JPH04245683A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
太陽電池の製造方法Info
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- JPH04245683A JPH04245683A JP3011198A JP1119891A JPH04245683A JP H04245683 A JPH04245683 A JP H04245683A JP 3011198 A JP3011198 A JP 3011198A JP 1119891 A JP1119891 A JP 1119891A JP H04245683 A JPH04245683 A JP H04245683A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池の製造方法に係
り、より詳しくは、太陽電池のｐｎ接合を固相成長法で
形成する太陽電池の製造方法に関する。
り、より詳しくは、太陽電池のｐｎ接合を固相成長法で
形成する太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン多結晶を用いた太陽電池は知ら
れている。シリコン多結晶はシリコン単結晶よりも大面
積化が容易であり、かつ安価である利点があり、太陽電
池用半導体基板として非常に有望である。シリコン多結
晶基板にｐｎ接合を形成する方法としては、一般的に、
ｐ型シリコン基板上にＣＶＤ法でｎ型シリコン層をエピ
タキシャル成長するか、またはｐ型シリコン基板に拡散
法でｎ型拡散層を形成する方法がとられている。
れている。シリコン多結晶はシリコン単結晶よりも大面
積化が容易であり、かつ安価である利点があり、太陽電
池用半導体基板として非常に有望である。シリコン多結
晶基板にｐｎ接合を形成する方法としては、一般的に、
ｐ型シリコン基板上にＣＶＤ法でｎ型シリコン層をエピ
タキシャル成長するか、またはｐ型シリコン基板に拡散
法でｎ型拡散層を形成する方法がとられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＣＶＤ
法でシリコン層をエピタキシャル成長する方法は高温を
必要とし、用いうる基板に制約があり、プラズマＣＶＤ
法では低温成長できるが、その後電極ペースト焼成など
より高温の熱処理を経るとき膜質が低下する（デバイス
特性が低下する）欠点がある。また、拡散法では高温を
必要とするだけでなく１０２０ｃｍ−３以上の高濃度の
拡散層を形成することが困難であり、しかも高濃度にす
ると拡散深さが深くなる、拡散層形成の制御性が低いと
いう欠点がある。
法でシリコン層をエピタキシャル成長する方法は高温を
必要とし、用いうる基板に制約があり、プラズマＣＶＤ
法では低温成長できるが、その後電極ペースト焼成など
より高温の熱処理を経るとき膜質が低下する（デバイス
特性が低下する）欠点がある。また、拡散法では高温を
必要とするだけでなく１０２０ｃｍ−３以上の高濃度の
拡散層を形成することが困難であり、しかも高濃度にす
ると拡散深さが深くなる、拡散層形成の制御性が低いと
いう欠点がある。
【０００４】そこで、本発明は、低温で、浅い、高濃度
の、グレーデッド構造を持つｐｎ接合を形成する方法を
提供し、よって高品質の太陽電池を提供することを目的
とする。
の、グレーデッド構造を持つｐｎ接合を形成する方法を
提供し、よって高品質の太陽電池を提供することを目的
とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、少なくとも表面が第一導電型シリコン結
晶層からなる基板上にノンドープのアモルファスシリコ
ン層を堆積し、該ノンドープアモルファスシリコン層上
に該第一導電型と反対の導電型である第二導電型のアモ
