JPH0272676A - 多結晶シリコン太陽電池素子及びその製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は、多結晶シリコン太陽電池素子に係り、特に、
変換効率の高い多結晶シリコン太陽電池素子及びその製
造方法に関する。

〔従来の技術〕

太陽電池は通信衛星、無人中継局等に利用され、今後大
規模新エネルギー源として注目され、技術開発が行なわ
れており、太陽電池の低コスト化が問題になっている。

その太陽電池素子として多結晶シリコン太陽電池素子が
用いられ、その素子はｎ”−ｐ−Ｐ＋型半導体層の三層
構造で構成されている。その多結晶シリコンには、結晶
粒界や粒内欠陥があるため、光生成キャリアがこの部分
で再結合して減少するため、太陽光の電気エネルギーへ
の変換効率が単結晶シリコン太陽電池の変換効率と比較
して低い。

そこで多結晶シリコンで光生成キャリアの減少を防ぐた
めに、結晶粒界や粒内欠陥を水素によって不活性化し、
変換効率を向上することが知られている。その水素によ
る不活性化方法は、多結晶シリコン太陽電池素子または
その製作過程の基板を水素雰囲気中で熱処理し、水素の
拡散が結晶粒界や粒内で速いことを利用してこの部分に
水素を拡散させる方法、水素イオンを素子に打込み、結
晶粒界や粒内欠陥に水素を拡散させる方法、または水素
を含む膜を素子の表面に堆積し、堆積膜から水素を結晶
粒界や粒内に拡散させる方法等が公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の水素による結晶粒界や粒内欠陥の不活性化処理方
法は、多結晶シリコン太陽電池素子の表面に高濃度の水
素拡散層、水素イオン打込み層。

又は水素を含む膜の体積層が形成される。これらの方法
で形成された水素拡散層及び水素イオン打込み層は水素
の拡散源として良い働きをする反面。

これらの層中に光生成キャリアを再結合する新たな欠陥
が生じ、変換効率の向上を妨げるため、変換効率を有効
に改善できない。また水素を含む膜を堆積する方法は、
膜の堆積が難しく例えば膜に穴をあけて電極を位置合わ
せするなど素子の製作が複雑で経済性が悪い。前記のよ
うに従来の結晶粒界や粒内欠陥の不活性化処理は変換効
率を有効に改善できず、また経済的に製作できない短所
があった。

本発明の目的は、多結晶シリコン太陽電池素子の変換効
率を向上させるため、水素イオン打込み層を素子構造の
特定部分に形成し、光生成キャリアの再結合する欠陥の
生成を防ぎ、変換効率が低下しないようにした多結晶シ
リコン太陽電池素子及びその製造方法を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、本発明に係る多結晶シリコ
ン太陽電池素子及びその製造方法は、ｎ”−ｐ−Ｐ＋型
半導体層の三層構造の多結晶シリコン太陽電池素子にお
いて、そのＰ＋型半導体層の領域内の少なくとも一部に
、水素を高濃度に含有する層を設けるように構成されて
いる。

また多結晶シリコン太陽電池素子の製造方法は、Ｐ＋型
半導体層に裏面電極を形成後、Ｐ＋型半導体層に水素イ
オンを打込み、Ｐ＋型半導体層の領域の少なくとも一部
に、水素を高濃度に含有する層を形成させるものとする
。

また、ｎ”−Ｐ−Ｐ＋型半導体層の三層構造の多結晶シ
リコン太陽電池素子のＰ＋型半導体層表面上に水素を高
濃度に含有するポリシリコン層が設けられ、そのポリシ
リコン層はＰ＋−μｃ−８ｉ（微結晶シリコン）薄膜で
形成されてもよい。また、Ｐ＋型半導体層表面に水素を
高濃度に含有する金属層が設けられ、その金属層はバラ
ジュウム、ニッケル層で形成されてもよい。

さらに、Ｐ＋型半導体層に水素イオンを打ち込む際、水
素を高濃度に含有する層の形成と、結晶粒界、粒内欠陥
部への水素拡散とを同時に行ない得るようにするため、
基板温度制御機構を備えた水素イオン打込み装置を用い
ることが適切である。

同様にＰ＋−μｃ−８ｉ薄膜を形成する際、薄膜形成と
、結晶粒界、粒内欠陥部への水素の拡散とを同時に行な
い得るように基板温度制御機構を備えたＰ″′−μｃ−
８ｉ薄膜形成装置を用いることが好ましく、またＰ＋−
金属層を形成する際に、金属層の形成と、結晶粒界、粒
内への水素の拡散とを同時に行ない得るように基板温度
制御機構を備えた金属層形成装置を用いることが好まし
い。

