JP3478618B2 - 光電変換素子及びその製造方法 - Google Patents
光電変換素子及びその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多結晶シリコン光電変
換素子およびその製造方法に係わり、特にエネルギー変
換効率が良好な光電変換素子およびその製造方法に関す
る。
換素子およびその製造方法に係わり、特にエネルギー変
換効率が良好な光電変換素子およびその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】各種機器の駆動エネルギー源や商用電力
と系統連結させる電源として、光電変換素子としての太
陽電池が広く研究されている。
と系統連結させる電源として、光電変換素子としての太
陽電池が広く研究されている。
【０００３】太陽電池は機能部分にｐｎ接合を用いてお
り、該ｐｎ接合を構成する半導体としては一般にＳｉが
用いられている。光エネルギーを起電力に変換する効率
の点からは、単結晶Ｓｉを用いるのが好ましいが、大面
積化および低コスト化の点からはアモルファスＳｉ系が
有利とされている。近年においては、アモルファスＳｉ
系なみの低コストと単結晶Ｓｉなみの高エネルギー変換
効率とを得る目的で多結晶Ｓｉの使用が検討されてい
る。ところが、従来提案されている方法では塊状の多結
晶をスライスして板状体としこれを用いていたために厚
さを０．３ｍｍ以下にすることは困難であった。従っ
て、光量を十分に吸収するのに必要以上の厚さとなって
しまい、この点で材料の有効利用が十分ではなかった。
即ちコストを下げるためには十分な薄型化が必要であ
る。
り、該ｐｎ接合を構成する半導体としては一般にＳｉが
用いられている。光エネルギーを起電力に変換する効率
の点からは、単結晶Ｓｉを用いるのが好ましいが、大面
積化および低コスト化の点からはアモルファスＳｉ系が
有利とされている。近年においては、アモルファスＳｉ
系なみの低コストと単結晶Ｓｉなみの高エネルギー変換
効率とを得る目的で多結晶Ｓｉの使用が検討されてい
る。ところが、従来提案されている方法では塊状の多結
晶をスライスして板状体としこれを用いていたために厚
さを０．３ｍｍ以下にすることは困難であった。従っ
て、光量を十分に吸収するのに必要以上の厚さとなって
しまい、この点で材料の有効利用が十分ではなかった。
即ちコストを下げるためには十分な薄型化が必要であ
る。
【０００４】そこで、化学的気相成長法（ＣＶＤ）等の
薄膜形成技術を用いて多結晶Ｓｉの薄膜を形成する試み
がなされているが、結晶粒径が形成された膜厚と同等で
あり、せいぜい百分の数ミクロン〜数十ミクロン程度に
しかならず、塊状多結晶Ｓｉスライス法の場合に比べて
もエネルギー変換効率が低いのが現状である。
薄膜形成技術を用いて多結晶Ｓｉの薄膜を形成する試み
がなされているが、結晶粒径が形成された膜厚と同等で
あり、せいぜい百分の数ミクロン〜数十ミクロン程度に
しかならず、塊状多結晶Ｓｉスライス法の場合に比べて
もエネルギー変換効率が低いのが現状である。
【０００５】そこで、多結晶Ｓｉ薄膜にレーザ光を照射
し溶融再結晶化させて結晶粒径を大きくするという試み
もなされているが、低コスト化が十分でなく、また安定
した製造も困難である。
し溶融再結晶化させて結晶粒径を大きくするという試み
もなされているが、低コスト化が十分でなく、また安定
した製造も困難である。
【０００６】一方、帯域溶融再結晶化（ＺＭＲ）により
低コスト基板上に太陽光を吸収するに十分な厚さの結晶
Ｓｉ膜を形成する方法が提案されている（濱本 哲、川
端清司、出口 幹雄、直本 英郎、森川 浩昭、松野
吉徳、板垣 卓士、佐々木肇、石原 隆、隈部 久雄、
“多結晶Ｓｉ薄膜太陽電池における結晶欠陥と太陽電池
特性”、第３回「高効率太陽電池」ワークショップ、富
山（１９９２））。
低コスト基板上に太陽光を吸収するに十分な厚さの結晶
Ｓｉ膜を形成する方法が提案されている（濱本 哲、川
端清司、出口 幹雄、直本 英郎、森川 浩昭、松野
吉徳、板垣 卓士、佐々木肇、石原 隆、隈部 久雄、
“多結晶Ｓｉ薄膜太陽電池における結晶欠陥と太陽電池
特性”、第３回「高効率太陽電池」ワークショップ、富
山（１９９２））。
【０００７】上述の方法によって形成された太陽電池の
断面図を図６に示す。低純度の安価な基板である金属級
Ｓｉ基板６０２上に不純物ストッパーとして絶縁層（Ｓ
ｉＯ 2）６０３、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ＳｉＯ2キャップ層
を順次形成し、これを帯域溶融再結晶化（ＺＭＲ）法に
よりｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の粒径拡大を行う。キャップ層を
除去した後、このｐｏｌｙ−Ｓｉ膜上に、常圧ＣＶＤに
よりＳｉのエピタキシャル成長を行う。これにより、膜
厚約５０μｍ、粒径数ｍｍ〜数ｃｍの多結晶Ｓｉ薄膜を
形成する。この上に拡散によりｐｎ接合６０４を形成
し、さらに、反射防止膜６０５、表面電極６０６を形成
して表面側に多結晶Ｓｉ薄膜セルを作製する。その後、
Ｓｉ基板、さらにＳｉＯ2絶縁層をエッチングにより表
面から選択的に除去し、多結晶Ｓｉ薄膜の裏面を露出さ
せ、この上に裏面電極６０１を形成する。
断面図を図６に示す。低純度の安価な基板である金属級
Ｓｉ基板６０２上に不純物ストッパーとして絶縁層（Ｓ
ｉＯ 2）６０３、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、ＳｉＯ2キャップ層
を順次形成し、これを帯域溶融再結晶化（ＺＭＲ）法に
よりｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の粒径拡大を行う。キャップ層を
除去した後、このｐｏｌｙ−Ｓｉ膜上に、常圧ＣＶＤに
よりＳｉのエピタキシャル成長を行う。これにより、膜
厚約５０μｍ、粒径数ｍｍ〜数ｃｍの多結晶Ｓｉ薄膜を
形成する。この上に拡散によりｐｎ接合６０４を形成
し、さらに、反射防止膜６０５、表面電極６０６を形成
して表面側に多結晶Ｓｉ薄膜セルを作製する。その後、
Ｓｉ基板、さらにＳｉＯ2絶縁層をエッチングにより表
面から選択的に除去し、多結晶Ｓｉ薄膜の裏面を露出さ
せ、この上に裏面電極６０１を形成する。
【０００８】以上の工程により多結晶Ｓｉ薄膜太陽電池
を作製する。
を作製する。
【０００９】しかしながら、この方法によって形成され
た多結晶Ｓｉ薄膜太陽電池による変換効率は、高変換効
率としては、さらに改善すべき問題点を有していた。さ
らにこの方法では多結晶Ｓｉ層と基板との間にＳｉＯ2
膜が存在するために電気的に絶縁されてしまい、そのた
め基板裏面側からエッチバックを行い、ＳｉＯ2膜に到
達したところでさらにＳｉＯ2膜を除去して多結晶Ｓｉ
層の裏面を露出し、その上に電極材料を蒸着して導通を
とる必要があるため、工程が複雑になるという問題点が
あった。
た多結晶Ｓｉ薄膜太陽電池による変換効率は、高変換効
率としては、さらに改善すべき問題点を有していた。さ
らにこの方法では多結晶Ｓｉ層と基板との間にＳｉＯ2
膜が存在するために電気的に絶縁されてしまい、そのた
