JPH04261069A - 太陽電池の製造方法 - 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】

【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。

【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、
ｎ型シリコン基板上にＣＶＤ法でｐ型シリコン層をエピ
タキシャル成長するか、またはｎ型シリコン基板に拡散
法でｐ型拡散層を形成する方法がとられている。

【０００３】また、結晶基板上にアモルファスシリコン
を堆積し熱処理して結晶化する固相成長法は知られてい
るが、その雰囲気としてはアルゴン雰囲気が専ら用いら
れている。

【０００４】

【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１０２
０ｃｍ−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。

【０００５】また、ｐｎ接合の形成後、基板の裏面に電
極ペースト等を焼成して電極を形成するが、そのために
も熱処理が必要で工程が煩雑である。そこで、本発明は
、低温で、浅い、高濃度の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と共に、ｐｎ
接合の形成と同時に電極ペーストの焼成を行い、プロセ
スを簡単化することを目的とする。

【０００６】

【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、第一導電型結晶シリコン基板上に該第一
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、かつ該基板裏面に電極ペーストを
印刷し、それから該基板をガス雰囲気中で熱処理し、よ
って該第二導電型アモルファスシリコン層を結晶質シリ
コン層に変換してｐｎ接合を形成すると同時に該電極ペ
ーストの焼成を行う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
ｐｎ接合を形成すること、及びそれと同時に電極ペース
トの焼成を行うことを特徴とする太陽電池の製造方法で
ある。

【０００７】基板は、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−　型の結晶質とする。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。

【０００８】この基板上に、ノンドープのシリコン層を
形成してグレーデット構造のｐｎ接合を形成するために
、先ずノンドープのアモルファスシリコン層を形成して
もよい。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ｐｐｍ　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。

【０００９】ノンドープアモルファスシリコン層を形成
するか否かは別にして、基板上に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：　
　１５０〜３５０　℃ 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】次いで、本発明では、ドープしたアモルフ
ァスシリコン層を結晶化する前に、基板裏面に電極ペー
ストを印刷その他の方法で適用する。例えば、基板裏面
にアルミペーストを印刷する。次に、この第二導電型ア
モルファスシリコン層を堆積しかつ電極ペーストを適用
した基板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９００　〜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。また、電極
ペーストの焼成温度もこの温度範囲にあることができる
。例えば、一般に、アルミペーストは６００〜８００　
℃である。

【００１１】熱処理雰囲気は、酸素、窒素等の電極ペー
ストの焼成に適したガス雰囲気を採用する。従来、アル
ゴンに代表される不活性雰囲気であったが、本発明者は
、酸素、窒素等の電極ペーストの焼成に適したガス雰囲
気中でアモルファスシリコンを結晶化しても、充分な性
能を持つｐｎ接合を形成できること、したがって固相成
長のための熱処理時に電極ペーストの焼成を行うことに
より熱処理工程を１回省略できることを見出し、本発明
を完成したものである。

【００１２】こうして、熱処理により、第二導電型のア
モルファスシリコン層は結晶化し、ｐｎ接合が形成され
る。この固相成長法によれば、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２００　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、浅くかつ急峻な濃
度勾配を持つｐｎ接合が得られる。

【００１３】また、上記のように、この熱処理により同
時に電極ペーストが焼成される。代表的な雰囲気である
酸化雰囲気での熱処理で酸化膜が形成され、これが不都
合であれば除去するようにすればよい。固相成長及び電
極ペースト焼成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
面を改善してもよい。

【００１４】その他は、通常の太陽電池と同様にするこ
とができる。

【００１５】

【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、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。また
、固相成長と電極ペーストの熱処理を同時に行うのでプ
ロセスが簡単化される。

【００１６】

【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。

【００１７】このｐ−　型シリコン基板１１を成長装置
中に搭載し、下記の条件で高濃度ｎ＋　型アモルファス
シリコン層１２を堆積した。 ソースガス：　　　ＰＨ３　を１％含むＳｉＨ４ガスガ
ス流量：　　　　　２５　ｓｃｃｍ　基板温度：　　　
　　１７０　℃ 圧力：　　　　２００　ｍＴｏｏｒ 電力：　　　　　１０　Ｗ 膜厚：　　　　７００Å 次に、ｐ−　型シリコン基板１１の裏面にアルミペース
ト１４をスクリーン印刷により印刷し　１５０℃程度で
乾燥する。

【００１８】次いで、アモルファスシリコン層１２、電
極ペースト１４を形成した基板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。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。

【００１９】その結果、キャリア濃度１０２１ｃｍ−１
程度、抵抗率１０−４Ωｃｍ程度の結晶層が得られてい
ることが分った。また、電極の焼成も十分であった。そ
れから、表面電極１３および透明電極１４を形成した。 太陽電池の特性はＡＭ１．５　による測定で開放電圧０
．５６Ｖ　、短絡光電流は単結晶基板上で３２ｍＡ／ｃ
ｍ２、多結晶基板上で２８ｍＡ／ｃｍ２、変換効率はそ
れぞれ１４％　と１２．５％　であった。

【００２０】

【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ｐｎ接合を持ちしかも膜質の優れ
た太陽電池が得られる。また、ｐｎ接合の形成と同時に
電極の焼成ができ、プロセスが簡単化される。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】実施例のｐｎ接合の形成及び太陽電池を示す模
式断面図である。

【符号の説明】

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 １２─ｎ＋　型アモルファスシリコン層１４─裏面電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第一導電型結晶シリコン基板上に該第
   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、かつ該基板裏面に電極ペースト
   を印刷し、それから該基板をガス雰囲気中で熱処理し、
   よって該第二導電型アモルファスシリコン層を結晶質シ
   リコン層に変換してｐｎ接合を形成すると同時に該電極
   ペーストの焼成を行うことを特徴とする太陽電池の製造
   方法。