JPH02384A - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

太陽電池およびその製造方法

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JPH02384A
JPH02384A JP63020109A JP2010988A JPH02384A JP H02384 A JPH02384 A JP H02384A JP 63020109 A JP63020109 A JP 63020109A JP 2010988 A JP2010988 A JP 2010988A JP H02384 A JPH02384 A JP H02384A
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conductivity type
semiconductor layer
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Kotaro Mitsui
三井 興太郎
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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、裏面に陽極及び陰極の2つの電極を有する
太陽電池及びその製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
セルの裏面に陽極及び陰極の2つの電極を有する太陽電
池はその配線をセルの裏面で行なうことができるため、
宇宙用太陽電池を構成する場合に導体部分を宇宙空間プ
ラズマと絶縁することが比較的容易である。
第8図はテクニカル ダイジェスト オブ ジインター
ナショナル ホトポルクイック サイエンス アンド 
エンジニアリング コンファレンス、 1984年11
月、 p、137に掲載された、裏面に陽極及び陰極の
2つの電極を有する従来の太陽電池を示す図であり、図
において、20はp形基板、21はn1拡散層、22は
p゛拡散層、23はp形電極、24はn形電極である。
次に本従来例の製造方法について説明する。
まず予め所望の大きさ、厚さに加工されたp形基板20
の全面をSi、02等の拡散マスクで覆った後、該拡散
マスクの裏面の所定領域を除去して窓を形成し、該窓よ
りBSF拡散を行なってp゛拡散層22を形成する。そ
の後、再び基板20の全面をStow等の拡散マスクで
覆った後、該拡散マス゛りの前の工程で窓となった領域
及びその周辺を除く領域を除去し、この拡散マスクをマ
スクとしてn゛拡散行ない、n゛拡散1121を形成す
る。これによりp形基板20とn゛拡散1i21の境界
にp−n接合゛が形成される。そして、マスクを6用い
た蒸着法等によって電極23.24を形成してセルが完
成する。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の裏面に陽極及び陰極の2つの電極を有する太陽電
池は以上のように構成されており、そのp−n接合が不
純物拡散によって形成されているため、必ずしも性能の
良いものではなく、またその製造においては、できあが
りの形状でセルプロセスを行なう必要があるため処理数
量が増え、プロセス処理が面倒なものとなり、コストが
高(つ(という問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、低コストで製造でき2、高効率で高耐放射線
性を有する、裏面に陽極及び陰極の2つの電極を有する
太陽電池とその製造方法を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る太陽電池は、裏面に陽極及び陰極の2つ
の電極を有する太陽電池において、分離拡散した基板と
、少なくとも分離層の一部を除いた上記基板上にエピタ
キシャル成長により形成した該基板と同じ導電形を有す
る第1の半導体層と、該第1の半導体層上に上記分離層
と接続してエピタキシャル成長により形成された導電形
の異なる第2の半導体層とを備え、該第2の半導体層表
面の電極と分離層裏面の電極とを接続したものである。
また、この発明に係る太陽電池の製造方法は、予め分離