め基板裏面側からエッチバックを行い、ＳｉＯ2膜に到
達したところでさらにＳｉＯ2膜を除去して多結晶Ｓｉ
層の裏面を露出し、その上に電極材料を蒸着して導通を
とる必要があるため、工程が複雑になるという問題点が
あった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の持つ課題を解決し、粒径が大きくかつ良質な多結晶Ｓ
ｉ太陽電池およびその製造方法を提供するものである。
の持つ課題を解決し、粒径が大きくかつ良質な多結晶Ｓ
ｉ太陽電池およびその製造方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の構成は、金属級
シリコンと、該金属級シリコン（以下金属級Ｓｉと呼
ぶ）に金属酸化物と、該金属酸化物上に多結晶シリコン
（以下多結晶Ｓｉと呼ぶ）と、を有することを特徴とす
る光電変換素子である。
シリコンと、該金属級シリコン（以下金属級Ｓｉと呼
ぶ）に金属酸化物と、該金属酸化物上に多結晶シリコン
（以下多結晶Ｓｉと呼ぶ）と、を有することを特徴とす
る光電変換素子である。
【００１２】また、多結晶シリコン光電変換素子の製造
方法であって、金属級シリコン上に金属酸化物を形成す
る工程と、該金属酸化物上にシリコン膜を形成させる工
程と、前記シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコンを
形成させる工程と、を有することを特徴とする光電変換
素子の製造方法である。
方法であって、金属級シリコン上に金属酸化物を形成す
る工程と、該金属酸化物上にシリコン膜を形成させる工
程と、前記シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコンを
形成させる工程と、を有することを特徴とする光電変換
素子の製造方法である。
【００１３】これらにより、特性が良好であり、簡便に
形成できる多結晶光電変換素子及びその製造方法とする
ことができる。
形成できる多結晶光電変換素子及びその製造方法とする
ことができる。
【００１４】
【作用】本発明の作用を図１を参照して説明する。
【００１５】本発明の主要な技術は、図１に示されるよ
うに、（ａ）金属級Ｓｉ基板上にスパッタ等の手法によ
り金属酸化物を堆積した後、（ｂ）その上にＣＶＤ法等
によりＳｉ層を形成し、さらにその上にＣＶＤ法等によ
りＮＳＧ（Non-doped Silicate glass）等のキャップ層
を堆積する。（ｃ）上方からランプ照射によりＳｉ層を
加熱して溶融し、再結晶化させて粒径を拡大させ、
（ｄ）さらに必要に応じてキャップ層徐去後、液相成長
法等により再結晶化Ｓｉ層の厚みを増加させることであ
る。
うに、（ａ）金属級Ｓｉ基板上にスパッタ等の手法によ
り金属酸化物を堆積した後、（ｂ）その上にＣＶＤ法等
によりＳｉ層を形成し、さらにその上にＣＶＤ法等によ
りＮＳＧ（Non-doped Silicate glass）等のキャップ層
を堆積する。（ｃ）上方からランプ照射によりＳｉ層を
加熱して溶融し、再結晶化させて粒径を拡大させ、
（ｄ）さらに必要に応じてキャップ層徐去後、液相成長
法等により再結晶化Ｓｉ層の厚みを増加させることであ
る。
【００１６】本発明者は、ＺｎＯ等の金属酸化物上に堆
積したＳｉ層をランプ加熱して再結晶化させることで、
膜質が良好で大粒径の多結晶Ｓｉ層が形成できることを
見い出し、本発明の完成に至った。
積したＳｉ層をランプ加熱して再結晶化させることで、
膜質が良好で大粒径の多結晶Ｓｉ層が形成できることを
見い出し、本発明の完成に至った。
【００１７】これは、上述の（ｃ）工程による再結晶化
時に、Ｓｉ層と、金属酸化物層及び金属酸化物層と金属
級Ｓｉ基板との熱膨張係数の差があまりないため、再結
晶化後の多結晶Ｓｉ層及び金属級Ｓｉ基板にかかるスト
レスは、ほとんど問題にならず、良好な多結晶Ｓｉ及び
良好な電気的特性が得られると考えられる。
時に、Ｓｉ層と、金属酸化物層及び金属酸化物層と金属
級Ｓｉ基板との熱膨張係数の差があまりないため、再結
晶化後の多結晶Ｓｉ層及び金属級Ｓｉ基板にかかるスト
レスは、ほとんど問題にならず、良好な多結晶Ｓｉ及び
良好な電気的特性が得られると考えられる。
【００１８】また、（ａ）の工程で、金属酸化物（Ｚｎ
Ｏ等の導電性のある金属酸化物を）用いることで再結晶
化Ｓｉ層と下地金属級Ｓｉ基板との間の電気的導通が図
られ、ＳｉＯ2膜を用いたときのように基板のエッチバ
ックを行うといった時間のかかる面倒な工程が不要とな
る。
Ｏ等の導電性のある金属酸化物を）用いることで再結晶
化Ｓｉ層と下地金属級Ｓｉ基板との間の電気的導通が図
られ、ＳｉＯ2膜を用いたときのように基板のエッチバ
ックを行うといった時間のかかる面倒な工程が不要とな
る。
【００１９】以下に本発明について詳述する。
【００２０】基板１０１
本発明に使用される基板１０１は、電気的導通が図れ、
Ｓｉ半導体と熱膨張係数がほぼ同一であり、低純度、具
体的には、不純物元素を１ｐｐｍ乃至２％含む金属級Ｓ
ｉが安価で比較的容易に用いられる。
Ｓｉ半導体と熱膨張係数がほぼ同一であり、低純度、具
体的には、不純物元素を１ｐｐｍ乃至２％含む金属級Ｓ
ｉが安価で比較的容易に用いられる。
【００２１】金属酸化物層１０２
本発明に使用される金属酸化物としては融点がＳｉのそ
れよりも高く、導電性のあるものが選ばれ、例えばＺｎ
Ｏ，ＮｉＯ，Ｖ2Ｏ3等が用いられ、中でもＺｎＯは取扱
い易さやＳｉとの熱膨張係数の差が小さくストレスが生
じにくい点で好適である。金属酸化物層１０２の厚さと
しては金属酸化物の材質、溶融／再結晶化条件等にもよ
るが、概ね０．５〜１０μｍの範囲とするのが適当であ
る。また、導通性を考慮して比抵抗は、１０-3〜１Ω・
ｃｍが好ましい。
れよりも高く、導電性のあるものが選ばれ、例えばＺｎ
Ｏ，ＮｉＯ，Ｖ2Ｏ3等が用いられ、中でもＺｎＯは取扱
い易さやＳｉとの熱膨張係数の差が小さくストレスが生
じにくい点で好適である。金属酸化物層１０２の厚さと
しては金属酸化物の材質、溶融／再結晶化条件等にもよ
るが、概ね０．５〜１０μｍの範囲とするのが適当であ
る。また、導通性を考慮して比抵抗は、１０-3〜１Ω・
ｃｍが好ましい。
【００２２】再結晶させるＳｉ１０３
金属酸化物層１０２に堆積されるＳｉ層としては非単結
晶、すなわち非晶質であっても結晶質であってもよく、
あるいは非晶質と結晶質の混合したものであってもよ
い。
晶、すなわち非晶質であっても結晶質であってもよく、
あるいは非晶質と結晶質の混合したものであってもよ
い。
【００２３】Ｓｉ層を堆積させる方法としては、常圧Ｃ
ＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマ（高周波プラズマ、マ
イクロ波プラズマ等）ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、蒸着法、
スパッタ法等、何でもよい。Ｓｉ層の厚さは、概ね０．
５〜５０μｍの範囲が適当である。
ＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマ（高周波プラズマ、マ
イクロ波プラズマ等）ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、蒸着法、
