JP3876021B2 - Silicon structure, its manufacturing method and manufacturing apparatus, and a solar cell using the silicon structure - Google Patents

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Description

【0001】 [0001]
【発明の属する技術分野】 BACKGROUND OF THE INVENTION
本発明は、発光素子や太陽電池などに有効に利用することのできるシリコン構造体、その製造方法、その製造装置、及びシリコン構造体を用いた太陽電池に関する。 The present invention, a silicon structure which can be effectively used like in the light emitting element or a solar cell, a manufacturing method thereof, manufacturing apparatus, and a solar cell using silicon structure.
【0002】 [0002]
【従来の技術】 BACKGROUND OF THE INVENTION
従来、シリコンを用いた太陽電池は、その表面における太陽光線の反射を低減するために、表面に無反射コーテイングが施されたり、表面に凹凸が形成されていた。 Conventionally, solar cells using silicon, in order to reduce reflection of sunlight at the surface, or non-reflective coating is applied to the surface, uneven surface was formed.
【0003】 [0003]
以下、図面を参照しながら従来の太陽電池の構造について説明する。 Hereinafter, a description is given of the structure of a conventional solar cell with reference to the drawings. 図7は従来のシリコン太陽電池の構造(テクスチャード構造)を示す概略断面図である。 Figure 7 is a schematic sectional view showing a structure (textured structure) of a conventional silicon solar cell. 図7に示すように、p型シリコン基板31の受光面側には、太陽光線の反射率を下げるために凹凸が形成されている。 As shown in FIG. 7, the light receiving surface of the p-type silicon substrate 31, irregularities are formed in order to reduce the reflectance of sunlight. 凹凸の形成方法としては、フォトリソグラフィーと化学エッチングを用いて化学的に形成する方法や、ダイシングマシンを用いて機械的に形成する方法が主に用いられる。 As a method for forming the unevenness, a method of chemically formed using photolithography and chemical etching, a method of mechanically formed using a dicing machine is mainly used. また、シリコン基板としては、回転引上げ法によって形成される単結晶シリコン基板や、電磁鋳造法によって形成される多結晶シリコン基板等が用いられる。 Further, as the silicon substrate, and a single crystal silicon substrate which is formed by a rotary pulling method, a polycrystalline silicon substrate or the like formed by the electromagnetic casting method is used. p型シリコン基板31の凹凸面上には、n型シリコン層32が形成されている。 On the uneven surface of the p-type silicon substrate 31, n-type silicon layer 32 is formed. このn型シリコン層32は、p型シリコン基板31の凹凸部にPOCl 3等のガスを用いてP(リン)を拡散させ、p型シリコン基板31の一部をn型化することによって形成される。 The n-type silicon layer 32, using a gas such as POCl 3 in the uneven portion of the p-type silicon substrate 31 by diffusing P (phosphorus), is formed by n-type a part of the p-type silicon substrate 31 that. n型シリコン層32の上には、SiN、MgF 2等からなる反射防止膜33が形成されている。 on the n-type silicon layer 32, SiN, antireflection film 33 made of MgF 2 or the like is formed. また、p型シリコン基板31の受光面側には、n++シリコン層35を介して表面電極34が形成されており、表面電極34は反射防止膜33の表面に露出している。 Further, on the light receiving surface of the p-type silicon substrate 31, are formed surface electrodes 34 through the n ++ silicon layer 35, the surface electrode 34 is exposed on the surface of the antireflection film 33. 一方、p型シリコン基板31の裏面には、p+ シリコン層37を介して裏面電極36が形成されている。 On the other hand, on the back surface of the p-type silicon substrate 31, the back surface electrode 36 via the p + silicon layer 37 is formed. このように裏面電極36とp型シリコン基板31との間にp+ シリコン層37を形成すれば、変換効率が向上する(第3回『高効率太陽電池』ワークショップ予稿集、電気学会半導体電力変換技術委員会主催、富山、A5〜A6、28〜35頁、1992年10月5日)。 By forming the p + silicon layer 37 during such a back electrode 36 and the p-type silicon substrate 31, the conversion efficiency is increased (3rd "High-efficiency solar cells" workshop proceedings, IEEJ semiconductor power conversion technology committee sponsored by Toyama, pp. A5~A6,28~35, 10 May 5, 1992).
【0004】 [0004]
【発明が解決しようとする課題】 [Problems that the Invention is to Solve
しかし、上記従来技術におけるシリコン太陽電池の構成では、太陽光線を効率的に収集することはできるが、凹凸を形成する際の複雑な工程が多いために、コストが増加し実用化が困難であった。 However, in the structure of the silicon solar cell in the prior art, although it is possible to collect sunlight efficiently, because complicated processes for forming the unevenness is large, it is difficult to increase costs commercialized It was.
【0005】 [0005]
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、太陽光線の反射の少ないシリコン構造体、その製造方法、その製造装置、及びシリコン構造体を用いた太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, less silicon structure reflection of sunlight, a manufacturing method thereof, manufacturing apparatus, and to provide a solar cell using the silicon structure and an object thereof.
