JP5282198B2 - The method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film, a polycrystalline silicon thin film substrate and the polycrystalline silicon thin film solar cell - Google Patents

The method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film, a polycrystalline silicon thin film substrate and the polycrystalline silicon thin film solar cell Download PDF

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浩志 倉世古
伸昭 折田
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古河電気工業株式会社
独立行政法人産業技術総合研究所
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    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a polycrystalline silicon thin film capable of improving conversion efficiency, a polycrystalline silicon thin film substrate and a polycrystalline silicon thin film type solar battery. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the polycrystalline silicon thin film comprises a process of forming an amorphous silicon layer 2 on a glass substrate 1, a process of forming an aluminum layer 3 composed of a metal which eutectically reacts with silicon on the amorphous silicon layer 2, and a process of heating a laminated substrate. By the heating, the amorphous silicon of the amorphous silicon layer 2 is dissolved in the aluminum layer 3 and crystallized to form a polycrystalline silicon layer 4. The polycrystalline silicon thin film substrate 40 which has the aluminum layer 3 formed on the glass substrate 1 and the polycrystalline silicon layer 4 formed on the aluminum layer 3 is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、多結晶シリコン薄膜の製造方法、多結晶シリコン薄膜基板および多結晶シリコン薄膜型太陽電池に関する。 The present invention relates to a process for producing a polycrystalline silicon thin film, to a polycrystalline silicon thin film substrate and the polycrystalline silicon thin film solar cell.

近年、環境負荷が小さく、再生可能なエネルギー源として太陽電池の普及が促進されている。 Recently, low environmental impact, the spread of solar cells is facilitated as a renewable energy source. 更なる普及拡大のためには、太陽電池コストの削減が不可欠であり、特に太陽電池コストの約40%を占めるシリコン基板の材料コストを下げることが必要な状況である。 For further widespread use is essential to reduce the solar cell cost, the situation that needs to be especially reduced material cost of the silicon substrate, which accounts for approximately 40% of the solar cell cost. 太陽電池とは、太陽光を半導体膜が吸収することによりキャリアが発生し、それを外部に取り出すことで光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる仕組みとなっている。 The solar cell, carriers are generated by the sunlight semiconductor film absorbs, has a mechanism capable of converting light energy into electrical energy by extracting it to the outside.

このような太陽電池としては、省資源、高効率、低コスト、および無毒性の観点から、多結晶シリコン薄膜型太陽電池が適している。 As such solar cell, resource saving, a high efficiency, in view of low cost, and non-toxic, the polycrystalline silicon thin film solar cell is suitable. この多結晶シリコン薄膜型太陽電池の作製に用いる多結晶シリコン薄膜の製造方法に関する2つの技術(従来技術1と2)が例えば特許文献1に記載されている。 The polycrystalline silicon thin film solar cells fabricated using the polycrystalline silicon thin film manufacturing method two techniques for the (prior art 1 and 2) are described, for example, in Patent Document 1.

従来技術1は、図4(A),(B)に示すように、基板21上にアルミニウム層23を形成し、その上に真空蒸着やスパッタ法等の物理的蒸着法でアモルファスシリコン層22を形成したのち450〜600℃の温度で熱処理する製膜方法である。 Prior art 1, FIG. 4 (A), the (B), the aluminum layer 23 is formed on the substrate 21, an amorphous silicon layer 22 by physical vapor deposition such as vacuum deposition or sputtering thereon a film forming method of heat-treating at a temperature of 450 to 600 ° C. After forming. この方法によれば、熱処理によりシリコンがアルミニウム層23中に固溶し、さらに基板21側に析出することによって見かけ上アルミニウム層23とシリコン層が入れ代わり、且つシリコンが基板21側に析出する過程で結晶化し、結晶粒径10〜20μmの多結晶シリコン層24が形成される(図4(B)参照)。 According to this method, in the process the silicon by heat treatment and solid solution in the aluminum layer 23, further apparent aluminum layer 23 and the silicon layer reverses the functions by deposition on the substrate 21 side, that and silicon is deposited on the substrate 21 side crystallized polycrystalline silicon layer 24 of the crystal grain size 10~20μm is formed (see FIG. 4 (B)). この方法は物理的蒸着法を用いるので、成膜装置に係る設備費が廉価で、且つ成膜速度が大きく生産性が高いという利点がある。 This method uses a physical vapor deposition method, equipment cost is inexpensive according to the film forming apparatus, and has the advantage that the deposition rate is high increases productivity.

従来技術2は、上記従来技術1において、基板上にシリコンと共晶反応する金属からなる金属層(アルミニウム層23)を形成する金属層形成工程と、金属層上にアモルファスシリコン層(22)を形成して積層基板を得る積層工程との間に、金属層を5容量%以上の酸素を含む気体に曝露する曝露工程を実施することを特徴とする方法である。 Prior art 2, in the above-mentioned prior art 1, a metal layer forming step of forming a metal layer made of metal to silicon eutectic reaction on the substrate (aluminum layer 23), an amorphous silicon layer on the metal layer (22) between the laminating step formed to obtain a laminated board, a method which comprises carrying out the exposure step of exposing the metal layer to a gas containing 5 volume% or more oxygen. この従来技術2では、具体的には、シリコン酸化膜が形成された基板の上に、アルミニウム層を堆積する。 In the prior art 2, specifically, on a substrate having a silicon oxide film is formed, aluminum is deposited layers. この後、アルミニウム層を室温の空気に曝露し、アルミニウム層の表面を酸化してアルミニウム不動態膜を形成する。 Thereafter, the aluminum layer was exposed to room temperature air, to oxidize the surface of the aluminum layer to form an aluminum passivating film. 次いで、アルミニウム不動態膜上に、アモルファスシリコン層を真空蒸着法で堆積し、積層基板を得る。 Then, on the aluminum passivation film, an amorphous silicon layer is deposited by vacuum deposition method to obtain a laminated board. この積層基板を窒素雰囲気中550℃で60分間加熱し、アモルファスシリコン層におけるシリコンをアルミニウム層中に固溶させるともに結晶化させ、シリコン酸化膜とアルミニウム層との間に多結晶シリコン層を形成させ、多結晶シリコン薄膜基板を得る。 The laminated substrate was heated for 60 minutes at 550 ° C. in a nitrogen atmosphere, the silicon in the amorphous silicon layer is crystallized to together to form a solid solution in the aluminum layer to form a polycrystalline silicon layer between the silicon oxide film and the aluminum layer to obtain a polycrystalline silicon thin film substrate.
特開2002−93701号公報 JP 2002-93701 JP

ところで、上記従来技術1によれば、図4(B)に示すように、基板21上に、多結晶シリコン層24およびアルミニウム層23が順に形成された積層基板が得られる。 Meanwhile, according to the prior art 1, as shown in FIG. 4 (B), on a substrate 21, laminated board polycrystalline silicon layer 24 and aluminum layer 23 are formed in this order is obtained. また、上記従来技術2によれば、基板21上に、シリコン酸化膜、多結晶シリコン層、アルミニウム層およびアルミニウム不動態膜が順に形成された積層基板が得られる。 Further, according to the prior art 2, on a substrate 21, a silicon oxide film, a polycrystalline silicon layer, an aluminum layer and the aluminum passivation film is laminated substrate formed in this order is obtained.

