JPH04266018A - 太陽電池およびその製造方法 - 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】本発明は太陽電池およびその製造
方法に関し、特にエネルギー変換効率が良好な太陽電池
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【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。

【０００３】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一般にシリコ
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。

【０００４】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以下に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
点で材料の有効利用が十分ではなかった。即ちコストを
下げるためには十分な薄型化が必要である。

【０００５】そこで、化学的気相成長法（ＣＶＤ）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、結晶粒径が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。

【０００６】また、上記ＣＶＤ法により形成した多結晶
シリコン薄膜にＰなどの不純物原子をイオン打ち込みに
より導入して過飽和状態にした後高温でアニールするこ
とにより、結晶粒径を膜厚の１０倍以上にも拡大させる
いわゆる異常粒成長技術が報告されているが（Ｙａｓｕ
ｏ　Ｗａｄａ　ａｎｄ　ＳｈｉｇｅｒｕＮｉｓｈｉｍａ
ｔｓｕ，Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅ
ｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ
　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１
２５（１９７８）１４９９）、不純物濃度が高すぎて光
電流を発生させる活性層に用いることが出来ない。

【０００７】さらに、多結晶シリコン薄膜にレーザ光を
照射し溶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、低コスト化が十分でなく、また
安定した製造も困難である。

【０００８】このような事情はシリコンのみならず、化
合物半導体においても共通な問題となっている。

【０００９】これに対し、特開昭６３−１８２８７２に
開示されている方法、すなわち、太陽電池の製造方法に
おいて、基体表面上に該基体表面の材料よりも核形成密
度が十分に大きく且つ単一の核だけが成長する程度に十
分微細な異種材料を設け次いで堆積により該異種材料に
核を形成させ該核によって結晶を成長させる工程を含ん
で上記基体表面上に第１の導電型の半導体の実質的単結
晶層を形成し、該単結晶層の上方に第２の導電型の半導
体の実質的単結晶層を形成することを特徴とする太陽電
池の製造方法により薄型で結晶粒径の十分大きい、良好
なエネルギー変換効率を有する多結晶太陽電池が得られ
ることが示された。

【００１０】

【発明が解決しようとしている課題】上述の方法におい
て核形成面となる微細な異種材料上に形成される単一核
によって成長した単結晶体が互いに接する時に結晶粒界
（以下粒界と略記）が形成される。

【００１１】一般に、多結晶半導体では、様々な結晶方
位をもった多数の単結晶粒子同士が多数の粒界を形成し
ており、粒界には未結合手を持つ原子が有るために禁制
帯中に欠陥準位を形成している。半導体デバイスの特性
は作製される半導体層の欠陥密度と密接に関係し、粒界
には前記欠陥準位が形成されているとともに不純物等が
析出しやすく、これらがデバイス特性の低下をもたらす
ので、多結晶半導体では粒界の制御によりデバイス特性
が大きく左右されると考えられている。即ち、多結晶を
半導体層に用いた半導体デバイスの特性を向上させるに
は半導体層中に存在する粒界の量を低減させることが効
果的である。上述の方法は粒径を拡大させることで粒界
の量を減らすことを目的としている。

【００１２】一方で、通常ｐｎ接合は光入射面となる側
の半導体層の表面近傍に形成されるが、多結晶半導体の
場合活性な粒界がｐｎ接合の中に含まれるため（図２参
照）、再結合・発生電流が生じ単結晶半導体に比べて暗
電流が非常に多くなって特性劣化、特に開放電圧の低下
を招く。通常の薄膜シリコン多結晶太陽電池の開放電圧
は水素パシベーション等の処理を行わない場合には大体
０．５Ｖ以下である。上述の方法においても第一の実質
的単結晶層の上に連続して第二の実質的単結晶層を形成
するため、通常の粒径の小さい薄膜多結晶半導体に比較
して粒界の量は少なくなっているものの、やはり粒界が
接合中に含まれてしまい（図３参照）、このため開放電
圧は単結晶半導体に比べて低い。このように、多結晶シ
リコンの暗電流は再結合・発生電流が支配的となってレ
ベルが高くなる。そこで再結合・発生電流が生じる粒界
を避けてｐｎ接合が形成できれば暗電流は激減し開放電
圧の大幅な向上が期待されるが従来では粒界のみを避け
て接合を形成する方法は見いだされていなかった。

