JPH04177880A - Solar cell and its manufacture - Google Patents

Solar cell and its manufacture

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JPH04177880A
JPH04177880A JP2306858A JP30685890A JPH04177880A JP H04177880 A JPH04177880 A JP H04177880A JP 2306858 A JP2306858 A JP 2306858A JP 30685890 A JP30685890 A JP 30685890A JP H04177880 A JPH04177880 A JP H04177880A
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JP
Japan
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film
solar cell
silicon film
deposition
substrate
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JP2306858A
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Japanese (ja)
Inventor
Kenji Yamagata
憲二 山方
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

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Abstract

PURPOSE:To enable energy efficiency to be enhanced inexpensively by depositing a film on a surface of a silicon film and at the same time forming recessed and projecting parts and then enabling a polycrystalline grain diameter to be fully large. CONSTITUTION:A substrate 301 is prepared, a nucleus forming density of a surface of the substrate is controlled by controlling type, flow, deposition temperature, and pressure of a deposition gas, a polycrystalline silicon film 303 whose average grain diameter exceeds 1mum is deposited to a film thickness with an average grain diameter or more from gaseous phase on the substrate 301, thus forming a silicon film with recessed and projecting parts on the surface. Then, by annealing a silicon film at a temperature below a melting point of 1000 deg.C or higher, the crystal grain diameter can be increased to a deposition film thickness or larger and then a solar cell is formed on an obtained polycrystalline silicon film 306 with a large grain diameter, thus obtaining a solar cell with an energy conversion efficiency which is equivalent to the solar cell using a single crystal silicon inexpensively.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は太陽電池および該太陽電池の製造方法に関し、
特にエネルギー変換効率が高い太陽電池および該太陽電
池の製造方法に関する [従来の技術] 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。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a solar cell and a method for manufacturing the solar cell;
BACKGROUND OF THE INVENTION [Related Art] Particularly Related to Solar Cells with High Energy Conversion Efficiency and Methods for Manufacturing the Solar Cells Solar cells are used as drive energy sources in various types of equipment.

太陽電池は機能部分にpn接合を用いており、該pn接
合を構成する半導体としては、−船釣にシリコンが用い
られている。光エネルギーを起電力に変換する効率の点
からは、単結晶シリコンを用いるのが好ましいが、大面
積化および低コスト化の点からは、アモルファスシリコ
ンが有利とされている。
A solar cell uses a pn junction as a functional part, and silicon is used as a semiconductor forming the pn junction. From the standpoint of efficiency in converting light energy into electromotive force, it is preferable to use single crystal silicon, but amorphous silicon is considered advantageous from the standpoint of increasing the area and reducing cost.

近年においては、アモルファスシリコンなみの低コスト
と、単結晶シリコンなみの高エネルギー変換効率とを得
る目的で、多結晶シリコンの使用が検討されている。と
ころが従来提案されている方法では、塊状の多結晶(粒
径百μm〜数mm)をスライスして板状体とし、これを
用いていたために厚さを0.3mm以下とすることは困
難であり、従って光量を十分に吸収するのに必要以上の
厚さとなり、この点て材料の有効利用が十分ではなかっ
た。
In recent years, the use of polycrystalline silicon has been considered for the purpose of achieving low cost comparable to amorphous silicon and high energy conversion efficiency comparable to single crystal silicon. However, in the conventionally proposed method, it is difficult to reduce the thickness to 0.3 mm or less because a block of polycrystals (grain size from 100 μm to several mm) is sliced into plate-like bodies. Therefore, the thickness is greater than necessary to absorb a sufficient amount of light, and in this respect, the effective use of the material has not been sufficient.

そこで化学気相成長(CVD)法等の薄膜形成技術を用
いて多結晶シリコンの薄膜を形成する試みがなされてい
るが、この方法だと形成された膜の結晶粒径はせいぜい
百分の数ミクロン程度にしかならず、塊状多結晶シリコ
ンスライス法の場合に比べてもエネルギー変換効率が低
い。
Therefore, attempts have been made to form thin films of polycrystalline silicon using thin film formation techniques such as chemical vapor deposition (CVD), but with this method, the crystal grain size of the formed film is only a few hundredths of a percent. The energy conversion efficiency is only about microns, and the energy conversion efficiency is lower than that of the bulk polycrystalline silicon slicing method.

また、上記CVD法により形成した多結晶シリコン薄膜
に、レーサー光を照射し熔融再結晶化させて結晶粒径を
大きくするという試みもなされているが、低コスト化が
十分てなく、安定した製造も困離である。
In addition, attempts have been made to increase the crystal grain size by irradiating the polycrystalline silicon thin film formed by the above CVD method with laser light and melting and recrystallizing it, but it has not been possible to reduce costs sufficiently, and stable production has not been achieved. It is also difficult.