ルファスシリコン層を堆積し、該ノンドープ及び第二導
電型のアモルファスシリコン層を熱処理して結晶質シリ
コン層に変換し、よってグレーデッド構造のｐｎ接合を
形成することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供す
る。簡単に述べると、本発明は固相成長法でグレーデッ
ド構造のｐｎ接合を形成することを特徴とする太陽電池
の製造方法である。
成するために、少なくとも表面が第一導電型シリコン結
晶層からなる基板上にノンドープのアモルファスシリコ
ン層を堆積し、該ノンドープアモルファスシリコン層上
に該第一導電型と反対の導電型である第二導電型のアモ
ルファスシリコン層を堆積し、該ノンドープ及び第二導
電型のアモルファスシリコン層を熱処理して結晶質シリ
コン層に変換し、よってグレーデッド構造のｐｎ接合を
形成することを特徴とする太陽電池の製造方法を提供す
る。簡単に述べると、本発明は固相成長法でグレーデッ
ド構造のｐｎ接合を形成することを特徴とする太陽電池
の製造方法である。
【０００６】基板は、少なくとも表面が第一導電型シリ
コン結晶層からなるものである。第一導電型シリコン結
晶層は、基板自体でもよいし、または基板表面に成長さ
せた層でもよい。基板表面の第一導電型シリコン結晶層
は、１０１７〜１０１５／ｃｍ３程度のドーパント濃度
、抵抗率で０．１ 〜１０Ωｃｍ程度のｎ− 型又はｐ
− 型の結晶層とする。
コン結晶層からなるものである。第一導電型シリコン結
晶層は、基板自体でもよいし、または基板表面に成長さ
せた層でもよい。基板表面の第一導電型シリコン結晶層
は、１０１７〜１０１５／ｃｍ３程度のドーパント濃度
、抵抗率で０．１ 〜１０Ωｃｍ程度のｎ− 型又はｐ
− 型の結晶層とする。
【０００７】基板の表面は、アモルファスシリコン層の
堆積前に清浄化処理を行うことが良質のｐｎ接合を固相
成長法で形成するために極めて望ましい。具体的には、
有機洗浄後、アルカリ性液又は混酸によるエッチングに
より清浄な基板表面を出す。この他、インサイトでのプ
ラズマによるエッチングによっても可能である。この表
面が第一導電型シリコン結晶層からなる基板上に、先ず
、ノンドープのアモルファスシリコン層を堆積する。 ここでノンドープとは、試料ガスとしてＰＨ３ などの
ドーパントガスを含まないもの、あるいは数十から百ｐ
ｐｍ 程度のドーパントガスを含んだものを用いて成膜
するもので１０１６／ｃｍ３以下のドーパント濃度の場
合を含めていう。 この堆積の一般的条件は下記の如くである。
堆積前に清浄化処理を行うことが良質のｐｎ接合を固相
成長法で形成するために極めて望ましい。具体的には、
有機洗浄後、アルカリ性液又は混酸によるエッチングに
より清浄な基板表面を出す。この他、インサイトでのプ
ラズマによるエッチングによっても可能である。この表
面が第一導電型シリコン結晶層からなる基板上に、先ず
、ノンドープのアモルファスシリコン層を堆積する。 ここでノンドープとは、試料ガスとしてＰＨ３ などの
ドーパントガスを含まないもの、あるいは数十から百ｐ
ｐｍ 程度のドーパントガスを含んだものを用いて成膜
するもので１０１６／ｃｍ３以下のドーパント濃度の場
合を含めていう。 この堆積の一般的条件は下記の如くである。
【０００８】シリコン源： ＳｉＨ４ガス流量
： １０〜５０ ｓｃｃｍ 基板温度：
１５０ 〜３５０ ℃圧力：
２００ ｍＴｏｒｒ電力： １０〜２
０ Ｗ膜厚： １００〜１０００Åこの堆積
法によれば、低温で、ノンドープのアモルファスシリコ
ン層を所望の厚さに形成することができる。
： １０〜５０ ｓｃｃｍ 基板温度：
１５０ 〜３５０ ℃圧力：
２００ ｍＴｏｒｒ電力： １０〜２
０ Ｗ膜厚： １００〜１０００Åこの堆積
法によれば、低温で、ノンドープのアモルファスシリコ
ン層を所望の厚さに形成することができる。