【００１３】本発明の方法は上記従来技術の欠点を除去
し、粒界を避けて接合を形成することにより、良質な多
結晶太陽電池およびその製造方法を提供するものである
。

【００１４】本発明の目的は多結晶半導体において粒界
の影響を減らすことで高品質な太陽電池を提供すること
にある。

【００１５】本発明の他の目的は非単結晶基板等の基板
上に大粒径の多結晶シリコン層を成長させることにより
安価な太陽電池を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の従来技
術における問題を解決し、上記の目的を達成すべく本発
明者による鋭意研究の結果完成に至ったものであり、特
性の良好な薄型多結晶太陽電池およびその製造方法に係
わるものである。

【００１７】すなわち、本発明の太陽電池は、　　非核
形成面上に設けられた微小の核形成面から選択的結晶成
長法により成長させた単結晶体を用いた多結晶太陽電池
において、光起電力を誘起せしめる半導体接合部が前記
単結晶体同士の接触により形成される結晶粒界上を避け
て設けられていることを特徴とするシリコン多結晶太陽
電池であり、その製造方法は、選択的結晶成長法により
得られる多結晶太陽電池の製造方法において、１）基体
上に非核形成面及び微小の核形成面を設ける工程と、２
）選択的結晶成長法を用いて該基体上の核形成面のみに
単結晶体を発生・成長させて多結晶連続膜を得る工程と
、３）前記単結晶体同士の接触により形成される結晶粒
界上を避けて単結晶体表面上の一部に半導体接合部を設
ける工程と、４）前記多結晶連続膜の表面に透明導電層
及び集電電極を形成する工程とを含み、好ましくは前記
半導体接合部を設ける方法が前記多結晶連続膜の表面に
マスク材を設け、該マスク材の一部に結晶粒界上を避け
て開口部を形成し、該開口部より不純物を導入すること
により行われる多結晶太陽電池の製造方法である。

【００１８】本発明の主要な技術は図４に示されたよう
に基体上に形成された非核形成面と核形成面の領域を用
いて行われる選択的結晶成長により、結晶粒径の揃った
かつ粒界の位置の制御された単結晶体の集合である多結
晶シリコン薄膜を形成し、その上にマスク材を設け、粒
界の上を避けて開口部を形成し、該開口部を通して接合
を形成することである。

【００１９】通常のＣＶＤ等で作製される多結晶シリコ
ンでは粒径が１μｍ以下と小さくまた粒径にバラツキが
あるため粒界の位置も規定できない。したがって、粒界
の部分を意図的に外して結晶粒上のみに接合を形成する
ことは不可能である。これに対し、特開昭６３−１８２
８７２に開示されている方法によれば単結晶体の発生す
る場所および粒径のバラツキを制御することが可能なの
で粒界の位置を規定することが出来る。例えば図４に示
されている核形成面を周期的に格子点状に配置すること
により粒径が大きくかつ粒界が碁盤の目のようになった
多結晶シリコン膜を形成出来る（図５）。このようにし
て形成した多結晶シリコンの表面に例えばＯＦＰＲ等の
フォトレジストを塗布して図６（ａ）に示すようなフォ
トマスクを用いて露光・現像を行うことにより図６（ｂ
）のようにうまく粒界の部分を避けて開口部を設けるこ
とが出来る。次にこのようにマスクされた多結晶シリコ
ン膜に対してイオンインプラにより不純物打ち込みを行
い、レジスト剥離後にアニールして不純物活性化するこ
とで粒界部を避けた接合形成が出来る。

【００２０】またフォトレジストに代えてマスク材とし
て例えばＳｉＯ２を図５の多結晶シリコンの表面に形成
してその上にフォトレジストを塗布し、上述のフォトマ
スクを用いて上述と同様にして露光・現像を行い粒界部
を避けて開口部を設ける。この開口部を通してＳｉＯ２
　をエッチングしＳｉ表面を露出させてイオンインプラ
あるいは熱拡散により不純物導入を行うことで接合を形
成できる。