【0006】 [0006]
【課題を解決するための手段】 In order to solve the problems]
前記目的を達成するため、本発明に係るシリコン構造体の構成は、 基板にシリコンを主成分とする膜を介して形成され、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるものである。 To achieve the above object, the structure of the silicon structure according to the present invention is formed through a film mainly composed of silicon on the substrate, facing an irregular direction, a plurality of circles whose main component is silicon it is made of a set of pillar-shaped silicon. このシリコン構造体の構成によれば、ある円柱状シリコンに入射して反射した光が再度別の円柱状シリコンに入射するため、効率良く太陽光線を吸収することができる。 According to the structure of the silicon structure, since the light incident on and some columnar silicon is incident on another cylindrical silicon again, it can be absorbed efficiently sunlight. すなわち、本発明のシリコン構造体の構成によれば、太陽光線の反射の少ないシリコン構造体を得ることができる。 That is, according to the configuration of the silicon structure of the present invention, it is possible to obtain a small silicon structures reflection of sunlight. ここで、円柱状シリコンのシリコン含有量は95重量%以上であるのが好ましく、シリコン以外に塩素約1重量%、酸素数重量%を含んでいてもよい。 The silicon content of the columnar silicon is preferably 95 wt% or more, about 1 wt% chlorine than silicon, may contain an oxygen number wt%. また、シリコン構造体が、基板にシリコンを主成分とする膜を介して形成されているので、シリコン構造体を用いて太陽電池を製造する場合に透明電極が下部電極に接触してしまうことがない。 The silicon structure, since it is formed through a film mainly composed of silicon on the substrate, that is a transparent electrode when manufacturing a solar cell using a silicon structure comes into contact with the lower electrode Absent.
【0008】 [0008]
また、前記本発明のシリコン構造体の構成においては、円柱状シリコンの直径が0.1〜10μmであるのが好ましい。 Further, in the above arrangement of the silicon structure of the present invention, preferably the diameter of the columnar silicon is 0.1 to 10 [mu] m. この好ましい例によれば、円柱状シリコンを適度な強さに保つことができると共に、拡散等によってシリコンの表面をn型化又はp型化するときの接合の深さが制限されることはない。 With this configuration, it is possible to maintain the columnar silicon moderate strength, it will not be limited depth of the junction at the time of n-type or p-type of the surface of silicon by such diffusion . また、光の吸収が悪くなることはない。 In addition, there is no possibility that the absorption of light is poor.
【0009】 [0009]
また、前記本発明のシリコン構造体の構成においては、円柱状シリコンの外周部分が非晶質であり、中心部分が多結晶質であるのが好ましい。 Further, in the above arrangement of the silicon structure of the present invention, an outer peripheral portion amorphous columnar silicon, the central portion is preferably polycrystalline.
また、本発明に係るシリコン構造体の製造方法は、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体の製造方法であって、塩素を含有する霧化又は気化されたシリコン原料を酸素ガスとともに加熱された基板上に導入することを特徴とする。 A method of manufacturing a silicon structure according to the present invention, facing an irregular direction, a method for producing a silicon structure consisting of a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component, containing chlorine and introducing the atomized or vaporized silicon raw material on the heated substrate together with oxygen gas. このシリコン構造体の製造方法によれば、シランガス(SiH 4 )等に比べて危険性の少ないシリコン原料を使用することができるので、シリコン原料を大量に供給することができる。 According to the manufacturing method of the silicon structure, it is possible to use less silicon material risk compared to silane gas (SiH 4) or the like, can be mass supply of silicon material. その結果、シリコンの形成速度が向上するので、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体を得ることができる。 As a result, since the improved rate of formation of silicon, facing irregular directions, it is possible to obtain a silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component. この場合、塩素を含有するシリコン原料を搬送するために、不活性ガスを同時に基板上に導入してもよい。 In this case, in order to convey the silicon raw material containing chlorine, it may be an inert gas is introduced at the same time on the substrate. また、不活性ガス中に水素を添加するか、あるいは不活性ガスを使用しないで水素のみでシリコン原料を搬送すれば、シリコン構造体中に含まれる塩素の量を減少させることもできる。 Also, either the addition of hydrogen in an inert gas, or if conveying the silicon material only with hydrogen without using an inert gas, it can also reduce the amount of chlorine contained in the silicon structure. また、従来のテクスチャード構造のように凹凸を形成する際の複雑な工程を必要としないので、コストの低減を図ることができる。 Moreover, does not require a complicated process for forming the unevenness as in the conventional textured structure, it is possible to reduce the cost.
【0010】 [0010]
また、前記本発明のシリコン構造体の製造方法においては、塩素を含有するシリコン料がSi 2 Cl 6であるのが好ましい。 Further, the method of manufacturing a silicon structure of the present invention is preferably a silicon raw material containing chlorine is Si 2 Cl 6. この好ましい例によれば、分解温度が約350℃と低く、紫外線(188nm)の照射によって分解するので、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体を容易に得ることができる。 According to this preferred embodiment, the decomposition temperature is as low as about 350 ° C., since degraded by irradiation of ultraviolet rays (188 nm), facing random directions, it consists of a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component the silicon structure can be easily obtained. また、この場合には、Si 2 Cl 6からなるシリコン料に、PCl 3又はBCl 3を混合した液体原料を用いて、n型又はp型のシリコン構造体を形成するのが好ましい。 Further, in this case, the silicon raw material consisting of Si 2 Cl 6, using a liquid material obtained by mixing PCl 3 or BCl 3, preferably formed of n-type or p-type silicon structure.
【0011】 [0011]
また、前記本発明のシリコン構造体の製造方法においては、円柱状シリコンの中心付近の酸素含有量が3%以下となるように酸素ガスを導入するのが好ましい。 Further, the method of manufacturing a silicon structure of the present invention, it is preferred to introduce the oxygen gas so that the oxygen content in the vicinity of the center of the columnar silicon is 3% or less. この好ましい例によれば、シリコン構造体の抵抗が低く抑えられ、電子デバイスに使用することが可能となる。 With this configuration, the resistance of the silicon structure is suppressed low, it is possible to use the electronic device.