従来技術1により得られた積層基板を用いることで、例えば図5に示すような多結晶シリコン薄膜型太陽電池が作製される。 By using a layered substrate obtained by the prior art 1, for example, polycrystalline silicon thin-film solar cell as shown in FIG. 5 is manufactured. この多結晶シリコン薄膜型太陽電池は、その積層基板と、アルミニウム層23の中央部をエッチングして露出した多結晶シリコン層(p+層)24上に成膜され、多結晶シリコン層24と共にPN接合或いはPIN接合構造の光電変換層を成す半導体層30,31と、半導体層31上に形成された電極32と、を備える。 The polycrystalline silicon thin film solar cells, PN and the laminate substrate, is deposited a central portion of the aluminum layer 23 polycrystalline silicon layer exposed by etching (p + layer) on 24, together with the polycrystalline silicon layer 24 It includes a semiconductor layer 30 and 31 constituting the photoelectric conversion layer of the junction or PIN junction structure, an electrode 32 formed on the semiconductor layer 31. 半導体層30は、エピタキシャル成長により形成され、p型導電性を持たせた(或いはノンドープ型:i型の)多結晶シリコン層である。 The semiconductor layer 30 is formed by epitaxial growth, to have a p-type conductivity (or non-doped: i-type) is a polycrystalline silicon layer. また、半導体層31は、半導体層30上に形成され、n型導電性を持たせた多結晶シリコン層である。 The semiconductor layer 31 is formed on the semiconductor layer 30, a polycrystalline silicon layer to have a n-type conductivity.

図5に示すような多結晶シリコン薄膜型太陽電池では、符号34の破線で示すような経路でキャリアが移動する。 The polycrystalline silicon thin film solar cell as shown in FIG. 5, the carrier is moving path as indicated by the broken line in the code 34. 図5では、ホールの移動ルートを符号34の破線で示している。 FIG. 5 shows a moving route of the hole by the dashed numeral 34. つまり、この多結晶シリコン薄膜型太陽電池では、太陽光を半導体層30、31が吸収することにより発生したキャリア(ホールおよび電子)が多結晶シリコン層24内を横方向(面内方向)に移動した後、ホールはアルミニウム層23を通って、電子は電極32を通ってそれぞれ外部に取り出される。 In other words, moving in this polycrystalline silicon thin film solar cells, sunlight carriers generated by the semiconductor layer 30 and 31 absorbs (holes and electrons) a polycrystalline silicon layer 24 laterally (in-plane direction) after, the holes through the aluminum layer 23, electrons are respectively through the electrodes 32 taken out. つまり、図5に示す多結晶シリコン薄膜型太陽電池では、キャリアは多結晶シリコン層24内を横方向(面内方向)に移動するため、キャリアが多結晶シリコン層24内を移動する間に、結晶粒を横切る回数が多くなる。 In other words, between the polycrystalline silicon thin film solar cell in FIG. 5, the carrier for moving the polycrystalline silicon layer 24 in the lateral direction (plane direction), the carrier moves polycrystalline silicon layer 24, number across the crystal grains increases. このため、キャリア(電子とホール)の再結合の確率が増え、光エネルギーを電気エネルギーに変換する変換効率が落ちてしまうという問題がある。 Therefore, increasing the recombination probability of the carriers (electrons and holes), there is a problem that the conversion efficiency for converting light energy into electrical energy falls.

また、上記従来技術2により得られた積層基板を用いて多結晶シリコン薄膜型太陽電池を作製する場合にも、その積層基板は従来技術1で得られた積層基板と同様に、多結晶シリコン層が基板とアルミニウム層との間に形成されるため、従来技術1と同様の理由により変換効率が落ちてしまうという問題がある。 Further, the even when the prior art to produce a polycrystalline silicon thin film solar cells using a layered substrate obtained by 2, like the laminated substrate obtained in the multilayer substrate prior art 1, the polycrystalline silicon layer there to be formed between the substrate and the aluminum layer, there is a problem that the conversion efficiency falls by the same reason as the prior art 1.

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、変換効率の向上を図れる多結晶シリコン薄膜の製造方法、多結晶シリコン薄膜基板および多結晶シリコン薄膜型太陽電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and its object is a method of producing polycrystalline silicon thin film thereby improving the conversion efficiency, the polycrystalline silicon thin film substrate and the polycrystalline silicon thin film solar it is desirable to provide a battery.

本発明の第1の態様に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法は、基板上にアモルファスシリコン層を形成する第1の工程と、前記アモルファスシリコン層上にシリコンと共晶反応する金属からなる金属層を形成する第2の工程と、前記アモルファスシリコン層および前記金属層を加熱する第3の工程と、を備え、前記第3の工程により、前記アモルファスシリコン層におけるシリコンを前記金属層中に固溶させるともに結晶化させ、前記金属層上に多結晶シリコン層を形成させることを特徴とする。 The method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to the first aspect of the present invention includes a first step of forming an amorphous silicon layer on a substrate, a metal layer made of metal to silicon eutectic reaction to the amorphous silicon layer comprising a second step of forming a third step of heating the amorphous silicon layer and the metal layer, the by the third step, a solid solution of silicon in the amorphous silicon layer on the metal layer It was crystallized together to, characterized in that to form a polycrystalline silicon layer on the metal layer.

この態様によれば、金属層の上に多結晶シリコン層が形成された多結晶シリコン薄膜基板が得られるので、この多結晶シリコン薄膜基板を用いて多結晶シリコン薄膜型太陽電池を作製する場合、多結晶シリコン層上にPN接合或いはPIN接合構造の光電変換層を成す半導体層を形成することになる。 According to this aspect, since the polycrystalline silicon thin film substrate polycrystalline silicon layer is formed on the metal layer can be obtained, the case of producing a polycrystalline silicon thin film solar cells using polycrystalline silicon thin film substrate, on the polysilicon layer will form the semiconductor layer forming the photoelectric conversion layer of the PN junction or a PIN junction structure. そのため、キャリアは多結晶シリコン層内を、その下にある金属層の電極から縦方向(厚さ方向)に移動するため、キャリアが多結晶シリコン層内を移動する間に、結晶粒を横切る回数が少なくなる。 Therefore, the number of carriers to polycrystalline silicon layer, crossing to move from the electrode of the metal layer underneath the longitudinally (thickness direction), while the carrier is moving polycrystalline silicon layer, the grain It is reduced. このため、キャリア(電子とホール)の再結合の確率が少なくなり、光エネルギーを電気エネルギーに変換する変換効率を向上させることができる。 Therefore, the probability of recombination of carriers (electrons and holes) is reduced, thereby improving the conversion efficiency of converting light energy into electrical energy.

ここで「アモルファスシリコン層」は、(1)シリコンを用いて形成したアモルファスシリコン層と、(2)シリコン・ゲルマニウム化合物を用いて形成したアモルファスのシリコン・ゲルマニウム化合物層とを含む意味で用いる。 Here, "amorphous silicon layer" (1) and the amorphous silicon layer formed using silicon used to include the meaning of a (2) silicon-germanium compounds amorphous formed using a silicon-germanium compound layer.

また、「シリコン」は、(1)シリコンと、(2)シリコン・ゲルマニウム化合物を含む意味で用いる。 Further, "silicon" refers to (1) and silicon used to include the meaning of (2) silicon-germanium compounds.
同様に、「多結晶シリコン層」は、次の2つを含む意味で用いる。 Similarly, "polycrystalline silicon layer" is used to include the meaning of the following two.

(1)「アモルファスシリコン層」がシリコンを用いたアモルファスシリコン層である場合、アモルファスシリコン層を加熱することで、アモルファスシリコン層におけるシリコンが金属層中に固溶し、結晶化してできる多結晶シリコン層。 (1) If "amorphous silicon layer" is an amorphous silicon layer including silicon, by heating the amorphous silicon layer, the silicon in the amorphous silicon layer is dissolved into the metal layer, the polycrystalline silicon can be crystallized layer.

