JPH01290267A - 光電変換素子の製造方法 - Google Patents
光電変換素子の製造方法Info
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- JPH01290267A JPH01290267A JP63121108A JP12110888A JPH01290267A JP H01290267 A JPH01290267 A JP H01290267A JP 63121108 A JP63121108 A JP 63121108A JP 12110888 A JP12110888 A JP 12110888A JP H01290267 A JPH01290267 A JP H01290267A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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。
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〕
本発明は、結晶シリコンからなる太陽電池と非晶質シリ
コンからなる太陽電池を積層したタンデム型の光電変換
素子の製造方法に関する。
コンからなる太陽電池を積層したタンデム型の光電変換
素子の製造方法に関する。
結晶シリコンからなる光電変換素子としては、第２図に
示すようにｎ形の結晶シリコン基板１１の表面層にイオ
ン注入あるいはガスドーピングなどにより９層１２を形
成することにより構成されるｐｎ接合をもち基板１１の
裏面−面に反射電極２１．９層１２の表面の一部に集電
電極２２を設けた太陽電池が知られている。この太陽電
池は、ｐ１１２側からの入射する光３を電気に変換する
。ところが、このような太陽電池は、短波長側の光に対
する感度が低く、またバンドギャップが１．１２ｅＶと
低いことにより拡散電位が低いため開放電圧が小さいと
いう欠点があった。これらの欠点を補うために、結晶系
太陽電池にくらべて長波長感度は低いが、短波長感度が
高く、バンドギャップも１．６〜１．８ｅＶと高いこと
によりその開放電圧が大きい非晶質シリコン系太陽電池
をその上に積層するタンデム光電変換素子が着目されて
いる。
示すようにｎ形の結晶シリコン基板１１の表面層にイオ
ン注入あるいはガスドーピングなどにより９層１２を形
成することにより構成されるｐｎ接合をもち基板１１の
裏面−面に反射電極２１．９層１２の表面の一部に集電
電極２２を設けた太陽電池が知られている。この太陽電
池は、ｐ１１２側からの入射する光３を電気に変換する
。ところが、このような太陽電池は、短波長側の光に対
する感度が低く、またバンドギャップが１．１２ｅＶと
低いことにより拡散電位が低いため開放電圧が小さいと
いう欠点があった。これらの欠点を補うために、結晶系
太陽電池にくらべて長波長感度は低いが、短波長感度が
高く、バンドギャップも１．６〜１．８ｅＶと高いこと
によりその開放電圧が大きい非晶質シリコン系太陽電池
をその上に積層するタンデム光電変換素子が着目されて
いる。
上記のようなタンデム型の充電変換素子を製造する場合
、結晶シリコン基板にイオン注入等によりドーピングし
、その後１０００〜１１００℃といった高温で熱処理し
て注入元素を拡散させ、さらに非晶質シリコン層の堆積
工程に入らなければならない。
、結晶シリコン基板にイオン注入等によりドーピングし
、その後１０００〜１１００℃といった高温で熱処理し
て注入元素を拡散させ、さらに非晶質シリコン層の堆積
工程に入らなければならない。
この製造工程では、イオン注入および加熱拡散工程に時
間がかかり、工程数も多いので量産性が高くならず、ま
た素子面積がイオン注入の能力に左右されるという欠点
があった。
間がかかり、工程数も多いので量産性が高くならず、ま
た素子面積がイオン注入の能力に左右されるという欠点
があった。
本発明の課題は、上記の欠点を除き、同時に大量の生産
が可能でしかも工程数が少なく、素子面積の大面積化も
容易なタンデム型の光電変換素子の製造方法を提供する
。
が可能でしかも工程数が少なく、素子面積の大面積化も
容易なタンデム型の光電変換素子の製造方法を提供する
。
上記の！！Ｉｓの解決のために、本発明の製造方法は、
結晶シリコン基板をドーパントとしての所定の不純物を
含む雰囲気を有する真空容器内におき、その真空容器内
にグロー放電を発生させて基板の表面層を浅い第一導電