拡散をしたGaAs基板上にMOCVD法によってp−
n接合を形成するものである。
〔作用〕
この発明における太陽電池は、分離拡散した基板と、少
なくとも分離層の一部を除いた上記基板上にエピタキシ
ャル成長により形成した該基板と同じ導電形を有する第
1の半導体層と、該第1の半導体層上に上記分離層と接
続してエピタキシャル成長により形成された導電形の異
なる第2の半導体層とを備え、該第2の半導体層表面の
電極と分離層裏面の電極とを接続した構成としたから、
1枚のウェハから複数個のセルが製作できるため、低コ
ストとなる。
またこの発明における太陽電池の製造方法では、予め分
離拡散をしたGaAs基板上にMOCVD法によってp
−n接合を形成するようにしたから、GaAs結晶の熱
処理による品質の劣化1  p−n接合の移動のない、
裏面に陽極及び陰極を有し、MOCVD法による高品質
のGaAs結晶により形成された、深さ0.5μm程度
の浅いp−n接合を持つ光電変換効率の高い、高耐放射
線性に秀れた、裏面だけで配線が可能な太陽電池を得る
ことができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図は本発明の第1の実施例による太陽電池を示す断
面図であり、図において、1はn形GaAs基板、2は
n形GaAs層、3はp形GaAS@、4はp−n接合
、6はZn拡散層、7はn形電極、8は表面のn形電極
、9は裏面のn形電極、10は側面のn形電極である。
また第2図は木筆1の実施例の製造工程を示す断面図で
ある。
次に製造工程について説明する。
まず第2図(a)に示すように、n形GaAs基板1上
に例えば有機金属熱分解気相成長法(以下MOCVD法
と記す)によってn形GaAs層2゜p形GaAs層3
を成長させ、光起電力効果をもたらすp−n接合4を形
成する。通常n形GaAS基板1の厚みは300μm、
n形GaAs層2の厚みは5.un、p形GaAs層3
の厚みは0.5pm程度であり、MOCVDは700〜
800℃の温度範囲で行なうことにより良質のp−n接
合4が得られる。次に第2図(b)に示すように、いわ
ゆる分離拡散を行なう。すなわちn形GaAs基板1の
裏面及びp形GaAs層3の表面にSi3N4膜5を形
成後、素子境界となるべき部分付近のSi、N4膜5を
選択的に除去して、相対向するn形GaAs基板lの裏
面とp形CraAs層3表面の一部を露出する。この露
出した面から封管法によるZn拡散によって分離層6を
形成する。300μmの厚みのn形GaAs基板の分離
拡散を行なうには900℃、50時間の高温長時間の熱
処理が必要である。分離マスクとして使用したSi、N
4膜5を除去した後、第2図(C1に示すようにn形G
aAs基板1の裏面のn形電極7.p形GaAs層3と
分離層6の表面に接触するn形電極8、分MN6の裏面
のn形電極9をそれぞれオーム性電極となる金属材料の
真空蒸着などの方法によって形成する。そして第2図(
dlに示すように、少なくとも一つの分離層6を形成し
た部分をダイシングすることによってチップ分離を行な
う。最後にダイシングにより露出した分離N6の側面に
メツキなどの方法によって、表面のn形電極8゜裏面の
n形電極9を接続する側面のn形電極10を形成して第
1図に示す太陽電池が完成する。
木筆1の実施例による太陽電池は以上のように製造され
、1枚のウェハから複数個のセルが得られるため、従来
のものに比して低コストとなる。
次に本発明の第2の実施例について説明する。
上記第1の実施例による製造方法には以下のような問題
点がある。すなわち上記第1の実施例の製造方法ではp
−n接合を形成した後に分離拡散のための高温長時間の
熱処理を行なっているため、n形GaAs層2. p形
GaAs層3の結晶品質が劣化して太陽電池の光電変換
効率が大幅に低下してしまうという点、分離拡散中にp
形GaAs層3内の不純物がn形GaAs層2中に拡散
してp−n接合が表面から2〜3μmの所に移動して仕
舞う点である。宇宙用太陽電池として高耐放射線性を維
持するにはp−n接合の深さは0.5μm程度に制御し
なければならず、上述のようにpn接合が移動すること
で高耐放射線性は低下する。
第3図は上述のような第1の実施例の問題点を解消した
本発明の第2の実施例による太陽電池を示す断面図、第
4図はその製造工程を示す断面図であり、図において、