以上のように多結晶シリコン太陽電池は、低コストと高
エネルギー変換効率の両方を同時に得る目的で研究され
てきたが、高エネルギー変換効率のみを目的とした太陽
電池として、−1IL結晶のシリコンウェハのセル表面
に規則的な逆ピラミッド状の凹凸を施し、入射光の捕獲
を改善した太陽電池がオーストラリア・二ニー・サウス
・ウェールズ大学より報告されている(Blakers
、A、W、、Zhao。
As mentioned above, polycrystalline silicon solar cells have been researched with the aim of simultaneously obtaining both low cost and high energy conversion efficiency. A solar cell with regular inverted pyramid-shaped irregularities on the cell surface to improve the capture of incident light has been reported by the University of South Wales in Australia (Bakers
,A.W., ,Zhao.

J、、Wang、A、、Milne、A、M、、Dai
、X、and Green、M、A、。
J., ,Wang, A., ,Milne, A.M., ,Dai.
, X, and Green, M.A.

+A  23’1g  Efficiency  5i
licon  5olar  Ce1l、−Proce
edings  of  9th  E、C,Phot
ovoltaic  SolarEnergy Con
ference、pp、328−329.5ept、1
989.  )。
+A 23'1g Efficiency 5i
licon 5olar Ce1l, -Proce
edings of 9th E, C, Photo
ovoltaic Solar Energy Con
ference, pp, 328-329.5ept, 1
989. ).

このような太陽電池はシリコンを用いた太陽電池の中で
最も高いレベルのエネルギー変換効率を達成しているが
、シリコンX結晶基板をあるパターンにしたがって異方
性エツチングするという複雑なプロセスを含み、低コス
ト化に関しては全く無視している。
Such solar cells have achieved the highest level of energy conversion efficiency among solar cells using silicon, but they involve a complicated process of anisotropically etching a silicon X crystal substrate according to a certain pattern. It completely ignores cost reduction.

[発明が解決しようとする課題] 多結晶シリコン膜を用いた太陽電池では、低コスト化と
高エネルギー変換効率下の間には相反する要素が多分に
存在し、結局は発電コスト(1ワツトを発電するのにか
かるコスト)においてアモルファスシリコンや単結晶シ
リコン太陽電池を凌ぐものはでとなかりた。その最も大
きな理白の1つとして、多結晶シリコン太陽電池で単結
晶なみの変換効率を出すためには、結晶粒径が数十〜百
μm程度なければならないということがあげられる。ま
た、変換効率を向上させるためにセル表面に加工を施す
等の特殊なプロセスを導入すると、製造コストがすぐに
高くなってしまうということも大きな問題であった。
[Problem to be solved by the invention] In solar cells using polycrystalline silicon films, there are many contradictory factors between low cost and high energy conversion efficiency, and in the end, the power generation cost (1 watt There was no way to outperform amorphous silicon or single-crystal silicon solar cells in terms of the cost of generating electricity. One of the biggest reasons for this is that in order for a polycrystalline silicon solar cell to achieve conversion efficiency comparable to that of a single crystal, the crystal grain size must be on the order of several tens to 100 μm. Another major problem was that when special processes such as processing the cell surface were introduced to improve conversion efficiency, manufacturing costs quickly increased.

本発明は、上記問題点を解決し、安価でエネルギー効率
の高い太陽電池および該太陽電池の製造方法を提供する
ことを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above problems and provide a solar cell that is inexpensive and has high energy efficiency, and a method for manufacturing the solar cell.

[課題を解決するための手段] 本発明による太陽電池および該太陽電池の製造方法は、
基体表面の核形成密度を制御することにより、該基体上
に、平均粒径が1μm以上の多結晶シリコン膜を、平均
粒径以上の膜厚に気相から堆積して、表面に凹凸のある
シリコン膜を形成する工程と、 該シリコン膜を1000℃以上融点以下の温度でアニー
ルすることにより、結晶粒径を堆積膜厚と同等以上の大
きざまで大粒径化する工程と、得られた大粒径多結晶シ
リコン膜に太陽電池を形成する工程とを、少なくとも有
することを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] A solar cell and a method for manufacturing the solar cell according to the present invention include:
By controlling the nucleation density on the surface of the substrate, a polycrystalline silicon film with an average grain size of 1 μm or more is deposited from the vapor phase on the substrate to a thickness greater than the average grain size, and the surface is uneven. a step of forming a silicon film; a step of annealing the silicon film at a temperature of 1000°C or higher and lower than its melting point to increase the crystal grain size to a size equal to or larger than the deposited film thickness; The method is characterized by comprising at least a step of forming a solar cell in a large-grain polycrystalline silicon film.

[作用コ 本発明の太陽電池には、2つの大きな特徴がある。すな
わち、 ■膜堆積後にエツチング等の処理を行うことなしに、つ
まり膜を堆積した時点で膜表面に入射光の捕獲を促進す
るような凹凸が形成されていること、 ■膜堆積後にアニールすることにより、多結晶粒径が膜
厚と同等程度もしくはそれ以上まで粒成長していること
、 02点である。
[Function] The solar cell of the present invention has two major features. That is, 1) without performing any treatment such as etching after film deposition, that is, at the time the film is deposited, irregularities are formed on the film surface that promote the capture of incident light, and 2) annealing is performed after film deposition. Accordingly, the polycrystalline grain size has grown to about the same level as the film thickness or more, and the score is 02.

次に、これらの特徴に関する詳細な技術、または現象に
ついて、それぞれ詳しく説明する。
Next, detailed techniques or phenomena related to these characteristics will be explained in detail.