【0012】 [0012]
また、本発明に係るシリコン構造体の製造装置の構成は、基板上に形成され 、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体の製造装置であって、チャンバーと、霧化又は気化された液体原料を酸素ガスとともに前記チャンバー内に供給する手段と、前記基板を支持するための基板ホルダー支持部と、前記基板を加熱するための基板加熱用ヒータと、少なくとも基板と同じ面積を有し、前記霧化又は気化した液体原料及び前記酸素ガスを通過させて加熱された前記基板上に導入するフィルターとを備えたことを特徴とする。 The configuration of the apparatus for manufacturing a silicon structure according to the present invention is formed on a substrate, facing an irregular direction, the production of silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component an apparatus comprising a chamber, means for supplying atomized or vaporized liquid material together with oxygen gas into the chamber, and the substrate holder support for supporting the substrate, the substrate for heating the substrate a heater having the same area as the at least a substrate, characterized in that a filter to be introduced into the atomization or vaporized liquid material and the oxygen gas on the substrate that has been heated by passing through a. このシリコン構造体の製造装置の構成によれば、霧化又は気化した液体原料はフィルターを通過する際に当該フィルターとほぼ同じ大きさに均一に分散されて、基板表面に導入されるので、基板上に均一にシリコン構造体を形成することができる。 According to the configuration of the apparatus for manufacturing a silicon structure, atomized or vaporized liquid feedstock is uniformly dispersed in approximately the same size as the filter passes through the filter, because it is introduced to the substrate surface, the substrate it is possible to uniformly form a silicon structure on top.
【0013】 [0013]
また、前記本発明のシリコン構造体の製造装置においては、フィルターがステンレス鋼繊維からなるのが好ましい。 Further, the apparatus for manufacturing a silicon structure of the present invention is preferably a filter is made of stainless steel fibers. この好ましい例によれば、大面積でかつ空隙率が70〜90%と非常に大きいフィルターを低コストで形成することができる。 According to this preferable example, large area and porosity can be formed filter as large as 70% to 90% at a low cost. そして、このフィルターを用いて気化室と成膜室を仕切れば、気化室と成膜室との圧力差が発生しにくくなり、断熱膨脹による原料の再液化が起こりにくくなる。 Then, if Shikire the vaporizing chamber and the film forming chamber using the filter, the pressure difference between the vaporization chamber and the deposition chamber is less likely to occur, less likely to occur reliquefaction of the material due to adiabatic expansion.
【0014】 [0014]
また、前記本発明のシリコン構造体の製造装置においては、フィルターの孔径が1〜30μmであるのが好ましい。 Further, the apparatus for manufacturing a silicon structure of the present invention, the pore size of the filter is in is preferably 1 to 30 [mu] m. この好ましい例によれば、原料ガス、酸素ガス等を基板に均一に吹き付けることができる。 According to this preferred embodiment, the raw material gas, oxygen gas or the like can be sprayed uniformly on the substrate.
【0015】 [0015]
また、本発明に係る太陽電池の構成は、光照射によって電子−正孔対を生成する半導体層を備えた太陽電池であって、前記半導体層が、 基板にシリコンを主成分とする膜を介して形成され、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体を含むことを特徴とする。 The configuration of a solar cell according to the present invention, electrons by light irradiation - a solar cell having a semiconductor layer for generating a hole pairs, the semiconductor layer, through the film mainly composed of silicon on the substrate formed Te, facing random directions, characterized in that it comprises a silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component. この太陽電池の構成によれば、太陽光線の反射が少なくなるので、効率良く発電に寄与することができる。 According to the configuration of the solar cell, the reflection of sunlight is reduced, which can contribute to efficient power generation.
【0016】 [0016]
また、前記本発明の太陽電池の構成においては、基板がさらに備わり、前記基板にシリコンを主成分とする膜を介して前記シリコン構造体が形成されているのが好ましい。 In the configuration of the solar cell of the present invention, the substrate is further equipped, preferably the silicon structure via a film mainly composed of silicon on the substrate is formed.
【0017】 [0017]
また、前記本発明の太陽電池の構成においては、円柱状シリコンの直径が0.1〜10μmであるのが好ましい。 In the configuration of the solar cell of the present invention, preferably the diameter of the columnar silicon is 0.1 to 10 [mu] m.
また、前記本発明の太陽電池の構成においては、半導体層のうち光の入射する側の表面にシリコン構造体が形成されているのが好ましい。 Further, in the above configuration of the solar cell of the present invention, preferably the silicon structure in the incident side surface of the inner light of the semiconductor layer is formed.
【0018】 [0018]
また、前記本発明の太陽電池の構成においては、円柱状シリコン内部にpn接合を有するのが好ましい。 In the configuration of the solar cell of the present invention preferably has a pn junction inside cylindrical silicon. この好ましい例によれば、以下のような作用を奏することができる。 According to this preferred embodiment can achieve the following functions. すなわち、複数の円柱状シリコンからなるシリコン構造体の場合には従来の平坦な膜に比べてpn接合部分の面積が増大するため、効率良く発電を行うことができる。 That is, when the silicon structure comprising a plurality of columnar silicon because the area of ​​the pn junction portion is increased in comparison with the conventional flat membrane, it is possible to perform efficiently power generation.
【0019】 [0019]
【発明の実施の形態】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, more detailed explanation of the present invention by way of exemplary embodiments.
