JPH04151878A

JPH04151878A - 光起電力素子の製造方法

Info

Publication number: JPH04151878A
Application number: JP2277307A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Noguchi; 能口　繁; Hiroshi Iwata; 岩多　浩志; Keiichi Sano; 佐野　景一
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1992-05-25

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】（イ）　産業上の利用分野本発明は、太陽電池や光センサ等に用いられる光起電力
素子の製造方法に関する。

（ロ）　従来の技術一般に、光起電力素子は、基板上に、透明電極、光電変
換層としてのｐ層、ｉ層及びｎ層からなる半導体膜、そ
して背面電極を順次積層する構造で製作されている。

斯る半導体膜としては、アモルファス半導体や多結晶半
導体からなる薄膜半導体が広く用いられている。これは
、これら薄膜半導体が単結晶半導体と比較して、大面積
の形成が容易であることやその製造に要するエネルギー
が少なくて済むことなどの利点を備えているためである
。

然し乍ら、斯様な利点を有する半面、これら薄膜半導体
からなる光起電力素子の電気特性は、前記単結晶半導体
のものと比較して、未だ劣っている。

そこで、近年斯る電気特性の向」二を図るため、従来の
ような、前記アモルファス半導体や前記多結晶半導体を
択一的に使用する前記光電変換層に替えて、これら２種
類の半導体を複合して使用する該光電変換層が提案され
ている。その構成の目的とするところは、これら２層が
それぞれに有する優れた電気的、光学的特性を互いに利
用することにより、前記電気特性の向」ニしようとする
ものである。

その構造は、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ
　２ｎｄ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｈｏｔｏｖ
ｏｌｔａｉｃ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅ
ｅｒｉｎｇＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　１９８６，３９４−
３９７頁に記載されているように、前記アモルファス半
導体として、ｎ型非晶質シリコン層を、前記多結晶半導
体として、ｐ型多結晶シリコン層を用いるものである。

（ハ）発明が解決しようとする課題然し乍ら、従来、多結晶半導体膜は、ＣＶＤ法や、該Ｃ
ＶＤ法と再結晶化法との組み合わせ等によって形成され
ているため、その膜内に含まれる結晶粒の粒径は小さく
、従って多くの粒界を含んでいる。

斯る粒界の部分は、光生成キャリアの再結合を引き起こ
す確率が高く、光電変換効率の向上を図るうえての障害
と成っている。従って、斯様な粒界を多数包含した多結
晶半導体膜を、例えば、等電型決定元素を高濃度にドー
ピングし前記光生成キャリア等の外部取り出し用のオー
ミックコンタクト膜として使用することは、可能である
ものの、光活性層、即ち前記１層として利用することは
適していない。

このような理由から本発明の目的とするところは、結晶
粒が大きく、且つ粒界が少ない高品質な多結晶半導体膜
を備えた光起電力素子の製造方法を提供することにある
。

（ニ）課題を解決するための手段本発明光起電力素子の特徴とするところは、支持基板上
に一導電型を有する導電性多結晶半導体層と真性非晶質
半導体層とをこの順序で重畳形成する第１工程と、前記
真性非晶質半導体層上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜にパ
ターニングを施して、前記真性非晶質半導体層表面が露
出する開口領域を部分的に形成する第２工程と、前記絶
縁膜及び前記開口領域を含む前記基板」二面に逆導電型
を有する導電性非晶質半導体層を形成する第３工程と、
前記各非晶質半導体層に熱処理を施すことにより、該等
電性非晶質半導体層及び前記真性非晶質半導体層を結晶
化せしめる第４工程と、前記開口領域」二に位：Ｗする
前記逆導電型半導体層に電極を形成する第５工程と、を
備えたことにある。

（ホ）　作用導電性を決定する不純物が高濃度にドープされた導電性
非晶質半導体層は、これを加熱した場合、真性非晶質半
導体層より結晶化が早く進む。

従って、前記導電性非晶質半導体層と前記真性非晶質半
導体層とを接触状態で熱処理を施すと、先行して結晶化
した前記導電性非晶質半導体層が核として機能し、前記
真性非晶質半導体層を結晶粒の大きい多結晶半導体層へ
と変質させる。

本発明の製造方法では、前記開口領域に位置し前記接触
状態を有する前記等電性非晶質半導体層が前記該として
機能することになり、前記真性非晶質半導体は、前記開
口領域から放射状に結晶化されることになる。

このため、互いに相隣接する開口領域から各々放射状に
進行する前記結晶化の最前は、前記間１」領域間の中程
に位置する前記真性非晶質半導体層内で出合うことにな
る。このことは、該開］］領域間の距離を予め任意に設
定することで、前記結晶化により生成された多結晶半導
体を所望の大きさの粒径にまで成長させることができる
こととなる。