形のドープ層とし、アニールしてドーパントを活性化す
ることにより前記結晶シリコン基板内に接合を形成する
プラズマドーピング工程と、次いでシラン系ガスおよび
ドーパントとしての所定の不純物を含む雰囲気を有する
真空容器内におき、その真空容器内にグロー放電を発生
させて第二導電形の非晶質ないし微結晶シリコン層を前
記プラズマドーピングによる第一導電形層上に形成する
プラズマＣＶＤ工程と、さらにその第二導電形層の上に
少なくとも第−導ＫＭの非晶質シリコン層をプラズマＣ
ＶＤ法で積層して接合を形成する工程とを含むものとす
る。
結晶シリコン基板をドーパントとしての所定の不純物を
含む雰囲気を有する真空容器内におき、その真空容器内
にグロー放電を発生させて基板の表面層を浅い第一導電
形のドープ層とし、アニールしてドーパントを活性化す
ることにより前記結晶シリコン基板内に接合を形成する
プラズマドーピング工程と、次いでシラン系ガスおよび
ドーパントとしての所定の不純物を含む雰囲気を有する
真空容器内におき、その真空容器内にグロー放電を発生
させて第二導電形の非晶質ないし微結晶シリコン層を前
記プラズマドーピングによる第一導電形層上に形成する
プラズマＣＶＤ工程と、さらにその第二導電形層の上に
少なくとも第−導ＫＭの非晶質シリコン層をプラズマＣ
ＶＤ法で積層して接合を形成する工程とを含むものとす
る。
結晶シリコン基板にプラズマドーピング法でドーパント
を導入すると、イオン注入に比較して雰囲気中の反応ガ
スの圧力が高く入射粒子のエネルギが低いためシリコン
結晶格子の乱れの少ないドープ層を形成することができ
る。そして、その後の拡散工程で１０００〜１１００℃
といった高温を維持する必要がなく、６００〜８００℃
程度のアニールで結晶中のドーパントを活性化し、良質
のｐ層あるいはｎ層を形成することができる０以上の工
程はいずれもドーピング結晶面の大面積化に対する支障
がなく、量産性を高めることができる。その上の、必要
により微結晶層をも含む非晶質シリコン層のｐｎあるい
はｐ−１−ｎ接合構造は、一般に行われているプラズマ
ＣＶＤ法で容易に形成できる。
を導入すると、イオン注入に比較して雰囲気中の反応ガ
スの圧力が高く入射粒子のエネルギが低いためシリコン
結晶格子の乱れの少ないドープ層を形成することができ
る。そして、その後の拡散工程で１０００〜１１００℃
といった高温を維持する必要がなく、６００〜８００℃
程度のアニールで結晶中のドーパントを活性化し、良質
のｐ層あるいはｎ層を形成することができる０以上の工
程はいずれもドーピング結晶面の大面積化に対する支障
がなく、量産性を高めることができる。その上の、必要
により微結晶層をも含む非晶質シリコン層のｐｎあるい
はｐ−１−ｎ接合構造は、一般に行われているプラズマ
ＣＶＤ法で容易に形成できる。
第１図ｔａｌ〜（Ｃ１は本発明の一実施例のための製造
装置を示す、第１図（ａｌは、装置が前室４１．プラズ
マドーピング室４２．アニール室４３．三つのプラズマ
ＣＶＤ室４４，４５．４６および後室４７を連結したも
のであることを示す、第１図（ｂ）はプラズマドーピン
グ室４２．ブラズ？ＣＶＤ室４４．４５．４６の構造を
拡大して示し、真空槽５には真空排気系５２に接続され
た排気管５１とボンベ５３にバルブ５４を介して排続さ
れたガス導入管５５が開口している。真空槽５内には上
部電極６１と背後にヒータ６３を備えた下部電極６２が
対向配置され、仕切りバルブ５６を開いて下部電極６２
の上に基板１を搬送し、ヒータ６３で所定の温度に保持
したのち、真空槽５にボンベ５３からドーパントガスあ
るいは反応ガスをガス導入管より導♂し、上下電ｉ６１
．６２間に放電を発生させてプラズマドーピングあるい
はプラズマＣＶＤ工程を基板１に施したのち、仕切りバ
ルブ５７を開いて基板１を次の室へ送る。第１図＋＋１
１はアニール室４３の構造を示し、真空槽５には排気管
５１および不活性ガスを導入するガス導入管５５が開口
しており、不活性ガス雰囲気中でランプ７からの熱によ
り基板１を６００〜８００℃の低温でアニールすること
ができる。
装置を示す、第１図（ａｌは、装置が前室４１．プラズ
マドーピング室４２．アニール室４３．三つのプラズマ
ＣＶＤ室４４，４５．４６および後室４７を連結したも
のであることを示す、第１図（ｂ）はプラズマドーピン
グ室４２．ブラズ？ＣＶＤ室４４．４５．４６の構造を
拡大して示し、真空槽５には真空排気系５２に接続され
た排気管５１とボンベ５３にバルブ５４を介して排続さ
れたガス導入管５５が開口している。真空槽５内には上