第1図、第2図と同一符号は同−又は相当部分である。
次に製造工程について説明する。
まず厚み300μmのn形GaAs基板1の表面及び裏
面にS i 3 N41m5を1000人の厚みで形成
した後、素子境界となるべき部分のSt。
N4膜5を除去してn形GaAs基板1の表面と裏面の
一部を露出させる。この基板と拡散源のZnとAs圧制
御のためのAsを石英管に真空封止し、900℃で48
時間の熱処理を加えることによって露出したGaAs面
からZnを拡散して、第4図(a)に示すようにp影領
域からなる分MN6を形成する。分離拡散マスクとして
使用したSi3 N4膜5を除去して、適当な前処理(
成長面の表面処理等)を施した後、第4図(b)に示す
ようにMOCVD法によって、分離層6が設けられたn
形GaAs基板1の表面全体に厚み5μmのn形GaA
s層2を形成する0次に第4図(C1に示すように分離
層6上のn形G a A s Jig 2をエツチング
等の方法により選択的に除去する。この時図面の紙面と
直角の方向にメサストライプを形成する場合には、いわ
ゆる順メサ方向となるような基板面方位を用いることが
後の工程でp形電極8を形成する際、段差カバーの上で
効果的である0次に露出した分離1i6表面とn形Ga
As層2上に厚み0.5μmのp形GaAs層3をMO
CVD法によって第4図Td)に示すように成長させ、
光起電力効果をもたらすp−n接合4を形成する。そし
て第4図telに示すようにn形GaAs基板lの裏面
のn形電極?、  p形GaAs層3の表面のp形電極
8、分離層6の裏面のp形電極9を形成する。具体的に
はn形電極としてAu−Ge−Ni、p形電極としてT
i/Agを真空蒸着後、400℃程度の熱処理を行なう
などの公知の方法によりオーム性電極を形成する。そし
て第4図(f)に示すように、少なくとも一つの分離1
16を形成した部分をダイシングすることによってチッ
プ分離を行なう。
最後にダイシングにより露出した分離層6の側面にメツ
キなどの方法によって、表面のp形電極8゜裏面のp形
電極9を接続する側面のp形電極lOを形成して第3図
に示す太陽電池が完成する。
この第2の実施例の製造方法によれば、上記第1の実施
例同様、1枚のウェハから複数個のセルが得られ、太陽
電池の低コスト化が図れる効果がある。また、上述のよ
うに予め分離拡散をしたGaAs基板上にMOCVD法
によってp−n接合を形成するようにしたから、上記第
1の実施例で問題となったGaAs結晶の熱処理による
品質の劣化、p−n接合の移動も生じない、従って、裏
面に陽極及び陰極を有し、MOCVD法による高品質の
GaAs結晶により形成された、深さ0.5μm程度の
浅いp−n接合を持つ光電変換効率の高い、高耐放射線
性に秀れた太陽電池を得ることができる効果がある。
次に本発明の第3の実施例について説明する。
第5図は本発明の第3の実施例による太陽電池を示す断
面図、第6図はその製造工程を示す断面図であり、図に
おいて、第1図、第2図と同一符号は同−又は相当部分
である。
次に製造工程について説明する。
先ず上記第2の実施例と同様の工程で、n形GaAs基
板lに第6図(alに示すようにp影領域からなる分離
N6を形成する0分離拡散マスクとして使用した5ii
Na膜5を除去して、適当な前処理(成長面の表面処理
等)を施した後、第6図[blに示すようにMOCVD
法によって、分離層6が設けられたn形GaAs基板1
の表面全体に厚み5μmのn形GaAs層2及びp形G
aAs層3を連続して形成する0次に第6図(C1に示
すように分離層6上のn形GaAS層2及びp形GaA
s N3をエツチング等の方法により選択的に除去する
。次に第6図(dlに示すように、分離M6近傍以外の
p形GaAs層3表面に3 i 2 Naなどの拡散マ
スク11を形成後、Znの封止拡散を行なって、p形G
aAs層3と分離層6とを同一導電形層で接続する。こ
のZnの封止拡散は、分離拡散とは異なり、Znを深く
拡散させる必要はなく、650℃、1時間程度の低温短
時間ですむため、MOCVDによるGaAs層の結晶品
質の低下させることはない、その後、上記第2の実施例
同様、第6図telに示すようにn形GaAs基板1の
裏面のn形電極T、pY3GaAsli3の表面のp形
電掻81分離層6の裏面のp形電極9を形成し、さらに
