されず、拡散により分離されることになる。従
って、本実施例のように、表面から基板に向かって粒径
が大きくなるように構成された薄膜多結晶シリコンで
は、基板側において粒径が大きいため、長波長の光が進
入して発生したキャリアが拡散により容易に分離され
る。
は、核の生成が、基板と反対側の非晶質シリコン層の表
面側で起こり、結晶成長が進行するため、最終的に得ら
れた薄膜多結晶シリコンでは、プラズマ方向に結晶粒が
延ばされており、かつ表面から基板に向かって径が大き
くなる結晶粒を多く含む。他方、太陽電池においては、
長波長の光が進入した場合には、短波長の光に比べて多
結晶シリコン表面からより深い位置まで光が進入した状
態でキャリアが発生するが、ｐｎ接合からの距離が遠く
なるため、長波長の光が進入して発生したキャリアは電
界で分離されず、拡散により分離されることになる。従
って、本実施例のように、表面から基板に向かって粒径
が大きくなるように構成された薄膜多結晶シリコンで
は、基板側において粒径が大きいため、長波長の光が進
入して発生したキャリアが拡散により容易に分離され
る。
【００４０】第２の実施例 図８及び図９を参照して、本発明の第２の実施例にかか
る太陽電池の製造方法を説明する。
る太陽電池の製造方法を説明する。
【００４１】まず、図８（ａ）に示すように、ヒータ２
２と対向するように電極２３が設けられたベルジャー２
１を用意する。電極２３はプラズマを生成するために、
図示しない高周波電源に電気的に接続されている。ヒー
タ２２は接地電極と電気的に接続されており、かつヒー
タ２２の下面に基板２４が取り付けられている。
２と対向するように電極２３が設けられたベルジャー２
１を用意する。電極２３はプラズマを生成するために、
図示しない高周波電源に電気的に接続されている。ヒー
タ２２は接地電極と電気的に接続されており、かつヒー
タ２２の下面に基板２４が取り付けられている。
【００４２】まず、ヒータ２２により基板２４を約５５
０℃の温度に加熱し、該基板２４上に、公知のプラズマ
ＣＶＤ法により、ｎ+ 型非晶質シリコン層２５と、ｉ型
非晶質シリコン層２６とを、それぞれ、厚み０．１７μ
ｍ及び１０μｍとなるように堆積する。
０℃の温度に加熱し、該基板２４上に、公知のプラズマ
ＣＶＤ法により、ｎ+ 型非晶質シリコン層２５と、ｉ型
非晶質シリコン層２６とを、それぞれ、厚み０．１７μ
ｍ及び１０μｍとなるように堆積する。
【００４３】次に、図８（ｂ）に略図的に示すように、
上記ｉ型非晶質シリコン層２６上に、全面に、ＳｉＯ2
膜２７を０．１μｍ〜０．３μｍの厚みに形成する。し
かる後、ＳｉＯ2 膜２７をパターニングし、部分的にエ
ッチングすることにより、開口部２７ａを形成する（図
８（ｃ）参照）。
上記ｉ型非晶質シリコン層２６上に、全面に、ＳｉＯ2
膜２７を０．１μｍ〜０．３μｍの厚みに形成する。し
かる後、ＳｉＯ2 膜２７をパターニングし、部分的にエ
ッチングすることにより、開口部２７ａを形成する（図
８（ｃ）参照）。
【００４４】上記のようにして開口部２７ａを形成した
後、ベルジャー２１内にＢ2 Ｈ6 ／Ｈ2 ガスを供給し、
電極２３から高周波電圧を印加し、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 プラ
ズマを生成させ、かつヒータ２２により基板２４を６０
０℃程度の温度に加熱し、熱アニールを行う。
後、ベルジャー２１内にＢ2 Ｈ6 ／Ｈ2 ガスを供給し、
電極２３から高周波電圧を印加し、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 プラ
ズマを生成させ、かつヒータ２２により基板２４を６０
０℃程度の温度に加熱し、熱アニールを行う。
【００４５】上記のように、本実施例では、上記プラズ
マ中にて熱アニールが行われるため、プラズマ中のボロ
ンＢが、ＳｉＯ2 膜の開口部２７ａからｉ型非晶質シリ
コン層２６の表面２６ａに作用し、核の発生を促進す
る。発生した結晶核から結晶成長が進行し、図９（ｂ）
に示すように、ｎ+ 型非晶質シリコン層２５及びｉ型非
晶質シリコン層２６が多結晶化され、ｎ型薄膜多結晶シ
リコン層２８が形成される。本実施例では、図９（ｂ）
に示す状態において、ボロン原子が、ｐ型のドーパント
ソースとして作用するだけでなく、上記のように固相成
長初期における核発生を促進する作用をも果たす。
マ中にて熱アニールが行われるため、プラズマ中のボロ
ンＢが、ＳｉＯ2 膜の開口部２７ａからｉ型非晶質シリ
コン層２６の表面２６ａに作用し、核の発生を促進す
る。発生した結晶核から結晶成長が進行し、図９（ｂ）
に示すように、ｎ+ 型非晶質シリコン層２５及びｉ型非