用崖」11糺匡二二」J邦艷戊」 一般に気相から堆積した(CVD)多結晶シリコン膜は
必ずその膜の表面に凹凸を有するが、凹凸の大小は膜の
平均粒径に依存するところが大きい。LPGVDで堆積
した多結晶シリコン膜は通常、結晶粒径が0.03〜0
.1μmであり、その凹凸は0.01〜0.03μm程
度である。選択堆積法等によって得られ、結果的に1μ
m程度の結晶粒径を有する多結晶シリコン膜の凹凸は、
平均0.5μm程度になる。
In general, polycrystalline silicon films deposited from the vapor phase (CVD) always have unevenness on the surface of the film, but the size of the unevenness depends on the average grain size of the film. There's a lot to do. Polycrystalline silicon films deposited by LPGVD typically have a grain size of 0.03 to 0.
.. 1 μm, and its unevenness is about 0.01 to 0.03 μm. Obtained by selective deposition method etc., resulting in 1μ
The unevenness of a polycrystalline silicon film with a crystal grain size of about m is
The average size is about 0.5 μm.

第1図にCVD法によって様々な結晶粒径を有する多結
晶膜を形成し、それぞれの膜の表面の凹凸を測定した結
果をグラフに示した。表面の凹凸はアルファステップ段
差計を用いて測定し、段差の平均値をプロットした。
FIG. 1 is a graph showing the results of forming polycrystalline films having various crystal grain sizes by the CVD method and measuring the surface irregularities of each film. The surface unevenness was measured using an alpha step step meter, and the average value of the step difference was plotted.

結晶の平均粒径は、膜堆積時の核形成密度(N、D、)
を制御することにより得ることができる。核形成密度は
堆積ガスの流量、エツチングガスの流量、堆積温度、堆
積圧力、堆積面材料等によって決定される。第2図はエ
ツチングガス(HCII)の流量を変化させたとぎの核
形成密度の変化を示している。すなわち、堆積面材料を
SiO2または5isN4に、堆積ガスの種類と流量を
5iH2C1z/Hz =Q、53/100(j!/m
in、)に、堆積の温度、圧力、時間を950℃、15
0Torr、20分間にそれぞれ固定して、HCfエツ
チングガスの流量のみを変化させて核形成密度を制御し
たものである。
The average grain size of the crystal is determined by the nucleation density (N, D,) during film deposition.
can be obtained by controlling the The nucleation density is determined by the flow rate of the deposition gas, the flow rate of the etching gas, the deposition temperature, the deposition pressure, the material of the deposition surface, etc. FIG. 2 shows the change in nucleation density when the flow rate of the etching gas (HCII) is changed. That is, the deposition surface material is SiO2 or 5isN4, and the type and flow rate of the deposition gas are 5iH2C1z/Hz = Q, 53/100 (j!/m
in), the deposition temperature, pressure, and time were 950°C and 15°C.
The temperature was fixed at 0 Torr for 20 minutes, and the nucleation density was controlled by changing only the flow rate of the HCf etching gas.

核形成密度(N、D、)と堆積膜の平均粒径(G、S、
)との間には、 G、S、= (N、D、) −”” の関係か成り立つので、核形成密度を制御することで堆
積膜の平均粒径を制御することができる。
The nucleation density (N, D,) and the average grain size of the deposited film (G, S,
), the following relationship holds true: G, S, = (N, D,) - "", so the average grain size of the deposited film can be controlled by controlling the nucleation density.

したがって堆積膜の表面凹凸も制御できるわけである。Therefore, the surface unevenness of the deposited film can also be controlled.

■ 粒径 結晶膜への粒 展性 前述したように、たとえばLPCVD法で多結晶シリコ
ン膜を堆積すると、その膜の平均粒径は、0.03〜0
.1μm程度になる。この粒径は主に600〜650℃
という堆積温度に依るものが大きい。堆積温度を上げて
行くと膜の平均粒径も大きくなって行くが、先に述べた
ように核形成密度を制御するようなエツチングガスを導
入する等の操作をしない限り、平均粒径はせいぜい0.
8〜1.0μm程度にしかならない。
■ Grain size Grain malleability in crystalline film As mentioned above, when a polycrystalline silicon film is deposited by, for example, the LPCVD method, the average grain size of the film is 0.03 to 0.
.. It will be about 1 μm. This particle size is mainly 600-650℃
This largely depends on the deposition temperature. As the deposition temperature increases, the average grain size of the film also increases, but unless operations such as introducing an etching gas to control the nucleation density as mentioned above are carried out, the average grain size will increase at most. 0.
It becomes only about 8 to 1.0 μm.

しかし、小粒径多結晶を熱処理により粒成長させ、結晶
粒径を結晶膜厚程度に成長させる方法((:、Daey
 Ouwens and H,Heijligers、
 Appl、 Phys。
However, there is a method of growing small-grain polycrystals by heat treatment to grow the crystal grain size to about the thickness of the crystal film ((:, Daey
Owens and H. Heijligers;
Appl, Phys.