第6図(f)に示すように、チップ分離を行なった後、
p形電極10を形成して第5図に示す太陽電池が完成す
る。
この第3の実施例の製造方法によれば、上記第1、第2
の実施例同様、1枚のウェハから複数個のセルが得られ
、太陽電池の低コスト化が図れる効果がある。また、第
2の実施例同様、GaAs結晶の熱処理による品質の劣
化*  p ”接合の移動も生じない。従って、裏面に
賜極及び陰極を有し、MOCVD法による高品質のGa
As結晶により形成された、深さ0.5μm程度の浅い
p−n接合を持つ光電変換効率の高い、高耐放射線性に
秀れた太陽電池を得ることができる効果がある。
さらに、この第3の実施例の製造方法では、n形GaA
s層2.  p形GaAs層3を連続成長させているた
め、良質のp−n接合が得られる効果がある。
次に本発明の第4の実施例について説明する。
第7図は本発明の第4の実施例による太陽電池の製造方
法の一部を示す図であり、図において、第2図と同一符
号は同−又は相当部分である。
次に製造工程について説明する。
まずn形GaAs基板lの表面及び裏面にSi、N4膜
5を1000人の厚みで形成した後、素子境界となるべ
き部分の基板表面側の5t3N4膜5を除去してn形G
aAs基板1の表面の一部を露出させる。そして該露出
面からZnを拡散させて第7図(alに示すようにZn
拡散層6を形成する。Si3N、膜5を除去後、裏面を
研磨することにより、第7図(blに示すようにZn拡
散層6を裏面に露出させる。この後は上記第2の実施例
の第4図(b)以降、あるいは第3の実施例の第6図(
b)以降の工程を経て太陽電池が完成する。
この第4の実施例による製造方法は、裏面研磨して薄形
太陽電池を製作する場合に有用であり、研磨して除去さ
れるはずの裏面からの分離層を始めから設けないため、
第2.第3の実施例で必要とされる両面写真製版工程が
不要となり工程が簡略化される効果がある。
次に本発明の第5の実施例に2いて説明する。
第9図は本発明の第5の実施例による太陽電池の製造方
法を示す図であり、図において、第6図と同一符号は同
−又は相当部分であり、12はp形AlGaAs層、1
3は反射防止膜である。
次に製造工程について説明する。
先ず上記第2.第3の実施例と同様の工程で、n形Ga
As基板1に第9図(alに示すようにp影領域からな
る分離層6を形成する0分離拡散マスクとして使用した
Si、N、膜5を除去して、適当な前処理(成長面の表
面処理等)、を施した後、第9図中)に示すようにMO
CVD法によって、分離層6が設けられたn形GaAs
基板lの表面全体に厚み5μmのn形GaAs層2及び
p形GaA s 暦3を連続して形成し、さらにその上
にp形AlGaAs層12を形成する。次に第9図(C
)に示すように分離層6上のn形GaAsN2.p形G
aAs層3及びp形AlGaAs層12をx−)チング
等の方法により選択的に除去する02次に第9図(dl
に示すように、分離層6近傍以外のp形AlGaAs層
12表面に3 i 3 Naなどの拡散マスク11を形
成後、Znの封止拡散を行なって、p形c a A 3
113と分離FJ6とを同一導電形層で接続する。この
Znの封止拡散も上記第3の実施測量様、Znを深く拡
散させる必要はなく、650°c、  1時間程度の低
温短時間ですむため、MOCVDによるGaAs層の結
晶品質の低下させることはない。その後、上記第2の実
施例同様、第9図telに示すようにn形電極71表面
のp形電極8、裏面のn形電極9を形成するとともに反
射防止膜13を形成する。この反射防止膜としては、通
常CVDによって形成された厚み750人の543N4
膜を用いる。この後は上記第2.第3の実施例と同様の
工程を経て、木筆5の実施例による太陽電池が完成する
この第5の実施例による太陽電池は、上記第3の実施例
と比して、p形ALGaAs層12を設けたことにより
p形GaAs層3表面でのキャリアの再結合を低減でき
、光電流、ひいては光電変換効率を向上できる効果があ
る。これはいわゆる窓効果として知られているものであ
り、米国特許3.675,026号で開示されている。
また、反射防止膜13は、半導体表面での光の反射を低
減させるために設けたものである。
次に本発明の第6の実施例について説明する。
第1O図は本発明の第6の実施例による太陽電池の製造