(2)「アモルファスシリコン層」がシリコン・ゲルマニウム化合物を用いて形成したアモルファスのシリコン・ゲルマニウム化合物層である場合、アモルファスのシリコン・ゲルマニウム化合物層を加熱することで、同化合物層におけるシリコン・ゲルマニウム化合物が金属層中に固溶し、結晶化してできる多結晶シリコン・ゲルマニウム層。 (2) if the "amorphous silicon layer" is a silicon germanium compound layer of amorphous formed using a silicon-germanium compound, by heating the silicon-germanium compound layer of amorphous silicon germanium compound in the compound layer but it dissolved in the metal layer, a polycrystalline silicon-germanium layer that can be crystallized.

そして、「多結晶シリコン薄膜」は、(1)基板上に多結晶シリコン層が形成された「多結晶シリコン薄膜基板」と、(2)基板上にアモルファスの多結晶シリコン・ゲルマニウム層が形成された「多結晶シリコン・ゲルマニウム薄膜基板」とを含む意味で用いる。 The "polycrystalline silicon thin film" is (1) a polycrystalline silicon layer was formed on the substrate as "the polycrystalline silicon thin film substrate", (2) polycrystalline silicon germanium layer amorphous is formed on the substrate It was used with the meaning and a "multi-crystalline silicon-germanium thin film substrate".

本発明の他の態様に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法は、前記第1の工程と前記第2の工程との間において、前記アモルファスシリコン層上に薄い金属層を形成する第4の工程と、前記薄い金属層を酸素或いは空気に曝露して金属自然酸化膜の薄い層を形成する第5の工程と、を含むことを特徴とする。 The method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to another aspect of the present invention, in between the first step and the second step, a fourth step of forming a thin metal layer on the amorphous silicon layer , characterized in that it comprises a and a fifth step of exposing said thin metal layer on the oxygen or air to form a thin layer of metal natural oxide film.

この態様によれば、アモルファスシリコン層と金属層の間に金属自然酸化膜の薄い層が形成された構造の積層基板を作製し、この積層基板を加熱することにより、アモルファスシリコンが網目状の金属自然酸化膜を通って金属層中に固溶するとともに結晶化される。 According to this embodiment, the laminated substrate thin layers are formed structure of the metal natural oxide film between the amorphous silicon layer and the metal layer produced by heating the laminated substrate, an amorphous silicon mesh-like metal It is crystallized with a solid solution into the metal layer through a natural oxide film. このため、表面に形成された多結晶シリコン層の結晶粒径がさらに大きくなる。 Therefore, the crystal grain size of the polycrystalline silicon layer formed on the surface is further increased. これにより、変換効率をさらに向上させることができる多結晶シリコン薄膜を得ることができる。 Thus, it is possible to obtain a polycrystalline silicon thin film can be further improved conversion efficiency.

本発明の他の態様に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法は、前記基板として透明導電膜の付いたガラス基板を用い、前記第1の工程において、前記透明導電膜上に前記アモルファスシリコン層を形成することを特徴とする。 Method for producing polycrystalline silicon thin film according to another aspect of the present invention, a glass substrate with a transparent conductive film as the substrate, in the first step, forming the amorphous silicon layer on the transparent conductive film characterized in that it.
この態様によれば、導電性の良い多結晶シリコン薄膜基板が得られる。 According to this aspect, good conductivity polycrystalline silicon thin film substrate can be obtained.

本発明の他の態様に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法は、前記金属層を形成する金属として、Al,Ti,Ni,Sn,Inのうちのいずれか一種或いは複数種を用いることを特徴とする。 Method for producing polycrystalline silicon thin film according to another aspect of the present invention, a metal forming the metal layer, and wherein Al, Ti, Ni, Sn, the use of any one or more of the In to.

本発明の他の態様に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法は、前記第3の工程における前記加熱を、前記アモルファスシリコン層がシリコンを用いて形成したアモルファスシリコン層である場合、400℃以上、577℃以下の範囲で行うことを特徴とする。 Method for producing polycrystalline silicon thin film according to another aspect of the present invention, the heating in the third step, when the amorphous silicon layer is an amorphous silicon layer formed using silicon, 400 ° C. or higher, 577 ℃ and carrying out in the following ranges.

この態様に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法は、前記加熱を、400℃以上、525℃以下の範囲で行うことを特徴とする。 Method for producing polycrystalline silicon thin film according to this embodiment, the heating, 400 ° C. or higher, and performing in the range of 525 ° C. or less.

本発明の他の態様に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法は、前記第3の工程における前記加熱を、前記アモルファスシリコン層がシリコン・ゲルマニウム化合物を用いて形成したアモルファスのシリコン・ゲルマニウム化合物層である場合、100℃以上、577℃以下の範囲で行うことを特徴とする。 Method for producing polycrystalline silicon thin film according to another aspect of the present invention, the heating in the third step, is a silicon germanium compound layer of amorphous formed by using the amorphous silicon layer is a silicon germanium compound If, 100 ° C. or higher, and performing in the range of 577 ° C. or less.

この態様に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法は、前記加熱を、100℃以上、525℃以下の範囲で行うことを特徴とする。 Method for producing polycrystalline silicon thin film according to this embodiment, the heating, 100 ° C. or higher, and performing in the range of 525 ° C. or less.

本発明の第2の態様に係る多結晶シリコン薄膜基板は、上記態様のいずれか一つに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜基板であって、前記基板と、該基板上に形成された前記金属層と、該金属層上に形成された前記多結晶シリコン層と、を備えたことを特徴とする。 Polycrystalline silicon thin film substrate according to the second aspect of the present invention, a polycrystalline silicon thin film substrate produced by the production method of the polycrystalline silicon thin film according to any one of the above embodiments, and the substrate, to said metal layer formed on the substrate, and the polycrystalline silicon layer formed on the metal layer, comprising the.

従来、基板と、基板上に形成された金属層と、この金属層上に形成された多結晶シリコン層と、を備えた多結晶シリコン薄膜基板は、プラズマ化気相成長法などで作製可能であった。 Conventionally, a substrate, a metal layer formed on the substrate, a polycrystalline silicon thin film substrate and a polycrystalline silicon layer formed on the metal layer, can be manufactured in such a plasma chemical vapor deposition method there were. しかし、その多結晶シリコン層は、全体が結晶化した層ではなく、アモルファスのシリコン中で一部のシリコンが結晶化した膜で、結晶化したシリコンの粒径はせいぜい2から3nm程度であった。 However, the polycrystalline silicon layer is entirely rather than a layer crystallized, a film part of the silicon has been crystallized in the silicon of the amorphous, the particle size of the crystallized silicon was most 3nm order of 2 . これに対して、上記製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜基板では、金属層上に形成された多結晶シリコン層は全体が結晶化した膜で、結晶化したシリコンの粒径が30μm程度の大きなものが得られる。 In contrast, in the polycrystalline silicon thin film substrate produced by the production method, a film across the polycrystalline silicon layer formed on the metal layer has been crystallized, the particle size of the crystallized silicon is about 30μm large is obtained. このようなシリコンの粒径の大きな多結晶シリコン層を有する多結晶シリコン薄膜基板は、多結晶シリコン薄膜型太陽電池に限らず、その他の用途にも有効に利用できる。 Such polycrystalline silicon thin film substrate having a large polycrystalline silicon layer of the particle size of silicon is not limited to polycrystalline silicon thin film solar cells can be effectively used in other applications.