〈第1の実施の形態〉 <First Embodiment>
図1は本発明の第1の実施の形態で使用したシリコン膜形成装置を示す概略構成図である。 Figure 1 is a schematic diagram illustrating a silicon film forming apparatus used in the first embodiment of the present invention. 図1に示すように、空気等が入り込まない構造を有する成膜室11の内部は水平なフィルター26によって仕切られている。 As shown in FIG. 1, the inside of the deposition chamber 11 having a structure in which air or the like does not enter it is partitioned by a horizontal filter 26. ここで、フィルター26は、直径数μmの多数のステンレス鋼繊維を焼結することによって作られており、その孔径は約10μmである。 Here, the filter 26 is made by sintering a large number of stainless steel fibers having a diameter of several [mu] m, the pore size is about 10 [mu] m. 成膜室11には、フィルター26の下側(気化室14)の側壁に原料ガス供給口18が設けられており、流量制御装置22によって適正な量に流量制御され、かつ、気化器23によって霧化又は気化された液体原料15を成膜室11に供給することができるようにされている。 The film forming chamber 11 is the raw material gas supply port 18 is provided on the side wall of the lower side of the filter 26 (the vaporization chamber 14), is flow controlled to an appropriate amount by the flow controller 22, and, by the carburetor 23 it is to be able to supply the atomized or vaporized liquid material 15 to the film forming chamber 11. ここで、気化器23には、酸素ガス24を供給することができるようにされており、酸素ガス24が混合された状態の液体原料15が成膜室11内に供給される。 Here, the vaporizer 23 is to be able to supply oxygen gas 24, the liquid material 15 in a state where oxygen gas 24 are mixed is supplied to the film forming chamber 11. また、成膜室11には、フィルター26の上側の上壁に排気口17が設けられている。 Further, the film forming chamber 11, the exhaust port 17 is provided in the upper wall of the upper filter 26. また、成膜室11には、フィルター26の上側に基板加熱用ヒータ21を内蔵した基板ホルダ12が水平状態で設けられており、基板ホルダ12の下面に基板13を保持することができるようにされている。 Further, the film forming chamber 11, the substrate holder 12 with a built-in substrate heater 21 on the upper side of the filter 26 is provided in a horizontal state, to be able to hold the substrate 13 on the lower surface of the substrate holder 12 It is. また、成膜室11の下側には気化補助用ヒータ27が設けられている。 Further, the vaporization auxiliary heater 27 is provided on the lower side of the film forming chamber 11.
【0020】 [0020]
次に、上記のような構成を有するシリコン膜形成装置を用いて、本発明のシリコン構造体を形成する方法について説明する。 Next, using a silicon film forming apparatus having the above configuration, a method for forming a silicon structure of the present invention.
本実施の形態では、基板13として石英を用い、基板加熱用ヒータ21によって基板13を約680℃に加熱した。 In this embodiment, the quartz used as the substrate 13, the substrate was heated 13 to about 680 ° C. by the substrate heating heater 21. また、液体原料15として(Si 2 Cl 6 +BCl 3 )を用いた。 Also, it was used as the liquid material 15 (Si 2 Cl 6 + BCl 3 ). また、成膜室11内は常圧(1気圧)に保たれている。 Further, the film forming chamber 11 is maintained at atmospheric pressure (1 atm).
【0021】 [0021]
まず、液体原料15はAr等の不活性ガス等によって加圧され、さらに流量制御装置22によって適正な量に流量制御される。 First, the liquid raw material 15 is pressurized by an inert gas such as Ar, it is flow controlled to an appropriate amount further by the flow control device 22. 次いで、液体原料15は、気化器23内で霧化又は気化された後に不活性ガス及び酸素ガス24と混合され、その後、原料ガス供給口18から気化室14内に供給される。 Then, the liquid raw material 15 is mixed with an inert gas and oxygen gas 24 after being atomized or vaporized in vaporizer 23 and then supplied to the vaporizing chamber 14 from the raw material gas supply port 18. また、H 2等の還元性ガス25も同時に気化室14内に供給される。 The reducing gas 25 such as H 2 is also supplied to the vaporizing chamber 14 at the same time. 酸素ガス24の流量は、Si 2 Cl 6の流量が10g/時(H 2 O換算)のときに1〜10cc/分程度であるのが好ましい。 Flow rate of the oxygen gas 24, the flow rate of Si 2 Cl 6 is is preferably about 1~10Cc / min at 10 g / hr (H 2 O equivalent). 気化室14内に供給された全てのガスは、気化補助用ヒータ27によって加熱保温された後、フィルター26を通過すると同時に均一に分散されて、基板13に吹き付けられる。 All gas supplied to the vaporizing chamber 14, after being heated incubated by vaporization auxiliary heater 27, are uniformly dispersed at the same time passes through the filter 26, is blown to the substrate 13. そして、霧化又は気化された状態のSi 2 Cl 6は熱分解反応を起こし、基板13上にp型シリコン構造体が形成される。 Then, Si 2 Cl 6 atomized or vaporized state causes a thermal decomposition reaction, p-type silicon structure is formed on the substrate 13. 液体原料15を霧化する方法としては、超音波振動を用いる方法がある。 As a method for atomizing the liquid material 15, a method using ultrasonic vibration.
【0022】 [0022]
以上のシリコン構造体の製造方法によれば、シランガス(SiH 4 )等に比べて危険性の少ないSi 2 Cl 6等のシリコン原料を使用することができるので、シリコン原料を成膜室11内に大量に供給することができる。 According to the manufacturing method of the above silicon structure, silane gas because (SiH 4) or the like may be used silicon material Si 2 Cl 6, etc. less risk than in the silicon raw material into the film forming chamber 11 it can be mass supply. その結果、シリコンの形成速度が向上するので、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体が得られる。 As a result, since the improved rate of formation of silicon, facing random directions, the silicon structure is obtained consisting of a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component. この場合、円柱状シリコンの中心付近の酸素含有量は3%以下であるのが好ましい。 In this case, the oxygen content in the vicinity of the center of the columnar silicon is preferably 3% or less. 酸素ガス24の流量を上記のように設定することにより、円柱状シリコンの中心付近の酸素含有量を3%以下とすることができる。 The flow rate of oxygen gas 24 by setting as described above, it is possible to set the oxygen content in the vicinity of the center of the columnar silicon and 3%. このように円柱状シリコンの中心付近の酸素含有量が3%以下であれば、シリコン構造体の抵抗が低く抑えられ、電子デバイスに使用することが可能となる。 If this manner is less than 3% oxygen content in the vicinity of the center of the columnar silicon, the resistance of the silicon structure is suppressed low, it is possible to use the electronic device. ここで、円柱状シリコンの中心付近とは、円柱状シリコンの表面から深さ約50nmの領域を除いた領域のことである。 Here, the vicinity of the center of the columnar silicon is a region excluding the region of the depth of about 50nm from the surface of the columnar silicon.