部電極６１と背後にヒータ６３を備えた下部電極６２が
対向配置され、仕切りバルブ５６を開いて下部電極６２
の上に基板１を搬送し、ヒータ６３で所定の温度に保持
したのち、真空槽５にボンベ５３からドーパントガスあ
るいは反応ガスをガス導入管より導♂し、上下電ｉ６１
．６２間に放電を発生させてプラズマドーピングあるい
はプラズマＣＶＤ工程を基板１に施したのち、仕切りバ
ルブ５７を開いて基板１を次の室へ送る。第１図＋＋１
１はアニール室４３の構造を示し、真空槽５には排気管
５１および不活性ガスを導入するガス導入管５５が開口
しており、不活性ガス雰囲気中でランプ７からの熱によ
り基板１を６００〜８００℃の低温でアニールすること
ができる。
第３図はこの装置を用いて製造された充電変換素子を示
し、第２図と共通の部分には同一の符号が付されている
。この素子を製造する工程は次の通りである。前室４１
を経てプラズマドーピング室４２に送られたｎ形結晶シ
リコン基１ｉ１１を特開昭５９−２１８７２７号公報に
記載されているように下部電極６２上にて４００℃以下
に保持し、ボンベ５３からバルブ５４を調整してＢｔＬ
ガスを導入し、グロー放電を発生させてほう素を表面に
導入する０次いで基板１１をアニール室４３に送り込み
、ランプ７により表面を７００〜８００℃に加熱してほ
う素を活性化し、ｐ゛層１２を形成する０次いで、１層
１１，９層１２からなる基板１をプラズマＣＶＤ室４４
に送り、９４層１２を上にして下部電極６２上に置き、
２５０〜３００℃の温度に保ち、真空排気系５２による
真空排気、ボンベ５３からのＳＩＲオ＋ ＨｔおよびＰ
Ｉ＋３の導入、上下電極６１．６２間に高周波または直
流の電界を印加してのグロー放電発生により非晶質シリ
コンのｎ。
し、第２図と共通の部分には同一の符号が付されている
。この素子を製造する工程は次の通りである。前室４１
を経てプラズマドーピング室４２に送られたｎ形結晶シ
リコン基１ｉ１１を特開昭５９−２１８７２７号公報に
記載されているように下部電極６２上にて４００℃以下
に保持し、ボンベ５３からバルブ５４を調整してＢｔＬ
ガスを導入し、グロー放電を発生させてほう素を表面に
導入する０次いで基板１１をアニール室４３に送り込み
、ランプ７により表面を７００〜８００℃に加熱してほ
う素を活性化し、ｐ゛層１２を形成する０次いで、１層
１１，９層１２からなる基板１をプラズマＣＶＤ室４４
に送り、９４層１２を上にして下部電極６２上に置き、
２５０〜３００℃の温度に保ち、真空排気系５２による
真空排気、ボンベ５３からのＳＩＲオ＋ ＨｔおよびＰ
Ｉ＋３の導入、上下電極６１．６２間に高周波または直
流の電界を印加してのグロー放電発生により非晶質シリ
コンのｎ。
層８１を堆積する。ひきつづ＜ＳＩＩ＃、Ｈ□ガスの導
入によりノンドープ非晶質シリコン層８３． ＳＨｔ、
ＨｚおよびＢＪｈの導入によりｐ゛非晶質シリコン層８
２を積層する。これによりｐ゛層８２． １Ｎ８３．
ｎ”層８１からなるｐ−１−ｎ非晶質シリ３７層８に
よる太陽電池が構成される。このようにして製造された
光電変換素子を後室４７を経て取出し、光３０入射側に
反射防止膜を兼ねたＩＴＯあるいはＺｎＯ＋Ｓｎｏｗな
どからなる透明電極膜２３をほぼ全面に、その上の一部
にＭからなる集電電極２４．また単結晶シリコン基板１
の１層１１の下面に裏面電極２１を形成する。このよう
な製造工程は、すべて真空槽中で各プロセスを行うこと
ができるのでインライン化が可能のため、装置のスルー
プットがきわめて高い、また同一構造の真空室を複数使
用するため、保守、管理等が容易である。第１図の装置
では、１バツチ当たりのプロセス量が、プラズマドーピ
ング室４２あるいはプラズマＣＶＤ室４４，４５．４６
の電極６１．６２の面積により決定されることになる。
入によりノンドープ非晶質シリコン層８３． ＳＨｔ、
ＨｚおよびＢＪｈの導入によりｐ゛非晶質シリコン層８
２を積層する。これによりｐ゛層８２． １Ｎ８３．
ｎ”層８１からなるｐ−１−ｎ非晶質シリ３７層８に
よる太陽電池が構成される。このようにして製造された
光電変換素子を後室４７を経て取出し、光３０入射側に
反射防止膜を兼ねたＩＴＯあるいはＺｎＯ＋Ｓｎｏｗな
どからなる透明電極膜２３をほぼ全面に、その上の一部
にＭからなる集電電極２４．また単結晶シリコン基板１
の１層１１の下面に裏面電極２１を形成する。このよう
な製造工程は、すべて真空槽中で各プロセスを行うこと
ができるのでインライン化が可能のため、装置のスルー