方法を示す図であり、図において、第9図と同一符号は
同−又は相当部分である。
次に製造工程について説明する。
第10図(alから第10図(C1までは上記第5の実
施例の第9図(alから第9図TO)までと全く同様で
ある0次に第10図+d)に示すように、分離層6近傍
以外のp形AlGaAsNl2表面に拡散マスクとして
CVDにより厚み750人のSi3N4膜13を形成後
、Znの封止拡散を行なう、このとき拡散マスクとして
用いるSi、N4膜13は後で反射防止膜としての作用
もする。Zn拡散後、第10図telに示すように表面
のp形電極8を設けるべき部分の313 N4膜13を
除去してp形AlGaAs層表面12aを露出させ、n
形電極7゜表面のp形電極8.裏面のp形電極9を形成
する。
この後は上記第2.第3の実施例と同様の工程を経て、
木筆6の実施例による太陽電池が完成する。
この第6の実施例による太陽電池の製造方法は、上記第
5の実施例の製造方法と比して、膜形成プロセスを1回
省略でき、簡略された工程で第5の実施例と同様の効果
を有する太陽電池を製造することができる。
次に本発明の第7の実施例について説明する。
第11図は本発明の第7の実施例による太陽電池の製造
方法を示す図であり、図において、第10図と同一符号
は同−又は相当部分である。
次に製造工程について説明する。
第11図t8)から第11図td)までは上記第6の実
施例の第10図(alから第10図(d+までと全く同
様である。Zn拡散後、第11図(e)に示すように表
面のp形電極8を設けるべき部分のS i 3 N4膜
13を除去し、さらにこの部分のp形AIGaAsN表
面12も除去してp形GaAs層3表面を露出させて、
n形電極72表面のp形電極8.裏面のn形電極9を形
成する。この後は上記第2゜第3の実施例と同様の工程
を経て、木筆6の実施例による太陽電池が完成する。
この第7の実施例による太陽電池は、p形GaAs層上
にコンタクトを設けているため、p形AlGaAs層上
にコンタクトを設けている上記第6の実施例の太陽電池
と比して、接触抵抗が低く、接着強度が大きいという利
点がある。
なお、上記1〜7の実施例ではn@GaAs基板を用い
たp/n型GaAs太陽電池の場合について説明したが
、これは任意の材料からなる半導体基板上に任意の半導
体層で構成された任意の構造の太陽電池であってもよく
、例えば基板としてSiを用い、半導体層にm−v族化
合物半導体を用いた場合には、SLへの分離拡散がGa
As等のm−v族化合物半導体にくらべて容易であると
いう利点を有している。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば裏面に陽極及び陰極の
2つの電極を有する太陽電池において、分離拡散した基
板と、少なくとも分離層の一部を除いた上記基板上にエ
ピタキシャル成長により形成した該基板と同じ導電形を
有する第1の半導体層と、該第1の半導体層上に上記分
離層と接続してエピタキシャル成長により形成された導
電形の異なる第2の半導体層とを備え、該第2の半導体
層表面の電極と分離層裏面の電極とを接続した構成とし
たから、1枚のウェハから複数個のセルが製作できるた
め、低コストとなる効果がある。
また本発明の太陽電池の製造方法によれば、予め分離拡
散をしたGaAs基板上にMOCVD法によってp−n
接合を形成するようにしたから、GaAs結晶の熱処理
による品質の劣化、  p−n接合の移動のない、MO
CVD法による高品質のGaAs結晶により形成された
、深さ0.5μm程度の浅いp−n結合を持つ光電変換
効率の高い、高耐放射線性に秀れた、裏面に陽極及び陰
極を有し裏面だけで配線が可能な太陽電池を得ることが
できるため、高性能太陽電池パドルを容易にかつ安価に
製作できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例による太陽電池を示す断
面図、第2図は第1図の太陽電池の製造工程を示す図、
第3図は本発明の第2の実施例による太陽電池を示す断
面図、第4図は第3図の太陽電池の製造工程を示す図、
第5図は本発明の第3の実施例による太陽電池を示す断
面図、第6図は第5図の太陽電池の製造工程を示す図、
第7図は本発明の第4の実施例による太陽電池の製造工
程の一部を示す断面図、第8図は従来の裏面に陽極及び