スパッタ法等、何でもよい。Ｓｉ層の厚さは、概ね０．
５〜５０μｍの範囲が適当である。
【００２４】また、再結晶化されたＳｉ層は膜厚が数十
μｍ以下で、結晶粒径が数百μｍから数ｍｍオーダが好
ましい。再結晶化させる場合において、最高温度は１４
１０〜１４５０℃が好ましく、その時の保持時間は５秒
〜１２０秒が好ましい。さらに、溶融したＳｉ層を固化
させる時の降温速度は、結晶性にとって最も重要であ
り、０．１〜５℃／秒が好ましい。
μｍ以下で、結晶粒径が数百μｍから数ｍｍオーダが好
ましい。再結晶化させる場合において、最高温度は１４
１０〜１４５０℃が好ましく、その時の保持時間は５秒
〜１２０秒が好ましい。さらに、溶融したＳｉ層を固化
させる時の降温速度は、結晶性にとって最も重要であ
り、０．１〜５℃／秒が好ましい。
【００２５】キャップ層１０４
本発明の方法において使用されるＳｉ層１０３上のキャ
ップ層１０４は堆積させたＳｉ層が溶けて丸くなるこ
と、あるいは蒸発することを防ぐためであり、堆積させ
たＳｉ膜の膜質を劣化させないものとしては、ＮＳＧ，
ＰＳＧ（Phosphrous Silicate Glass），ＢＳＧ（Boron
Silicate Glass），Ｓｉ3Ｎ4，ＺｎＯ等あるいはこれ
らの組み合わせが用いられ、これらは常圧ＣＶＤ装置あ
るいはＬＰＣＶＤ装置またはスパッタ装置により形成さ
れる。特にＰＳＧやＢＳＧを用いることにより、溶融中
にＳｉ層へ不純物を導入して導電型を決定することも可
能である。キャップ層の厚さとしては材質や組み合わせ
にもよるが、１〜５μｍの範囲とするのが適当である。
ップ層１０４は堆積させたＳｉ層が溶けて丸くなるこ
と、あるいは蒸発することを防ぐためであり、堆積させ
たＳｉ膜の膜質を劣化させないものとしては、ＮＳＧ，
ＰＳＧ（Phosphrous Silicate Glass），ＢＳＧ（Boron
Silicate Glass），Ｓｉ3Ｎ4，ＺｎＯ等あるいはこれ
らの組み合わせが用いられ、これらは常圧ＣＶＤ装置あ
るいはＬＰＣＶＤ装置またはスパッタ装置により形成さ
れる。特にＰＳＧやＢＳＧを用いることにより、溶融中
にＳｉ層へ不純物を導入して導電型を決定することも可
能である。キャップ層の厚さとしては材質や組み合わせ
にもよるが、１〜５μｍの範囲とするのが適当である。
【００２６】結晶成長法
また本発明の方法において使用される結晶成長法として
は液相成長法、ＬＰＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、スパッタ法等が用いられるが、
成長速度、結晶性の点から液相成長法を用いるのが好ま
しい。液相成長法における成長温度の範囲については溶
媒の種類にもよるが、ＳｉとＳｎを用いる場合には８５
０℃以上１０５０℃以下に制御されるのが望ましい。ま
た過冷却度については数℃程度が好ましく、降温速度に
ついては０．１〜５℃／分の範囲に制御されるのが好ま
しい。
は液相成長法、ＬＰＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、スパッタ法等が用いられるが、
成長速度、結晶性の点から液相成長法を用いるのが好ま
しい。液相成長法における成長温度の範囲については溶
媒の種類にもよるが、ＳｉとＳｎを用いる場合には８５
０℃以上１０５０℃以下に制御されるのが望ましい。ま
た過冷却度については数℃程度が好ましく、降温速度に
ついては０．１〜５℃／分の範囲に制御されるのが好ま
しい。
【００２７】得られた多結晶Ｓｉの表面に半導体接合を
形成する目的で不純物が導入されるが、導入する方法と
してはイオン打ち込み法あるいは熱拡散法により行わ
れ、不純物としてはｎ型ではＰ，Ａｓ，Ｓｂ等が、また
ｐ型ではＢ，Ａｌ等が選ばれる。あるいは多結晶Ｓｉの
表面に多結晶Ｓｉの導電型とは異なる半導体層を堆積し
ても良く、これらの接合深さあるいは半導体層の厚さと
しては導入される不純物の量にもよるが、０．０１〜１
μｍの範囲とするのが適当であり、０．０２〜０．５μ
ｍとするのがより好ましい。
形成する目的で不純物が導入されるが、導入する方法と
してはイオン打ち込み法あるいは熱拡散法により行わ
れ、不純物としてはｎ型ではＰ，Ａｓ，Ｓｂ等が、また
ｐ型ではＢ，Ａｌ等が選ばれる。あるいは多結晶Ｓｉの
表面に多結晶Ｓｉの導電型とは異なる半導体層を堆積し
ても良く、これらの接合深さあるいは半導体層の厚さと
しては導入される不純物の量にもよるが、０．０１〜１
μｍの範囲とするのが適当であり、０．０２〜０．５μ
ｍとするのがより好ましい。
【００２８】また、再結晶化Ｓｉ層あるいは結晶成長法
により得られる多結晶Ｓｉ層の最終的な膜厚について
は、太陽電池の特性上の要求等から１０〜２００μｍが
適当であり、２０〜２００μｍがより好ましい。
により得られる多結晶Ｓｉ層の最終的な膜厚について
は、太陽電池の特性上の要求等から１０〜２００μｍが
適当であり、２０〜２００μｍがより好ましい。
【００２９】（実験１）金属酸化物上のＳｉ層の溶融／
再結晶化 ０．５ｍｍ厚の金属級Ｓｉ基板２０１の表面に金属酸化
物層２０２としてＺｎＯを通常のスパッタ法で２μｍ形
成した（図２（ａ））。
再結晶化 ０．５ｍｍ厚の金属級Ｓｉ基板２０１の表面に金属酸化
物層２０２としてＺｎＯを通常のスパッタ法で２μｍ形
成した（図２（ａ））。
【００３０】その上に通常の真空蒸着装置によりＳｉ層
２０３を６μｍ堆積させた。このときのＳｉ層はＸ線回
折により調べたところ非晶質Ｓｉであった。このような
金属級Ｓｉ基板上のＳｉ層に対し、キャップ層として常
圧ＣＶＤ装置によりＮＳＧ膜２０４を２μｍ堆積した
（図２（ｂ））。
２０３を６μｍ堆積させた。このときのＳｉ層はＸ線回
折により調べたところ非晶質Ｓｉであった。このような
金属級Ｓｉ基板上のＳｉ層に対し、キャップ層として常
圧ＣＶＤ装置によりＮＳＧ膜２０４を２μｍ堆積した
（図２（ｂ））。
【００３１】次に、ハロゲンランプで光照射してＳｉ層
を溶融して再結晶化を行った（図２（ｃ））。このとき
のランプ照射装置の概略図と溶融、再結晶化の温度シー
ケンスをそれぞれ図３（ａ），（ｂ）に示す。図３
（ａ）において、３０１は基板、３０２は石英チャン
バ、３０３はランプ、３０４は冷却水、３０５はリフレ
クタである。
を溶融して再結晶化を行った（図２（ｃ））。このとき
のランプ照射装置の概略図と溶融、再結晶化の温度シー
ケンスをそれぞれ図３（ａ），（ｂ）に示す。図３
（ａ）において、３０１は基板、３０２は石英チャン
バ、３０３はランプ、３０４は冷却水、３０５はリフレ
クタである。
【００３２】光照射終了後、再結晶化Ｓｉ層２０３’上
のＮＳＧ膜をＨＦ水溶液で除去して再結晶化Ｓｉ層の表
面および断面の様子を光学顕微鏡および走査型電子顕微
鏡で観察したところ、比較的平坦なＳｉ層が得られてお
り、膜厚も溶融前のそれとほぼ同じであった。Seccoエ
ッチングにより結晶粒界を顕在化させたところ、再結晶
化Ｓｉ層２０３’の結晶粒径は最大数ｍｍサイズまで拡
大しており、またＳｉ層表面のエッチピット密度は約１
０5個／ｃｍ2であった。
のＮＳＧ膜をＨＦ水溶液で除去して再結晶化Ｓｉ層の表
面および断面の様子を光学顕微鏡および走査型電子顕微