Lett、 Vol、2B、 No、10. pp、5
69,1975)や、面方位依存性はあるが、結晶膜厚
以上に結晶粒径を成長させる2次粒成長方法(Seco
ndary grain growth)も報告されて
いる(C,V、Tompson、 J、Appl、 P
hys。
Lett, Vol, 2B, No, 10. pp.5
69, 1975) and the secondary grain growth method (Seco
ndary grain growth) has also been reported (C, V, Thompson, J, Appl, P
hys.

Vol、58. pp、763.1985) 、 コれ
らに報告されている現象を使えば、隼に約1000℃以
上、もしくハ1200〜1300℃程度の温度で熱処理
を行うだけで、膜厚100μmの多結晶シリコン膜から
結晶粒径が100μmのもの、もしくはそれ以上のもの
が容易に得られる。しかもこの粒成長時には粒界のみが
移動するだけで表面の形状は変化しない。
Vol, 58. pp. 763.1985), using the phenomenon reported in these papers, it is possible to form a polycrystalline film with a thickness of 100 μm by simply heat-treating Hayabusa at a temperature of about 1000°C or higher, or about 1200-1300°C. A crystal grain size of 100 μm or more can be easily obtained from a silicon film. Moreover, during this grain growth, only the grain boundaries move, and the surface shape does not change.

次に粒成長までのプロセスに着眼した実施態様例を主に
第3図を用いて説明する。
Next, an embodiment focusing on the process up to grain growth will be described mainly using FIG. 3.

[実施態様例] (A)基体301を用意する。基体301は後に行う熱
処理の温度に耐えられるものなら、基本的には何を用い
てもかまわず、たとえば溶融万英等の透明基板や、高融
点金属基板、セラミック基板等があり、さらには電極を
両面からとるタイプの太陽電池を作成する場合には、た
とえばセラミック等の表面に下部電極用膜302を形成
したものを使用する。この場合、下部電極302も熱処
理に耐え得る高融点材料である必要がある。
[Embodiment example] (A) A base 301 is prepared. Basically, any material can be used as the substrate 301 as long as it can withstand the temperature of the heat treatment to be performed later. Examples include a transparent substrate such as a molten metal substrate, a high melting point metal substrate, a ceramic substrate, and even an electrode. When creating a solar cell of the type in which the lower electrode film 302 is formed on both sides, a lower electrode film 302 is formed on the surface of, for example, ceramic or the like. In this case, the lower electrode 302 also needs to be made of a high melting point material that can withstand heat treatment.

(B)気相から平均粒径1μm以上の多結晶シリコン膜
303を堆積する。平均粒径1μm以上ということは、
核形成密度(N、D、)が106(/am2)以下であ
るということなので、たとえば堆積面材料が5i02で
あるならば、第2図のグラフから、堆積ガスの種類と流
量を、S i H2CJ:12/H2=0.53/10
0 (A/min、)、堆積温度、圧力をそれぞれ95
0℃、150Torrという条件下で、HCj2ガスを
0.9A/min、以上流せばよいことになる。
(B) A polycrystalline silicon film 303 having an average grain size of 1 μm or more is deposited from the gas phase. An average particle size of 1 μm or more means that
Since the nucleation density (N, D,) is less than 106 (/am2), for example, if the deposition surface material is 5i02, the type and flow rate of the deposition gas can be determined from the graph in Figure 2 by S i H2CJ:12/H2=0.53/10
0 (A/min, ), deposition temperature, and pressure, respectively.
Under conditions of 0° C. and 150 Torr, it is sufficient to flow HCj2 gas at a rate of 0.9 A/min or more.

堆積ガスとしては、この他にも、たとえばS I H4
% S 12 H8等のシラン系、S i CJ24.
S i HCA3等のクロロシラン系、5fF4、Si
H2F2.5iHFs等のフロロシラン系などがある。
Other examples of the deposition gas include, for example, S I H4
% S 12 Silane type such as H8, S i CJ24.
S i Chlorosilane type such as HCA3, 5fF4, Si
Examples include fluorosilane-based materials such as H2F2.5iHFs.

堆積温度は用いるガスのf!順にょフて大きく異なるが
、粒径1μm以上の多結晶膜を得るためには約600℃
以上の温度が必要である。また、堆積温度は成膜速度に
大きく影響するので、900℃以上1200℃以下であ
るのが好ましく、950℃以上1100℃以下が最適で
ある。
The deposition temperature is f! of the gas used. It varies greatly depending on the order, but in order to obtain a polycrystalline film with a grain size of 1 μm or more, the temperature is approximately 600°C.
A temperature higher than that is required. Further, since the deposition temperature greatly affects the film formation rate, it is preferably 900°C or more and 1200°C or less, and optimally 950°C or more and 1100°C or less.

堆積圧力は数Torr−T;fEE (760Torr
)の範囲で行える。ただし核形成密度の制御は定圧での
方が行いやすいので、好ましくは10〜250Torr
、堆積速度等を考慮に入れると、より好ましくは50〜
150Torrである。
The deposition pressure is several Torr-T; fEE (760 Torr
). However, since it is easier to control the nucleation density at a constant pressure, it is preferably 10 to 250 Torr.
, more preferably from 50 to 50, taking into consideration the deposition rate, etc.
It is 150 Torr.