【0023】 [0023]
尚、本実施の形態においては、塩素を含有するシリコン原料としてSi 2 Cl 6を用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばSiCl 4 、SiH 2 Cl 2 、SiHCl 3 、Si 3 Cl 8 、Si 4 Cl 10等を用いることもできる。 In this embodiment, it was used Si 2 Cl 6 as the silicon raw material containing chlorine is not necessarily limited thereto, for example SiCl 4, SiH 2 Cl 2, SiHCl 3, Si 3 Cl can also be used 8, Si 4 Cl 10 and the like. SiH 2 Cl 2 、SiHCl 3等のように蒸気圧の比較的高いシリコン原料を用いる場合には、原料自体を加圧又は冷却して液化する必要がある。 When using a relatively high silicon material vapor pressure as such SiH 2 Cl 2, SiHCl 3 is a raw material itself is pressurized or has to be liquefied by cooling. 特に、本実施の形態のように、塩素を含有するシリコン原料としてSi 2 Cl 6を用いれば、Si 2 Cl 6の分解温度が約350℃と低く、紫外線(188nm)の照射によって分解するので、シリコン構造体を容易に形成することができる。 In particular, as in this embodiment with the Si 2 Cl 6 as the silicon raw material containing chlorine, the decomposition temperature of Si 2 Cl 6 is as low as about 350 ° C., since degraded by irradiation of ultraviolet rays (188 nm), the silicon structure can be easily formed.
【0024】 [0024]
また、本実施の形態においては、噴霧用の不活性ガスとしてArを用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばHe、N 2等を用いることもできる。 Further, in this embodiment, using Ar as an inert gas for atomization is not necessarily limited thereto, may also be used, such as the He, N 2 or the like. 不活性ガスを成膜室11内に導入するには、液体原料15中に気泡として通して成膜室11内に導入する、いわゆるバブリング法を用いることができる。 To introduce the inert gas into the deposition chamber 11 is introduced into the film forming chamber 11 through a bubble in the liquid material 15 may be a so-called bubbling method.
【0025】 [0025]
また、本実施の形態においては、還元性ガス25としてH 2ガスを用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばCO等を用いることもできる。 Further, in this embodiment, using H 2 gas as the reducing gas 25 is not necessarily limited thereto, it may also be used, such as CO or the like. また、特に還元性ガスを導入しなくても、シリコン構造体を形成することはできる。 Moreover, without introducing particularly reducing gas to form a silicon structure possible. また、不活性ガスを使用しないでH 2ガスのみでシリコン原料を搬送するようにすれば、シリコン構造体中に含まれる塩素の量を減少させることができる。 Also, without using an inert gas if to carry silicon material only with H 2 gas, it is possible to reduce the amount of chlorine contained in the silicon structure.
【0026】 [0026]
また、本実施の形態においては、基板13として石英を用いたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、セラミック材料やステンレス等の金属材料を用いることもできる。 Further, in this embodiment, quartz is used as the substrate 13 is not necessarily limited thereto, it is also possible to use metal material such as a ceramic material or stainless steel.
【0027】 [0027]
また、本実施の形態においては、成膜室11内を常圧(1気圧)に保って成膜を行ったが、必ずしも常圧に限られるものではなく、減圧状態(0.1〜760Torr)又は加圧状態(1〜10気圧)で成膜を行うことも可能である。 Further, in this embodiment, film formation was carried out while maintaining the film forming chamber 11 to atmospheric pressure (1 atm), not necessarily limited to a normal pressure, reduced pressure (0.1~760Torr) or it is also possible to perform film formation in a pressurized state (1-10 atm). 特に加圧状態で成膜を行うと、堆積速度をさらに増加させることができる。 In particular, when a film is formed under pressure, it is possible to further increase the deposition rate.
【0028】 [0028]
また、本実施の形態においては、Si 2 Cl 6とBCl 3の混合液を用いてp型シリコン構造体を形成したが、Si 2 Cl 6のみを用いれば、ほぼ真性のシリコン構造体を形成することができ、BCl 3の代わりにPCl 3を添加すればn型シリコン構造体を形成することができる。 Further, in the present embodiment has formed the p-type silicon structure using a mixture of Si 2 Cl 6 and BCl 3, the use of the only Si 2 Cl 6, to form a substantially intrinsic silicon structure it is possible, it is possible to form the n-type silicon structure be added to PCl 3 instead of BCl 3. この場合、原料液体を混合しないでSi 2 Cl 6とBCl 3又はPCl 3を別々に供給してもシリコン構造体を形成することができる。 In this case, it is possible to not mix raw material liquid be supplied separately Si 2 Cl 6 and BCl 3 or PCl 3 to form a silicon structure.
【0029】 [0029]
また、本実施の形態においては、ステンレス鋼繊維からなるフィルター26を使用しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば石英を用いてフィルター26を構成してもよい。 Further, in this embodiment, the use of the filter 26 made of stainless steel fibers, not necessarily limited thereto, may constitute a filter 26 using, for example, quartz. 特に、多数のステンレス鋼繊維を焼結することによってフィルター26を形成すれば、大面積でかつ空隙率が70〜90%と非常に大きいフィルターを低コストで形成することができる。 In particular, by forming the filter 26 by sintering a large number of stainless steel fibers, it is large area and porosity can be formed filter as large as 70% to 90% at a low cost. そして、このフィルターを用いて気化室14と成膜室11を仕切れば、気化室14と成膜室11との圧力差が発生しにくくなり、断熱膨脹による原料の再液化が起こりにくくなる。 Then, if Shikire the vaporizing chamber 14 and the film forming chamber 11 by using the filter, a pressure difference hardly occurs between the vaporizing chamber 14 and the film forming chamber 11, it becomes difficult to occur reliquefaction of the material due to adiabatic expansion. また、フィルター26の孔径を10μmに設定しているが、必ずしもこの孔径に限定されるものではなく、孔径1〜30μmのフィルター26であれば、原料ガス、酸素ガス等を基板13に均一に吹き付けることができる。 Furthermore, although setting the pore size of the filter 26 to 10 [mu] m, not necessarily limited to the hole diameter, if the filter 26 having a pore size of 1 to 30 [mu] m, spraying the raw material gas, oxygen gas or the like uniformly on the substrate 13 be able to.