鏡で観察したところ、比較的平坦なＳｉ層が得られてお
り、膜厚も溶融前のそれとほぼ同じであった。Seccoエ
ッチングにより結晶粒界を顕在化させたところ、再結晶
化Ｓｉ層２０３’の結晶粒径は最大数ｍｍサイズまで拡
大しており、またＳｉ層表面のエッチピット密度は約１
０5個／ｃｍ2であった。
【００３３】（実験２）また、実験１と同様にして金属
酸化物層２０２としてＮｉＯを通常のスパッタ法で金属
級Ｓｉ基板２０１の表面に２μｍ形成し、その上に通常
の真空蒸着装置によりＳｉ層２０３を８μｍ堆積させて
ランプ加熱で溶融して再結晶化を行った場合においても
同様な再結晶化Ｓｉ層が得られた。
酸化物層２０２としてＮｉＯを通常のスパッタ法で金属
級Ｓｉ基板２０１の表面に２μｍ形成し、その上に通常
の真空蒸着装置によりＳｉ層２０３を８μｍ堆積させて
ランプ加熱で溶融して再結晶化を行った場合においても
同様な再結晶化Ｓｉ層が得られた。
【００３４】（実験３）実験１で得られた再結晶化Ｓｉ
層の上にさらに液相法により結晶成長を行った。通常の
スライド方式の液相成長装置および溶媒、溶質にそれぞ
れＳｎ，Ｓｉを用いて、成長開始温度９５０℃、過冷却
度３℃、降温速度０．５℃／分、成長時間を６０分とし
て成長を行った（図２（ｄ））。成長終了後、実験１と
同様に基板表面を光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡で
観察したところ、比較的平坦なＳｉ層２０５が得られて
おり、膜厚は約５０μｍであった。結晶粒径も下地であ
る再結晶化Ｓｉ層の大きさを受け継いでおり、また成長
Ｓｉ層表面のエッチピット密度は約５×１０4個／ｃｍ2
であった。
層の上にさらに液相法により結晶成長を行った。通常の
スライド方式の液相成長装置および溶媒、溶質にそれぞ
れＳｎ，Ｓｉを用いて、成長開始温度９５０℃、過冷却
度３℃、降温速度０．５℃／分、成長時間を６０分とし
て成長を行った（図２（ｄ））。成長終了後、実験１と
同様に基板表面を光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡で
観察したところ、比較的平坦なＳｉ層２０５が得られて
おり、膜厚は約５０μｍであった。結晶粒径も下地であ
る再結晶化Ｓｉ層の大きさを受け継いでおり、また成長
Ｓｉ層表面のエッチピット密度は約５×１０4個／ｃｍ2
であった。
【００３５】（実験４）実験３で得られた金属級Ｓｉ基
板上に大粒径Ｓｉ結晶薄膜の表面にイオン打ち込みによ
りＰを８０ｋｅＶ、１×１０15／ｃｍ2の条件で打ち込
み、８００℃、３０分でアニールしてｎ+層２０６を形
成し、その上に集電電極２０７（Ｃｒ（０．０２μｍ）
／Ａｇ（１μｍ）／Ｃｒ（０．００４μｍ））／透明電
極２０８（ＩＴＯ（０・０８５μｍ））を真空蒸着によ
り形成した（図２（ｅ））。
板上に大粒径Ｓｉ結晶薄膜の表面にイオン打ち込みによ
りＰを８０ｋｅＶ、１×１０15／ｃｍ2の条件で打ち込
み、８００℃、３０分でアニールしてｎ+層２０６を形
成し、その上に集電電極２０７（Ｃｒ（０．０２μｍ）
／Ａｇ（１μｍ）／Ｃｒ（０．００４μｍ））／透明電
極２０８（ＩＴＯ（０・０８５μｍ））を真空蒸着によ
り形成した（図２（ｅ））。
【００３６】このようにして作製した大粒径Ｓｉ結晶薄
膜／ＺｎＯ／金属級Ｓｉ構造の太陽電池についてＡＭ
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下でのＩ−Ｖ特性
について測定を行ったところ、セル面積２ｃｍ2で開放
電圧０．５５Ｖ、短絡光電流３２ｍＡ／ｃｍ2、曲線因
子０．７５となり、変換効率１３．２％が得られた。
膜／ＺｎＯ／金属級Ｓｉ構造の太陽電池についてＡＭ
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下でのＩ−Ｖ特性
について測定を行ったところ、セル面積２ｃｍ2で開放
電圧０．５５Ｖ、短絡光電流３２ｍＡ／ｃｍ2、曲線因
子０．７５となり、変換効率１３．２％が得られた。
【００３７】このように、金属級Ｓｉ基板上に金属酸化
物／Ｓｉ層を積層し、ランプ加熱によりＳｉ層を溶融、
再結晶化させることで大粒径Ｓｉ薄膜が形成可能であ
り、これにより良好な特性を有する光電変換素子（太陽
電池）（素子−１）が形成できることが示された。
物／Ｓｉ層を積層し、ランプ加熱によりＳｉ層を溶融、
再結晶化させることで大粒径Ｓｉ薄膜が形成可能であ
り、これにより良好な特性を有する光電変換素子（太陽
電池）（素子−１）が形成できることが示された。
【００３８】（実験５）比較例として、実験１の金属酸
化物層２０２の代わりに、ＳｉＯ2を用い、それ以外は
上述と同様にして形成した再結晶化Ｓｉ層の表面および
断面を観察したところ、実験１と同様に比較的平坦なＳ
ｉ層が得られたが、Seccoエッチングによるエッチピッ
ト密度は１０7個／ｃｍ2もの大きな値となった。
化物層２０２の代わりに、ＳｉＯ2を用い、それ以外は
上述と同様にして形成した再結晶化Ｓｉ層の表面および
断面を観察したところ、実験１と同様に比較的平坦なＳ
ｉ層が得られたが、Seccoエッチングによるエッチピッ
ト密度は１０7個／ｃｍ2もの大きな値となった。
【００３９】（実験６）実験５で得られたものを、実験
４と同じ条件によって太陽電池（素子−２）を形成させ
た。
４と同じ条件によって太陽電池（素子−２）を形成させ
た。
【００４０】実験４で得られた素子−１と実験６で得ら
れた素子−２を比較し、電気的コンタクトを取るため
に、素子−１と素子−２の金属級Ｓｉと、ＳｉＯ2及び
ＺｎＯを、素子直下を一部分剥した後金属電極を形成さ
せ、変換効率を比較した。
れた素子−２を比較し、電気的コンタクトを取るため
に、素子−１と素子−２の金属級Ｓｉと、ＳｉＯ2及び
ＺｎＯを、素子直下を一部分剥した後金属電極を形成さ
せ、変換効率を比較した。
【００４１】素子−１は、素子−２の約２倍の変換効率
が得られ、再結晶化したＳｉ層の膜質が太陽電池特性に
大きく作用することがわかった。
が得られ、再結晶化したＳｉ層の膜質が太陽電池特性に
大きく作用することがわかった。
【００４２】
【実施例】以下、本発明の方法を実施して所望の太陽電
池を形成するところをより詳細に説明するが、本発明は
これらの実施例により何ら限定されるものではない。
池を形成するところをより詳細に説明するが、本発明は
これらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００４３】（実施例１）実験４と同様にして金属級Ｓ
ｉ基板上に大粒径多結晶Ｓｉ結晶太陽電池を作製した。
ｉ基板上に大粒径多結晶Ｓｉ結晶太陽電池を作製した。
【００４４】０．５ｍｍ厚の金属級Ｓｉ基板の表面に金
属酸化物層としてＺｎＯを通常のスパッタ法で２μｍ形
成し、その上に通常の真空蒸着装置によりｎ型Ｓｉ層を
２０μｍ堆積させた。このときのＳｉ層はＸ線回折によ
り調べたところ非晶質Ｓｉであった。このような金属級
Ｓｉ基板上のＳｉ層に対し、キャップ層として常圧ＣＶ
Ｄ装置によりＮＳＧ膜を２μｍ堆積後に、図３（ｂ）に
示す温度シーケンスにより、再結晶化用の熱源であるハ
ロゲンランプ（２５ｋＷ）で光照射してＳｉ層を溶融し
て再結晶化を行った。
