JPH01110776A - 半導体多結晶薄膜の製造方法 - Google Patents

半導体多結晶薄膜の製造方法

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JPH01110776A JP62268904A JP26890487A JPH01110776A JP H01110776 A JPH01110776 A JP H01110776A JP 62268904 A JP62268904 A JP 62268904A JP 26890487 A JP26890487 A JP 26890487A JP H01110776 A JPH01110776 A JP H01110776A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体多結晶薄膜の製造方法に関し、さら
に詳しくは、高性能、大面積の太陽電池を低コストで得
るための半導体多結晶薄膜の製造方法の改良に係るもの
である。
〔従来の技術〕
従来例でのこの種の太陽電池として、単結晶。
あるいは多結晶Si(シリコン)基板を用いた場合の概
要構成を第3図に示しである。
すなわち、この第3図従来例構成において、符号lは単
結晶、あるいは多結晶Si基板であり、また、lOはこ
のSi基基板上上、気相成長法によって形成したSi薄
膜、8はこのSi薄薄膜l上上形成した透明導電膜、1
1はその表面電極である。
こ−で、前記第3図に示す太陽電池にあって、Sit;
ll19toを気相成長法で形成させるための、単結晶
、あるいは多結晶Si基板1としては、一般に。
CZ、FZ単結晶ウェハ基板とか、多結晶Siキャスト
基板などの非常に高価な基板をそれぞれに用いており、
しかもこれらの各基板の大きさは、通常の場合、4φ、
もしくは10cm角に限定されていることが多い。
また、大面積化の可能なSi薄膜10の形成手段として
は、ジクロルシラン、あるいはトリクロルシランを用い
る熱分解気相成長法がある。
そして、この単結晶、あるいは多結晶シリコン太陽電池
の製造において、基板l上に成長形成されるシリコン薄
膜IOは、少なくとも20〜30JLI以上の厚さを必
要とするが、その成長に熱分解気相成長法を適用する場
合1例えば、安価なガラス基板を使用することのできる
500〜600℃程度の成長温度では、シリコン自体の
成長速度が、 0.01〜0.02 JLm/win程
度であって極めて小さく、装置構成に必要とされるとこ
ろの、厚さ20〜3Q g ts以−Lのシリコン薄膜
10を得るのには、極めて長時間を必要とするばかりか
、コスト高にもなって実用的でないと云う憾みがある。
また一方、成長温度を1000〜1100℃程度に高く
すれば、シリコン薄膜10の製造時に妥当とされる1〜
24m/win程度の成長速度を得られるのであるが、
この場合には、この手段を適用する基板の種類に制限が
あって、石英、あるいはセラミックなどの比較的高価な
基板を用いざるを得なくなる。
そこで、このような従来の不都合を改善する一つの手段
として、基板上へのシリコン薄膜の形成をスクリーン印
刷法によって行なうようにした手段が、先にM、BOH
Mらにより提案されている(SolarCells、第
20巻 155−188頁、 19B?) 。
第4図は、このスクリーン印刷法を適用して製造された
太陽電池の要部を拡大して示す断面構造である。
すなわち、この製造方法においては、絶縁性基板l上に
あって、まず、高融点金属(例えばNo)膜2を形成さ
せた後、続いて、■族金属(例えばAi)膜12を被着
させ、かつ予め用意されたSiパウダーとバインダーと
の混合物(Siパウダー=65〜95wt$、ガラスお
よび有機溶剤からなるバインダー:25〜35wt%)
を、前記基板1上にスクリーン印刷させ、かつこれを6
25〜850℃程度に昇温させて、その有機溶剤を蒸発
させると共に、コンタクト層14を形成させ、さらに反
射防止膜9およびを表面電極11を順次に設けることに
よって、第4図に示された構成通りに、所期の太陽電池
構造を得るようにしているのである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前記のように基板上へのシリコン薄膜を
スクリーン印刷法により形成する手段においては、第4
