JPH03181180A - 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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JPH03181180A
JPH03181180A JP1320824A JP32082489A JPH03181180A JP H03181180 A JPH03181180 A JP H03181180A JP 1320824 A JP1320824 A JP 1320824A JP 32082489 A JP32082489 A JP 32082489A JP H03181180 A JPH03181180 A JP H03181180A
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type semiconductor
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crystal
layer
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Akiyuki Nishida
彰志 西田
Takao Yonehara
隆夫 米原
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Canon Inc
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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］ 本発明は、多層構造型太陽電池およびその製造方法に関
し、特に、エネルギー変換効率の改善された多層構造型
太陽電池およびその製造方法に係る。
［従来技術］ 従来より、各種機器において、駆動エネルギー源として
太陽電池が利用されている。
従来の太陽電池の構造としては、ｐｎ接合やｐｉｎ接合
を採るものが一般的であった。第２図は、従来のｐｎ接
合の太陽電池の断面構造を示す模式的断面図である。ｐ
ｎ接合やｐｉｎ接合を構成する半導体としては、周期律
表■族のＳｉやＩＩＩ族および■族の化合物であるＧａ
ＡｓやＩｎＰ等が用いられているが、一般には、Ｓｉが
用いられることが多い。
このような太陽電池においては、従来より、光エネルギ
ーを電気エネルギーに変換する効率（以下、エネルギー
変換効率）を向上させることが大きな課題とされており
、さまざまな検討がなされている。
エネルギー変換効率を決定する要因としては、機能部分
をなす半導体の結晶性が重要である。非晶質よりは多結
晶の方がエネルギー変換効率に優れ、多結晶よりは単結
晶の方がエネルギー変換効率に優れている。しかしなが
ら、半導体重結晶基板を用いることは、大面積化および
低コスト化の点で不利である。
また、太陽電池の構造も、エネルギー変換効率を決定す
る要因として重要である。ｐｎ接合やｐｉｎ接合を有す
る太陽電池は、バンドギャップが異なる半導体層を積層
してタンデムあるいはトリプル構造にすることにより、
エネルギー変換効率を向上させることが可能である。異
なるバンドギャップをもつ半導体層を用いてタンデムあ
るいはトリプル構造にすることにより、短波長から長波
長まで全般にわたって効率良く光吸収しすることができ
るからである。
しかし、ｐｎ接合やｐｉｎ接合を有する太陽電池は、第
２図に示したようにｐｎ接合面に対して垂直に光が入射
するため少数キャリアの寿命が短い不純物添加された半
導体層をキャリアが走行する必要があること、半導体層
と反射防止層あるいは金属電極との界面における再結合
の影響を受けること、さらに光入射面上に集電電極が設
けられるため光入射の有効面積が制限されること等がエ
ネルギー変換効率を低下させる要因となっている。この
ため、第２図に示したような太陽電池のエネルギー変換
効率は、５ｉＪＬ結晶を用いた場合でも１５〜１８％程
度にしかならない。
このような構造上の問題に対処した太陽電池として、ｐ
ｏｉｎｔ　ｃｏｎｔａｃｔ型のＳｉ太陽電池が提案され
ている（Ｒ，Ａ、５ｉｎｔｏｎ、　Ｙ、にｗａｒｋ、　
Ｊ、Ｙ、Ｇａｎ、　Ｒ，Ｍ。
５ｕａｎｓｏｎ　；　ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐ
ｅｖｉｃｅ　Ｌａｔｔｅｒｓ、　ｖｏｌＥＤＬ−７，Ｎ
ｏ、１０．ｐｐ５６７−５６９，０ｃｔｏｂｅｒ　１９
８５）　、第３図に、Ｐｏ１ｎｔ　Ｃｏｎｔａｃｔ型太
陽電池の模式的断面図を示す。このような太陽電池構造
には、活性層として少数キャリアの寿命が長い高抵抗半
導体層を用いていること、半導体層の表面が酸化膜で覆
われているために表面再結合の影響を少なくできること
、基板裏面側に基板と平行にｐｉｎ接合を形成して金属
′を極でＰｏ１ｎｔ　Ｃｏｎｔａｃｔを取っていること
により基板表面での開口率が１００％となるため有効に
光入射が行えること、さらに、表面をｔｅｘｔｕｒｅ化
しているので特に長波長光に対してｌｉｇｈｔ　ｔｒａ
ｐｐｉｎｇの効果により光吸収効率を上げることができ
ること等の利点がある。第３図に示したような太陽電池
においては、ＡＭｌ、５で２２％、集光時（１００ｓｏ
ｎ５）で２７．５％という高い変換効率が得られる。
しかしながら、このような構造の太陽電池は、基板に単
結晶Ｓｉを使用しているため製造コストが高いこと、表
面キャリア濃度に起因する＾ｕｇｅｒ　ｒｅｃｏｍｂｉ
ｎａｔｉｏｎの影響を低減するためにＰｏ１ｉｓｈｉＢ
によりセルを薄膜化（６０〜１ｏ。
μｍ）する必要があること等の難点がある。このような
事情は、シリコンを使用した場合のみならず、化合物半
導体を使用した場合においても同様である。
このような難点を解決するため、薄膜で結晶粒径が十分
大きく且つ良好なエネルギー変換効率を有する太陽電池
として、「非核形成面に設けられた、該非核形成面より
も該形成密度が十分大きく、かつ、車−の核だけが発生
する程度に微小な表面積の核形成面に基づき形成された
、表面が山型ファセット状の半導体結晶からなり、該山
型ファセット状の表面が受光面を形成していることを特
徴とする太陽電池」が先行技術として存在する（特願昭
６３−２１０３５８号）。この技術により、非単結晶基
板上にＰｏ１ｎｔ　Ｃｏｎｔａｃｔ型の良好なエネルギ
ー変換効率を示す太陽電池を安価に提供することが可能
となった。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記特願昭６３−２１０３５８号におい
て技術開示された太陽電池では、ｐｉｎ接合が基板に平
行に位置しているために、そのままでは、従来のｐｎ接
合あるいはｐｉｎ接合の太陽電池のような半導体層を積
層したタンデムあるいはトリプル構造を採用することが
できないという課題があった。
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであり
、エネルギー変換効率をさらに向上させた太陽電池を提
供することを目的とする。
また、本発明はこのような高効率太陽電池を製造するに
際し、最適な方法を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ （１）本発明の太陽電池は、電極（ａ５）と；該電極（
ａ５）に接して形成された山型ファセット状の第１導電
型半導体結晶（ａ２）と；該山型ファセット状の半導体
結晶（ａ２）を覆って順次形成された高抵抗半導体層（
ａ５）と第２導電型半導体層（ａ４）と第１導電型半導
体層（ａ５）とからなる積層の１組または複数組と；か
らなる半導体多層構造（Ａ）の１または複数と、電極（
ｂ５）と；該電極（ｂ５）に接して形成された山型ファ
セット状の第２導電型半導体結晶（ｂ２）と；該山型フ
ァセット状の半導体結晶（ｂ２）を覆って順次形成され
た高抵抗半導体層（ｂ３）と第１導電型半導体層（ｂ４
）と第２導電型半導体層（ｂ５）とからなる積層の１組
または複数組と；からなる半導体多層構造（Ｂ）の１ま
たは複数と、が同一絶縁性基体上に交互に形成され、 当該半導体部（Ａ）および当該半導体部ＣＢ）を覆って
形成された高抵抗半導体層（Ｃ）によって、当該半導体
部（Ａ）および当該半導体部（Ｂ）が互いに電気的に接
続され、 前記高抵抗半導体層（Ｃ）の表面が受光面を形成してい
ることを特徴とする。
上記特徴においては、高抵抗半導体層（ａ３）および（
ｂ３）のバンドギャップが、高抵抗半導体層（Ｃ）のバ
ンドギャップよりも小さいことが望ましい。
（２）本発明の太陽電池の製造方法は、電極（ａ５）お