属酸化物層としてＺｎＯを通常のスパッタ法で２μｍ形
成し、その上に通常の真空蒸着装置によりｎ型Ｓｉ層を
２０μｍ堆積させた。このときのＳｉ層はＸ線回折によ
り調べたところ非晶質Ｓｉであった。このような金属級
Ｓｉ基板上のＳｉ層に対し、キャップ層として常圧ＣＶ
Ｄ装置によりＮＳＧ膜を２μｍ堆積後に、図３（ｂ）に
示す温度シーケンスにより、再結晶化用の熱源であるハ
ロゲンランプ（２５ｋＷ）で光照射してＳｉ層を溶融し
て再結晶化を行った。
【００４５】光照射終了後、再結晶化Ｓｉ層上のＮＳＧ
膜をＨＦ水溶液で除去してＳｉ結晶薄膜の表面にイオン
打ち込みによりＢを２０ｋｅＶ、１×１０15／ｃｍ2の
条件で打ち込み、８００℃、３０分でアニールしてｐ+
層を形成し、その上にＥＢ（Electron Beam）蒸着によ
り集電電極（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ（０．０４μｍ／０．０
２μｍ／１μｍ））／ＩＴＯ透明導電膜をｐ+層上に形
成した。
膜をＨＦ水溶液で除去してＳｉ結晶薄膜の表面にイオン
打ち込みによりＢを２０ｋｅＶ、１×１０15／ｃｍ2の
条件で打ち込み、８００℃、３０分でアニールしてｐ+
層を形成し、その上にＥＢ（Electron Beam）蒸着によ
り集電電極（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ（０．０４μｍ／０．０
２μｍ／１μｍ））／ＩＴＯ透明導電膜をｐ+層上に形
成した。
【００４６】このようにして作製した大粒径Ｓｉ結晶薄
膜／ＺｎＯ／金属級Ｓｉ構造の太陽電池についてＡＭ
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下でのＩ−Ｖ特性
について測定を行ったところ、セル面積２ｃｍ2で開放
電圧０．５６Ｖ、短絡光電流２５ｍＡ／ｃｍ2、曲線因
子０．７４となり、変換効率１０．４％が得られた。
膜／ＺｎＯ／金属級Ｓｉ構造の太陽電池についてＡＭ
１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下でのＩ−Ｖ特性
について測定を行ったところ、セル面積２ｃｍ2で開放
電圧０．５６Ｖ、短絡光電流２５ｍＡ／ｃｍ2、曲線因
子０．７４となり、変換効率１０．４％が得られた。
【００４７】（実施例２）実施例１と同様にしてｎ+ｐ
接合を有する多結晶Ｓｉ結晶太陽電池を作製した。図２
（ａ）〜（ｅ）にその作製プロセスを示す。
接合を有する多結晶Ｓｉ結晶太陽電池を作製した。図２
（ａ）〜（ｅ）にその作製プロセスを示す。
【００４８】０．５ｍｍ厚の金属級Ｓｉ基板２０１の表
面に金属酸化物層２０２としてＺｎＯを通常のスパッタ
法で２μｍ形成した（図２（ａ））。
面に金属酸化物層２０２としてＺｎＯを通常のスパッタ
法で２μｍ形成した（図２（ａ））。
【００４９】その上に通常のＬＰＣＶＤ装置によりＳｉ
層２０３を１０μｍ堆積させた。このときのＳｉ層はＸ
線回折により調ベたところ、結晶粒径が約８ｎｍ程度の
多結晶Ｓｉであった。このような金属級Ｓｉ基板上のＳ
ｉ層上に、キャップ層２０４としてまたＳｉ層の導電型
を決定するものとして、常圧ＣＶＤ装置によりＢＳＧ膜
を２μｍ堆積した（図２（ｂ））。
層２０３を１０μｍ堆積させた。このときのＳｉ層はＸ
線回折により調ベたところ、結晶粒径が約８ｎｍ程度の
多結晶Ｓｉであった。このような金属級Ｓｉ基板上のＳ
ｉ層上に、キャップ層２０４としてまたＳｉ層の導電型
を決定するものとして、常圧ＣＶＤ装置によりＢＳＧ膜
を２μｍ堆積した（図２（ｂ））。
【００５０】続いて、図３（ａ）のランプ照射装置を用
い、図３（ｂ）に示す温度シーケンスによりハロゲンラ
ンプ（２５ｋＷ）で光照射してＳｉ層を溶融して再結晶
化を行った（図２（ｃ））。
い、図３（ｂ）に示す温度シーケンスによりハロゲンラ
ンプ（２５ｋＷ）で光照射してＳｉ層を溶融して再結晶
化を行った（図２（ｃ））。
【００５１】ＢＳＧを約５％濃度のＨＦ水溶液で室温で
約１０分処理し、除去した後に通常のスライド式ボート
法による液相成長装置により溶媒にＳｎを用い、次の条
件で結晶成長を行って大粒径Ｓｉ結晶の薄膜２０５を得
た（図２（ｃ））。すなわち、水素雰囲気中で、成長開
始温度９５０℃、過冷却度３℃、降温速度０．５℃／
分，成長時間５５分で成長を行った。このようにして得
られたＳｉ結晶薄膜および再結晶化Ｓｉ層の最終的な膜
厚は約５０μｍであった。
約１０分処理し、除去した後に通常のスライド式ボート
法による液相成長装置により溶媒にＳｎを用い、次の条
件で結晶成長を行って大粒径Ｓｉ結晶の薄膜２０５を得
た（図２（ｃ））。すなわち、水素雰囲気中で、成長開
始温度９５０℃、過冷却度３℃、降温速度０．５℃／
分，成長時間５５分で成長を行った。このようにして得
られたＳｉ結晶薄膜および再結晶化Ｓｉ層の最終的な膜
厚は約５０μｍであった。
【００５２】次に、Ｓｉ結晶層の表面にＰＯＣｌ3を拡
散源として９００℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層
２０６を形成し、０．５μｍ程度の接合深さを得た。形
成されたｎ+層表面の熱拡散で生じたデッド層をエッチ
ングにより除去し、約０．２μｍの適度な表面濃度をも
った接合深さを得た。さらにｎ+層の上に実施例１と同
様にして集電電極２０７およびＩＴＯ透明導電膜２０８
を形成した（図２（ｅ））。
散源として９００℃の温度でＰの熱拡散を行ってｎ+層
２０６を形成し、０．５μｍ程度の接合深さを得た。形
成されたｎ+層表面の熱拡散で生じたデッド層をエッチ
ングにより除去し、約０．２μｍの適度な表面濃度をも
った接合深さを得た。さらにｎ+層の上に実施例１と同
様にして集電電極２０７およびＩＴＯ透明導電膜２０８
を形成した（図２（ｅ））。
【００５３】このようにして作製したｎ+−Ｓｉ／ｐ−
Ｓｉ結晶薄膜／ＺｎＯ／金属級Ｓｉ構造の太陽電池につ
いてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下でのＩ
−Ｖ特性について測定を行ったところ、セル面積２ｃｍ
2で開放電圧０．５６Ｖ、短絡光電流３４ｍＡ／ｃｍ
2量、曲線因子０．７３となり、変換効率１３．９％が
得られた。
Ｓｉ結晶薄膜／ＺｎＯ／金属級Ｓｉ構造の太陽電池につ
いてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ2）光照射下でのＩ
−Ｖ特性について測定を行ったところ、セル面積２ｃｍ
2で開放電圧０．５６Ｖ、短絡光電流３４ｍＡ／ｃｍ
2量、曲線因子０．７３となり、変換効率１３．９％が
得られた。
【００５４】（実施例３）実施例１、２と同様にしてｐ
+μｃ−Ｓｉ／多結晶Ｓｉヘテロ接合型太陽電池を作製
した。図５（ａ）〜（ｅ）に作製したへテロ型太陽電池
のプロセスを示す。
+μｃ−Ｓｉ／多結晶Ｓｉヘテロ接合型太陽電池を作製
した。図５（ａ）〜（ｅ）に作製したへテロ型太陽電池
のプロセスを示す。
【００５５】まず、金属級Ｓｉ基板５０１上にＺｎＯを
反応性スパッタ法で２μｍ堆積した（図５（ａ））。さ
らにその上にＬＰＣＶＤ法によりＳｉ層５０３を１２μ
ｍ堆積し、キャップ層５０４として、またＳｉ層５０３