本発明の第3の態様に係る多結晶シリコン薄膜基板は、上記態様のいずれか一つに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜基板であって、前記基板と、該基板上に形成された前記金属層と、該金属層上に形成された前記金属自然酸化膜の薄い層と、該金属自然酸化膜の薄い層上に形成された前記多結晶シリコン層と、を備えたことを特徴とする。 Polycrystalline silicon thin film substrate according to the third aspect of the present invention, a polycrystalline silicon thin film substrate produced by the production method of the polycrystalline silicon thin film according to any one of the above embodiments, and the substrate, and the substrate on the formed the metal layer, a thin layer of the metal natural oxide film formed on the metal layer, and the polycrystalline silicon layer formed on a thin layer of the metal natural oxide film, characterized by comprising a.

従来、基板と、基板上に形成された金属層と、この金属層上に形成された金属自然酸化膜の薄い層と、金属自然酸化膜の薄い層上に形成された多結晶シリコン層と、を備えた多結晶シリコン薄膜基板は、プラズマ化気相成長法などで作製可能であった。 Conventionally, a substrate, a metal layer formed on a substrate, a metal thin metal natural oxide film formed on the layer layer, a polycrystalline silicon layer formed on a thin layer of metal natural oxide film, polycrystalline silicon thin film substrate with a was capable manufactured in such a plasma chemical vapor deposition method. しかし、その多結晶シリコン層は、全体が結晶化した層ではなく、アモルファスのシリコン中で一部のシリコンが結晶化した膜で、結晶化したシリコンの粒径はせいぜい2から3nm程度であった。 However, the polycrystalline silicon layer is entirely rather than a layer crystallized, a film part of the silicon has been crystallized in the silicon of the amorphous, the particle size of the crystallized silicon was most 3nm order of 2 . これに対して、上記製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜基板では、金属自然酸化膜の薄い層上に形成された多結晶シリコン層は全体が結晶化した膜で、結晶化したシリコンの粒径が30μm程度の大きなものが得られる。 In contrast, in the manufacturing method of polycrystalline silicon thin film substrate produced by a metal in a natural whole polycrystalline silicon layer is formed in a thin layer on the oxide film is crystallized film grain silicon crystallized size is obtained a large of about 30 [mu] m. このようなシリコンの粒径の大きな多結晶シリコン層を有する多結晶シリコン薄膜基板は、多結晶シリコン薄膜型太陽電池に限らず、その他の用途にも有効に利用できる。 Such polycrystalline silicon thin film substrate having a large polycrystalline silicon layer of the particle size of silicon is not limited to polycrystalline silicon thin film solar cells can be effectively used in other applications.

本発明の第4の態様に係る多結晶シリコン薄膜型太陽電池は、上記態様のいずれか一つに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法によりにより製造された多結晶シリコン薄膜と、前記多結晶シリコン薄膜の前記多結晶シリコン層上に成膜され、該多結晶シリコン層と共にPN接合或いはPIN接合構造の光電変換層を成す複数の半導体層と、前記半導体層上に形成された透明電極と、を備えることを特徴とする。 The fourth polycrystalline silicon thin film solar cells in accordance with aspects of the present invention, a polycrystalline silicon thin film manufactured by the method for producing polycrystalline silicon thin film according to any one of the above embodiments, the polycrystalline silicon is deposited on the polycrystalline silicon layer of a thin film, and a plurality of semiconductor layers forming the photoelectric conversion layer of the PN junction or a PIN junction structure with polycrystalline silicon layer, and a transparent electrode formed on the semiconductor layer, the characterized in that it comprises.

この態様によれば、キャリアは多結晶シリコン層内を、その下にある金属層の電極から縦方向(厚さ方向)に移動するため、キャリアが多結晶シリコン層内を移動する間に、結晶粒を横切る回数が少なくなる。 According to this aspect, during the carrier polycrystalline silicon layer, to move from the electrode of the metal layer underneath the longitudinally (thickness direction), the carrier moves polycrystalline silicon layer, the crystalline the number of times across the grain is reduced. このため、キャリアの再結合の確率が少なくなり、光エネルギーを電気エネルギーに変換する変換効率を向上させることができる。 Therefore, the probability of recombination of carriers is reduced, thereby improving the conversion efficiency of converting light energy into electrical energy.

本発明によれば、変換効率を向上させることができる多結晶シリコン薄膜基板が得られる。 According to the present invention, a polycrystalline silicon thin film substrate capable of improving the conversion efficiency can be obtained.
また、本発明によれば、変換効率を向上させることができる多結晶シリコン薄膜型太陽電池が得られる。 Further, according to the present invention, the polycrystalline silicon thin film solar cell capable of improving conversion efficiency.

以下、本発明に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法および多結晶シリコン薄膜型太陽電池の各実施形態を図面に基づいて説明する。 It will be described below with reference to the embodiment of the manufacturing method and the polycrystalline silicon thin film solar cell polycrystalline silicon thin film according to the present invention with reference to the drawings.
<多結晶シリコン薄膜> <Polycrystalline silicon thin film>

(第1実施形態) (First Embodiment)
第1実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法を図1(A),(B)に基づいて説明する。 Figure 1 a method for producing polycrystalline silicon thin film according to the first embodiment (A), will be described with reference to (B).

この多結晶シリコン薄膜の製造方法は、例えば多結晶シリコン薄膜型太陽電池を作製するのに用いる、基板上に多結晶シリコン層が形成された多結晶シリコン薄膜基板を作製する方法である。 The method for producing polycrystalline silicon thin film, for example, used to make the polycrystalline silicon thin film solar cells, a method of making a polycrystalline silicon thin film substrate polycrystalline silicon layer is formed on the substrate.

この多結晶シリコン薄膜の製造方法は、以下の工程を実施する。 The method for producing polycrystalline silicon thin film, the following steps are carried out.
(第1の工程)ガラス基板1上にアモルファスシリコン層(a-Si層)2を形成する(図1(A)参照)。 (First step) on the glass substrate 1 the amorphous silicon layer (a-Si layer) to form a 2 (see FIG. 1 (A)).
(第2の工程)次に、アモルファスシリコン層2上にシリコンと共晶反応する金属からなるアルミニウム層(金属層)3を形成する(図1(A)参照)。 (Second step) Next, an aluminum layer (metal layer) made of metal to silicon eutectic reaction on the amorphous silicon layer 2 3 is formed (see FIG. 1 (A)). これにより、図1(A)に示す構造の積層基板が得られる。 Thus, the laminated substrate structure shown in FIG. 1 (A) is obtained.
(第3の工程)次に、図1(A)に示す積層基板を加熱する。 (Third Step) Next, heating the laminated substrate shown in FIG. 1 (A). これにより、アモルファスシリコン層2のアモルファスシリコンがアルミニウム層3中に固溶するとともに結晶化し、多結晶シリコン層(poly-Si層)4が形成される(図1(B)参照)。 Thereby, the amorphous silicon of the amorphous silicon layer 2 is crystallized with a solid solution in the aluminum layer 3, a polycrystalline silicon layer (poly-Si layer) 4 is formed (see FIG. 1 (B)).

以上の工程により、図1(B)に示すように、ガラス基板1の上にアルミニウム層3が形成され、このアルミニウム層3の上に多結晶シリコン層が形成された多結晶シリコン薄膜基板(積層基板)が得られる。 Through the above steps, as shown in FIG. 1 (B), an aluminum layer 3 is formed on a glass substrate 1, a polycrystalline silicon thin film substrate polycrystalline silicon layer is formed on the aluminum layer 3 (laminate substrate) is obtained.