【００２１】このように本発明者は幾多の実験を重ねる
ことにより、多結晶シリコンの粒界部分を避けて接合を
形成する方法を見い出し、本発明の完成に至った。以下
に本発明者の行った実験について詳述する。

【００２２】（実験１）粒界のマスキング５００μｍ厚
のＭｏ基板の表面に３００Å程度の厚さのＳｉを蒸着し
６００℃、３０ｍｉｎ　の熱処理によりシリサイド層を
形成した。この上に絶縁層としてＳｉＯ２　を常圧ＣＶ
Ｄ装置を用いて１０００Å形成し、フォトリソグラフィ
ーを用いてエッチングを行い、一辺がａ＝１．２μｍで
あるような正方形の開口部をｂ＝５０μｍの間隔で格子
点状に設けた。ここでＳｉＯ２　が非核形成面に、開口
部を通して露出したシリサイド層が核形成面になる。次
に図７に示すような通常の減圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣＶＤ
装置）を用いて選択的結晶成長を行った。原料ガスには
ＳｉＨ２　Ｃｌ２　を用い、キャリアガスとしてＨ２　
をさらに絶縁層ＳｉＯ２　上での核の発生を抑制するた
めにＨＣｌを添加した。この時の成長条件を表１に示す
。

【００２３】 　　成長終了後、基板表面の様子を光学顕微鏡で観察し
たところ、図５に示すような山型ファセットを有する単
結晶体が５０μｍ間隔で格子点上に規則正しく配列して
おり、上述で決められた開口部のパターンに従って選択
結晶成長が行われていることが確かめられた。このとき
、粒界部の位置も同時に格子状に決められる。

【００２４】次にＯＦＰＲを得られた単結晶体からなる
多結晶表面に１μｍ厚程度に塗布し、図６に示すような
フォトマスク（ｃ＝４０μｍ，ｄ＝２０μｍ）を用いて
アライメントを調節して開口部が粒界部に掛からないよ
うにして露光・現像を行う。このようにすることで図８
に示すような粒界部のみがマスクされた多結晶表面が得
られる。

【００２５】またフォトレジストに代えてマスク材とし
てＳｉＯ２　あるいはＳｉ３　Ｎ４　を用いることもで
きる。 上述と同様にして得られた単結晶体からなる多結晶表面
に熱酸化等によりＳｉＯ２　をあるいはＬＰＣＶＤによ
りＳｉ３　Ｎ４　を薄く（１００〜１０００Å）形成し
た後にその上にフォトレジストを塗布し、上述のフォト
マスクを用いて上述と同様にして露光・現像を行って開
口部を設け、該開口部を通してＳｉＯ２　あるいはＳｉ
３　Ｎ４　をウェットまたはドライエッチングにより除
去しシリコン表面を露出させる。フォトレジストは剥離
液により除去する。

【００２６】さらにフォトマスクを用いずに開口部を設
けることも出来る。上述で単結晶体からなる多結晶表面
にフォトレジストを塗布する際にレジストの粘性を調節
することで山型の単結晶体の頭頂部およびその周辺のみ
を露出させることができ粒界部は自動的にマスクされる
。この方法はマスク材としてＳｉＯ２　あるいはＳｉ３
　Ｎ４　を用いる場合にも適用できる。

【００２７】（実験２）接合の形成 実験１で得られたフォトレジストをマスク材にした多結
晶Ｓｉの表面にイオン・インプラによりＢ＋　を２０Ｋ
ｅＶ　，１×１０１５ｃｍ−２の条件で打ち込み、フォ
トレジスト剥離後に８００℃，３０ｍｉｎ　でアニール
して不純物の活性化を行い、接合を形成した。

【００２８】接合を形成した多結晶Ｓｉの表面にＣｒ／
Ａｇ／Ｃｒの金属電極を設け、基板側との間で電圧−電
流特性について調べたところ逆方向飽和電流（暗電流）
が１０−９Ａ／ｃｍ２　以下となり、粒界をマスクしな
いでインプラして接合を形成したものと比べて４ケタ以
上暗電流が低減された。