晶質シリコン層２６が多結晶化され、ｎ型薄膜多結晶シ
リコン層２８が形成される。本実施例では、図９（ｂ）
に示す状態において、ボロン原子が、ｐ型のドーパント
ソースとして作用するだけでなく、上記のように固相成
長初期における核発生を促進する作用をも果たす。
【００４６】また、この薄膜多結晶シリコン層２８で
は、ボロンが進入した領域が、ｐ+ 型薄膜多結晶シリコ
ン２９となり、従って、上記多結晶化と同時に、ｐｎ接
合が形成される。また、上記ｐｎ接合が形成された段階
において、薄膜多結晶シリコン２８の粒界は、プラズマ
中に生成した水素によりパッシベーションされる。
は、ボロンが進入した領域が、ｐ+ 型薄膜多結晶シリコ
ン２９となり、従って、上記多結晶化と同時に、ｐｎ接
合が形成される。また、上記ｐｎ接合が形成された段階
において、薄膜多結晶シリコン２８の粒界は、プラズマ
中に生成した水素によりパッシベーションされる。
【００４７】従って、本実施例においても、基板２４側
において粒径の大きくされている結晶粒を有する薄膜多
結晶シリコン層２８が基板２４上に形成され、しかも多
結晶化初期の結晶核の発生位置及び発生個数を、上記プ
ラズマ条件をコントロールすることにより容易に制御す
ることができる。よって、従来例に比べてより大きな粒
径を有する薄膜多結晶シリコン２８を用いた太陽電池を
得ることができる。
において粒径の大きくされている結晶粒を有する薄膜多
結晶シリコン層２８が基板２４上に形成され、しかも多
結晶化初期の結晶核の発生位置及び発生個数を、上記プ
ラズマ条件をコントロールすることにより容易に制御す
ることができる。よって、従来例に比べてより大きな粒
径を有する薄膜多結晶シリコン２８を用いた太陽電池を
得ることができる。
【００４８】のみならず、上記多結晶化が終了した時点
において、ｐｎ接合が同時に形成されるため、安定にか
つ均一なｐｎ接合を形成することができる。
において、ｐｎ接合が同時に形成されるため、安定にか
つ均一なｐｎ接合を形成することができる。
【００４９】なお、固相成長の出発材料として、ｐ+ 非
晶質シリコン層／ｉ型非晶質シリコン層を用いた場合に
は、上記実施例で用いたＢ2 Ｈ6 ／Ｈ2 プラズマに代え
て、ＰＨ3 ／Ｈ2 プラズマを用いればよい。
晶質シリコン層／ｉ型非晶質シリコン層を用いた場合に
は、上記実施例で用いたＢ2 Ｈ6 ／Ｈ2 プラズマに代え
て、ＰＨ3 ／Ｈ2 プラズマを用いればよい。
【００５０】なお、本実施例では、上記Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2
ガスを供給しプラズマを生成し、熱アニール及び粒界の
パッシベーションを果たしたが、多結晶化が終了した直
後に、水素ガスを供給し水素プラズマにより粒界をパッ
シベーションしてもよい。
ガスを供給しプラズマを生成し、熱アニール及び粒界の
パッシベーションを果たしたが、多結晶化が終了した直
後に、水素ガスを供給し水素プラズマにより粒界をパッ
シベーションしてもよい。
【００５１】また、使用するプラズマの条件としては、
前述した表１〜表３に従って選択し得る。
前述した表１〜表３に従って選択し得る。
【００５２】最後に、図９（ｃ）に示すように、ｐ+ 型
多結晶シリコン層２９上に金属を蒸着することにより電
極３０を形成し、太陽電池３１を得ることができる。
多結晶シリコン層２９上に金属を蒸着することにより電
極３０を形成し、太陽電池３１を得ることができる。
【００５３】上記のように、Ｂ2 Ｈ6 ／Ｈ2 プラズマに
よる処理に際してＳｉＯ2 膜２７がマスクとして機能し
ていたが、該ＳｉＯ2 膜２７は、固相成長後には、多結
晶シリコン層のパッシベーション膜としても機能するこ
とになる。すなわち、本実施例の太陽電池の製造方法で
は、多結晶シリコンのパッシベーション膜及び表面の光
反射を低減する反射防止用のＡＲコート膜として機能す
るＳｉＯ2 膜２７を、多結晶化に際してのマスクとして
も用いることができる。なお、本実施例では、上記多結
晶シリコンのパッシベーション膜としてＳｉＯ2 膜を用
いたが、上記ＳｉＯ2 膜２７に代えて、ＳｉＮx 膜など
の他の適宜の絶縁膜を用いてもよい。
よる処理に際してＳｉＯ2 膜２７がマスクとして機能し
ていたが、該ＳｉＯ2 膜２７は、固相成長後には、多結
晶シリコン層のパッシベーション膜としても機能するこ
とになる。すなわち、本実施例の太陽電池の製造方法で
は、多結晶シリコンのパッシベーション膜及び表面の光
反射を低減する反射防止用のＡＲコート膜として機能す
るＳｉＯ2 膜２７を、多結晶化に際してのマスクとして
も用いることができる。なお、本実施例では、上記多結