プットがきわめて高い、また同一構造の真空室を複数使
用するため、保守、管理等が容易である。第１図の装置
では、１バツチ当たりのプロセス量が、プラズマドーピ
ング室４２あるいはプラズマＣＶＤ室４４，４５．４６
の電極６１．６２の面積により決定されることになる。
現在すでに１−３程度の寸法の電極について各プロセス
が確立しており、高い量産性に達している。
が確立しており、高い量産性に達している。
第４図は第３図のタンデム型光電変換素子のエネルギバ
ンド構造を示す結晶シリコンのｐ′″１１１２の表面側
にはほう素濃度が約１０！１個／−というきわめて高い
領域が存在する。このような高濃度は単一のｐｎ接合の
太陽電池として使用する場合にはライフタイムを短くし
、短波長側の光の感度を下げることになる。従うて場合
によっては、表面の高濃度層を除去する必要が生ずる。
ンド構造を示す結晶シリコンのｐ′″１１１２の表面側
にはほう素濃度が約１０！１個／−というきわめて高い
領域が存在する。このような高濃度は単一のｐｎ接合の
太陽電池として使用する場合にはライフタイムを短くし
、短波長側の光の感度を下げることになる。従うて場合
によっては、表面の高濃度層を除去する必要が生ずる。
しかし、本発明によるタンデム型では短波舞側の光は、
光の入射側に存在する非晶質シリコン層８が吸収し、長
波長側の光は反入射側の結晶シリコン板１に入射するた
め、ｐ゛層１２１１２表面の高濃度は問題とならない、
その上、この２０層と次に形成される非晶質のｎ゛層８
１との間の接合を、低抵抗で発電性のないトンネル接合
とすることが可能になる。なお、結晶シリコン板１と非
晶質シリコン層８との間のｎｐ界面の非晶質シリコン層
側のドープ層を微結晶シリコン層とすることにより、結
晶シリコン太陽電池と非晶質シリコン太陽電池の間の内
部電極接合をさらに低抵抗で発電性のないものとするこ
とができる。
光の入射側に存在する非晶質シリコン層８が吸収し、長
波長側の光は反入射側の結晶シリコン板１に入射するた
め、ｐ゛層１２１１２表面の高濃度は問題とならない、
その上、この２０層と次に形成される非晶質のｎ゛層８
１との間の接合を、低抵抗で発電性のないトンネル接合
とすることが可能になる。なお、結晶シリコン板１と非
晶質シリコン層８との間のｎｐ界面の非晶質シリコン層
側のドープ層を微結晶シリコン層とすることにより、結
晶シリコン太陽電池と非晶質シリコン太陽電池の間の内
部電極接合をさらに低抵抗で発電性のないものとするこ
とができる。
第５図は本発明の別の実施例による素子を示すもので、
第３図に示した実施例による素子と異なる点は、結晶シ
リコン太陽電池を構成するｎ形シリコン基板１１の非晶
質シリコン太陽電池と反対側に基板と同導電形で高不純
物濃度のｎ０層１４を形成したことである。これにより
裏面側の電界が強くなり、１層１１に達する長波長光を
有効に利用することができる。
第３図に示した実施例による素子と異なる点は、結晶シ
リコン太陽電池を構成するｎ形シリコン基板１１の非晶
質シリコン太陽電池と反対側に基板と同導電形で高不純
物濃度のｎ０層１４を形成したことである。これにより
裏面側の電界が強くなり、１層１１に達する長波長光を
有効に利用することができる。
本発明は以上の実施例と各層を導電形を逆にした場合、
あるいは単結晶シリコン太陽電池をｐｔｎ構造とする場
合、あるいは逆に非晶質シリコン太陽電池をｐｎ構造と
した場合にも適用できる。
あるいは単結晶シリコン太陽電池をｐｔｎ構造とする場
合、あるいは逆に非晶質シリコン太陽電池をｐｎ構造と
した場合にも適用できる。
さらに単結晶シリコン太陽電池の上に複数の非晶質シリ
コン系太陽電池を積層する場合にも適用できる。
コン系太陽電池を積層する場合にも適用できる。
本発明によれば、結晶シリコンからなる光電変換接合構
造の上に非晶質（ないし微結晶）シリコンからなる光電
変換接合構造を積層してタンデム型にする場合に、結晶
シリコン接合構造のうち非晶質シリコン接合構造に接す
る層のドーピングをプラズマドーピングで行うことによ
り、イオン注入等によりドーピングする場合に比してプ
ロセスのスループットが上がり、しかもインラインタイ
プの連結真空室での製造工程によることが可能なため量
産性が高い、その上、再接合構造の境界での異なる導電
形層間に発電性のない低抵抗のオーム性接触が得られる
ので、長波長、短波長両領域の光に対し高感度を有し、
開放電圧の高いタンデム型光電変換素子の製造が極めて
容易になった。