の導電型を決定するものとして、常圧ＣＶＤ装置によ
り、実施例２のＢＳＧ膜２０４に代えてＰＳＧ膜５０４
を２μｍ堆積した（図５（ｂ））。図３（ｂ）に示す温
度シーケンスによりハロゲンランプ（２５ｋＷ）で光照
射してＳｉ層を溶融して再結晶化を行った（図５
（ｃ））。
反応性スパッタ法で２μｍ堆積した（図５（ａ））。さ
らにその上にＬＰＣＶＤ法によりＳｉ層５０３を１２μ
ｍ堆積し、キャップ層５０４として、またＳｉ層５０３
の導電型を決定するものとして、常圧ＣＶＤ装置によ
り、実施例２のＢＳＧ膜２０４に代えてＰＳＧ膜５０４
を２μｍ堆積した（図５（ｂ））。図３（ｂ）に示す温
度シーケンスによりハロゲンランプ（２５ｋＷ）で光照
射してＳｉ層を溶融して再結晶化を行った（図５
（ｃ））。
【００５６】なお、図３（ｂ）の１００秒以上は同様に
して降温してもよいが、生産効率向上の観点から急冷し
てもよい。
して降温してもよいが、生産効率向上の観点から急冷し
てもよい。
【００５７】ＰＳＧをＨＦ水溶液で除去した後に通常の
スライド式ボート法による液相成長装置により溶媒にＳ
ｎ、溶質にＳｉ（０．４８重量％）を用い、水素雰囲気
中で、成長開始温度９５０℃，過冷却度３℃，降温速度
０．５℃／分，成長時間５５分で成長を行った。このよ
うにして得られたＳｉ結晶薄膜の最終的な膜厚は約５０
μｍであった（図５（ｄ））。
スライド式ボート法による液相成長装置により溶媒にＳ
ｎ、溶質にＳｉ（０．４８重量％）を用い、水素雰囲気
中で、成長開始温度９５０℃，過冷却度３℃，降温速度
０．５℃／分，成長時間５５分で成長を行った。このよ
うにして得られたＳｉ結晶薄膜の最終的な膜厚は約５０
μｍであった（図５（ｄ））。
【００５８】続いて、実施例２のｎ+層２０６の代わり
にｐ型μｃ−Ｓｉ４０６をＳｉ結晶層４０５上に形成し
た。ｐ型μｃ−Ｓｉ層４０６は通常のプラズマＣＶＤ装
置により、 表１に示す条件でＳｉ結晶表面上に０．０
２μｍ堆積させた。この時のμｃ−Ｓｉ膜の暗導電率は
約１０Ｓ・ｃｍ-1であった。
にｐ型μｃ−Ｓｉ４０６をＳｉ結晶層４０５上に形成し
た。ｐ型μｃ−Ｓｉ層４０６は通常のプラズマＣＶＤ装
置により、 表１に示す条件でＳｉ結晶表面上に０．０
２μｍ堆積させた。この時のμｃ−Ｓｉ膜の暗導電率は
約１０Ｓ・ｃｍ-1であった。
【００５９】
【表１】
また、透明導電膜４０８としてはＩＴ０を約０．１μｍ
電子ビーム蒸着して形成し、さらにその上に集電電極４
０７（Ｃｒ（０．０２μｍ）／Ａｇ（１μｍ）／Ｃｒ
（０．００４μｍ））を真空蒸着により形成した（図５
（ｅ））。
電子ビーム蒸着して形成し、さらにその上に集電電極４
０７（Ｃｒ（０．０２μｍ）／Ａｇ（１μｍ）／Ｃｒ
（０．００４μｍ））を真空蒸着により形成した（図５
（ｅ））。
【００６０】このようにして得られたｐ+μｃ−Ｓｉ／
多結晶Ｓｉヘテロ接合型太陽電池のＡＭ１．５光照射下
でのＩ−Ｖ特性の測定を行ったところ（セル面積１．６
ｃｍ 2）、開放電圧０．６０Ｖ、短絡光電流３５．２ｍ
Ａ／ｃｍ2、曲線因子０．６８となり、変換効率１４．
４％という高い値が得られた。
多結晶Ｓｉヘテロ接合型太陽電池のＡＭ１．５光照射下
でのＩ−Ｖ特性の測定を行ったところ（セル面積１．６
ｃｍ 2）、開放電圧０．６０Ｖ、短絡光電流３５．２ｍ
Ａ／ｃｍ2、曲線因子０．６８となり、変換効率１４．
４％という高い値が得られた。
【００６１】（実施例４）実施例１と同様にして図２に
示すようなプロセスで、大粒径Ｓｉ結晶太陽電池を作製
した。
示すようなプロセスで、大粒径Ｓｉ結晶太陽電池を作製
した。
【００６２】前述したように金属級Ｓｉ基板上にＺｎＯ
をスパッタ法で３μｍ堆積し、常圧ＣＶＤ装置でＺｎＯ
層表面にｎ型Ｓｉ層を４０μｍ堆積した。次にキャップ
層として常圧ＣＶＤ装置によりＮＳＧ膜を２μｍ堆積後
に、図３（ｂ）に示す温度シーケンスによりハロゲンラ
ンプで光照射してＳｉ層を溶融して再結晶化を行った。
をスパッタ法で３μｍ堆積し、常圧ＣＶＤ装置でＺｎＯ
層表面にｎ型Ｓｉ層を４０μｍ堆積した。次にキャップ
層として常圧ＣＶＤ装置によりＮＳＧ膜を２μｍ堆積後
に、図３（ｂ）に示す温度シーケンスによりハロゲンラ
ンプで光照射してＳｉ層を溶融して再結晶化を行った。
【００６３】光照射終了後、再結晶化Ｓｉ層上のＮＳＧ
膜をＨＦ水溶液で除去してＳｉ結晶薄膜の表面にｐ+層
を形成するためにＢＳＧを常圧ＣＶＤ装置で堆積し、Ｒ
ＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理を行った。堆積
したＢＳＧの膜厚は約０．６μｍであり、ＲＴＡ処理は
１０５０℃、６０秒の条件で行った。このときの接合深
さは約０．２μｍであった。
膜をＨＦ水溶液で除去してＳｉ結晶薄膜の表面にｐ+層
を形成するためにＢＳＧを常圧ＣＶＤ装置で堆積し、Ｒ
ＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理を行った。堆積
したＢＳＧの膜厚は約０．６μｍであり、ＲＴＡ処理は
１０５０℃、６０秒の条件で行った。このときの接合深
さは約０．２μｍであった。
【００６４】ＢＳＧをＨＦ水溶液で除去した後、さらに
Ｓｉ結晶層の表面をドライ酸化により薄く酸化し（０．
０１μｍ程度）、フォトリソグラフィ法を用いて微細な
グリッド形状に酸化膜をエッチングしその上にメタルマ
スクを用いてＥＢ蒸着により集電電極（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａ
ｇ（０．０４μｍ／０．０２μｍ／１μｍ））／透明導
電膜ＩＴＯ（０．０８５μｍ）をｐ+層上に形成した。
Ｓｉ結晶層の表面をドライ酸化により薄く酸化し（０．
０１μｍ程度）、フォトリソグラフィ法を用いて微細な
グリッド形状に酸化膜をエッチングしその上にメタルマ
スクを用いてＥＢ蒸着により集電電極（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａ
ｇ（０．０４μｍ／０．０２μｍ／１μｍ））／透明導
電膜ＩＴＯ（０．０８５μｍ）をｐ+層上に形成した。
【００６５】このようにして作製した薄膜結晶太陽電池
のＡＭ１．５光照射下でのＩ−Ｖ特性を調ベたところ、
セル面積２．５ｃｍ2で開放電圧０．５８Ｖ、短絡光電
流３５ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子０．７２となり、１４．
６％の変換効率が得られた。
のＡＭ１．５光照射下でのＩ−Ｖ特性を調ベたところ、
セル面積２．５ｃｍ2で開放電圧０．５８Ｖ、短絡光電
流３５ｍＡ／ｃｍ2、曲線因子０．７２となり、１４．
６％の変換効率が得られた。
【００６６】（実施例５）実施例１と同様にして図２に
示すようなプロセスで、大粒径Ｓｉ結晶太陽電池を作製
した。
示すようなプロセスで、大粒径Ｓｉ結晶太陽電池を作製
した。
【００６７】前述したように金属級Ｓｉ基板上にＮｉＯ
をスパッタ法で３μｍ堆積し、常圧ＣＶＤ装置でＮｉＯ
層表面にｎ型Ｓｉ層を４０μｍ堆積した。次にキャップ
層としてスパッタ装置によりＺｎＯ膜を２μｍ堆積後
に、図４（ｂ）に示す温度シーケンスにより図４（ａ）
の装置を用い、ハロゲンランプで光照射してＳｉ層を溶
融して再結晶化を行った。図４（ａ）において、４０１