晶シリコンのパッシベーション膜としてＳｉＯ2 膜を用
いたが、上記ＳｉＯ2 膜２７に代えて、ＳｉＮx 膜など
の他の適宜の絶縁膜を用いてもよい。
【００５４】上記のようにして得た太陽電池３１の電流
−電圧特性を図１０に示す。図１０から明らかなよう
に、太陽電池３１では、変換効率＝１０．８％、短絡光
電流＝２９．４ｍＡ／ｃｍ2 、開放電圧＝０．５３５
Ｖ、フィルファクター＝０．６８４である。従来の太陽
電池の変換効率は約６．３％であるので、本実施例によ
れば、変換効率を大幅に高めることができる。
−電圧特性を図１０に示す。図１０から明らかなよう
に、太陽電池３１では、変換効率＝１０．８％、短絡光
電流＝２９．４ｍＡ／ｃｍ2 、開放電圧＝０．５３５
Ｖ、フィルファクター＝０．６８４である。従来の太陽
電池の変換効率は約６．３％であるので、本実施例によ
れば、変換効率を大幅に高めることができる。
【００５５】上記のように、本実施例では、多結晶シリ
コン層の表面がＳｉＯ2 膜２７でパッシベーションさ
れ、ｐ+ 層が部分的に形成されている点において、従来
より公知のＰＥＲＬセル（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙ． Ｌｅ
ｔｔｅｒ． 第５７巻第６号、１９９０年、第６０２
頁）と共通するが、本実施例では、上記のようにドーパ
ントＢが結晶成長を促進する作用をも果たしており、さ
らに、上記ＰＥＲＬセルに比べて低温（〜６００℃）の
条件で、さらに、より簡単な工程により製造し得る点に
おいて異なる。
コン層の表面がＳｉＯ2 膜２７でパッシベーションさ
れ、ｐ+ 層が部分的に形成されている点において、従来
より公知のＰＥＲＬセル（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙ． Ｌｅ
ｔｔｅｒ． 第５７巻第６号、１９９０年、第６０２
頁）と共通するが、本実施例では、上記のようにドーパ
ントＢが結晶成長を促進する作用をも果たしており、さ
らに、上記ＰＥＲＬセルに比べて低温（〜６００℃）の
条件で、さらに、より簡単な工程により製造し得る点に
おいて異なる。
【図１】参考例において、非晶質シリコン層を基板上に
形成した状態を示す模式的断面図。
形成した状態を示す模式的断面図。
【図２】非晶質シリコン層を熱アニールした際の結晶核
の形成状態を説明するための模式的断面図。
の形成状態を説明するための模式的断面図。
【図３】非晶質シリコン層において結晶成長が進行した
状態を説明するための模式的断面図。
状態を説明するための模式的断面図。
【図４】基板上に薄膜多結晶シリコンが形成された状態
を示す模式的断面図。
を示す模式的断面図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、参考例の方法
に従って太陽電池を製造する工程を説明するための各模
式的断面図。
に従って太陽電池を製造する工程を説明するための各模
式的断面図。
【図６】第１の実施例で得られた太陽電池を示す断面
図。
図。
【図７】第１の実施例の太陽電池の電流−電圧特性を示
す図。
す図。
【図８】（ａ）は、第２の実施例において基板上に非晶
質シリコン層を形成した状態を示す模式的断面図、
（ｂ）は絶縁膜を非晶質シリコン層上に形成した状態を
示す断面図、（ｃ）は絶縁層に開口部を設けた状態を示
す断面図。
質シリコン層を形成した状態を示す模式的断面図、
（ｂ）は絶縁膜を非晶質シリコン層上に形成した状態を
示す断面図、（ｃ）は絶縁層に開口部を設けた状態を示
す断面図。
【図９】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、多結晶化を行う
工程を説明するための模式的断面図及びｐｎ接合の形成
及び結晶化が終了した状態を示す断面図、（ｃ）は最終
的に得られた太陽電池を示す模式的断面図。
工程を説明するための模式的断面図及びｐｎ接合の形成
及び結晶化が終了した状態を示す断面図、（ｃ）は最終
的に得られた太陽電池を示す模式的断面図。
【図１０】第２の実施例で得られた太陽電池の電流−電
圧特性を示す図。
圧特性を示す図。
４…基板 ５…非晶質シリコン層 ６…プラズマ ７…核 ７Ａ…結晶粒 ８…薄膜多結晶シリコン ２５…ｎ+ 非晶質シリコン層（第１の非晶質シリコン
層） ２６…ｉ型非晶質シリコン層（第２の非晶質シリコン
層） ２７…ＳｉＯ2 膜 ２７ａ…開口部 ３１…太陽電池
層） ２６…ｉ型非晶質シリコン層（第２の非晶質シリコン
層） ２７…ＳｉＯ2 膜 ２７ａ…開口部 ３１…太陽電池
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/324 H01L 21/20