さらに、前記開口領域上の前記導電性非晶質半導体層に
電極を設けることにより、前記結晶化された前記真性非
晶質半導体内で発生した光生成キャリアは前記粒界を横
断することなく収集され、前記光生成キャリアの再結合
を大幅に抑制できることとなる。

（へ）　実施例第１図乃至第５図は、本発明の光起電力素子製造方法を
説明するための工程別素子構造図である。

第１図に示される第１工程では、ステンレス基板などの
支持基板（１）ｌにｐ＋型多結晶シリコンからなる導電
性多結晶半導体層（２）及び真性非晶質シリコンからな
る真性非晶質半導体層（３）を順次重畳形成する。導電
性多結晶半導体層（２）は、ｐ＋型非晶質シリコン層を
プラズマＣＶＤ法により形成した後、６００〜８００℃
の熱アニールを施すことにより結晶化し形成した。

前記ｐ＋型非晶質シリコン層の形成条件として、反応ガ
スはシランガスとジボランガスの混合ガスを使用し、そ
の混合比をジボランがシランに対し３〜１０％となるよ
うに設定した。　膜厚は５００〜２０００人である。ま
た前記真性非晶質シリコンの形成条Ｆｌは、反応ガスと
して、シランガスを用い、その膜厚を２−２０７１ｍと
した。

これら２層のその他の形成条件は共通で、基板温度９反
応圧力及び放電電力は、各々２００〜３００”Ｃ，０，
１−０，５Ｔｏｒｒ、１０−５０１’ｌである。

次に第２図に示される第２工程では、前記真性非晶質半
導体層（３）上にプラズマＣＶＤ法によって窒化シリコ
ンによる絶縁膜（４）を形成し、その後肢絶縁膜（４）
をパターニングする。このパターニングにより、絶縁膜
（４）に開口領域（５）を設け、前記真性非晶質半導体
層（３）をこの開口領域（５）から露出させる。

前記窒化シリコンの形成条件として、反応ガスはシラン
ガスに対して１〜２％のアンモニアガスを混合したガス
で、膜厚は１０〜１００人である。基板温度、反応圧力
及び放電電力は、前記ｐ＋型非晶質シリコン層と同様で
ある。

絶縁膜（４）は、実施例のプラズマＣＶＤ法による窒化
シリコン膜に限るものではなく、その他の絶縁膜、例え
ばシリコン酸化膜等であってもよい。

第３図に示される第３工程では、導電性多結晶半導体層
（２）に対して逆導電型となる導電性非晶質半導体層（
６）を、前記開口領域（５）及び前記窒化シリコン層（
４）のいずれもが被われるように形成する。実施例では
、導電性非晶質半導体層（６）はｎ”型非晶質シリコン
を使用した。

前記！］＋型非晶質シリコンは、その形成条件としてシ
ランガスに対して３〜１０％のフォスフィンガスを混合
した反応ガスを使用し、プラズマＣＶＤ法にて形成した
。その膜厚は５００〜２０００人である。

基板温度、反応圧力及び放′ｌｔ電力は、前記ｐ＋型非
晶質シリコン層と同様である。

次に、第４図に示される第４工程では、５００〜６００
℃の熱処理を施し、導電性非晶質半導体層（６）及び真
性非晶質゛ｔ’−Ｊｐ体層（３）をそれぞれ結晶化する
。

この結晶化過程では、導電性非晶質半導体層（６）は真
性非晶質半導体層（３）よりも先立って結晶化し始め、
ｎ＋型多結晶シリコン層（６ａ）となる。

このため前記開口領域（５）に位置する真性非晶質半導
体層（３）と導電性多晶半導体層（６）との接触部分で
は、１ｊ１」記ｎ＋型多結晶シリコン層（６ａ）が、前
記真性非晶質半導体層（３）の結晶化のための核として
機能し、該真性非晶質半導体層（３）の結晶化を促進さ
せる。これにより、前記真性非晶質半導体層（３）は、
前記光活性層としての多結晶シリコン層（３ａ）となる
。

前記真性非晶質半導体層（３）は、」−述の如く導電性
非晶質半導体層（６）側から結晶化されるため、前記多
結晶シリコン層（３ａ）の導電性は、完全な真性半導体
とは成らず僅かながら導電性を帯びることになる。

斯様なｎ＋型多結晶シリコン層（６ａ）による結晶化促
進の効果は、端的には結晶化に必要な熱処理温度の差に
よって現れる。即ち、前記真性非晶質半導体層（３）は
、従来結晶化には１０００℃以」二の熱処理温度を必要
としたが、前記接触部分を有する状態では、５００〜６
００℃の低温で結晶化を行うことが可能となる。