は基板、４０２は石英チャンバ、４０３はランプ、４０
４は冷却水、４０５はリフレクタである。図４（ａ）の
装置では、熱源を上下方向で非対称に照射（上側の光強
度＞下側の光強度）することによって、金属級Ｓｉの溶
融を防止しつつ効率的に再結晶化できる。
をスパッタ法で３μｍ堆積し、常圧ＣＶＤ装置でＮｉＯ
層表面にｎ型Ｓｉ層を４０μｍ堆積した。次にキャップ
層としてスパッタ装置によりＺｎＯ膜を２μｍ堆積後
に、図４（ｂ）に示す温度シーケンスにより図４（ａ）
の装置を用い、ハロゲンランプで光照射してＳｉ層を溶
融して再結晶化を行った。図４（ａ）において、４０１
は基板、４０２は石英チャンバ、４０３はランプ、４０
４は冷却水、４０５はリフレクタである。図４（ａ）の
装置では、熱源を上下方向で非対称に照射（上側の光強
度＞下側の光強度）することによって、金属級Ｓｉの溶
融を防止しつつ効率的に再結晶化できる。
【００６８】光照射終了後、再結晶化Ｓｉ層上のＺｎＯ
膜をＨＣｌ水溶液で除去してＳｉ結晶薄膜の表面にｐ+
層を形成するためにＢＳＧを常圧ＣＶＤ装置で堆積し、
ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理を行った。堆
積したＢＳＧの膜厚は約０．６μｍであり、ＲＴＡ処理
は１０５０℃、６０秒の条件で行った。このときの接合
深さは約０．２μｍであった。
膜をＨＣｌ水溶液で除去してＳｉ結晶薄膜の表面にｐ+
層を形成するためにＢＳＧを常圧ＣＶＤ装置で堆積し、
ＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）処理を行った。堆
積したＢＳＧの膜厚は約０．６μｍであり、ＲＴＡ処理
は１０５０℃、６０秒の条件で行った。このときの接合
深さは約０．２μｍであった。
【００６９】ＢＳＧをＨＦ水溶液で除去した後、さらに
Ｓｉ結晶層の表面をドライ酸化により薄く酸化し（０．
０１μｍ程度）、フォトリソグラフィ法を用いて微細な
グリッド形状に酸化膜をエッチングしその上にメタルマ
スクを用いてＥＢ蒸着により集電電極（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａ
ｇ（０．０４μｍ／０．０２μｍ／１μｍ））／透明導
電膜ＩＴＯ（０．０８５μｍ）をｐ+層上に形成した。
Ｓｉ結晶層の表面をドライ酸化により薄く酸化し（０．
０１μｍ程度）、フォトリソグラフィ法を用いて微細な
グリッド形状に酸化膜をエッチングしその上にメタルマ
スクを用いてＥＢ蒸着により集電電極（Ｔｉ／Ｐｄ／Ａ
ｇ（０．０４μｍ／０．０２μｍ／１μｍ））／透明導
電膜ＩＴＯ（０．０８５μｍ）をｐ+層上に形成した。
【００７０】このようにして作製した薄膜結晶太陽電池
の特性を調ベたところ、実施例４と同様の特性が得られ
た。
の特性を調ベたところ、実施例４と同様の特性が得られ
た。
【００７１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、金
属級Ｓｉ基板／金属酸化物上に堆積したＳｉ層をランプ
加熱で溶融／再結晶化することにより大粒径Ｓｉ層が形
成でき、これを用いて量産性のある安価な太陽電池が製
造されることが示された。
属級Ｓｉ基板／金属酸化物上に堆積したＳｉ層をランプ
加熱で溶融／再結晶化することにより大粒径Ｓｉ層が形
成でき、これを用いて量産性のある安価な太陽電池が製
造されることが示された。
【００７２】また、本発明によれば、特性の良好な薄膜
結晶太陽電池を金属級Ｓｉ基板上に簡便な工程で形成す
ることが可能となった。これにより、量産性のある安価
で良質の薄型太陽電池を市場に提供することが可能とな
る。
結晶太陽電池を金属級Ｓｉ基板上に簡便な工程で形成す
ることが可能となった。これにより、量産性のある安価
で良質の薄型太陽電池を市場に提供することが可能とな
る。
【図１】本発明の薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造方
法の主要工程を説明する概念図である。
法の主要工程を説明する概念図である。
【図２】本発明の薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造方
法を説明した概念図である。
法を説明した概念図である。
【図３】（ａ）は本発明の製造方法で使用したランプ照
射装置を示す概念図であり、（ｂ）は加熱の温度シーケ
ンスの一例を示すグラフである。
射装置を示す概念図であり、（ｂ）は加熱の温度シーケ
ンスの一例を示すグラフである。
【図４】（ａ）は本発明の製造方法で使用したランプ照
射装置を示す概念図であり、（ｂ）は加熱の温度シーケ
ンスの一例を示すグラフである。
射装置を示す概念図であり、（ｂ）は加熱の温度シーケ
ンスの一例を示すグラフである。
【図５】へテロ接合型太陽電池の製造工程を示した概念
図である。
図である。
【図６】従来の多結晶Ｓｉ薄膜セルの断面図である。
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ 基板、
１０２，２０２，５０２ 金属酸化物層、
１０３，２０３，５０３ Ｓｉ層、
１０４，２０４，５０４ キャップ層、
１０５，２０５，５０５ Ｓｉ成長層、
２０３’ 再結晶化Ｓｉ層、
２０６ ｎ+層またはｐ+層、
５０６ ｐ型μｃ−Ｓｉ層、
２０７，５０７ 集電電極、
２０８，５０８ 透明導電層、
３０２，４０２ 石英チャンバ、
３０３，４０３ ランプ、
３０４，４０４ 冷却水、
３０５，４０５ リフレクタ。
Claims (39)
- 【請求項１】 金属級シリコンと、該金属級シリコン上
に金属酸化物と、該金属酸化物上に多結晶シリコンと、
を有することを特徴とする光電変換素子。 - 【請求項２】 前記金属級シリコンの不純物濃度が１ｐ
ｐｍ〜２％の範囲であることを特徴とする請求項１記載
の光電変換素子。 - 【請求項３】 前記金属酸化物がＺｎＯ，ＮｉＯ，Ｖ2
Ｏ3から選択される少なくとも一つであることを特徴と
する請求項１記載の光電変換素子。 - 【請求項４】 前記金属酸化物の比抵抗が１０-3〜１Ω
・ｃｍであることを特徴とする請求項１記載の光電変換
素子。 - 【請求項５】 前記金属酸化物の膜厚が０．５〜１０μ
ｍであることを特徴とする請求項１記載の光電変換素
子。 - 【請求項６】 前記多結晶シリコンの膜厚が１０〜２０
０μｍであることを特徴とする請求項１記載の光電変換
素子。 - 【請求項７】 前記多結晶シリコンに半導体接合を有す
ることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。 - 【請求項８】 前記半導体接合がｐｎ接合であることを
特徴とする請求項７記載の光電変換素子。 - 【請求項９】 前記多結晶シリコンの結晶粒径が約数百
μｍ〜数ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の光
電変換素子。 - 【請求項１０】 前記多結晶シリコン上に非単結晶半導
体を有することを特徴とする請求項１記載の光電変換素
子。 - 【請求項１１】 前記非単結晶半導体が微結晶半導体で
あることを特徴とする請求項１０記載の光電変換素子。 - 【請求項１２】 多結晶シリコン光電変換素子の製造方