よび電極　（ｂ１）を配設した絶縁性基体上に、非核形
成面を形成する皮膜を形成する工程と、 該皮膜の前記電極（ａ１）上にコンタクトホールを設け
ることにより、前記非核形成面よりも核密度が十分大き
く且つ単一の核だけが発生する程度に微小な表面積の、
核形成面としての電極（ａ５）の表面を露出させる工程
と、 該核形成面にのみ、選択的に単結晶を形成することによ
り、山型ファセット状の第１導電型半導体結晶（ａ２）
を形成する工程と、 該皮膜の前記電極（ｂ＋）上にコンタクトホールを設け
ることにより、前記非核形成面よりも核密度が十分大き
く且つ車−の核だけが発生する程度に微小な表面積の、
核形成面としての電極（ｂ＋）の表面を露出させる工程
と、 該核形成面にのみ、選択的に単結晶を形成することによ
り、山型ファセット状の第１導電型半導体結晶（ｂ２）
を形成する工程と、 前記山型ファセット状の第１導電型半導体結晶（ａ２）
上および前記山型ファセット状の第１導電型半導体結晶
（ｂ２）上に高抵抗半導体層（ａ３）および高抵抗半導
体層（ｂ５）を同時に形成する工程と、前記高抵抗半導
体層（ａ３）上に、第２導電型半導体層（ａ４）と第１
導電型半導体層（ａ５）とを、選択的単結晶形成法によ
り、順次形成する工程と、前記高抵抗半導体層（ｂ３）
上に、第１導電型半導体層（ｂ４）と第２導電型半導体
層（ｂ５）とを、選択的単結晶形成法により、順次形成
する工程と、前記第１導電型半導体層（ａ５）上および
第２導電型半導体層（ｂ５）上に高抵抗半導体層（Ｃ）
を形成することにより、当該第１導電型半導体層（ａ５
）と当該第２導電型半導体層（ｂ５）とを電気的に接続
させる工程と、 を少なくとも有することを特徴とする。
［作用コ 本発明によれば、例えば高抵抗半導体層（ａ５）と第２
導電型半導体層（ａ４）と第１導電型半導体層（ａ５）
とからなる積層および高抵抗半導体層（ｂ３）と第１導
電型半導体層（ｂ４）と第２導電型半導体層（ｂ５）と
からなる積層を１組づつ有する場合であれば、１組の半
導体部（Ａ）および当該半導体部（Ｂ）の組合せにおい
て、３個のｐｉｎ接合を形成することができる。すなわ
ち、山型ファセット状の第１導電型半導体結晶（ａ２）
と高抵抗半導体層（ａ３）と第２導電型半導体層（ａ４
）とにより１組のｐｉｎ接合を形成し、第１導電型半導
体層（ａ５）と高抵抗半導体層（Ｃ）　と第２導電型半
導体層（ｂ５）とにより２組目のｐｉｎ接合を形成し、
さらに、第１導電型半導体層（ｂ４）と高抵抗半導体層
（ｂ５）と山型ファセット状の第２導電型半導体結晶（
ｂ２）とにより３組目のｐｉｎ接合を形成する。また、
上記積層をそれぞれ複数組有する場合には、さらに多く
のｐｉｎ接合を形成することができる。
従って、本発明によれば、これらのｐｉｎ接合をそれぞ
れバンドギャップの異なる半導体によって形成すること
により、実質的にタンデムあるいはトリプル構造を採用
したＰｏ１ｎｔ　Ｃｏｎｔａｃｔ型の太陽電池を提供す
ることができる。
本発明の太陽電池の製造方法は、非核形成面と核形成面
の領域を用いて選択的に単結晶成長を行うものである。
ここで選択的単結晶成長法の一般的な原理について簡単
に説明する。
選択的単結晶成長法とは、表面エネルギー付着係数、脱
離係数、表面拡散速度等という薄膜形成過程での核形成
を左右する因子の材料間での差を利用して、基板上に選
択的に結晶を成長させる方法である。すなわち、非核形
成面（核形成密度の小さい面）に設けられた、この非核
形成面よりも核形成密度が十分大きく、かつ、単一の核
だけが発生する程度に微小な表面積の核形成面に基づい
て単結晶を成長させる方法で、この方法においては、非
核形成面からは結晶の成長はおこらず、核形成面のみか
ら核の発生、単結晶成長がおこる。
第６図（ａ）〜（ｃ）は、上述した結晶の成長の様子を
示す図である。図において、６０１は絶縁基板、６０１
°は核形成面、６０２は非核形成面を形成するための膜
、６０２゛は非核形成面である。
なお、選択的単結晶成長法において使用し得る材料とし
ては、例えば、非核形成面としては５ｉＯ）（、Ｓｉ３
　Ｎ４等、核形成面としてはＳｉ、ＧａＡｓ、Ｓｉ３Ｎ
４　、金属等、そして成長させる結晶としてはＳｔ、Ｇ
ａＡｓ、ＩｎＰ。
金属等がある。但し、非核形成面と核形成面とを共にＳ
ｉ、Ｎ４とすることはできない。