【０００９】こうして得られたノンドープのアモルファ
スシリコン層上に、次いで、第一導電型と反対の導電型
である第二導電型のアモルファスシリコン層を堆積する
。この堆積の一般的条件は下記の如くである。 シリコン源： ＳｉＨ４ ドーパント（
ｐ型）： Ｂ２Ｈ６ ドーパント（ｎ型）： ＰＨ３ ドーパント濃度： ０．１ 〜３％ガス流量：
１０ 〜５０ ｓｃｃｍ 基板温度： １５０〜３５
０ ℃ 圧力： ２００ｍＴｏｒｒ プラズマ電力： １０ 〜２０Ｗ 膜厚： １００ 〜２０００Å或いはそれ以上この堆積
法によれば、低温で、高濃度にドープしたアモルファス
シリコン層を所望の厚さに形成することができる。
スシリコン層上に、次いで、第一導電型と反対の導電型
である第二導電型のアモルファスシリコン層を堆積する
。この堆積の一般的条件は下記の如くである。 シリコン源： ＳｉＨ４ ドーパント（
ｐ型）： Ｂ２Ｈ６ ドーパント（ｎ型）： ＰＨ３ ドーパント濃度： ０．１ 〜３％ガス流量：
１０ 〜５０ ｓｃｃｍ 基板温度： １５０〜３５
０ ℃ 圧力： ２００ｍＴｏｒｒ プラズマ電力： １０ 〜２０Ｗ 膜厚： １００ 〜２０００Å或いはそれ以上この堆積
法によれば、低温で、高濃度にドープしたアモルファス
シリコン層を所望の厚さに形成することができる。
【００１０】次に、堆積したノンドープ及び第二導電型
のアモルファスシリコン層を熱処理して結晶化させる。 この熱処理は結晶シリコン層の堆積の場合（ 一般に９
００ 〜１１００℃） と比べて低温でよく、アモルフ
ァスシリコン層の膜質等によるが、典型的には６００
〜７００℃でよい。５００ ℃未満では良好な結晶が得
られにくく、一方より高温にするとランダム結晶核発生
によりエピタキシャル成長せずに粒径の小さな多結晶と
なる。熱処理雰囲気は不活性雰囲気、例えばアルゴンで
あればよい。
のアモルファスシリコン層を熱処理して結晶化させる。 この熱処理は結晶シリコン層の堆積の場合（ 一般に９
００ 〜１１００℃） と比べて低温でよく、アモルフ
ァスシリコン層の膜質等によるが、典型的には６００
〜７００℃でよい。５００ ℃未満では良好な結晶が得
られにくく、一方より高温にするとランダム結晶核発生
によりエピタキシャル成長せずに粒径の小さな多結晶と
なる。熱処理雰囲気は不活性雰囲気、例えばアルゴンで
あればよい。
【００１１】この熱処理により、ノンドープ及び第二導
電型のアモルファスシリコン層は結晶化し、グレーデッ
ド構造を持つｐｎ接合が形成される。この方法によれば
、先ず、低温でｐｎ接合が形成できるので、半導体膜或
いは層の品質を低下させることがない。また、低温であ
るのでドーパントが基板中に深く拡散することもない。 結晶化されるシリコン層の厚さは１００ Å程度までは
薄くすることができる。従来の熱拡散法では高濃度に拡
散しようとすると少なくとも５０００Å程度まで達した
が、本発明ではドーパント濃度と無関係に薄くすること
ができる。但し、１００ Åより薄くすると開放電圧、
短絡電流ともに減少し、太陽電池の変換効率が低下する
。結晶化した第二導電型シリコン層のドーパント濃度と
しては１０２１ｃｍ−３程度までは容易に実現できる。 従って、基本的に、浅くかつ急峻な濃度勾配を持つｐｎ
接合が得られ、しかも、ノンドープ層が介在することに
よって、第二導電型シリコン層最表面とｐｎ接合間に表
面電界が生じその結果として太陽電池の短絡光電流の増
加をはかることができる。
電型のアモルファスシリコン層は結晶化し、グレーデッ
ド構造を持つｐｎ接合が形成される。この方法によれば
、先ず、低温でｐｎ接合が形成できるので、半導体膜或
いは層の品質を低下させることがない。また、低温であ
るのでドーパントが基板中に深く拡散することもない。 結晶化されるシリコン層の厚さは１００ Å程度までは
薄くすることができる。従来の熱拡散法では高濃度に拡