法であって、 金属級シリコン上に金属酸化物を形成する工程と、 該金属酸化物上にシリコン膜を形成させる工程と、 前記シリコン膜を結晶化させて多結晶シリコンを形成さ
せる工程と、を有することを特徴とする光電変換素子の
製造方法。 - 【請求項１３】 前記結晶化を熱エネルギーによって行
うことを特徴とする請求項１２記載の光電変換素子の製
造方法。 - 【請求項１４】 前記熱エネルギーがランブ加熱により
供給されることを特徴とする請求項１３記載の光電変換
素子の製造方法。 - 【請求項１５】 前記熱の供給方向がシリコン膜側から
供給されることを特徴とする請求項１３記載の光電変換
素子の製造方法。 - 【請求項１６】 前記熱エネルギーの供給がシリコン膜
側からの熱エネルギーと、シリコン膜側よりも熱エネル
ギーが小さく金属級シリコン側から供給される熱エネル
ギーによって供給されることを特徴とする請求項１３記
載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項１７】 前記多結晶シリコンに半導体接合を形
成させることを特徴とする請求項１２記載の光電変換素
子の製造方法。 - 【請求項１８】 前記多結晶シリコン上に非単結晶半導
体を形成させることを特微とする請求項１２記載の光電
変換素子の製造方法。 - 【請求項１９】 前記非単結晶半導体が微結晶であるこ
とを特徴とする請求項１８記載の光電変換素子の製造方
法。 - 【請求項２０】 前記半導体接合は、前記多結晶シリコ
ン中に不純物を導入することによって形成することを特
徴とする請求項１７記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項２１】 前記半導体接合は、前記多結晶シリコ
ン上に不純物含有の半導体層を有することによって形成
することを特徴とする請求項１７記載の光電変換素子の
製造方法。 - 【請求項２２】 前記半導体が非単結晶であることを特
徴とする請求項２１記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項２３】 前記非単結晶が微結晶であることを特
徴とする請求項２１記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項２４】 前記シリコン膜上にキャップ層を形成
させる工程と、前記結晶化工程後にキャップ層を除去さ
せることを特徴とする請求項１２記載の光電変換素子の
製造方法。 - 【請求項２５】 前記キャップ層除去後に結晶成長法に
よって前記多結晶シリコンを更に厚くすることを特徴と
する請求項２４記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項２６】 前記結晶成長法が液相成長法であるこ
とを特徴とする請求項２５記載の光電変換素子の製造方
法。 - 【請求項２７】 前記液相成長法が溶媒にＳｎ、溶質に
Ｓｉを用いることを特徴とする請求項２６記載の光電変
換素子の製造方法。 - 【請求項２８】 前記キャップ層がＮＳＧ，ＰＳＧ，Ｂ
ＳＧ，Ｓｉ3Ｎ4，ＺｎＯから選択される少なくとも一つ
を用いた請求項２４に記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項２９】 前記キャップ層が１〜５μｍの膜厚を
有することを特徴とする請求項２４に記載の光電変換素
子の製造方法。 - 【請求項３０】 前記結晶化工程時の熱エネルギーを
０．１〜５℃／分の降温速度に制御することを特徴とす
る請求項１３記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項３１】 前記液相成長時の成長温度を８５０℃
〜１０５０℃で行うことを特徴とする請求項２６記載の
光電変換素子の製造方法。 - 【請求項３２】 前記金属級シリコンの不純物濃度が１
ｐｐｍ〜２％の範囲であることを特徴とする請求項１２
記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項３３】 前記金属酸化物がＺｎＯ，ＮｉＯ，Ｖ
2Ｏ3から選択される少なくとも一つであることを特徴と
する請求項１２記載の光電変換素子の製造方法。 - 【請求項３４】 前記金属酸化物の比抵抗が１０-3〜１
Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１２記載の光電
変換素子の製造方法。 - 【請求項３５】 前記金属酸化物の膜厚が０．５〜１０
μｍであることを特徴とする請求項１２記載の光電変換
素子の製造方法。 - 【請求項３６】 前記多結晶シリコンの膜厚が１０〜２
００μｍであることを特徴とする請求項１２記載の光電
変換素子の製造方法。 - 【請求項３７】 前記半導体接合がｐｎ接合であること
を特徴とする請求項１７記載の光電変換素子の製造方
法。 - 【請求項３８】 前記多結晶シリコンと、該多結晶シリ
コン上に形成された前記非単結晶とによりｐｎ接合を形
成させることを特徴とする請求項１８記載の光電変換素
子の製造方法。 - 【請求項３９】 前記多結晶シリコンの結晶粒径が数百
μｍ〜数ｍｍオーダであることを特徴とする請求項１２
記載の光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29140794A JP3478618B2 (ja) | 1993-11-30 | 1994-11-25 | 光電変換素子及びその製造方法 |
| DE69411861T DE69411861T2 (de) | 1993-11-30 | 1994-11-29 | Photoelektrische Wandlervorrichtung aus polykrystallinem Silicon und Verfahren zur Herstellung |
| EP94118764A EP0656664B1 (en) | 1993-11-30 | 1994-11-29 | Polycrystalline silicon photoelectric transducer and process for its production |
| ES94118764T ES2122132T3 (es) | 1993-11-30 | 1994-11-29 | Transductor fotoelectrico de silicio policristalino y procedimiento para su fabricacion. |
| US08/352,034 US5575862A (en) | 1993-11-30 | 1994-11-30 | Polycrystalline silicon photoelectric conversion device and process for its production |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-299818 | 1993-11-30 | ||
| JP29981893 | 1993-11-30 | ||
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