［実施態様例コ 本発明の太陽電池の実施態様例について、図を用いて説
明する。
第１図（ａ）は、本実施態様例に係わる犬陽電准の構成
を示す模式的断面図である。
第１図（ａ）に示したように、本実施態様例の太陽電池
は、絶縁基板１０１上に集電室Ｆ７１１０３および１０
４が配設され、その表面の一部分が絶縁層１０２に開け
られた穴を通して半導体結晶（ｐ型の半導体結晶１０５
、ｎ型の半導体結晶１１２）にそれぞれ接しており、該
半導体結晶上に、不純物を意図的に添加しておらず少数
キャリアの寿命が長い高抵抗半導体層（ｉ層）１０６、
半導体結晶とは反対の導電型の半導体層（ｎ型の半導体
層１０７、ｐ型の半導体層１１１）および半導体結晶と
同じ導電型の半導体層（ｐ型の半導体層１０８、ｎ型の
半導体層１１０）が、順次形成されている。さらに、ｐ
型の半導体層１０８およびｎ型の半導体層１１０の表面
に、高抵抗半導体層（ｉ層）１０９が形成され、この高
抵抗半導体層１０９により、隣り合う山型ファセット状
の多層構造半導体が接しており、半導体の最上部はＰａ
５ｓｉｖａｔｉｏｎ膜１１５により覆われている。
この太陽電池の電流経路は、第１図（ｂ）のようになっ
ており、実質的にダイオードが３段に連結されている状
態となり、トリプル構造の太陽電池を形成している。し
たがって、例えば、半導体層（半導体結晶）１０５，１
０６，１０７゜１１１．１１２をＳｉ単結晶により形成
し、半導体層１０８，１０９，１１０をＧａＡＳ単結晶
により形成すれば、Ｖｏｃ−０，６＋０．７＋０．６−
１．９　（Ｖ）以上の高い開放電圧を得ることが出来る
。また、光入射面の開口率は１００％であり、少数キャ
リアの寿命が長くバンドギャップの異なる高抵抗半導体
層１０５．１０９をそれぞれ活性層としているために有
効に光吸収および発生したキャリアの収集を行うことが
できる。半導体層（半導体結晶）１０５．１０６，１０
７，１０８，１０９゜１１０．１１１，１１２を形成す
る材料は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、５ｔＧｅ、ＳｉＣ
。
Ｚｎ５ｅ、ＺｎＳ等の任意の半導体材料の中から選ぶこ
とができるが、有効に光吸収を行うためには、高抵抗半
導体層１０６のバンドギャップは高抵抗半導体層１０９
よりも小さいことが望ましい。
次に、本実施態様例の太陽電池の製造工程について、第
４図（ａ）〜（ｈ）を用いて説明する。
■まず、任意の基板４０１の上に金属をスパッター蒸着
し、パターニングにより、櫛型状の、電極および核形成
面となる集電電極４０３，４０４を形成する（第４図（
ａ））。
集電室Ｖｉ４０３，４０４の幅は、後に述べる核形成面
の大きさにもよるが、通常は５〜１８０μｍであること
が好ましい。また、電極間の距離も核形成面の間隔で決
まるが、中心間距離で２０〜２００μｍあることが好ま
しい。電極の厚さとしては、０．３μｍ以上であること
が好ましい。
この時、基板４０１は石英、セラよツク等の絶縁物によ
り形成され、ある程度の耐熱性のあるものならば何でも
良い。集電室１４０３，４０４を形成する材料は、便宜
的に分けであるが、同一金属でもよく、比較的融点の高
いものなら何でも良い。例えば、ＭｏやＷ等が使用可能
である。
■次に、非核形成面となる絶縁膜４０２を通常のＣＶＤ
装置を用いて５００〜１０００Å堆積させ、まずｐ型用
の集電電極４０３に対してのみエツチングによりコンタ
クトホールを開け、核形成面を露出させる（第４図（ｂ
））。絶縁膜４０２は、５ｌｏ２．Ｓｉｓ　Ｎａ等によ
り形成することが好ましい。
第４図（ｈ）は、この時に形成される核形成面のパター
ンの一例を示す上面図である。図において、４１３，４
１４は、それぞれ、ｐ型用、ｎ型用のバス・バーであり
、集電型１４０３，４０４で収集した光電流を外部回路
に送る為のものである。核形成面４１６の大きさは、形
成する半導体の材質、形成条件等により適宜法められる
が、好ましくは６μｍ角以下が、より好ましくは４μｍ
角以下が適当である。
■露出させた核形成面４１６に、前述の選択的単結晶成
長法を用いてｐ型半導体結晶４０５を成長させ、山型状
のファセットを得る。成長核がある程度大きくなったと
ころで成長を止め、この山型状の単結晶４０５の各表面
に、上述と同じＣＶＤ装置により１００〜３００人程度
の薄い程度０２膜あるいは５ｉｓＮ４膜４０５゛を形成