【0030】 [0030]
図2A、Bに、本実施の形態で形成したシリコン構造体の電子顕微鏡(SEM)写真のトレース図を示す。 Figure 2A, the B, submitted electron microscope (SEM) Trace view pictures of a silicon structure formed in this embodiment. 図2Aと図2Bは倍率が異なるだけで、同一の試料を示している。 2A and 2B magnifications differ only shows the same sample. 図2に示すように、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコン(直径約0.5μm)の集合からなるシリコン構造体が形成されている。 As shown in FIG. 2, facing random directions, the silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component (a diameter of about 0.5 [mu] m) is formed. このシリコン構造体を用いれば、ある円柱状シリコンに入射して反射した光が再度別の円柱状シリコンに入射するため、効率良く太陽光線を吸収することができる。 By using this silicon structure, since the light incident on and some columnar silicon is incident on another cylindrical silicon again, it can be absorbed efficiently sunlight. すなわち、太陽光線の反射の少ないシリコン構造体が得られる。 That is, less reflection of sunlight silicon structure is obtained.
【0031】 [0031]
図3A〜Cに、酸素添加量を変化させた場合のシリコン膜表面形状のレーザー顕微鏡写真のトレース図を示す。 Figure 3A-C, illustrates a trace diagram of a laser microscope photograph of the silicon film surface shape in the case of varying the amount of oxygen added. 尚、図3は実際のレーザー顕微鏡写真を白黒反転させた状態で描かれており、倍率は1000倍である。 Note that FIG. 3 is depicted in a state of being black-and-white reversal of the actual laser micrographs, magnification is 1,000 times. 成膜条件は下記(表1)に示したとおりである。 Film forming conditions are as shown below (Table 1).
【0032】 [0032]
【表1】 [Table 1]
【0033】 [0033]
図3Aに示すように、酸素流量が0cc/minの場合には、ほぼ平坦な膜(黒い部分)となる。 As shown in FIG. 3A, when the oxygen flow rate is 0 cc / min is substantially planar film (black portion). 図3Bに示すように、酸素流量が1cc/minの場合には、一部にシリコン構造体(白い部分)が形成されているが、平坦な部分(黒い部分)も残っている。 As shown in FIG. 3B, when the oxygen flow rate is 1 cc / min is silicon structure (white portion) is formed in a part, a flat portion (black portion) is also left. 図3Cに示すように、酸素流量が3cc/minの場合には、ほぼ完全にシリコン構造体(白い部分)が形成されている。 As shown in FIG. 3C, when the oxygen flow rate is 3 cc / min is almost completely silicon structure (white portion) is formed. これにより、シリコン構造体の形成に酸素が重要な役割を果たしていることが分かる。 Thus, it can be seen that the oxygen in the formation of silicon structure plays an important role.
【0034】 [0034]
図4に、本実施の形態によって石英基板上に形成されたシリコン構造体の可視光透過スペクトルを示す。 Figure 4 shows the visible transmission spectra of the silicon structure according to the present embodiment is formed on a quartz substrate. 図4に示すように、本実施の形態によって形成されたシリコン構造体は、波長200〜800nmの光をほとんど透過しないことが分かる。 As shown in FIG. 4, a silicon structure formed by this embodiment, it can be seen that hardly transmits light having a wavelength of 200 to 800 nm.
【0035】 [0035]
尚、本実施の形態においては、シリコン構造体が直径約0.5μmの円柱状シリコンによって構成されているが、円柱状シリコンの直径は0.1〜10μmであればよい。 In this embodiment, the silicon structure is constituted by a cylindrical silicon having a diameter of about 0.5 [mu] m, the diameter of the columnar silicon may be a 0.1 to 10 [mu] m. 円柱状シリコンの直径がこの範囲にあれば、円柱状シリコンを適度な強さに保つことができると共に、拡散等によってシリコンの表面をn型化又はp型化するときの接合の深さが制限されることはない。 If the diameter of the columnar silicon in this range, it is possible to maintain the columnar silicon moderate strength, the depth of the bond when n-type or p-type of the surface of the silicon by diffusion or the like limit is is it is not. また、円柱状シリコンの直径がこの範囲にあれば、光の吸収が悪くなることもない。 The diameter of the columnar silicon ratio within the range, nor absorption of light is deteriorated.
【0036】 [0036]
〈第2の実施の形態〉 <Second Embodiment>
図5A〜Cに、本発明の第2の実施の形態におけるシリコン構造体を用いた太陽電池の製造工程図を示す。 Figure 5A-C, showing a manufacturing process diagram of the solar cell using a silicon structure in the second embodiment of the present invention. また、図6に、本実施の形態における太陽電池の構造を示す。 Also, FIG. 6 shows the structure of a solar cell in this embodiment.