〔作用〕

本発明によれば、多結晶シリコン太陽電池素子に水素を
高濃度に含有する層がｎ”−ｐ−Ｐ＋型半導体層の二層
構造のＰ＋型半導体層領域内に形成されることによって
、Ｐ−型半導体層界面に生じている電界いわゆる背面電
界効果（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅ　　Ｆｉｅｉｄ）のた
め、太陽電池の主要な光生成キャリアであるｐ型半導体
層中のキャリアがＰ＋型半導体層には入ってこない。こ
のため水素を高濃度に含む層がＰ＋型半導体層領域内に
ある限り、この層の変換効率は低下しない。

また水素を高濃度に含有する層の水素が水素拡散の供給
源として良好に働く。

また、多結晶シリコン太陽電池素子の製造方法として、
素子に裏面電極を形成後、この裏面から水素イオンを打
込むことによって、その水素イオン打込み時の打込みエ
ネルギーによる加熱のみで、イオン打込み層からの水素
が結晶粒界、粒内欠陥へ拡散し、拡散によりこれら結晶
粒界、粒内欠陥は不活性化処理される。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図〜第３図を参照しながら説明
する。

実施例１ 多結晶シリコン太陽電池素子の具体例が第１図に示され
る。この多結晶シリコン太陽電池素子１は、薄いｎ”型
半導体層２と厚いＰ型半導体層３と厚さ１μｍから数μ
ｍのＰ＋型半導体層４との三層構造で構成される。これ
らの半導体層２，３゜４には粒径が数μｍから数１００
μｍのキャリアのトラップセンター、若しくはキャリア
の再結合センターとして働く結晶粒界６や粒内欠陥７が
存在している。またｎ＋型型温導体層２表面上に受光面
１５の電極９と反射防止膜１０とが設けられる。またＰ
＋型半導体層４の表面に裏面電極８を形成し、Ｐ＋型半
導体Ｎ４の領域内に限定して少なくともその一部に水素
原子が高濃度に含有され、好ましくは水素原子濃度が１
０２１原子／ｄ以上の層５が設けられ、かつこの層５は
結晶粒界６及び粒内欠陥７に拡散される水素を含むよう
に形成されて、多結晶シリコン太陽電池素子１が構成さ
れる。

その多結晶シリコン太陽電池素子１の製造は、裏面電極
８を形成後、水素を高濃度に含有する層５、及び結晶粒
界６、粒内欠陥７への水素の拡散を次のようにして形成
する。水素イオンをＰ＋型半導体層４の表面から打込み
、ｎ＋型型温導体層２表面から水素が拡散しないような
処理をした後、水素雰囲気中で熱処理することにより形
成する。

この水素を高濃度に含有する層５の厚さは、水素イオン
打込み時間を長くすること、水素雰囲気中での熱処理温
度を高くすること、または熱処理時間を長くすることに
より、厚さを増大できる。

その層５の厚さがＰ＋型半導体層４の厚さよりも厚く、
即ちＰ＋型半導体層４の領域からはみ出した場合は、多
結晶シリコン太陽電池素子１の変換効率は急激に低下す
る。また層５から水素を結晶粒界６、粒内欠陥７に拡散
させ、結晶粒界６や粒内欠陥７を不活性化する反応は、
水素イオン打込み処理中または水素雰囲気中における熱
処理中に同時に起きるようにする。その結晶粒界６、粒
内欠陥７への水素の拡散は、イオン打込み時の多結晶シ
リコン太陽電池素子１の温度が約２５０℃の場合、多結
晶シリコン太陽電池素子１の厚さが１３ｏ〜１５０μｍ
のもので約１５分間、厚さが３５０〜４００μｍのもの
で約３５分間の熱処理を行なうことにより、多結晶シリ
コン太陽電池素子１の変換効率の向上が飽和し、このこ
とから水素の拡散は極めて速く起る。このため、前記の
水素を高濃度に含有する層ＳがＰ＋型半導体Ｎ４の領域
からはみ出して多結晶シリコン太陽電池素子１の変換効
率を低下させないようにするためのＰ＋型半導体Ｎ４の
厚さは１〜数μｍの範囲が適当であり、多結晶シリコン
太陽電池素子１の製造上の問題はない。

また水素イオンの打込みは、裏面電極８を形成した後、
その上から水素イオンを打込みエネルギー　２　ｋ　ｅ
　Ｖ　、水素イオン１　ｍ　Ａ　／　ｃｎｔで打込み、
多結晶シリコン太陽電池素子１の厚さが３５０〜４００
μｍに対してイオン打込み温度を２５０℃以下に保持し
ながら４５分間行なった。