する（第４図（Ｃ））。
この時の山型ファセット状の単結晶４０５の大きさは形
成される多層半導体層全体の膜厚、すなわち太陽電池と
しての構成により適宜法められるが、通常は２〜１０μ
ｍの範囲である。
■次に、上記■と同様にしてｎ型の集電電極４０４上の
絶縁膜４０２にコンタクトホールを開けて核形成面を露
出させ、上記■と同様にして選択的単結晶成長法により
ｎ型半導体結晶４１２を成長させる（第４図（ｄ））。
この時、ｐ型半導体結晶４０５の表面には核形成密度の
低い絶縁膜４０５°が形成されているので、ｎ型半導体
結晶はもはやこの上には成長しない。半導体結晶４１２
の大きさは４０５と同様に２〜１０μｍが適当である。
■半導体結晶４０５の表面の絶縁膜４０５゛をエツチン
グで除去して再び結晶面を露出させた後に、ｐ型半導体
結晶４０５およびｎ型半導体結晶４１２を種として、ｉ
型半導体層４０６を選択的単結晶成長法により形成する
（第４図（ｅ））。
この場合、ｐ型半導体結晶４０５およびｎ型半導体結晶
４１２の表面が核形成面となる。ｉ型半導体層４０６の
膜厚は、半導体の材質や太陽電池の構成によって適宜法
められるが、通常は、５〜５０μｍの範囲であることが
好ましい。
■次に、ＣＶＤ装置を用いて絶縁膜（Ｓ　ｉ　Ｏ。
またはＳｉ、Ｎ４）をｉｏｏ〜３００人程度堆積さ程度
ｎ型半導体結晶４０５上に形成されたｉ型半導体層４０
６の表面だけをエツチングにより露出させ、その上に上
記■と同様にしてｎ型半導体層４０７を形成する。その
後、ざらにＣＶＤ装置により絶縁膜を１００〜３００Å
堆積し、今度はｎ型半導体結晶４１２上のｉ型半導体層
４０６の表面のみを露出させ、同様にしてｐ型半導体結
晶４１１を形成する（第４図（ｆ））。
■さらに、上述した工程■と同様の工程を繰り返して、
ｎ型半導体層４０７の上にｐ型半導体結晶４０８を、ま
た、ｐ型半導体結晶４１１の上にはｎ型半導体結晶４１
０を形成する。この時、半導体層４０７．４０８，４１
０，４１１の膜厚は半導体の材質や太陽電池の構成によ
り適宜法められるが、通常は、およそ０．１〜５μｍの
範囲とすることが好ましい。
■半導体層４０８，４１０の表面が結晶面力（露出した
状態で、これらの表面にｉ型半導体層４０９を形成して
最終的にｉ型半導体層４０９力（互いに接触するまで成
長させる。
ここで、ｉ型半導体層４０９は結晶に限らず、多結晶あ
るいは非晶質であっても良い。またその形成法も選択的
単結晶成長法以外にも通常の常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ
法、プラズマＣＶＤ法等を用いることができる。
■最後に、多層構造半導体の表面にＣＶＤ装置により５
００〜１０００人のＰａ５ｓｉｖａｔｉｏｎ膜４１５（
ＳｉＯ２または５ｉ３Ｎ４）を形成する（第４図（ｇ）
）。
以上、説明した太陽電池の構成およびその製造工程は、
ｉ型半導体層４０６とｎ型半導体層４０７とｐ型半導体
層４０８とからなる積層およびｉ型半導体層４０６とｐ
型半導体層４１１とｎ型半導体層４１０とからなる積層
をそれぞれ１づつ有する場合についてであるが、これら
の積層は内部に複数組あってもよい。これらの積層が２
組以上組み込まれた構造の太陽電池は、工程■と工程■
とを交互に複数回繰り返すことにより実現される。この
時、上記積層がそれぞれｎ組組み込まれたとすると、実
質的に回路構成されるｐｉｎ接合ダイオードの数は２ｎ
＋１で表わされる。また、この場合にも、高抵抗層の材
料となる半導体は、光入射側から見てバンドギャップが
順に小さくなっていることが望ましい。
［実施例］ 以下、本発明の具体的実施例を挙げて所望の太陽電池を
製造するところを説明するが、本発明はこれらの実施例
により何ら限定を受けるものではない。
（実施例１） 第１図に示す構成の太陽電池を、半導体層１０５．１０
６，１０７，１１１，１１２の材料にＳｉ、半導体層１
０８．１０９，１１０にＧａＡｓを用い、第４図（ａ）
〜（ｈ）に示した製造工程に従って、選択的単結晶成長
法により作製した。
以下、本実施例の太陽電池の製造工程について説明する
。
■ＡｊＱ２　ｏ、の絶縁基板４０１上にＷを厚さ０．４
μｍスパッター蒸着し、第４図（ｈ）に示すような集電
電極４０３，４０４を形成した（第４図（ａ））。
■非核形成面を形成する５ｉ０２膜を、常圧ＣＶＤ法に