散しようとすると少なくとも５０００Å程度まで達した
が、本発明ではドーパント濃度と無関係に薄くすること
ができる。但し、１００ Åより薄くすると開放電圧、
短絡電流ともに減少し、太陽電池の変換効率が低下する
。結晶化した第二導電型シリコン層のドーパント濃度と
しては１０２１ｃｍ−３程度までは容易に実現できる。 従って、基本的に、浅くかつ急峻な濃度勾配を持つｐｎ
接合が得られ、しかも、ノンドープ層が介在することに
よって、第二導電型シリコン層最表面とｐｎ接合間に表
面電界が生じその結果として太陽電池の短絡光電流の増
加をはかることができる。
【００１２】固相成長のための熱処理の後、固相成長温
度以上の温度に昇温してドープした不純物を拡散させて
接合界面を改善することもできる。ｐｎ接合の形成以外
の電極等の形成は、通常の太陽電池と同様にすることが
できる。
度以上の温度に昇温してドープした不純物を拡散させて
接合界面を改善することもできる。ｐｎ接合の形成以外
の電極等の形成は、通常の太陽電池と同様にすることが
できる。
【００１３】
【作用】基板上に固相成長法で導電層を形成するので、
高濃度でかつ浅いｐｎ接合を形成できる。ノンドープ層
を介在させることにより、グレーデッド構造を形成する
ことができ、表面電界効果により短絡光電流の向上をは
かることができる。また、低温処理であるので、基板等
の結晶品質を低下させることもない。
高濃度でかつ浅いｐｎ接合を形成できる。ノンドープ層
を介在させることにより、グレーデッド構造を形成する
ことができ、表面電界効果により短絡光電流の向上をは
かることができる。また、低温処理であるので、基板等
の結晶品質を低下させることもない。
【００１４】
【実施例】図１に示した如き成長装置を用いた。同図中
、１はシリコン基板、２は基板ホルダー兼ＲＦ電極、３
はヒータ、４はガスノズル、５はＲＦ電極、６はガス導
入管、７はプラズマ発生領域、８は真空チャンバーであ
る。図２を参照すると、（１００） 又は（１１１）
Ｃｚ 単結晶シリコン（抵抗率２〜６Ωｃｍ） または
キャスト多結晶シリコンを用い、アルカリエッチングし
た後、製膜前処理として、アセトンによる超音波有機洗
浄、純水洗浄、フッ酸による酸化膜除去、純水リンス、
そして乾燥窒素ブローを行った。
、１はシリコン基板、２は基板ホルダー兼ＲＦ電極、３
はヒータ、４はガスノズル、５はＲＦ電極、６はガス導
入管、７はプラズマ発生領域、８は真空チャンバーであ
る。図２を参照すると、（１００） 又は（１１１）
Ｃｚ 単結晶シリコン（抵抗率２〜６Ωｃｍ） または
キャスト多結晶シリコンを用い、アルカリエッチングし
た後、製膜前処理として、アセトンによる超音波有機洗
浄、純水洗浄、フッ酸による酸化膜除去、純水リンス、
そして乾燥窒素ブローを行った。
【００１５】このｐ− 型シリコン基板１１を成長装置
中に搭載し、下記の条件でノンドープのアモルファスシ
リコン層１２を堆積した。 ソースガス： ＳｉＨ４ガス ガス流量： ２５ ｓｃｃｍ 基板温度： １７０ ℃ 圧力： ２００ ｍＴｏｏｒ 電力：
１０ Ｗ 膜厚： ３００ Å 次いで、下記の条件で、ノンドープアモルファスシリコ
ン層１２上に高濃度ｎ＋ 型アモルファスシリコン層１
３を堆積した。
中に搭載し、下記の条件でノンドープのアモルファスシ
リコン層１２を堆積した。 ソースガス： ＳｉＨ４ガス ガス流量： ２５ ｓｃｃｍ 基板温度： １７０ ℃ 圧力： ２００ ｍＴｏｏｒ 電力：
１０ Ｗ 膜厚： ３００ Å 次いで、下記の条件で、ノンドープアモルファスシリコ
ン層１２上に高濃度ｎ＋ 型アモルファスシリコン層１
３を堆積した。
【００１６】ソースガス： ＰＨ３ を１％含むＳｉＨ
４ガスガス流量： ２５ ｓｃｃｍ 基板温度： １７０ ℃ 圧力： ２００ ｍＴｏｏｒ 電力：
１０ Ｗ 膜厚： ７００ Å 次いで、アモルファスシリコン層１２，１３ を堆積し