【0037】 [0037]
まず、図5Aに示すように、厚さ0.5mmの石英基板42の全面に厚さ約1μmのMoを堆積し、下部電極41を形成した。 First, as shown in FIG. 5A, deposited Mo having a thickness of about 1μm on the entire surface of the quartz substrate 42 having a thickness of 0.5 mm, to form a lower electrode 41. 次いで、下部電極41の全面に、BCl 3を添加したSi 2 Cl 6を用いて厚さ30〜40μmのp型シリコン構造体43を形成した。 Then, on the entire surface of the lower electrode 41, to form a p-type silicon structure 43 having a thickness of 30~40μm using Si 2 Cl 6 was added BCl 3. この場合、図6に示すように、下部電極41上に、シリコンを主成分とする膜47を介して、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコン48の集合からなるp型シリコン構造体43が形成された(以上、図5A)。 In this case, as shown in FIG. 6, on the lower electrode 41, via the film 47 containing silicon as its main component, facing random directions, a set of a plurality of columnar silicon 48 containing silicon as a main component p-type silicon structure 43 made of formed (or, FIG. 5A). このように複数の円柱状シリコン48の集合からなるp型シリコン構造体43がシリコンを主成分とする膜47を介して下部電極41上に形成されていれば、後述のように透明電極45を形成する場合に透明電極45が下部電極41に接触してしまうことはない。 Thus if it is formed on the lower electrode 41 through the membrane 47 p-type silicon structure 43 is composed mainly of silicon comprising a set of a plurality of columnar silicon 48, the transparent electrode 45 as described below a transparent electrode 45 in the case of forming never come into contact with the lower electrode 41.
【0038】 [0038]
次に、図5Bに示すように、p型シリコン構造体43の表面に、POCl 3を用いた熱拡散法によってPを拡散させて、円柱状シリコン48の外周部分にn型領域44(図6参照)を形成した。 Next, as shown in FIG. 5B, the surface of the p-type silicon structure 43, by diffusing P by thermal diffusion method using POCl 3, n-type region 44 at the periphery of the columnar silicon 48 (FIG. 6 reference) was formed. これにより、円柱状シリコン48の内部にpn接合が形成されるが、複数の円柱状シリコン48からなる本シリコン構造体43の場合には従来の平坦な膜に比べてpn接合部分の面積が増大するため、効率良く発電を行うことができる。 Thus, although a pn junction is formed in the interior of the cylindrical silicon 48, in the case of the silicon structure 43 comprising a plurality of columnar silicon 48 increases the area of ​​the pn junction portion in comparison with the conventional flat film to, it is possible to perform efficiently power generation. 具体的数値で示すと、円柱状シリコン48の直径が0.5μmの場合、n型領域(非晶質)44の好ましい厚みは約0.1μmである。 When shown by specific numerical values, if the diameter of the cylindrical silicon 48 is 0.5 [mu] m, preferred thickness of the n-type region (amorphous) 44 is about 0.1 [mu] m.
【0039】 [0039]
最後に、図5Cに示すように、p型シリコン構造体43の全面に、厚さ30〜40μmのインジウム−スズ酸化物からなる透明電極45を形成した後、透明電極45の上に厚さ約1μmのAlからなる上部電極46を形成した。 Finally, as shown in FIG. 5C, the entire surface of the p-type silicon structure 43, thick indium 30 to 40 .mu.m - after forming a transparent electrode 45 made of tin oxide, about thick on the transparent electrode 45 forming the upper electrode 46 made of 1μm of Al. この場合、透明電極45は、p型シリコン構造体43の複数の円柱状シリコン48の間隙を埋める状態で形成されている。 In this case, the transparent electrode 45 is formed in a state to fill a gap between the plurality of columnar silicon 48 of p-type silicon structure 43. 以上の工程により、太陽電池が得られる。 Through the above process, the solar cell is obtained.
【0040】 [0040]
以上のようにして製造された太陽電池は、半導体層に、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコン48の集合からなるシリコン構造体を含むので、太陽光線の反射が少なくなり、効率良く発電に寄与することができる。 Solar cells fabricated in the above manner, the semiconductor layer, facing random directions, because it contains a silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon 48 containing silicon as a main component, the sunlight reflection is reduced, which can contribute to efficient power generation.
【0041】 [0041]
下記(表2)に、本実施の形態の構造の太陽電池の諸特性を従来技術の太陽電池と比較して示す。 In the following (Table 2), the characteristics of the solar cell of the structure of this embodiment in comparison with the solar cell of the prior art.
【0042】 [0042]
【表2】 [Table 2]
【0043】 [0043]
上記(表2)から分かるように、開放端電圧はほとんど変化していないが、短絡電流は増加している。 As seen from the above (Table 2), but the open circuit voltage hardly changes, short-circuit current is increased.
【0044】 [0044]
【発明の効果】 【Effect of the invention】
以上説明したように、本発明によれば、複雑な工程を必要とするテクスチャーの形成が不要になる一方、テクスチャーと同等の効果が得られるシリコン構造体を実現することができる。 As described above, according to the present invention, while the formation of the texture that requires complicated steps are not required, it is possible to realize a silicon structure textures and the same effect can be obtained. 従って、このシリコン構造体を太陽電池に用いれば、太陽光線の反射の少ない(すなわち、変換効率の高い)太陽電池を低コストで提供することができる。 Therefore, when the silicon structure in the solar cell, it is possible to provide a small reflection of the sunlight (i.e., high conversion efficiency) of the solar cell at a low cost.
【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
【図1】本発明の第1の実施の形態で使用したシリコン膜形成装置を示す概略構成図である。 1 is a schematic diagram illustrating a silicon film forming apparatus used in the first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施の形態で形成したシリコン構造体の電子顕微鏡(SEM)写真のトレース図である。 Figure 2 is an electron microscope (SEM) Trace view pictures of a silicon structure formed in the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施の形態における酸素添加量を変化させた場合のシリコン膜表面形状のレーザー顕微鏡写真のトレース図である。 Figure 3 is a trace diagram of a laser microscope photograph of the silicon film surface shape when the oxygen addition amount was varied in the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施の形態によって石英基板上に形成されたシリコン構造体の可視光透過スペクトルである。 4 is a visible light transmission spectrum of the first silicon structure formed on a quartz substrate by the embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第2の実施の形態におけるシリコン構造体を用いた太陽電池の製造工程図である。 5 is a manufacturing process diagram of the solar cell using a silicon structure in the second embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第2の実施の形態における太陽電池の構造を示す断面図である。 6 is a sectional view showing the structure of a solar cell according to the second embodiment of the present invention.