Claims (4)
- 【請求項１】 基板上に、非晶質シリコン層として、ｎ
型またはｐ型の第１の非晶質シリコン層と、前記第１の
非晶質シリコン層上に設けられたアンドープの第２の非
晶質シリコン層とを形成し、 上記非晶質シリコン層の熱アニールを、ｐ型またはｎ型
とするためのドーパントソースを含有するプラズマ中で
行い、前記第１，第２の非晶質シリコン層を多結晶化す
ると共にｐ型またはｎ型のドーパントが注入されたｐ型
またはｎ型の領域と、前記多結晶化された残りの領域と
の界面にｐｎ接合を形成することを特徴とする、光起電
力素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記第２の非晶質シリコン層上に、開口
を有するように絶縁膜を形成し、該絶縁膜形成後に前記
熱アニールを行う、請求項１に記載の光起電力素子の製
造方法。 - 【請求項３】 前記第１，第２の非晶質シリコン層の多
結晶化直後に上記熱アニールを続けることにより結晶粒
界をパッシベーションすることを特徴とする、請求項１
または２に記載の光起電力素子の製造方法。 - 【請求項４】 ｐｎ接合を形成する一方の半導体領域が
多結晶シリコンの部分的な領域に形成されている、請求
項１に記載の製造方法により得られる光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12243594A JP3354282B2 (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | 光起電力素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12243594A JP3354282B2 (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | 光起電力素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335660A JPH07335660A (ja) | 1995-12-22 |
| JP3354282B2 true JP3354282B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=14835783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12243594A Expired - Fee Related JP3354282B2 (ja) | 1994-06-03 | 1994-06-03 | 光起電力素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3354282B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008255373A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Univ Of Tokyo | 結晶薄膜及びその製造方法 |
| US20150349180A1 (en) * | 2014-05-30 | 2015-12-03 | David D. Smith | Relative dopant concentration levels in solar cells |
| KR102531609B1 (ko) | 2016-05-27 | 2023-05-12 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치의 제조 방법 |
| US11587789B2 (en) | 2020-03-06 | 2023-02-21 | Applied Materials, Inc. | System and method for radical and thermal processing of substrates |
| CN114864751B (zh) * | 2022-05-19 | 2023-07-07 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 太阳电池及其制备方法 |
-
1994
- 1994-06-03 JP JP12243594A patent/JP3354282B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07335660A (ja) | 1995-12-22 |
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