これらの条件を変えることにより、第2図の核形成密度
とHC1流量の関係は変わってしまうが、それぞれの状
態で粒径1μm以上の多結晶膜が形成できればよい。
By changing these conditions, the relationship between the nucleation density and the HC1 flow rate shown in FIG. 2 changes, but it is sufficient that a polycrystalline film with a grain size of 1 μm or more can be formed under each condition.

また、結晶粒径が1μm以上の膜の表面凹凸は、341
図より約0.5μm以上になることがわかる0表面の凹
凸は入射光の捕獲効率を高めるためのもので、すなわち
垂直入射した光の一部が空間へ反射していくのを再び結
晶のある方向へ導き、利用するためのものである。した
かって本来は、凹凸の段差とその形状の両方が問題にな
るのたが、本発明においては特に形状までは制御してお
らず、段差のみを問題としている。この段差に関しては
実験結果より、0.5μm以下になると効果かあまりみ
られなくなっている。また、段差が2μm以上になると
入射光の捕獲効率の上昇が緩やかになることより、表面
凹凸は0.5μm以上、2μm以下で良いことになる。
In addition, the surface unevenness of a film with a crystal grain size of 1 μm or more is 341
From the figure, it can be seen that the unevenness on the surface of the crystal is approximately 0.5 μm or more. This is to increase the efficiency of capturing incident light. It is meant to guide you and use it. Therefore, originally, both the level difference and the shape of the unevenness would be a problem, but in the present invention, the shape is not particularly controlled, and only the level difference is the problem. Regarding this level difference, experimental results show that when it becomes 0.5 μm or less, there is no significant effect. Further, since the increase in the capture efficiency of incident light becomes gradual when the step height is 2 μm or more, it is sufficient that the surface unevenness is 0.5 μm or more and 2 μm or less.

これは結晶粒径で言い換えれば1μm以上、7μm以下
ということになる。ただし規定されるのは最小値の1μ
mのみて、上限は規定されない。結晶粒径が大きくなる
と堆積速度が小さくなるので、最適価を考えるならば結
晶粒径にして3μm以上、6μm以下となる。
In other words, this means a crystal grain size of 1 μm or more and 7 μm or less. However, the minimum value specified is 1μ.
Considering only m, no upper limit is specified. As the crystal grain size increases, the deposition rate decreases, so when considering the optimum value, the crystal grain size should be 3 μm or more and 6 μm or less.

作成する太陽電池が単結晶基板上のそれと同程度の特性
を得るためには、結晶粒径が約100μm以上であるこ
とが好ましいことより、堆積膜厚も100μm以上であ
ることが好ましいが、材料の有効利用という点も考慮に
入れると、100μm以上200μm以下がより好まし
く、120μm以上150μm以下が最適である。ただ
し膜厚が100μm以下であっても、次に述へる2次粒
成長を行えば粒径を100μm以上にすることが可能で
ある。
In order for the solar cell to be created to have properties comparable to those on a single-crystal substrate, it is preferable that the crystal grain size is approximately 100 μm or more, and therefore the deposited film thickness is also preferably approximately 100 μm or more. Taking into consideration the effective use of , the thickness is more preferably 100 μm or more and 200 μm or less, and optimally 120 μm or more and 150 μm or less. However, even if the film thickness is 100 μm or less, it is possible to increase the grain size to 100 μm or more by performing secondary grain growth as described below.

(C)7:−ルによる粒成長を行う。アニールの雰囲気
は特に限定されない9−船釣には不活性な窒素雰囲気中
で行うことが多い。温度に関しては1000℃以上、融
点(1420℃)以下で行う、これは1000℃以下で
は粒成長するのに、極めて長い時間がかかってしまうこ
とと、融点以上では膜が融解し始めるために表面の凹凸
がなくなってしまうためである。また、シリコンの場合
、約1300℃以上の温度でアニールすると2次粒成長
として結晶粒径が膜厚より大ぎくなる現象が起こる0粒
径が大きい方が太陽電池としては有利ではあるが、用い
る基板の耐熱性、高温アニール時の膜の応力等を考慮し
て、1次粒成長の領域(1000〜1300℃)と2次
粒成長の領域(1300〜1400℃)を使い分ける必
要がある。
(C) 7: Grain growth is performed using -ru. The atmosphere for annealing is not particularly limited. 9 - For boat fishing, annealing is often carried out in an inert nitrogen atmosphere. The temperature is 1000°C or higher and below the melting point (1420°C). This is because below 1000°C it takes an extremely long time for grain growth, and above the melting point the film begins to melt, causing damage to the surface. This is because the unevenness disappears. In addition, in the case of silicon, when annealed at a temperature of about 1300°C or higher, the crystal grain size becomes larger than the film thickness due to secondary grain growth. Although a larger grain size is advantageous for solar cells, It is necessary to use the primary grain growth region (1000 to 1300° C.) and the secondary grain growth region (1300 to 1400° C.) in consideration of the heat resistance of the substrate, the stress of the film during high-temperature annealing, and the like.

アニール時間は膜厚や温度にもよるが、およそ数分〜4
0分程遣方ある。
Annealing time depends on film thickness and temperature, but approximately several minutes to 4
It takes about 0 minutes.