【図7】従来のシリコン太陽電池の構造(テクスチャード構造)を示す概略断面図である。 7 is a schematic sectional view showing a structure (textured structure) of a conventional silicon solar cell.
【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS
11 成膜室12 基板ホルダ13 基板14 気化室15 液体原料17 排気口18 原料ガス供給口21 基板加熱用ヒータ22 液体流量制御装置23 気化器24 酸素ガス25 還元性ガス26 フィルター27 気化補助用ヒータ41 下部電極42 石英基板43 p型シリコン構造体44 n型領域45 透明電極46 上部電47 シリコンを主成分とする膜48 円柱状シリコン 11 deposition chamber 12 a substrate holder 13 substrate 14 vaporization chamber 15 the liquid precursor 17 exhaust port 18 raw material gas supply port 21 substrate heating heater 22 the liquid flow controller 23 carburetor 24 oxygen gas 25 reducing gas 26 filter 27 vaporized auxiliary heater 41 film 48 columnar silicon mainly composed of the lower electrode 42 a quartz substrate 43 p-type silicon structure 44 n-type region 45 transparent electrode 46 upper electrode 47 silicon

Claims (14)

  1. 基板にシリコンを主成分とする膜を介して形成され、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体。 It is formed through a film mainly composed of silicon on the substrate, facing random directions, the silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component.
  2. 円柱状シリコンの直径が0.1〜10μmである請求項1に記載のシリコン構造体。 Silicon structure according to claim 1 diameter of the cylindrical silicon is 0.1 to 10 [mu] m.
  3. 円柱状シリコンの外周部分が非晶質であり、中心部分が多結晶質である請求項1に記載のシリコン構造体。 The outer peripheral portion of the columnar silicon is amorphous silicon structure according to claim 1 the central portion is polycrystalline.
  4. 不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体の製造方法であって、塩素を含有する霧化又は気化されたシリコン原料を酸素ガスとともに加熱された基板上に導入することを特徴とするシリコン構造体の製造方法。 Facing random directions, a method for manufacturing a silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component, the atomized or vaporized silicon raw material containing chlorine together with oxygen gas heating method for manufacturing a silicon structure, characterized in that introduced into the substrate to be.
  5. 塩素を含有するシリコン料がSi 2 Cl 6である請求項に記載のシリコン構造体の製造方法。 Method for manufacturing a silicon structure according to claim 4 silicon raw material containing chlorine is Si 2 Cl 6.
  6. Si 2 Cl 6からなるシリコン料に、PCl 3又はBCl 3を混合した液体原料を用いて、n型又はp型のシリコン構造体を形成する請求項に記載のシリコン構造体の製造方法。 Silicon raw material in which consists of Si 2 Cl 6, using a liquid material obtained by mixing PCl 3 or BCl 3, method for manufacturing a silicon structure according to claim 5 for forming the n-type or p-type silicon structure.
  7. 円柱状シリコンの中心付近の酸素含有量が3%以下となるように酸素ガスを導入する請求項に記載のシリコン構造体の製造方法。 Method for manufacturing a silicon structure according to claim 4 for introducing oxygen gas so that the oxygen content in the vicinity of the center of the columnar silicon is 3% or less.
  8. 基板上に形成され 、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体の製造装置であって、チャンバーと、霧化又は気化された液体原料を酸素ガスとともに前記チャンバー内に供給する手段と、前記基板を支持するための基板ホルダー支持部と、前記基板を加熱するための基板加熱用ヒータと、少なくとも基板と同じ面積を有し、前記霧化又は気化した液体原料及び前記酸素ガスを通過させて加熱された前記基板上に導入するフィルターとを備えたことを特徴とするシリコン構造体の製造装置。 Formed on the substrate, facing random directions, an apparatus for producing a silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon containing silicon as a main component, and the chamber, atomized or vaporized liquid material the has a means for supplying into the chamber together with oxygen gas, and the substrate holder support for supporting the substrate, and the substrate heater for heating the substrate, the same area as at least a substrate, said fog apparatus for manufacturing a silicon structure, characterized in that a filter to be introduced to reduction or vaporized liquid material and the substrate which is heated by passing through the oxygen gas.
  9. フィルターがステンレス鋼繊維からなる請求項に記載のシリコン構造体の製造装置。 Apparatus for manufacturing a silicon structure according to claim 8 in which the filter is made of stainless steel fibers.
  10. フィルターの孔径が1〜30μmである請求項に記載のシリコン構造体の製造装置。 Apparatus for manufacturing a silicon structure according to claim 8 pore size of the filter is 1 to 30 [mu] m.
  11. 光照射によって電子−正孔対を生成する半導体層を備えた太陽電池であって、 Electrons by light irradiation - a solar cell having a semiconductor layer for generating a hole pairs,
    前記半導体層が、 The semiconductor layer,
    基板にシリコンを主成分とする膜を介して形成され、不規則な方向を向いた、シリコンを主成分とする複数の円柱状シリコンの集合からなるシリコン構造体を含むことを特徴とする太陽電池。 Is formed through a film mainly composed of silicon on the substrate, facing an irregular direction, characterized in that it comprises a silicon structure comprising a set of a plurality of columnar silicon as a main component silicon solar cell .
  12. 円柱状シリコンの直径が0.1〜10μmである請求項11に記載の太陽電池。 The solar cell of claim 11 the diameter of the columnar silicon is 0.1 to 10 [mu] m.
  13. 半導体層のうち光の入射する側の表面にシリコン構造体が形成された請求項11に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 11 in which the silicon structure is formed on the incident side surface of the inner light of the semiconductor layer.
  14. 円柱状シリコン内部にpn接合を有する請求項11に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 11 having a pn junction inside cylindrical silicon.
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