より１０００人堆積し、集電電極４０３上に、核形成面
の大きさが４μｍ角で間隔が１００μｍとなるようにコ
ンタクトホールを開けて核形成面（Ｗ）を露出させた（
第４図（ｂ））。
■選択的単結晶成長法を用いて、山型ファセット状ｐ型
Ｓｉ結晶４０５を、粒径が６μｍになるまで成長させた
く第４図（Ｃ））、この時の成長条件は、原料ガスの流
量比５ｉＨｚＣＩＬ２：Ｈｃｆｌ、：）＋２’８□Ｈａ
−０，５４：１．４：１００：０．０３　（ｌ／ｍ１ｎ
）　、基板温度９００℃、圧力１５０Ｔｏｒｒであった
。
■次に、厚さ２００人の５ｉ０２膜を常圧ＣＶＤ法で基
板表面全体は堆積させ、上記工程■と同様にして集電電
極４０４上にコンタクトホールを開けて、ｎ型Ｓｉ結晶
４１２を粒径が６μｍになるまで成長させた（第４図（
ｄ））。この時の成長条件は上記工程■と同じでである
が、ドーパントとしてＢ２Ｈ８の代わりにＰＨ３を用い
た。
■ＨＦ溶液でｐ型Ｓｉ結晶４０５上の酸化膜４０５゛を
エツチングにより除去した後、Ｐ型Ｓｉ層４０５および
ｎ型Ｓｉ層４０５，４１２を種として、成長条件５ｉＨ
２Ｃｆｌ　ｚ：Ｈｃｌ　：）＋２−０．５４：２．０：
１００（互／ｌｌ１ｉｎ）、基板温度９２０℃、圧力１
５０Ｔｏｒｒでｉ型Ｓｉ層４０６を成長させ、粒径が７
０μｍになったところで成長を止めた。
■次に、再び常圧ＣＶＤ法によりｓ　ｉ　Ｏ２膜をｉ型
Ｓｉ結晶４０６上に２００人堆積させてｐ型Ｓｉ結晶４
０５上に形成されたｉ型Ｓｉ結晶の表面のみを露出させ
、上述のｎ型Ｓｉ結晶４１２と同一の形成条件でｎ型Ｓ
ｉ層４０７を膜厚が３μｍ、すなわち多層半導体結晶全
体としての粒径が約７６μｍとなるように成長させ、そ
の後また５ｉ０２を堆積して上述と同様にしてれ型Ｓｉ
結晶４１２上のｉ型Ｓｉ結晶の表面に上述のｐ型Ｓｌ結
晶４０５と同一形成条件でｐ型結晶を同じく膜厚が３μ
ｍとなるように成長させた。
■次に、通常のＭＯＣＶＤ装置を用いて、ＧａＡｓの結
晶を上述のＳｉ多層半導体上に上述と同様な工程でヘテ
ロエピタキシャル成長させた。まず、ｎ型Ｓｉ層４０７
上にｐ型ＧａＡｓ４０８を、次いで、ｐ型Ｓｉ層４１１
上にｎ型ＧａＡｓ層４１０を順次成長させた。ｆＸ料ガ
スおよび流量はトリメリルガリウム（ＴＭＧ）：アルシ
ン（Ａ　ｓ　Ｈ５）　＝３ｘ　１０−’：１．８ｘ　１
０−’（ｍｏｌｅ／１ｎｉｎ）、Ｈ２−３，０（１／ｍ
１ｎ）、であり、ドーパントとしてｐ型に対してトリメ
チルジンク（ＴＭＺｎ）−１，５ｘ　１０−’ｍｏｌｅ
／ｗｉｎ、　　ｎ型に対して水素化セレン（Ｈ２Ｓ　ｅ
　）　−２ｘ　１０−’（ｍｏｌｅ／＋ｉｎ）を混入さ
せた。
基板温度７００℃、圧力８０Ｔｏｒｒであった。
ｐ型ＧａＡｓ層４０８、ｎ型ＧａＡｓ層４１０の膜厚は
、共に１μｍになるようにした。
ＧａＡｓ層４０８，４１０の表面に５ｉ０２がない（す
なわちＧａＡｓの結晶面が露出している）状態で、ｉ型
ＧａＡｓ層４０９を上述の条件（ドーパントを含まない
）で最終的に隣り合う多層半導体がぶつかり合うまで成
長させた。
■最後に形成された多層半導体の表面に５００人のＳ　
ｉ　０２（Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　）を堆積させて工
程を終了した。
このようにして得られた多層構造型太陽電通のＡＭｌ、
５の光照射下でのｒ−ｖ特性を測定したところ、セル面
積が１ｃｍ２で、開放電圧（Ｖｏｃ）２．ＯＶ、短絡光
電流（Ｊｓｃ）１７．５ｍＡ／ｃｍ’曲線因子（ＦＦ）
０．７７となり、変換効率２７％という、極めて高い特
性が得られた。
（実施例２） 第１図に示す構成の太陽電池を、半導体層１０５．１０
７，１０８．１０９，１１０゜１１１．１１２にＳｉを
、半導体層１０６に５ｉＧｅを、それぞれ用いて作製し
た。
以下、本実施例の太陽電池の製造工程についで説明する
。
■実施例１の場合と同じく、Ａ１１２０３基板４０１上
に山型ファセット状Ｓｔ結晶４０５（ｐ型）および４１
２（ｎ型）を６μｍの大きさに成長させた後、これらを
種として、成長条件５ｔ）Ｉ２ＣＪｌ　ｚ：ＧｅＨａ　
：ＨＣ角：Ｈｚ＝０．５４：０．１５：１．５：１００
（Ｊｌ／ｍ１ｎ）　、基板温度８９０℃、圧力１５０Ｔ
ｏｒｒでｉ型５ｉＧｅ結晶４０６を成長させ、粒径が５
０μｍになったところで成長を止めた。