図の構造からも明らかなように、形成されるシリコン薄
膜でのシリコン粒の相互間に、比較的隙間が多く存在し
て面積効率が悪く、しかも一方では、熱処理のために6
25〜650℃程度の高温を必要とし、かつまた、その
特性についても、例えば、変換効率が1.82%程度で
あるように極めて不十分なものであった。
この発明は、このような従来例方法の問題点を改善する
ためになされたもので、その目的とするところは、太陽
電池を低コストで得るため、比較的大面積の基板上に、
高品質な多結晶薄膜を低温で形成し得るようにした。こ
の種の半導体多結晶薄膜の製造方法を提供することであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
前記目的を達成させるために、この発明に係る半導体多
結晶g膜の製造方法は、絶縁性基板、もしくは導電性基
板上にあって、まず、高融点金属の薄膜、低融点金属ρ
厚膜を順次に被着させ、ついで、この低融点金属の厚膜
上に、半導体の微少結晶粒を堆積させ、さらに、基板を
低融点金属の融点以上の温度に加熱し、かつ徐々に冷却
させることによって、所期の半導体多結晶薄膜を形成し
得るようにしたものである。
〔作   用〕
すなわち、この発明方法においては、絶縁性。
あるいは導電性基板上に、高融点金属の薄膜、低融点金
属の厚膜を順次に被着させた後、この低融点金属の厚膜
上に半導体の微少結晶粒を堆積させて、−旦、基板を低
融点金属の融点以上の温度に加熱させるので、その表面
の平坦化を図ることができると共に、結晶粒の相互間が
隙間なくwI密に形成されて面積効率を白玉でき、つい
で、これを徐々に冷却させることにより、エピタキシャ
ル成長居を成長させて、多結晶薄膜を形成するようにし
たから、成長速度が比較的大きくて短時間での成長が可
能であって、高品質の半導体多結晶薄膜を形成し得るの
である。
〔実 施 例〕
以下、この発明に係る半導体多結晶薄膜の製造方法の一
実施例につき、第1図および第2図を参照して詳細に説
明する。
第1図(a)ないしくe)はこの実施例方法を適用した
半導体多結晶薄膜の製造工程を順次に示すそれぞれに断
面図である。
すなわち、この第1図に示す実施例方法においては、ま
ず、絶縁性基板、もしくは導電性基板1上にあって、例
えば、No(モリブデン)などの高融点金属の薄fI!
 2 、ついで、例えば、Sn(スズ)などの低融点金
属の厚膜3をそれぞれに形成しく同図(a)および(b
))、かつその上に、スクリーン印刷法、スプレー法、
あるいはスピンオン法などにより、Si (シリコン)
の微少結晶粒4を層状に塗布して被着させる(同図(C
))、こ−で、この塗布後の表面形状は、同図(c)に
見られるように、凹凸状を?しているゆ 次に、このように各膜2.3を形成した基板1に対して
、厚膜3を形成している低融点金属の融点以北の温度、
このSnの場合は232℃であるから、例えば、これを
−500℃程度に加熱して、この低融点金属の厚膜3を
溶融させると共に、併せて、Siの微少結晶粒4を溶解
させて低融点金属メルトをSiで飽和させる(同図(d
))、ご覧で、この加熱後は、前記塗布時に凹凸状であ
った表面が、著しく平坦化された表面5となる。
続いて、その後、前記処理温度を徐々に下げてゆくこと
により、個々のSi結晶粒4を核にしてSiをエピタキ
シャル成長6させ、このようにして目的とする多結晶S
i薄l1i7を形成する(同図(e))のである。
従って、この実施例方法の場合には、前記のようにして
形成される多結晶SiR膜7について、その表面5が比
較的平坦化されており、しかも、前記した従来例方法の
場合とは全く異なって、個々のSi結晶粒4の相互間が
隙間なく緻密に形成されるために、その面積効率を格段
に向上させることができ、また一方9個々のSi結晶粒
4の粒径が。
使用する原材料の結晶粒径にはC等しいために、原材料
に粒径の大きいものを用いれば、数ル■から数十uL1
1程度の任意の大きさのものを得られるのであり、さら
にこ−では、 tJj膜形成に液相成長法を適用するた
め、成長速度が数pm/win程度のように比較的大き
くて短時間での成長が可能で。
拡散長が50ル■ないし60IL11程度と高く、高品
質の薄膜を形成し得るのである。
また次に、第2図はこの実施例方法によって、ガラス基