[実施例] 次に本発明の詳細な説明する。[Example] Next, the present invention will be explained in detail.

(実施例−1) 第4図を用いて実施例−1を説明する。(Example-1) Example 1 will be explained using FIG. 4.

(A)基板として10cmX15cmの長方形をした透
明な溶融石英基板401を用憇した。
(A) A transparent fused quartz substrate 401 having a rectangular shape of 10 cm x 15 cm was used as a substrate.

(B)CVD法により多結晶シリコン@4o3を堆積し
た。このときの堆積条件は次のとおりである。
(B) Polycrystalline silicon@4o3 was deposited by CVD method. The deposition conditions at this time are as follows.

ソースガス/ユッチンクガス/キャリアガス:  5i
H2C12/HCI/H2ガス流量: 0.5310.
80/100  (It /win、)堆積温度=90
0℃ 堆積圧カニ 150Torr 堆積時間:80m1n。
Source gas/Yutching gas/Carrier gas: 5i
H2C12/HCI/H2 gas flow rate: 0.5310.
80/100 (It/win,) Deposition temperature=90
0°C Deposition pressure: 150 Torr Deposition time: 80 m1n.

これにより得られた多結晶シリコン膜403は、膜厚1
00μm、平均粒径3μm、表面凹凸の平均段差約1.
2μmだった。
The polycrystalline silicon film 403 thus obtained has a thickness of 1
00μm, average grain size 3μm, average height difference in surface unevenness about 1.
It was 2 μm.

(C)この多結晶膜を窒素雰囲気中、1150’t:で
40分間アニールした。これにより平均粒径約100μ
mの大粒径多結晶膜406を得た。
(C) This polycrystalline film was annealed for 40 minutes at 1150't: in a nitrogen atmosphere. This results in an average particle size of approximately 100μ.
A large grain size polycrystalline film 406 of m was obtained.

(D)膜表面に電極をとるためにp゛領域407とn′
″領域408を形成した。これらの領域はライン状であ
って、かつP+とn9が50μm間隔で交互になるよう
に、イオン注入法により形成した。イオン注入にはボロ
ンとリンのイオンをそれぞれ用いた。
(D) p′ region 407 and n′ to provide electrodes on the film surface
"regions 408 were formed. These regions were line-shaped and formed by ion implantation so that P+ and n9 were alternated at intervals of 50 μm. Boron and phosphorus ions were used for the ion implantation, respectively. there was.

(E)マスク蒸着法によりAj2電極409を形成した
。第4図CF)に電8i409の平面図を示した。A1
の厚さは1μmとし、櫛型にバターニングされていて、
p型とn型を反対方向から取り出せるようにした。なお
、電極をパターニングした後、Anとシリコンのオーミ
ックをとるために水素雰囲気中で、400℃、30分間
の熱処理を行った。最後にパッシベイション膜410と
して、エポキシ樹脂を塗布した。
(E) Aj2 electrode 409 was formed by mask evaporation. Figure 4 CF) shows a plan view of the Den8i409. A1
The thickness is 1 μm, and it is buttered into a comb shape.
P-type and n-type can be extracted from opposite directions. Note that after patterning the electrode, heat treatment was performed at 400° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere to obtain ohmic properties between An and silicon. Finally, epoxy resin was applied as a passivation film 410.

以上のようなプロセスを経てpin型の太陽電池が形成
された。この太陽電池は透明である基板側から光を入射
するタイプのものであるが、基板側から垂直入射された
光が活性層であるシリコンを透過しようとする際に、t
8ii側の凹凸によって活性層内部に反射され、もしく
は配線された電極により反射されて入射光の使用効率を
高めることができる。そしてこの太陽電池の平均エネル
ギー変換効率は11.8%だった。
A pin type solar cell was formed through the above process. This solar cell is of a type in which light enters from the transparent substrate side, but when the light that is perpendicularly incident from the substrate side tries to pass through the silicon, which is the active layer, t
The use efficiency of incident light can be increased by being reflected into the active layer by the unevenness on the 8ii side or by the wired electrodes. The average energy conversion efficiency of this solar cell was 11.8%.

(実施例−2) 実施例−1と同様の基板を用い、同様の方法で多結晶シ
リコン膜を堆積した。ただし、堆積膜厚は40μmにな
るようにした。すなわち実施例−1で行ったシリコン、
膜の堆積条件において、堆積時間のみを32分間とした
(Example 2) Using the same substrate as in Example 1, a polycrystalline silicon film was deposited by the same method. However, the deposited film thickness was set to 40 μm. That is, the silicon used in Example-1,
Regarding the film deposition conditions, only the deposition time was set to 32 minutes.

次にこのシリコン膜を窒素雰囲気中、1350℃で20
分間の熱処理を行った。小粒径(3μm)多結晶シリコ
ン膜は2次粒成長の温度領域での熱処理により、平均粒
径が約80μmとなった。
Next, this silicon film was heated at 1350°C for 20 minutes in a nitrogen atmosphere.
Heat treatment was performed for 1 minute. The polycrystalline silicon film having a small grain size (3 μm) was heat-treated in the temperature range for secondary grain growth, so that the average grain size became about 80 μm.