この水素イオン打込んで層２を形成するとき、同時に水
素イオンを結晶粒界６、粒内欠陥７に拡散させるため、
多結晶シリコン太陽電池素子１の温度を制御する機構を
備えた水素イオン打込装置を用いて行なった。

このようにして得られた多結晶シリコン太陽電池素子１
は、水素イオン打込み前の変換効率が９〜１０％であっ
たが、水素イオン打込み後は変換効率が約１５％向上し
た。また水素イオン打込み前の変換効率１３〜１４％の
ものでは、水素イオン打込み後は変換効率が約５％向上
した結果を得た。

比較のため本実施例の製造方法に依らず、例えば裏面電
極を形成する前に水素イオンを打込み、その後に裏面電
極を形成する方法は、電極形成時の熱処理によりイオン
打込み層からの水素が結晶粒界や粒内欠陥部への再拡散
してイオン打込み層の水素量が減少し、その上この層か
ら水素が外部に拡散して行くため水素量が一層減少する
。また電極形成時の熱処理温度は水素イオン打込み時の
上昇温度よりも高いため、この層の水素含有量の減少が
一層に大きくなる。従って水素イオン打込み後に裏面電
極を形成する方法では、水素イオン打込み量を非常に多
くする必要があり、経済性が悪く、経済的に太陽電池素
子を製造するための適当な条件が見出されなかった。こ
のことから本発明の製造方法が優れていることが明らか
である。

実施例２ 本発明の他の実施例が第２図に示される。その多結晶シ
リコン太陽電池素子１は、ｎ＋型型半体体層２Ｐ型半導
体層３、及びＰ＋型半導体層４の三層構造で構成される
。そのＰ十型半導体Ｎ４の表面上に水素を高濃度に含有
するポリシリコン層１１が設けられ、そのポリシリコン
層１１はｐ＋μｃ−８ｉ（微結晶シリコン）薄膜からな
り、水素が高濃度に含有された層である。

この多結晶シリコン太陽電池素子は変換効率が実施例１
と同様に高く優れたものであった。

実施例３ さらに、本発明の他の実施例が第３図に示される、その
多結晶シリコン太陽電池素子１は、ｎ＋型半導体Ｍ２．
Ｐ型半導体層３、及びＰ＋型半導体層４の三層構造で構
成される。そのＰ＋型半導体層４の表面上に水素を高濃
度に含む金属層１２が設けられ、その金属層１２はバラ
ジュウムまたはニッケル層からなり、水素が高濃度に含
有された層である。

この多結晶シリコン太陽電池素子の変換効率は実施例１
と同様に高く、優れたものであった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多結晶シリコン太陽電池素子のｐ＋＋
半導体層領域内の少くとも一部に水素を高濃度に含有す
る層を、Ｐ＋型半導体層に裏面電極を形成した後に水素
イオンを打込む製造方法で形成することにより、簡単な
構造で、かつ容易に、生産能率良く、経済性の高い多結
晶シリコン太陽電池素子が得られ、その変換効率は極め
て高い。

そしてその用途は広く経済的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図及び第
３図は本発明の他の実施例を示す断面図である。 １　多結晶シリコン太陽電池素子 ２　Ｐ＋型半導体層 ３　Ｐ型半導体層 ４　Ｐ＋型半導体層 ５　水素を高濃度に含有する層 第　　１　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ｎ＾＋−ｐ−Ｐ＾＋型半導体層の三層構造の多結晶
   シリコン太陽電池素子において、そのｐ＾＋型半導体層
   の領域内の少なくとも一部に、水素を高濃度に含有する
   層を設けたことを特徴とする多結晶シリコン太陽電池素
   子。 ２、請求項１記載の多結晶シリコン太陽電池素子の製造
   方法において、Ｐ＾＋型半導体層に裏面電極を形成後、
   該Ｐ＾＋型半導体層に水素イオンを打込み、そのＰ＾＋
   型半導体層の領域内の少くとも一部に、水素を高濃度に
   含有する層を形成させることを特徴とする製造方法。 ３、水素を高濃度に含有する層をポリシリコン層で形成
   したことを特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン太
   陽電池素子。 ４、水素を高濃度に含有する層を金属層で形成したこと
   を特徴とする請求項１記載の多結晶シリコン太陽電池素
   子。 ５、基板温度を所定の温度に制御して水素イオンを打込
   み、水素を高濃度に含有する層の形成と前記水素の拡散
   とをされぞれ同時に行わせることを特徴とする請求項２
   記載の製造方法。