造の上に非晶質（ないし微結晶）シリコンからなる光電
変換接合構造を積層してタンデム型にする場合に、結晶
シリコン接合構造のうち非晶質シリコン接合構造に接す
る層のドーピングをプラズマドーピングで行うことによ
り、イオン注入等によりドーピングする場合に比してプ
ロセスのスループットが上がり、しかもインラインタイ
プの連結真空室での製造工程によることが可能なため量
産性が高い、その上、再接合構造の境界での異なる導電
形層間に発電性のない低抵抗のオーム性接触が得られる
ので、長波長、短波長両領域の光に対し高感度を有し、
開放電圧の高いタンデム型光電変換素子の製造が極めて
容易になった。
第１図（ａｌ〜ｔｅｌは本発明の一実施例に用いる製造
装置を示し、（ａ）へ全体の構成図、伽）はプラズマド
ーピング室およびプラズマＣＶＤ室の拡大図、（ｅ）は
アニール室の拡大図、第２図は単一結晶シリコン太陽電
池の断面図、第３図は第１図の装置を用いて製造できる
光電変換素子の断面図、第４図は第３図の素子のエネル
ギバンド構造図、第５図は本発明の別の実施例による光
電変換素子の断面図である。 １：単結晶シリコン板、２１：裏面電極、２２：集電電
極、４２ニプラズマドーピング室、４３ニアニール室、
４４，４５，４６ ：プラズマＣＶＤ室、５：真空槽、
５２：真空排気系、５５：ガス導入管、６１，６２：１
！極、７：ランプ、８：非晶質シリコン層。 アニールｔ ４３ （ａ） （ｂ） 第１図 ８律晶質Ｓｉ層 第３図 第４図 第５図
装置を示し、（ａ）へ全体の構成図、伽）はプラズマド
ーピング室およびプラズマＣＶＤ室の拡大図、（ｅ）は
アニール室の拡大図、第２図は単一結晶シリコン太陽電
池の断面図、第３図は第１図の装置を用いて製造できる
光電変換素子の断面図、第４図は第３図の素子のエネル
ギバンド構造図、第５図は本発明の別の実施例による光
電変換素子の断面図である。 １：単結晶シリコン板、２１：裏面電極、２２：集電電
極、４２ニプラズマドーピング室、４３ニアニール室、
４４，４５，４６ ：プラズマＣＶＤ室、５：真空槽、
５２：真空排気系、５５：ガス導入管、６１，６２：１
！極、７：ランプ、８：非晶質シリコン層。 アニールｔ ４３ （ａ） （ｂ） 第１図 ８律晶質Ｓｉ層 第３図 第４図 第５図
Claims (1)
- １）結晶シリコン基板をドーパントとしての所定の不純
物を含む雰囲気を有する真空容器内におき、該真空容器
内にグロー放電を発生させて前記基板の表面層を浅い第
一導電形のドープ層とし、アニールしてドーパントを活
性化することにより前記結晶シリコン基板内に接合を形
成するプラズマドーピング工程と、次いでシラン系ガス
およびドーパントとしての所定の不純物を含む雰囲気を
有する真空容器内におき、該真空容器内にグロー放電を
発生させて第二導電形の非晶質ないし微結晶シリコン層
を前記プラズマドーピングによる第１導電形層上に形成
するプラズマＣＶＤ工程と、さらに該第二導電形層の上
に少なくとも第一導電形の非晶質シリコン層をプラズマ
ＣＶＤ法で積層して接合を形成する工程とを含むことを
特徴とする光電変換素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121108A JPH01290267A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 光電変換素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63121108A JPH01290267A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 光電変換素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01290267A true JPH01290267A (ja) | 1989-11-22 |
Family
ID=14803076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63121108A Pending JPH01290267A (ja) | 1988-05-18 | 1988-05-18 | 光電変換素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01290267A (ja) |
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