後は実施例−1と同様の方法でpin型の太陽電池を形
成した。この太陽電池の平均エネルギー変換効率は12
.0%だった。
After that, a pin type solar cell was formed in the same manner as in Example-1. The average energy conversion efficiency of this solar cell is 12
.. It was 0%.

(実施例−3) 第5図を用いて実施例−3を説明する。(Example-3) Example 3 will be explained using FIG. 5.

(A)基板として10cmx15cmのアルミナセラミ
ック基板(焼結体)5o1を用意し、この基板上に下部
t8i用としてクロム[502を真空蒸着により1μm
堆積した。
(A) A 10cm x 15cm alumina ceramic substrate (sintered body) 5o1 is prepared as a substrate, and chromium [502] is vacuum-deposited onto this substrate to a thickness of 1 μm for the lower t8i.
Deposited.

(B)CVD法により多結晶シリコンgso3を堆積し
た。このときの堆積条件は次のとおりである。
(B) Polycrystalline silicon gso3 was deposited by CVD method. The deposition conditions at this time are as follows.

ソースガス/エツチングガス/キャリアガス:  5i
H2Ch/HC:1/)I2ガス流量: 0.53/1
.10/100  (j2 /min、)ドーピングガ
ス/流量 :  50ppm−PHs (H2希釈)/
72 (sccm)堆積温度:950℃ 堆積圧カニ 150Torr 堆積時間+90m1n。
Source gas/etching gas/carrier gas: 5i
H2Ch/HC: 1/) I2 gas flow rate: 0.53/1
.. 10/100 (j2/min,) Doping gas/flow rate: 50ppm-PHs (H2 dilution)/
72 (sccm) Deposition temperature: 950°C Deposition pressure: 150 Torr Deposition time +90 m1n.

これにより膜厚100μm、平均粒径4μm2表面凹凸
の平均段差約1.4μmのn型子結晶シリコン膜503
が得られた。
As a result, an n-type child-crystalline silicon film 503 with a film thickness of 100 μm and an average grain size of 4 μm2 and an average height difference of about 1.4 μm between surface irregularities.
was gotten.

(C)この多結晶膜を窒素雰囲気中、1150℃で4o
分間アニールした。これにより平均粒径約100μmの
大粒径多結晶膜506を得た。なお、シリコン膜と下部
電極との界面にはシリサイド507が形成され、電極と
のオーミックコンタクトがとれるようになった。
(C) This polycrystalline film was heated to 4°C at 1150°C in a nitrogen atmosphere.
Annealed for minutes. As a result, a large-grain polycrystalline film 506 with an average grain size of about 100 μm was obtained. Note that silicide 507 was formed at the interface between the silicon film and the lower electrode, making it possible to establish ohmic contact with the electrode.

(D)!表面に上部!極をとるために、20層508を
形成した。このpI層はイオン注入法により形成した。
(D)! Top on the surface! To obtain the poles, 20 layers 508 were formed. This pI layer was formed by ion implantation.

イオン注入にはボロンイオンを用いた。Boron ions were used for ion implantation.

(E)透明導電膜であるITOIIt509を、100
0人の厚さに、電子線蒸着法により形成し、これを上部
電極とした。最後にパッシベイション膜510としてエ
ポキシ樹脂を塗布した。
(E) ITOIIt509, which is a transparent conductive film, was
It was formed to a thickness of 0.0 mm by electron beam evaporation, and this was used as the upper electrode. Finally, epoxy resin was applied as a passivation film 510.

以上のようなプロセスを経てpn型の太陽電池が形成さ
れた。この太陽電池の平均のエネルギー変換効率は12
.3%であフた。
A pn type solar cell was formed through the process described above. The average energy conversion efficiency of this solar cell is 12
.. It was 3%.

(実施例−4) 第6図を用いて実施例−4を説明する。(Example-4) Example 4 will be explained using FIG. 6.

(A)基板として10cmX15cmのタングステン基
板601を用意した。
(A) A 10 cm x 15 cm tungsten substrate 601 was prepared as a substrate.

(B)CVD法により多結晶シリコン膜603を堆積し
た。このときの堆積条件は次のとおりである。
(B) A polycrystalline silicon film 603 was deposited by CVD. The deposition conditions at this time are as follows.

ソースガス/エツチングガス/キャリアガス:  5i
)12ch/HCI/)12ガス流量: 0.53/1
.10/loo  (1/win、)ドービンクガス/
流量 :  50ppc−PH1(H2希釈)/72 
(sccm)堆積温度=950℃ 堆積圧カニ 150Torr 堆積時間: 28m1 n。
Source gas/etching gas/carrier gas: 5i
)12ch/HCI/)12 Gas flow rate: 0.53/1
.. 10/loo (1/win,) Dovinku Gas/
Flow rate: 50ppc-PH1 (H2 dilution)/72
(sccm) Deposition temperature = 950°C Deposition pressure 150 Torr Deposition time: 28 ml n.

これにより膜厚40μm1平均粒径3.5μm1表面凹
凸の平均段差的1.3μmのn型多結晶シリコン膜60
3が得られた。
As a result, an n-type polycrystalline silicon film 60 with a film thickness of 40 μm, an average grain size of 3.5 μm, and an average step height of 1.3 μm on the surface unevenness.
3 was obtained.