上記第3の工程における加熱は、400℃以上、577℃以下の範囲で行う。 Heating in the third step, 400 ° C. or higher, in a range of 577 ° C. or less. 加熱温度が400℃未満である場合は、アモルファスシリコン層2におけるシリコンをアルミニウム層3中に固溶させる時間が長くなり、好ましくない。 When the heating temperature is less than 400 ° C. is silicon in the amorphous silicon layer 2 a longer time to solid solution in the aluminum layer 3, which is not preferable. また、577℃はアモルファスシリコンと共晶反応するアルミニウムの共晶温度であるので、加熱温度を577℃以下にするのが好ましい。 Further, since the 577 ° C. is a eutectic temperature of aluminum to react amorphous silicon eutectic, that the heating temperature to 577 ° C. or less preferred.

また、上記第3の工程における加熱は、400℃以上、525℃以下の範囲で行うのがより好ましい。 The heating in the third step, 400 ° C. or higher, more preferably in a range of 525 ° C. or less. 加熱温度を525℃以下にすることで、多結晶シリコン層4における結晶化したシリコンの結晶方位の揃ったより結晶性の良い多結晶シリコン層4が得られる。 By the heating temperature to 525 ° C. or less, good crystallinity than with uniform crystal orientation of the silicon crystallized in the polycrystalline silicon layer 4 of polycrystalline silicon layer 4 is obtained.

また、上記第1の工程において、ガラス基板1として透明導電膜の付いたガラス基板を用いるのが好ましい。 In the first step, to use a glass substrate with a transparent conductive film as the glass substrate 1 preferred. 透明導電膜としてはITO(酸化インジウム・スズ)等が使用される。 As the transparent conductive film ITO (indium tin oxide) or the like is used. ガラス基板1として透明導電膜の付いたガラス基板を用いることで、導電性の良い多結晶シリコン薄膜基板が得られる。 By using a glass substrate with a transparent conductive film as a glass substrate 1, good conductivity polycrystalline silicon thin film substrate can be obtained.

以上のように構成された第1実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the first embodiment configured as described above provides the following advantages.
○上述したように、上記従来技術の多結晶シリコン薄膜基板では、多結晶シリコン層24の上にアルミニウム層23が形成されているので(図4参照)、この多結晶シリコン薄膜基板を用いて多結晶シリコン薄膜型太陽電池(図5参照)を作製する場合、アルミニウム層23の中央部をエッチングして露出した多結晶シリコン層(p+層)24上に、PN接合或いはPIN接合構造の光電変換層を成す半導体層を形成することになる。 ○ As described above, in the polycrystalline silicon thin film substrate of the prior art, since the aluminum layer 23 on the polycrystalline silicon layer 24 is formed (see FIG. 4), multi-using the polycrystalline silicon thin film substrate when fabricating a crystalline silicon thin film solar cell (see FIG. 5), the polycrystalline silicon layer exposed central portion of the aluminum layer 23 is etched (p + layer) on 24, photoelectric conversion of PN junction or a PIN junction structure It will form a semiconductor layer forming the layer. そのため、キャリアは多結晶シリコン層24内を横方向(面内方向)に移動するため、キャリアが多結晶シリコン層24内を移動する間に、結晶粒を横切る回数が多くなる。 Therefore, the carrier for moving the polycrystalline silicon layer 24 in the lateral direction (plane direction), while the carrier is moving polycrystalline silicon layer 24, made many times across the grain. このため、キャリア(電子とホール)の再結合の確率が増え、光エネルギーを電気エネルギーに変換する変換効率が落ちてしまうという問題がある。 Therefore, increasing the recombination probability of the carriers (electrons and holes), there is a problem that the conversion efficiency for converting light energy into electrical energy falls.

これに対して本実施形態によれば、アルミニウム層3の上に多結晶シリコン層が形成された多結晶シリコン薄膜基板が得られるので、この多結晶シリコン薄膜基板を用いて多結晶シリコン薄膜型太陽電池を作製する場合、多結晶シリコン層上にPN接合或いはPIN接合構造の光電変換層を成す半導体層を形成することになる。 According to this embodiment the contrary, since the polycrystalline silicon thin film substrate polycrystalline silicon layer on the aluminum layer 3 is formed is obtained, the polycrystalline silicon thin film solar using the polycrystalline silicon thin film substrate when fabricating a battery, it will form a semiconductor layer forming the photoelectric conversion layer of the PN junction or a PIN junction structure on the polysilicon layer. そのため、キャリアは多結晶シリコン層4内を、その下にあるアルミニウム層3の電極から縦方向(厚さ方向)に移動するため、キャリアが多結晶シリコン層4内を移動する間に、結晶粒を横切る回数が少なくなる。 Therefore, while the carrier polycrystalline silicon layer 4, in order to move from the aluminum layer 3 of the electrode below it in the vertical direction (thickness direction), the carrier moves polycrystalline silicon layer 4, the crystal grains the number of times across the less. このため、キャリア(電子とホール)の再結合の確率が少なくなり、光エネルギーを電気エネルギーに変換する変換効率を向上させることができる。 Therefore, the probability of recombination of carriers (electrons and holes) is reduced, thereby improving the conversion efficiency of converting light energy into electrical energy.

このように、変換効率を向上させることができる多結晶シリコン薄膜(多結晶シリコン薄膜基板)を得ることができる。 Thus, it is possible to obtain a polycrystalline silicon thin film can be improved conversion efficiency (polycrystalline silicon thin film substrate).
(第2の実施形態) (Second Embodiment)
次に、第2実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法を図2(A),(B)に基づいて説明する。 Next, the method for producing polycrystalline silicon thin film according to the second embodiment FIG. 2 (A), described with reference to (B).

この多結晶シリコン薄膜の製造方法は、上記第1実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法において、次の第4の工程と第5の工程を実施する点に特徴がある。 Method for manufacturing the polycrystalline silicon thin film is a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film according to the first embodiment is characterized in carrying out the next fourth step and the fifth step.
(第4の工程)上記第1実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法における第1の工程と第2の工程との間において、アモルファスシリコン層2上に薄いアルミニウム層(薄い金属層)5を形成する(図2(A)参照)。 (Fourth step) between the first and second steps in the method for producing polycrystalline silicon thin film according to the first embodiment, a thin aluminum layer on the amorphous silicon layer 2 (thin metal layer) 5 the formed (see FIG. 2 (a)).
(第5の工程)次に、このアルミニウム層5を酸素或いは空気に曝露して酸化アルミニウム層(金属自然酸化膜の薄い層)6を形成する(図2(A)参照)。 (Fifth Step) Next, the aluminum layer 5 is exposed to oxygen or air to form a (thin layer of a metal natural oxide film) 6 aluminum oxide layer (see FIG. 2 (A)).

つまり、この多結晶シリコン薄膜の製造方法は、以下の工程を実施する。 That is, the method for manufacturing the polycrystalline silicon thin film, the following steps are carried out.
(第1の工程)ガラス基板1上にアモルファスシリコン層(a-Si層)2を形成する(図2(A)参照)。 (First step) on the glass substrate 1 the amorphous silicon layer (a-Si layer) to form a 2 (see FIG. 2 (A)).
(第4の工程)次に、アモルファスシリコン層2上に薄いアルミニウム層5を形成する(図2(A)参照)。 (Fourth step) Next, a thin aluminum layer 5 on the amorphous silicon layer 2 (see FIG. 2 (A)).
(第5の工程)次に、このアルミニウム層5を酸素或いは空気に曝露して酸化アルミニウム層6を形成する(図2(A)参照)。 (Fifth Step) Next, by exposing the aluminum layer 5 to the oxygen or air to form an aluminum oxide layer 6 (see FIG. 2 (A)).