■次に、実施例１と同様にして、上記工程■の５ｉＧｅ
結晶上にドープされたＳｉ層４０７゜４１１．４０８，
４１０を順に各々３μｍ形成した後に、ｉ型Ｓｉ結晶４
０９を隣り合う山型多層半導体がぶつかり合うまで成長
させ、最後に多層半導体の表面にＳｉｎ、膜を５００人
堆積してＰａ５ｓｉｖａｔｉｏｎ　膜とした。
以上のようにして得られた太陽電池のＡＭｌ、５の光照
射下の１−ｖ特性は、セル面積が１．５ｃｍ’でＶｏｃ
−１，６２Ｖ、Ｊｓｃ−２１，２ｍＡ／ｃｍ２、ＦＦ−
０，７５となり、変換効率は２５．８％という高い値が
得られた。
（実施例３） 実施例１，２の場合とほぼ同様にして、第５図に示す構
成の太陽電池を作製した。半導体層として、５０５，５
０７，５０８，５０９，５１０゜５１４．５１５，５１
６，５１７にＳｉを、５０６に５ｉＧｅを、また、５１
１，５１２゜５１３にＧａＡｓを用い、実施例１．２に
使用した基板と同じ基板上に半導体層を形成した。各層
の形成条件は実施例１．２と同一にし、また、各層の厚
さは、ｐ型半導体層およびｎ型半導体については実施例
１．２と同一にし、ｉ型半導体層については、５０６の
５ｉＧｅは２０μｍ、５０９のＳｉは約１２μｍ、５１
２のＧａＡｓは約５μｍ程度とした。
このようにして作製した本実施例太陽電池の光照射下で
のＩ−Ｖ特性は、ＡＭｌ、５に対して、Ｖｏｃ−２，９
Ｖ、　Ｊｓｃ−１３，６ａ＋Ａ／ｃｍ’、　ＦＦ−０，
７２となり、変換効率は２８．４％と、極めて高い値が
得られた。
［発明の効果］ 以上詳細に説明したように、本発明の太陽電池＋＋　　
１−　柄　ｒＪ　　　　唾　す・　又　Ｊで　・ノ　に
　？　し　・、ゴｚ協つ！　遭イ太１ｍを積層すること
により、実質的にトリプル、またはそれ以上の太陽電池
を構成することが可能となり、これにより、エネルギー
変換効率を飛躍的に向上させた太陽電池を提供すること
が可能である。
また、本発明の太陽電池製造方法によれば、上記本発明
の太陽電池を、少ない工程で、安価に製造することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は本発明の太陽電池の構成の一例を示す模
式的断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示した太陽
電池の等価回路図、第２図は従来の太陽電池の一例を示
す模式的断面図、第３図は従来の太陽電池の他の一例を
示す模式的断面図、第４図（ａ）〜（ｈ）は本発明の実
施態様例としての太陽電池製造方法の一例を示す模式的
断面図、第５図は本発明の太陽電池の構成の他の例を示
す模式的断面図、第６図（ａ）〜（ｃ）は本発明の太陽
電池製造方法に使用する選択的単結晶成長法を説明する
ための模式的断面図である。 （符号の説明） １０１・・・絶縁基板、１０２・・・絶縁層、１０３゜
１０４・・・集電電極、１０５・・・ｐ型半導体結晶、
１０６・・・ｉ型半導体層、１０７・・・ｎ型半導体層
、１０８・・・ｐ型半導体層、１０９・・・ｉ型半導体
層、１１０・・・ｎ型半導体層、１１１・・・ｐ型半導
体層、１１２・ｎ型半導体結晶、１１５　・・・Ｐａ５
ｓｉｖａｔｉｏｎ膜、 ２０１・・・裏面電極、２０２・・・ｎ型半導体基板、
２０３・・・ｐ型半導体層、２０４・・・反射防止層、
２０５・・・上部電極、 ４０１・・・絶縁基板、４０２・・・絶縁層、４０３゜
４０４・・・集電電極、４０５・・・ｐ型半導体結晶、
４０５゛・・・５ｉＯｚ等により形成された薄膜、４０
６・・・ｉ型半導体層、４０７・・・ｎ型半導体層、４
０８・・・ｐ型半導体層、４０９・・・ｉ型半導体層、
４１０・・・ｎ型半導体層、４１１・・・Ｐ型半導体層
、４１２−−・ｎ型半導体結晶、４１５　・−Ｐａｓｓ
ｉｖａｔｉｏｎ膜、４１６・・・核形成面 ５０１・・・絶縁基板、５０２・・・絶縁層、５０３５
０４・・・集電電極、５０５・・・ｐ型半導体結晶、５
０６・・・ｉ型半導体層、５０７・・・ｎ型半導体層、
５０８・・・ｐ型半導体層、５０９・・・ｉ型半導体層
、５１０・・・ｎ型半導体層、５１１・・・ｐ型半導体
層、５１２・・・ｉ型半導体結晶、５１３・・・ｎ型半
導体層、５１４・・・ｐ型半導体層、５１５・・・ｎ型
半導体層、５１６・・・ｐ型半導体層、５１７・・・ｎ
型半導体結晶、５１８　・−Ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ膜