【００２９】マスク材にＳｉＯ２　あるいはＳｉ３　Ｎ
４　を用いた場合にも上述と同様に大幅な暗電流低減の
効果が見られた。

【００３０】（実験３）太陽電池の形成実験１，２の結
果から暗電流の低減化が図られ、開放電圧向上が可能と
なったので太陽電池を形成して評価を行った。 　　　　　　　　　　　　＊ＰＨ３　添加：ＰＨ３　／
ＳｉＨ２　Ｃｌ２　＝３×１０−４　　 実験１と同じシリサイド層が核形成面、ＳｉＯ２　が非
核形成面である基板を用いて表２に示す条件でＬＰＣＶ
Ｄ法により単結晶体からなる多結晶シリコン薄膜を成長
した。得られた多結晶薄膜表面に熱酸化によりＳｉＯ２
　を１００〜２００Å程度形成しフォトレジストを塗布
して図６（ａ）に示すフォトマスクを用いて実験１と同
様に粒界のマスキングを行った。ＳｉＯ２上に開口部を
設けた後、レジストが付いたままでＢ＋　イオン・イン
プラを行い、レジスト剥離の後にアニール処理を施し接
合を形成した。

【００３１】最後に多結晶表面に透明導電層および集電
電極を真空蒸着して太陽電池を作製した。

【００３２】このようにして作製した粒界上に接合のな
い多結晶シリコン太陽電池についてＡＭ１．５（１００
ｍＷ／ｃｍ２）光照射下での電流−電圧特性（１−Ｖ特
性）について測定を行ったところ、セル面積０．３６ｃ
ｍ２　で開放電圧０．５０Ｖ、短絡光電流２８ｍＡ／ｃ
ｍ２、曲線因子０．６８となり、変換効率９．５％を得
た。このように、非単結晶基板上に形成した多結晶シリ
コン薄膜を用いて開放電圧の高い良好な太陽電池が形成
可能であることが示された。

【００３３】以上述べた実験結果に基づいて完成に至っ
た本発明は前述した様に、非核形成面上に設けられた微
小の核形成面から選択的結晶成長法により成長させた単
結晶体からなる多結晶薄膜に対して、光起電力を誘起せ
しめる半導体接合部を前記単結晶体同士の接触により形
成される結晶粒界上を避けて設けることを特徴とするシ
リコン多結晶太陽電池およびその製造方法に係わるもの
である。

【００３４】図１に本発明の太陽電池の構成について示
す。金属基板１０１上に薄いシリサイド層１０２を挟ん
で非核形成面をなすＳｉＯ２　等の絶縁層１０３上に単
結晶体からなる多結晶シリコン層１０４が積層されてお
り、多結晶シリコン層１０４の表面には結晶粒界部を避
けてｐ＋　層（またはｎ＋　層）１０５が形成されてい
る。 ｐ＋　層（またはｎ＋　層）１０５の上には反射防止膜
を兼ねた透明導電層１０６と集電電極１０７が備えられ
ている。本発明の太陽電池に使用される金属基板材料と
しては導電性が良好でシリコンとシリサイド等の化合物
を形成する任意の金属が用いられ、代表的なものとして
Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒ等が挙げられる。もちろん、それ以外で
あっても表面に上述の性質を有する金属が付着している
ものであれば何でもよく、従って金属以外の安価な基板
も使用可能である。シリサイド層１０２の厚さについて
は特に規定はないが０．０１〜０．１μｍとするのが望
ましい。絶縁層１０３の厚さについては特に規定はない
が、０．０２〜１μｍの範囲とするのが適当である。ま
た多結晶シリコン層１０４の粒径および膜厚については
太陽電池の特性上の要求とプロセスの制約から、それぞ
れ１０〜５００μｍが適当であり、好ましくはそれぞれ
２０〜５００μｍが望ましい。またｐ＋　層１０５の厚
さとしては導入される不純物の量にもよるが０．０５〜
３μｍの範囲とするのが適当であり、好ましくは０．１
〜１μｍとするのが望ましい。