(第2の工程)次に、酸化アルミニウム層6上に、シリコンと共晶反応する金属からなるアルミニウム層(金属層)3を形成する(図2(A)参照)。 (Second step) Next, on the aluminum oxide layer 6, an aluminum layer (metal layer) made of metal to silicon eutectic reaction 3 form a (see FIG. 2 (A)). これにより、図2(A)に示すように、アモルファスシリコン層2とアルミニウム層3の間に、酸化アルミニウム層6が形成された構造の積層基板が得られる。 Thus, as shown in FIG. 2 (A), between the amorphous silicon layer 2 and the aluminum layer 3, a laminated substrate of the aluminum oxide layer 6 is formed structure is obtained.

(第3の工程)次に、この積層基板を加熱する。 (Third Step) Next, heating the laminated substrate. これにより、アモルファスシリコンが網目状の酸化アルミニウム層6を通ってアルミニウム層3中に固溶するとともに結晶化し、多結晶シリコン層4が酸化アルミニウム層6上に形成され、ガラス基板1と酸化アルミニウム層6の間にアルミニウム層3が形成される。 Thus, an amorphous silicon through the mesh-like aluminum oxide layer 6 is crystallized with a solid solution in the aluminum layer 3, a polycrystalline silicon layer 4 is formed on the aluminum oxide layer 6, a glass substrate 1 and the aluminum oxide layer aluminum layer 3 is formed between the 6.

以上の工程により、図2(B)に示すように、ガラス基板1の上にアルミニウム層3が形成され、このアルミニウム層3の上に酸化アルミニウム層6が形成され、この酸化アルミニウム層6の上に多結晶シリコン層4が形成された多結晶シリコン薄膜基板(積層基板)が得られる。 Through the above steps, as shown in FIG. 2 (B), an aluminum layer 3 is formed on a glass substrate 1, the aluminum oxide layer 6 on top of the aluminum layer 3 is formed, on the aluminum oxide layer 6 polycrystalline silicon thin film substrate polycrystalline silicon layer 4 is formed (laminated substrate) is obtained.

ガラス基板1上に厚さ300nmのアモルファスシリコン層2をプラズマCVD法により作製した。 The amorphous silicon layer 2 having a thickness of 300nm on a glass substrate 1 was produced by a plasma CVD method. 原料はSiH 4およびH 2であり、それらの流量はそれぞれ、20SCCM、100SCCMであった。 Material is SiH 4 and H 2, each of those flow rate, 20 SCCM, was 100 SCCM. 成膜圧力は1.0Torr、RF周波数は13.56MHz、出力は15Wとした。 Deposition pressure is 1.0 Torr, RF frequency is 13.56 MHz, the output was set to 15W. その上にアルミニウム層5を10nm真空蒸着法により作製した(成膜速度: 20nm/min.)。 The aluminum layer 5 thereon was fabricated by 10nm vacuum evaporation method (deposition rate: 20nm / min.). この後、アルミニウム層5を室温の空気に2時間曝露し、アルミニウム層5の表面を酸化させ、酸化アルミニウム層6を得た。 Thereafter, the aluminum layer 5 exposed at room temperature for 2 hours in air, the surface of the aluminum layer 5 is oxidized to give an aluminum oxide layer 6. 次いでその酸化アルミニウム層上にアルミニウム層3を290nm真空蒸着法により堆積し、積層基板を得た。 Then an aluminum layer 3 is deposited by 290nm vacuum deposition on the aluminum oxide layer, to obtain a laminated board. この積層基板を窒素雰囲気中475℃で1時間加熱することにより、アモルファスシリコンがアルミニウム層(酸化アルミニウム層6とアルミニウム層3)中に固溶するとともに結晶化し、厚さ300nmの多結晶シリコン層4が酸化アルミニウム層6上に形成され、また、ガラス基板1と酸化アルミニウム層6の間にアルミニウム5の層が形成された。 By this laminated substrate is heated 1 hour at 475 ° C. in a nitrogen atmosphere, amorphous silicon is crystallized with a solid solution in the aluminum layer (aluminum oxide layer 6 and the aluminum layer 3), a thickness of 300nm polycrystalline silicon layer 4 There are formed on the aluminum oxide layer 6, also a layer of aluminum 5 is formed between the glass substrate 1 and the aluminum oxide layer 6. 表面に形成された多結晶シリコン層4を光学顕微鏡で観察した結果、30ミクロン程度の結晶粒径が形成されていた。 The polycrystalline silicon layer 4 formed on the surface result of observation with an optical microscope, the crystal grain size of about 30 microns was formed.

以上のように構成された第2実施形態によれば、上記第1実施形態の奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。 According to the second embodiment configured as described above, actions and effects of the following in addition to the effects achieved by the above-described first embodiment.
○アモルファスシリコン層2とアルミニウム層3の間に酸化アルミニウム層6が形成された図2(A)に示す構造の積層基板を作製し、この積層基板を加熱することにより、アモルファスシリコンが網目状の酸化アルミニウム層6を通ってアルミニウム層3中に固溶するとともに結晶化される。 ○ aluminum oxide layer 6 between the amorphous silicon layer 2 and the aluminum layer 3 to produce a laminated substrate having a structure shown in FIG. 2 formed (A), by heating the laminated substrate, an amorphous silicon reticulate through an aluminum oxide layer 6 is crystallized with a solid solution in the aluminum layer 3. このため、表面に形成された多結晶シリコン層4の結晶粒径が上記第1実施形態よりも大きくなる。 Therefore, the crystal grain size of the polycrystalline silicon layer 4 formed on the surface is greater than the first embodiment. これにより、変換効率をさらに向上させることができる多結晶シリコン薄膜を得ることができる。 Thus, it is possible to obtain a polycrystalline silicon thin film can be further improved conversion efficiency.
<多結晶シリコン薄膜基板> <Polycrystalline silicon thin film substrate>
上記第1実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法により、図1(B)に示す構成を有する多結晶シリコン薄膜基板40が作製される。 The method for producing polycrystalline silicon thin film according to the first embodiment, the polycrystalline silicon thin film substrate 40 having the structure shown in FIG. 1 (B) is produced.

この多結晶シリコン薄膜基板40は、ガラス基板1と、このガラス基板1上に形成されたアルミニウム層3と、このアルミニウム層3上に形成された多結晶シリコン層4と、を備えている。 The polycrystalline silicon thin film substrate 40 includes a glass substrate 1 includes an aluminum layer 3 formed on the glass substrate 1, a polycrystalline silicon layer 4 formed on the aluminum layer 3, a.

多結晶シリコン薄膜基板40では、アルミニウム層3上に形成された多結晶シリコン層4は全体が結晶化した膜で、結晶化したシリコンの粒径が30μm程度の大きなものが得られる。 In the polycrystalline silicon thin film substrate 40, a film across the polycrystalline silicon layer 4 formed on the aluminum layer 3 is crystallized, the particle size of the crystallized silicon is obtained as large of about 30 [mu] m. このようなシリコンの粒径の大きな多結晶シリコン層4を有する多結晶シリコン薄膜基板40は、多結晶シリコン薄膜型太陽電池に限らず、その他の用途にも有効に利用できる。 Such polycrystalline silicon thin film substrate 40 having a large polycrystalline silicon layer 4 of the particle size of silicon is not limited to polycrystalline silicon thin film solar cells can be used to also enable other applications.

また、上記第2実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法により、図2(B)に示す構成を有する多結晶シリコン薄膜基板50が作製される。 Further, the method for producing polycrystalline silicon thin film according to the second embodiment, the polycrystalline silicon thin film substrate 50 having the structure shown in FIG. 2 (B) is produced.

この多結晶シリコン薄膜基板50は、ガラス基板1と、このガラス基板1上に形成されたアルミニウム層3と、このアルミニウム層3上に形成されたて酸化アルミニウム層(金属自然酸化膜の薄い層)6と、この酸化アルミニウム層6上に形成された多結晶シリコン層4と、を備えている。 The polycrystalline silicon thin film substrate 50 includes a glass substrate 1, an aluminum layer 3 formed on the glass substrate 1, an aluminum oxide layer formed on the aluminum layer 3 (thin layer of a metal natural oxide film) 6, and a polycrystalline silicon layer 4 formed on the aluminum oxide layer 6.