た基板１１をイメージ炉中で、１２０ ℃／ 分の速度
で昇温し、６００ ℃に５ 分間保持した後、徐冷した
。
４ガスガス流量： ２５ ｓｃｃｍ 基板温度： １７０ ℃ 圧力： ２００ ｍＴｏｏｒ 電力：
１０ Ｗ 膜厚： ７００ Å 次いで、アモルファスシリコン層１２，１３ を堆積し
た基板１１をイメージ炉中で、１２０ ℃／ 分の速度
で昇温し、６００ ℃に５ 分間保持した後、徐冷した
。
【００１７】得られた結晶化膜の特性として、結晶構造
を紫外表面反射及びＲ−ＨＥＥＤ（ 反射型高エネルギ
ー電子線回折） により、また電気特性をホール効果測
定および拡がり抵抗測定により観測した。その結果、表
面付近でキャリア濃度１０２０ｃｍ−１、抵抗率１０−
３Ω・ｃｍ程度で抵抗率（キャリア濃度）がグレイテッ
ドな構造を持つ結晶膜が得られていることが確認された
。
を紫外表面反射及びＲ−ＨＥＥＤ（ 反射型高エネルギ
ー電子線回折） により、また電気特性をホール効果測
定および拡がり抵抗測定により観測した。その結果、表
面付近でキャリア濃度１０２０ｃｍ−１、抵抗率１０−
３Ω・ｃｍ程度で抵抗率（キャリア濃度）がグレイテッ
ドな構造を持つ結晶膜が得られていることが確認された
。
【００１８】それから、太陽電池を図３ を参照して説
明すると、次の如く作成した。図３ 中、２１は透明電
極、２２はくし型表面電極、２３はｎ＋ 型結晶質シリ
コン層、２４はｎ− 型結晶質シリコン層、２５はｐ−
型結晶質シリコン層、２６は裏面電極である。太陽電
池の特性はＡＭ１．５ による測定で開放電圧 ０．５
６Ｖ、短絡光電流は単結晶基板上で３２．５ｍＡ／ｃｍ
２、多結晶基板上で２９ｍＡ／ｃｍ２、変換効率はそれ
ぞれ１４．５％ と１３％ であった。
明すると、次の如く作成した。図３ 中、２１は透明電
極、２２はくし型表面電極、２３はｎ＋ 型結晶質シリ
コン層、２４はｎ− 型結晶質シリコン層、２５はｐ−
型結晶質シリコン層、２６は裏面電極である。太陽電
池の特性はＡＭ１．５ による測定で開放電圧 ０．５
６Ｖ、短絡光電流は単結晶基板上で３２．５ｍＡ／ｃｍ
２、多結晶基板上で２９ｍＡ／ｃｍ２、変換効率はそれ
ぞれ１４．５％ と１３％ であった。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、低温プロセスで、高キ
ャリア濃度でかつ浅いグレーデッド構造のｐｎ接合を持
ちしかも膜質の優れた太陽電池が得られる。
ャリア濃度でかつ浅いグレーデッド構造のｐｎ接合を持
ちしかも膜質の優れた太陽電池が得られる。
【図１】アモルファスシリコン層のＣＶＤ堆積装置の模
式図である。
式図である。
【図２】実施例のｐｎ接合の形成を示す模式断面図であ
る。
る。
【図３】実施例の太陽電池の模式図である。
１─基板
２─基板ホルダー兼ＲＦ電極
３─ヒータ
４─ガスノズル
５─ＲＦ電極
６─ガス導入管
７─プラズマ発生領域
８─真空チャンバー
１１─ｐ− 型シリコン基板
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくとも表面が第一導電型シリコン
結晶層からなる基板上にノンドープのアモルファスシリ
コン層を堆積し、該ノンドープアモルファスシリコン層
上に該第一導電型と反対の導電型である第二導電型のア
モルファスシリコン層を堆積し、該ノンドープ及び第二
導電型のアモルファスシリコン層を熱処理して結晶質シ
リコン層に変換し、よってグレーデッド構造のｐｎ接合
を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011198A JPH04245683A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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