(C)この多結晶膜を窒素雰囲気中、1350℃で20
分間アニールした。これにより平均粒径約100μmの
大粒径多結晶膜606を得た。なお、シリコン膜と基板
との界面にはシリサイド607が形成され、基板(下部
ti8i>とのオーミックコンタクトがとれるようにな
った。
(C) This polycrystalline film was heated at 1350°C for 20 minutes in a nitrogen atmosphere.
Annealed for minutes. As a result, a large-grain polycrystalline film 606 with an average grain size of about 100 μm was obtained. Note that silicide 607 is formed at the interface between the silicon film and the substrate, and ohmic contact with the substrate (lower ti8i>) can be established.

後は実施例−3と同じ工程で太陽電池を形成した。After that, a solar cell was formed using the same steps as in Example-3.

以上のようなプロセスを経てpn型の太陽電池が形成さ
れた。この太陽電池の平均のエネルギー変換効率は12
.2%であ)た。
A pn type solar cell was formed through the process described above. The average energy conversion efficiency of this solar cell is 12
.. 2%).

[発明の効果コ 以上説明したように多結晶シリコン薄膜太陽電池におい
て、シリコン膜の表面に(@の堆積と同時に)凹凸をつ
くることと、多結晶粒径を十分に大きく(数十〜数百μ
m)粒成長させることにより、単結晶シリコンを用いた
太陽電池と同程度のエネルギー変換効率を有する太陽電
池を安価に提供できるようになった。
[Effects of the invention] As explained above, in a polycrystalline silicon thin film solar cell, it is possible to create irregularities on the surface of the silicon film (at the same time as the @ deposition) and to make the polycrystalline grain size sufficiently large (several tens to hundreds of μ
m) Grain growth has made it possible to provide inexpensive solar cells with energy conversion efficiency comparable to solar cells using single-crystal silicon.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、多結晶シリコン膜を堆積した場合の粒径と表
面凹凸との関係を表したグラフである。 第2図は、多結晶シリコン膜を堆積するとぎの核形成密
度の制御をHCJlエツチングガスで行った場合の例を
示したグラフである。 第3図は、本発明の代表的な太陽電池の形成工程のうち
、多結晶シリコン膜、の成膜工程について説明した工程
図である。 第4図から第6図は、本発明の太陽電池の形成工程の実
施例を示した図である。 (符号の説明) 301.401,501,601・・・基板、302.
502・・・下部電極膜、303,403゜503.6
03・・・多結晶シリコン膜、304・・・膜表面凹凸
、305・・・粒界、308,406゜506.606
・・・大粒径多結晶シリコン膜、407.408,50
7,508,607・・・オーミックコンタクト層(n
*、p*またはシリサイド層)、409,509・・・
電極、410゜510・・・パッシベイシ5ン膜。 第1図 粒径(μm) 第2図 HCj2jス流量(ff/min、) 第6図
FIG. 1 is a graph showing the relationship between grain size and surface unevenness when a polycrystalline silicon film is deposited. FIG. 2 is a graph showing an example of controlling the nucleation density after depositing a polycrystalline silicon film using HCJl etching gas. FIG. 3 is a process diagram illustrating the process of forming a polycrystalline silicon film among the typical solar cell forming processes of the present invention. FIGS. 4 to 6 are diagrams showing examples of the solar cell forming process of the present invention. (Explanation of symbols) 301.401, 501, 601...Substrate, 302.
502...lower electrode film, 303,403°503.6
03... Polycrystalline silicon film, 304... Film surface unevenness, 305... Grain boundary, 308,406°506.606
...Large grain size polycrystalline silicon film, 407.408,50
7,508,607...Ohmic contact layer (n
*, p* or silicide layer), 409,509...
Electrode, 410°510... Passive Basin 5-inch membrane. Figure 1 Particle size (μm) Figure 2 HCj2j flow rate (ff/min,) Figure 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】  基体表面の核形成密度を制御することにより、該基体
上に、平均粒径が1μm以上の多結晶シリコン膜を、平
均粒径以上の膜厚に気相から堆積して、表面に凹凸のあ
るシリコン膜を形成する工程と、 該シリコン膜を1000℃以上融点以下の温度でアニー
ルすることにより、結晶粒径を堆積膜厚と同等以上の大
きさまで大粒径化する工程と、得られた大粒径多結晶シ
リコン膜に太陽電池を形成する工程とを、少なくとも有
することを特徴とする太陽電池および該太陽電池の製造
方法。
[Claims] By controlling the nucleation density on the surface of the substrate, a polycrystalline silicon film having an average grain size of 1 μm or more is deposited from the vapor phase on the substrate to a thickness equal to or larger than the average grain size. , a step of forming a silicon film with an uneven surface, and a step of annealing the silicon film at a temperature of 1000°C or higher and lower than the melting point to increase the crystal grain size to a size equal to or larger than the deposited film thickness. and a step of forming a solar cell on the obtained large-grain polycrystalline silicon film, and a method for manufacturing the solar cell.
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