多結晶シリコン薄膜基板50では、酸化アルミニウム層6に形成された多結晶シリコン層4は全体が結晶化した膜で、結晶化したシリコンの粒径が30μm程度の大きなものが得られる。 In the polycrystalline silicon thin film substrate 50, the whole polycrystalline silicon layer 4 formed on the aluminum oxide layer 6 is in film crystallized, the particle size of the crystallized silicon is obtained as large of about 30 [mu] m. このようなシリコンの粒径の大きな多結晶シリコン層4を有する多結晶シリコン薄膜基板50は、多結晶シリコン薄膜型太陽電池に限らず、その他の用途にも有効に利用できる。 Such polycrystalline silicon thin film substrate 50 having a large polycrystalline silicon layer 4 of the particle size of silicon is not limited to polycrystalline silicon thin film solar cells can be used to also enable other applications.
<多結晶シリコン薄膜型太陽電池> <Polycrystalline silicon thin film solar cells>
次に、本発明の一実施形態に係る多結晶シリコン薄膜型太陽電池を図3に基づいて説明する。 Next, a polycrystalline silicon thin film solar cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

この多結晶シリコン薄膜型太陽電池は、上記第1実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法により製造され、ガラス基板1上に、アルミニウム層3および多結晶シリコン層4の順に積層された多結晶シリコン薄膜基板(図1(B)参照)を用いて作製される。 The polycrystalline silicon thin film solar cell is manufactured by the method for producing a polycrystalline silicon thin film according to the first embodiment, on the glass substrate 1, polycrystalline, which are sequentially stacked aluminum layer 3 and the polycrystalline silicon layer 4 silicon thin film substrate prepared using a (FIG. 1 (B) refer).

図3に示す多結晶シリコン薄膜型太陽電池は、図1(B)に示す多結晶シリコン薄膜基板と、この多結晶シリコン薄膜基板の多結晶シリコン層4上に成膜され、この多結晶シリコン層4と共にPN接合或いはPIN接合構造の光電変換層を成す複数の半導体層(多結晶シリコン層)10,11と、半導体層10,11上に形成された透明電極12と、を備える。 Polycrystalline silicon thin film solar cell shown in FIG. 3, a polycrystalline silicon thin film substrate shown in FIG. 1 (B), is deposited on the polycrystalline silicon layer 4 of the polycrystalline silicon thin film substrate, the polycrystalline silicon layer with 4 includes a plurality of semiconductor layers (polycrystalline silicon layer) 10, 11 constituting the photoelectric conversion layer of the PN junction or a PIN junction structure, a transparent electrode 12 formed on the semiconductor layers 10 and 11, the. 複数の半導体層10は、エピタキシャル成長により形成され、p型導電性を持たせた(或いはノンドープ型:i型の)多結晶シリコン層である。 A plurality of semiconductor layers 10 is formed by epitaxial growth, to have a p-type conductivity (or non-doped: i-type) is a polycrystalline silicon layer. また、半導体層11は、半導体層10上に形成され、n型導電性を持たせた多結晶シリコン層である。 The semiconductor layer 11 is formed on the semiconductor layer 10, a polycrystalline silicon layer to have a n-type conductivity.

以上のように構成された一実施形態に係る多結晶シリコン薄膜型太陽電池によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the polycrystalline silicon thin film solar cell according to an embodiment constructed as described above provides the following advantages.
○キャリアは多結晶シリコン層4内を、その下にあるアルミニウム層3の電極から縦方向(厚さ方向)に、移動するため、キャリアが多結晶シリコン層4内を移動する間に、結晶粒を横切る回数が少なくなる。 The ○ carrier polycrystalline silicon layer 4, the vertical direction (thickness direction) from the aluminum layer 3 of the electrode below it, in order to move, while the carrier is moving polycrystalline silicon layer 4, the crystal grains the number of times across the less. このため、キャリア(電子とホール)の再結合の確率が少なくなり、光エネルギーを電気エネルギーに変換する変換効率を向上させることができる。 Therefore, the probability of recombination of carriers (electrons and holes) is reduced, thereby improving the conversion efficiency of converting light energy into electrical energy. 従って、変換効率を向上させることができる多結晶シリコン薄膜型太陽電池が得られる。 Therefore, the polycrystalline silicon thin film solar cell capable of improving conversion efficiency.
なお、図3では、電子の移動ルートを符号14の破線で示している。 In FIG 3 shows an electronic route of travel by the dashed reference numeral 14.

また、多結晶シリコン薄膜型太陽電池は、上記第2実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法により製造され、ガラス基板1上に、アルミニウム層3が形成され、このアルミニウム層3の上に酸化アルミニウム層6が形成され、この酸化アルミニウム層6の上に多結晶シリコン層4が形成された多結晶シリコン薄膜基板(図2(B)参照)を用いても作製することができる。 Also, the polycrystalline silicon thin film solar cell is manufactured by the method for producing a polycrystalline silicon thin film according to the second embodiment, on the glass substrate 1, an aluminum layer 3 is formed, oxide on the aluminum layer 3 aluminum layer 6 is formed, can also be produced using a polycrystalline silicon thin film substrate polycrystalline silicon layer 4 is formed on the aluminum oxide layer 6 (see FIG. 2 (B)). この場合、変換効率をさらに向上させることができる多結晶シリコン薄膜型太陽電池が得られる。 In this case, the polycrystalline silicon thin film solar cell can be further improved conversion efficiency can be obtained.
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。 Incidentally, the present invention can also be embodied in the following forms.

・上記各実施形態では、第1の工程で、ガラス基板1上に、シリコンを用いてアモルファスシリコン層を形成しているが、ガラス基板1上に、シリコン・ゲルマニウム化合物を用いてアモルファスのシリコン・ゲルマニウム化合物層を形成する製造方法にも本発明は適用可能である。 In the embodiments described above, in the first step, on a glass substrate 1, but using a silicon to form an amorphous silicon layer, on a glass substrate 1, silicon amorphous using a silicon-germanium compound also the present invention to a manufacturing method of forming a germanium compound layer can be applied. この場合、アモルファスのシリコン・ゲルマニウム化合物層を加熱することで、同化合物層におけるシリコン・ゲルマニウム化合物が金属層であるアルミニウム層3中に固溶し、結晶化して、上記多結晶シリコン層4の位置に、多結晶シリコン・ゲルマニウム層ができる。 In this case, by heating the silicon-germanium compound layer of amorphous, solid solution in the aluminum layer 3 silicon-germanium compound in the compound layer is a metal layer, and crystallized, the position of the polycrystalline silicon layer 4 in, it is a polycrystalline silicon-germanium layer.

このように、ガラス基板1上にアモルファスの多結晶シリコン・ゲルマニウム層が形成された多結晶シリコン・ゲルマニウム薄膜(多結晶シリコン・ゲルマニウム薄膜基板)の場合には、シリコン・ゲルマニウム化合物は光吸収係数が高いため、太陽電池として有利になる可能性がある。 Thus, in the case of polycrystalline silicon-germanium thin film polycrystalline silicon-germanium layer of the amorphous is formed on a glass substrate 1 (polycrystalline silicon-germanium thin film substrate) is a silicon germanium compound optical absorption coefficient high, there is a possibility that it is advantageous as a solar cell.