尚、結晶化は、前記ｎ＋型多結晶シリコン層（６ａ）か
ら進行する以外に、導電性多結晶半導体層（２）から進
行するものも一部存在する。

然し乍ら、該導電性多結晶半導体層（２）には、前記絶
縁膜の開口領域（５）の如きパターニングが施されてい
ないため、前記導電性多結晶半導体層（２）の表面から
前記真性非晶質半導体層（３）への結晶化は、該表面に
垂直に且つ、その表面のいずれの部分からも発生する。

その結果、その結晶化の進行速度は、導電性非晶質半導
体層（６）からの結晶化のそれと比較して小さいものと
なる。

従って、第４工程での前記真性非晶質半導体（３）の結
晶化は、ｎ＋型型詰結晶９９３２層６ａ）からのものが
主に寄与することになる。

最後に第５図で示される第５工程では、前記開口領域の
一］二に位置する前記ｎ＋型型詰結晶９９３２層６ａ）
にコンタクトのための電極（７）を形成する。この電極
（７）の材料としては、アルミニュウム膜なとの非透光
性材料、あるいはＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　
０ｘｉｄｅ）膜などの透光性導電材料のいずれであって
もよい。

本発明の製造方法によれば、第４工程において各開口領
域毎に、該開口領域から放射状に前記真性非晶質半導体
層（３）の結晶化が進行するため、それぞれの該結晶化
の最前は前記開口領域の中程で出合うことになり、その
進行は終了する。従って、この開口領域の中程には粒界
（８）が形成されることになる。

前記開口領域上に位置する前記１〕４型多結晶ジノコン
層（６ａ）の表面に前記電極（７）を形成することによ
り、該電極（７）側から入射した光によって発生した前
記多結晶シリコン（３ａ）内の光生成キャノアは、前記
粒界（８）を通ることなく電極（７）及び基板（１）に
収集され、光起電力素子としての変換効率を向」ニさせ
ることができる。

実施例では、その支持基板として非透光性基板を使用し
たが、これに限らずガラスなどの透光性基板に透明導電
膜を形成し導電性基板（１）としたものを使用しても、
本発明の製造方法を実施することができる。この場合、
前記透光性基板側からの光入射を利用することも可能と
なる。

本実施例による光起電力素子では、前記開口領域の間隔
を１μｍ〜５００μｍの範囲で形成した場合、１２〜１
４％の変換効率が得られ、また、その間隔を１０１１ｍ
〜２００μｍの範囲とした場合、１３〜１４％の変換効
率が得られた。斯る結果の意味するところは、前記間隔
が小さすぎると前記多結晶半導体の粒径が大きく成長で
きず、半面、前記間隔が大きすぎ石と前記結晶化の最前
が、隣接する開口類域の中程まで進行せず、その途中で
結晶化が止まってしまうためと考えられる。

実験によれば、前記開口領域の間隔を５０μｍ〜１５０
μｍの範囲とすることが、最適であり、変換効率として
１３．５〜１４％の値が得られる。

又、実施例では、第２工程で絶縁膜（３）を開口するよ
うにパターニングし、開口領域（５）を設けたが、本発
明は、斯様な開口形状に限られず、例えば、前記絶縁膜
を多数の島状となるようにパターニングし、各隔間の海
峡領域の部分に前記接触状態を構成させることによって
も、実施例と同様の効果を得ることができる。

（ト）　　発明の効果本発明の光起電力素子の製造方法によれば、使用する多
結晶半導体の結晶粒を大きく成長させることができ、更
に該多結晶半導体に含まれる粒界を殆ど通ることなく光
キャリアの収集が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明光起電力素子の製造方法を説
明するための工程別素子構造断面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）支持基板上に一導電型を有する導電性多結晶半導
体層と真性非晶質半導体層とをこの順序で重畳形成する
第１工程と、前記真性非晶質半導体層上に絶縁膜を形成
し、該絶縁膜にパターニングを施して、前記真性非晶質
半導体層表面が露出する開口領域を部分的に形成する第
２工程と、前記絶縁膜及び前記開口領域を含む前記基板
上面に逆導電型を有する導電性非晶質半導体層を形成す
る第３工程と、前記各非晶質半導体層に熱処理を施すこ
とにより、該導電性非晶質半導体層及び前記真性非晶質
半導体層を結晶化せしめる第４工程と、前記開口領域上
に位置する前記逆導電型半導体層に電極を形成する第５
工程と、を備えたことを特徴とする光起電力素子の製造
方法。