板l上に形成される多結晶Si3膜を用いた積層型太陽
電池の概要構成を模式的に示す断面図であり、こへでは
、n(p)型の多結晶Si薄[7上に、 p(n)型の
微少結晶シリコン層、あるいはアモルファスシリコン層
8を形成させ、かつその上に透明溝m膜8を形成させた
ものである。
そして、このように比較的安価なガラス基板lを用いて
試作した太陽電池においても、変換効率lOないし12
%程度までの性能を実現できることを確認し得た。この
性能は、先に述べた非常に高価な多結晶Siキャスト基
板を用いる太陽電池での性能に匹敵するもので、この実
施例方法によって形成される多結晶Si薄膜が、多結晶
Siキャスト基板と同程度の優れた特性を有することを
実証するものである。
なお、前記実施例方法では、多結晶Si薄膜を形成する
場合について述べたが、この実施例方法をその他の多結
晶薄膜を形成する場合にも適用できることは勿論であり
、例えば、前記実施例方法において、低融点金属として
In(インジウム)、多結晶としてCuInSe、、の
多結晶粒を用い、同様な手法によってCuInSe2多
結晶Ijn’Jを形成でき、このようにして得られるp
型CuInSe2多結晶薄膜Hに、n型CdS層を形成
したCdS/Cu InSe2太陽電池の場合にあって
も、実施例の場合と同様に優れた特性を発揮し得るので
ある。
〔発明の効果〕
以上詳述したように、この発明方法によれば、絶縁性基
板、もしくは導電性基板上に、まず、高融点金属の薄膜
、低融点金属の厚膜を順次に被着させ、ついで、この低
融点金属の厚膜上に、半導体の微少結晶粒を堆積させた
後、基板を低融点金属の融点具トの温度に加熱し、かつ
徐々に冷却させて半導体多結晶g膜をエピタキシャル成
長させるようにしたので、表面の平坦化、ならびに結晶
粒相互間の緻密化を達成し得て面積効率を格段に向上で
き、また、エピタキシャル成長によって。
多結晶薄膜を形成するようにしたから、成長速度が大き
くて短時間での成長が容易に可能であり、より安価な基
板を用いて高品質の半導体多結晶薄膜を形成し得るなど
の優れた特長を有するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)ないしくe)はこのこの発明に係る半導体
多結晶薄膜の製造方法の一実施例による製造工程を順次
に示すそれぞれに断面図、第2図は同上方法を適用した
太陽電池の概要構成を模式的に示す断面図であり、また
、第3図は従来例による同」−太陽電池の概要構成を模
式的に示す断面図、第4図は同上太陽電池の要部を拡大
して示す断面図である。 1・・・・絶縁性基板あるいは導電性基板、2・・・・
高融点金属の薄膜、3・・・・低融点金属の厚膜、4・
・・・微少結晶粒、6・・・・エピタキシャル成長層、
7・・・・多結晶Si薄膜、8・・・・微少結品シリコ
ン層あるいはアモルファスシリコン層、8・・・・透明
導電膜。 代理人  大  岩  増  雄 第1図 2:高融、!、針1薄須 3  i (e(k第、t!=4ff 4 ; 憶”llGam 6 : 工 C9〜シイ1し成長層 7、多結晶s1薄月稟 第2図 9; 透 9月導盲lへ稟 第3図 菓4図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性基板、もしくは導電性基板上に、高融点金
    属の薄膜、低融点金属の厚膜を順次に被着させる工程と
    、前記低融点金属の厚膜上に、半導体の微少結晶粒を堆
    積させる工程と、さらに、前記基板を前記低融点金属の
    融点以上の温度に加熱した上で、徐々に冷却させる工程
    とを含むことを特徴とする半導体多結晶薄膜の製造方法
  2. (2)金属膜としてSn、微少結晶粒として単結晶、あ
    るいは多結晶Si粒を用いたことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の半導体多結晶薄膜の製造方法。
  3. (3)金属膜としてIn、微少結晶粒として単結晶、あ
    るいは多結晶CuInSe_2粒を用いたことを特徴と
    する特許請求の範囲第1項に記載の半導体多結晶薄膜の
    製造方法。
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