なお、ガラス基板1上に、シリコン・ゲルマニウム化合物を用いてアモルファスのシリコン・ゲルマニウム化合物層を形成する製造方法では、上記第3の工程における加熱を、100℃以上、577℃以下の範囲で行う。 Incidentally, on the glass substrate 1, in the manufacturing method of forming a silicon-germanium compound layer of amorphous using a silicon-germanium compound, the heating in the third step, 100 ° C. or higher, in a range of 577 ° C. or less. より好ましくは、その加熱を、100℃以上、525℃以下の範囲で行う。 More preferably, the heating, 100 ° C. or higher, in a range of 525 ° C. or less.

・上記各実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法では、金属層をアルミニウム層3としているが、その金属層を形成する金属として、Al,Ti,Ni,Sn,Inのうちのいずれか一種或いは複数種を用いることが可能である。 · The method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film according to each of the embodiments, the metal layer is an aluminum layer 3, any one of a metal that forms the metal layer, Al, Ti, Ni, Sn, an In Alternatively it is possible to use a plurality of kinds.

第1実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法の工程を示す説明図。 Explanatory view showing a step method for producing polycrystalline silicon thin film according to the first embodiment. 第1実施形態に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法の工程を示す説明図。 Explanatory view showing a step method for producing polycrystalline silicon thin film according to the first embodiment. 一実施形態に係る多結晶シリコン薄膜型太陽電池の概略構成を示す断面図。 Sectional view showing a schematic configuration of a polycrystalline silicon thin film solar cell according to an embodiment. 従来技術に係る多結晶シリコン薄膜の製造方法の工程を示す説明図。 Explanatory view showing a step of a method for producing polycrystalline silicon thin film according to the prior art. 従来の多結晶シリコン薄膜型太陽電池の概略構成を示す断面図。 Sectional view showing a schematic configuration of a conventional polycrystalline silicon thin film solar cells.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1:アモルファスシリコン層3:アルミニウム層4:多結晶シリコン層5:薄いアルミニウム層6:酸化アルミニウム層(金属自然酸化膜の薄い層) 1: an amorphous silicon layer 3: aluminum layer 4: polycrystalline silicon layer 5: a thin aluminum layer 6: an aluminum oxide layer (metal natural oxide film thin layer)
10,11:半導体層12:透明電極40,50:多結晶シリコン薄膜基板 10,11: semiconductor layer 12: Transparent electrode 40, 50: the polycrystalline silicon thin film substrate

Claims (9)

  1. 基板上にアモルファスシリコン層を形成する第1の工程と、 A first step of forming an amorphous silicon layer on a substrate,
    前記アモルファスシリコン層上にシリコンと共晶反応する金属からなる金属層を形成する第2の工程と、 A second step of forming a metal layer made of metal to silicon eutectic reaction to the amorphous silicon layer,
    前記アモルファスシリコン層および前記金属層を加熱する第3の工程と、を備え、 And a third step of heating the amorphous silicon layer and the metal layer,
    前記第3の工程により、前記アモルファスシリコン層におけるシリコンを前記金属層中に固溶させるともに結晶化させ、前記金属層上に多結晶シリコン層を形成させる多結晶シリコン薄膜の製造方法であって、 By the third step, the silicon in the amorphous silicon layer is crystallized to together to form a solid solution in the metal layer, a method for producing polycrystalline silicon thin film that is formed a polycrystalline silicon layer on the metal layer ,
    前記第1の工程と前記第2の工程との間において、前記アモルファスシリコン層上に薄い金属層を形成する第4の工程と、前記薄い金属層を酸素或いは空気に曝露して金属自然酸化膜の薄い層を形成する第5の工程と、を含むことを特徴とする多結晶シリコン薄膜の製造方法。 In between the first step and the second step, the fourth step and, metal and exposing the thin metal layer to oxygen or air the natural oxide film to form a thin metal layer on the amorphous silicon layer method for producing polycrystalline silicon thin film characterized by comprising a fifth step of forming a thin layer of.
  2. 前記基板として透明導電膜の付いたガラス基板を用い、前記第1の工程において、前記透明導電膜上に前記アモルファスシリコン層を形成することを特徴とする請求項に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 Using a glass substrate with a transparent conductive film as the substrate, in the first step, the polycrystalline silicon thin film according to claim 1, characterized in that forming the amorphous silicon layer on the transparent conductive film Production method.
  3. 前記金属層を形成する金属として、Al,Ti,Ni,Sn,Inのうちのいずれか一種或いは複数種を用いることを特徴とする請求項1 又は2に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 As the metal forming the metal layer, Al, Ti, Ni, Sn , method for producing polycrystalline silicon thin film according to claim 1 or 2, characterized by using any one or more of In.
  4. 前記第3の工程における前記加熱を、前記アモルファスシリコン層がシリコンを用いて形成したアモルファスシリコン層である場合、400℃以上、577℃以下の範囲で行うことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一つに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 The heating in the third step, the amorphous silicon layer may be amorphous silicon layer formed using silicon, 400 ° C. or more, of claims 1 to 3, characterized in that in a range of 577 ° C. or less method for producing polycrystalline silicon thin film according to any one.
  5. 前記加熱を、400℃以上、525℃以下の範囲で行うことを特徴とする請求項に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 It said heating, 400 ° C. or higher, method for producing polycrystalline silicon thin film according to claim 4, characterized in that in a range of 525 ° C. or less.
  6. 前記第3の工程における前記加熱を、前記アモルファスシリコン層がシリコン・ゲルマニウム化合物を用いて形成したアモルファスのシリコン・ゲルマニウム化合物層である場合、100℃以上、577℃以下の範囲で行うことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一つに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 If the the heating in the third step, the amorphous silicon layer is silicon-germanium compound layer of amorphous formed using a silicon-germanium compounds, and characterized in that in a range 100 ° C. or more, the 577 ° C. or less method for producing polycrystalline silicon thin film according to any one of claims 1 to 3.
  7. 前記加熱を、100℃以上、525℃以下の範囲で行うことを特徴とする請求項に記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法。 It said heating, 100 ° C. or higher, method for producing polycrystalline silicon thin film according to claim 6, characterized in that in a range of 525 ° C. or less.
  8. 請求項乃至のいずれか一つに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜基板であって、 A polycrystalline silicon thin film substrate produced by the production method of the polycrystalline silicon thin film according to any one of claims 1 to 7,
    前記基板と、該基板上に形成された前記金属層と、該金属層上に形成された前記金属自然酸化膜の薄い層と、該金属自然酸化膜の薄い層上に形成された前記多結晶シリコン層と、を備えたことを特徴とする多結晶シリコン薄膜基板。 Said substrate, said metal layer formed on the substrate, a thin a layer of said metal natural oxide film formed on the metal layer, the polycrystalline formed a thin layer on the said metal natural oxide film polycrystalline silicon thin film substrate, characterized in that it comprises a silicon layer.
  9. 請求項1乃至のいずれか一つに記載の多結晶シリコン薄膜の製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜と、 And a polycrystalline silicon thin film manufactured by the method for producing polycrystalline silicon thin film according to any one of claims 1 to 7,
    前記多結晶シリコン薄膜の前記多結晶シリコン層上に成膜され、該多結晶シリコン層と共にPN接合或いはPIN接合構造の光電変換層を成す複数の半導体層と、 The deposited on the polycrystalline silicon layer on the polycrystalline silicon thin film, a plurality of semiconductor layers forming the photoelectric conversion layer of the PN junction or a PIN junction structure with polycrystalline silicon layer,
    前記半導体層上に形成された透明電極と、を備えることを特徴とする多結晶シリコン薄膜型太陽電池。 Polycrystalline silicon thin film solar cell, characterized in that it comprises a transparent electrode formed on the semiconductor layer.
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