、６０１・・・絶縁基板、６０１°・・・核形成面、６
０２・・・非核形成面を形成するための膜、６０２′・
・・非核形成面、６０３・・・単結晶。 第 図 （０） ○３ ０４ ３ 第 図 （ｂ） 第 図 第 図 第 ４ 図 ０３ ＵＱ ４（Ｊ５ ＱＵｔ＋ 第 図 第 図 第 図 ０３ 第 図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電極（ａ＿１）と；該電極（ａ＿１）に接して形
    成された山型ファセット状の第１導電型半導体結晶（ａ
    ＿２）と；該山型ファセット状の半導体結晶（ａ＿２）
    を覆って順次形成された高抵抗半導体層（ａ＿３）と第
    ２導電型半導体層（ａ＿４）と第１導電型半導体層（ａ
    ＿５）とからなる積層の１組または複数組と；を少なく
    とも有する半導体多層構造（Ａ）の１または複数と、電
    極（ｂ＿１）と；該電極（ｂ＿１）に接して形成された
    山型ファセット状の第２導電型半導体結晶（ｂ＿２）と
    ；該山型ファセット状の半導体結晶（ｂ＿２）を覆って
    順次形成された高抵抗半導体層（ｂ＿３）と第１導電型
    半導体層（ｂ＿４）と第２導電型半導体層（ｂ＿５）と
    からなる積層の１組または複数組と；を少なくとも有す
    る半導体多層構造（Ｂ）の１または複数と、が同一絶縁
    性基体上に交互に配設され、 当該半導体部（Ａ）および当該半導体部（Ｂ）を覆って
    形成された高抵抗半導体層（Ｃ）によって、当該半導体
    部（Ａ）および当該半導体部（Ｂ）が互いに電気的に接
    続され、 前記高抵抗半導体層（Ｃ）の表面が受光面を形成してい
    ることを特徴とする太陽電池。
  2. （２）高抵抗半導体層（ａ＿３）および（ｂ＿３）のバ
    ンドギャップが、高抵抗半導体層（Ｃ）のバンドギャッ
    プよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の太陽電
    池。
  3. （３）電極（ａ＿１）および電極（ｂ＿１）を配設した
    絶縁性基体上に、非核形成面を形成する皮膜を形成する
    工程と、 該皮膜の前記電極（ａ＿１）上にコンタクトホールを設
    けることにより、前記非核形成面よりも核密度が十分大
    きく且つ単一の核だけが発生する程度に微小な表面積の
    、核形成面としての電極（ａ＿１）の表面を露出させる
    工程と、 該核形成面にのみ、選択的に単結晶を形成することによ
    り、山型ファセット状の第１導電型半導体結晶（ａ＿２
    ）を形成する工程と、 該皮膜の前記電極（ｂ＿１）上にコンタクトホールを設
    けることにより、前記非核形成面よりも核密度が十分大
    きく且つ単一の核だけが発生する程度に微小な表面積の
    、核形成面としての電極（ｂ＿１）の表面を露出させる
    工程と、 該核形成面にのみ、選択的に単結晶を形成することによ
    り、山型ファセット状の第１導電型半導体結晶（ｂ＿２
    ）を形成する工程と、 前記山型ファセット状の第１導電型半導体結晶（ａ＿２
    ）上および前記山型ファセット状の第１導電型半導体結
    晶（ｂ＿２）上に高抵抗半導体層（ａ＿３）および高抵
    抗半導体層（ｂ＿３）を同時に形成する工程と、前記高
    抵抗半導体層（ａ＿３）上に、第２導電型半導体層（ａ
    ＿４）と第１導電型半導体層（ａ＿５）とを、選択的単
    結晶形成法により、順次形成する工程と、前記高抵抗半
    導体層（ｂ＿３）上に、第１導電型半導体層（ｂ＿４）
    と第２導電型半導体層（ｂ＿５）とを、選択的単結晶形
    成法により、順次形成する工程と、前記第１導電型半導
    体層（ａ＿５）上および第２導電型半導体層（ｂ＿５）
    上に高抵抗半導体層（Ｃ）を形成することにより、当該
    第１導電型半導体層（ａ＿５）と当該第２導電型半導体
    層（ｂ＿５）とを電気的に接続させる工程と、 を少なくとも有することを特徴とする請求項１に記載の
    太陽電池の製造方法。
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