陰極の2つの電極を有する太陽電池を示す断面図、第9
図は本発明の第5の実施例による太陽電池の製造工程を
示す図、第10図は本発明の第6の実施例による太陽電
池の製造工程を示す図、第11図は本発明の第7の実施
例による太陽電池の製造工程を示す図である。 1はn形GaAs基板、2はn形QaAs層、3はp形
GaAs層、4はp−n接合、6はZn拡散層、7はn
形電極、8は表面のn形電極、9は裏面のn形電極、1
0は側面のn形電極。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1導電形の第1の領域からなり、その上面に第
    1導電形の第1の半導体層を有する半導体基板と、 該半導体基板上の端部にその表面から裏面の全幅にわた
    って形成された第2導電形の第2の領域と、 該第1の半導体層の全面を覆うとともに上記第2の領域
    に接続して形成された第2導電形の第2の半導体層と、 上記半導体基板の裏面の上記第1の領域部分に形成され
    た第1極の電極と、 上記第2の半導体層上の一部及び上記半導体基板上の第
    2の領域上に形成された第2極の表面電極と、 上記半導体基板の裏面の上記第2の領域部分に形成され
    た第2極の裏面電極と、 上記半導体基板の上記第2の領域側の外側面に沿って形
    成され、第2極の表面電極と裏面電極とを接続する第2
    極の側面電極とを備えたことを特徴とする太陽電池。
  2. (2)第1導電形の基板の一部に不純物を拡散する工程
    を含み該基板の表面より裏面に貫通する第2導電形領域
    を形成する第1の工程と、 上記基板上の全面に第1導電形の第1の半導体層を形成
    する第2の工程と、 上記第2導電形領域上の第1の半導体層を除去して上記
    第2導電形領域を露出させる第3の工程と、 上記第1の半導体層上および露出した上記第2導電形領
    域上に第2導電形の第2の半導体層を形成する第4の工
    程と、 上記基板の裏面の第1導電形領域に第1の電極を、上記
    基板の裏面の第2導電形領域の第2の電極を、上記第2
    導電形領域上に形成した上記第2の半導体層上及び上記
    第1の半導体層上に形成した上記第2の半導体層上の一
    部に第3の電極を形成する第5の工程と、 上記第2導電形領域の側面に上記第2の電極と第3の電
    極を接続する第4の電極を形成する第6の工程とを含む
    ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
  3. (3)第1導電形の基板の一部に不純物を拡散する工程
    を含み該基板の表面より裏面に貫通する第2導電形領域
    を形成する第1の工程と、 上記基板上の全面に第1導電形の第1の半導体層を形成
    する第2の工程と、 上記第1の半導体層上に第2導電形の第2の半導体層を
    形成する第3の工程と、 上記第2導電形領域上の第2の半導体層及び第1の半導
    体層をエッチング除去して上記第2導電形領域を露出さ
    せる第4の工程と、 上記エッチング工程で露出した上記第1の半導体層に第
    2導電形として作用する不純物を拡散して上記第2の半
    導体層と上記第2導電形領域とを同一導電形の半導体層
    で接続する第5の工程と、上記基板の裏面の第1導電形
    領域に第1の電極を、上記基板の裏面の第2導電形領域
    の第2の電極を、上記第2導電形領域上に形成した上記
    第2の半導体層上及び上記第1の半導体層上に形成した
    上記第2の半導体層上の一部に第3の電極を形成する第
    6の工程と、 上記第2導電形領域の側面に上記第2の電極と第3の電
    極を接続する第4の電極を形成する第7の工程とを含む
    ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5620904A (en) * 1996-03-15 1997-04-15 Evergreen Solar, Inc. Methods for forming wraparound electrical contacts on solar cells

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