【００３５】次ぎに図１に示す本発明の太陽電池の製造
方法について図８のプロセスに従って述べる。まず、金
属基板８０１上に真空蒸着装置またはＬＰＣＶＤ装置等
でシリコン層を堆積させ、アニールによりシリサイド層
８０２を得る。（図８（ａ））。

【００３６】次ぎに多結晶シリコン層８０２の表面に絶
縁層８０３を形成し（例えば熱酸化あるいは常圧ＣＶＤ
法による酸化膜）、フォトリソグラフィーを用いてエッ
チングを行い、絶縁層８０３に周期的に微小の開口部８
０４を設けてシリサイド表面を露出させた（同図（ｂ）
）。選択的結晶成長法および横方向成長法により微小開
口部８０４から結晶成長を行って連続膜８０５を得る（
同図（ｃ））。このとき結晶成長の初期にドーピングに
より高濃度の不純物原子（例えばｎ型ならばＰ）を導入
してシリサイド層とのオーミックコンタクトをとること
もできる。

【００３７】ＯＦＰＲ等のレジスト８０６を多結晶膜８
０５上に１μｍ厚程度に塗布し、図６に示すようなフォ
トマスクを用いて結晶粒界部をマスキングする（同図（
ｄ））。イオン打ち込みにより結晶表面にｐ＋　層（ま
たはｎ＋　層）８０７を形成し（同図（ｅ））、レジス
ト剥離後にアニールにより不純物の活性化を行ない、最
後に透明導電層８０８／集電電極８０９を設ける（同図
（ｆ））。

【００３８】本発明に用いられる非核形成面となる絶縁
層の材質としては結晶成長中に核発生を抑制する点から
その表面での核形成密度がシリコンのそれに比べてかな
り小さいような材質が用いられる。例えば、ＳｉＯ２　
，Ｓｉ３　Ｎ４　等が代表的なものとして使用される。 また金属酸化物あるいはシリサイドの酸化物等も用いる
ことができる。

【００３９】本発明に使用される選択的結晶成長法には
ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法または液
相成長法等があるが主にＬＰＣＶＤ法が用いられる。

【００４０】本発明に使用される選択的結晶成長用の原
料ガスとしてはＳｉＨ２　Ｃｌ２　，ＳｉＣｌ４　，Ｓ
ｉＨＣｌ３　，ＳｉＨ４　，Ｓｉ２　Ｈ６　，ＳｉＨ２
　Ｆ２　，Ｓｉ２　Ｆ６　等のシラン類およびハロゲン
化シラン類が代表的なものとして挙げられる。

【００４１】またキャリアガスとしてあるいは結晶成長
を促進させる還元雰囲気を得る目的で前記の原料ガスに
加えてＨ２　が添加される。前記原料ガスと水素との量
の割合は形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材質
、さらに形成条件により適宜所望に従って決められるが
、好ましくは１：１０以上１：１０００以下（導入流量
比）が適当であり、より好ましくは１：２０以上１：８
００以下とするのが望ましい。

【００４２】本発明において、絶縁層上での核の発生を
抑制する目的でＨＣｌが用いられるが、原料ガスに対す
るＨＣｌの添加量は形成方法および原料ガスの種類や絶
縁層の材質、さらに形成条件により適宜所望に従って決
められるが、概ね１：０．１以上１：１００以下が適当
であり、より好ましくは１：０．２以上１：８０以下と
されるのが望ましい。

【００４３】本発明において選択的結晶成長が行われる
温度および圧力としては、形成方法および使用する原料
ガスの種類、原料ガスとＨ２　およびＨＣｌとの流量比
等の形成条件によって異なるが、温度については例えば
通常のＬＰＣＶＤ法では概ね６００℃以上１２５０℃以
下が適当であり、より好ましくは６５０℃以上１２００
℃以下に制御されるのが望ましい。液相成長法の場合に
は溶媒の種類によるがＳｎを用いる場合には８５０℃以
上１０５０℃以下に制御されるのが望ましい。またプラ
ズマＣＶＤ法等の低温プロセスでは概ね２００℃以上６
００℃以下が適当であり、より好ましくは２００℃以上
５００℃以下に制御されるのが望ましい。

【００４４】同様に圧力については概ね１０−２Ｔｏｒ
ｒ〜７６０Ｔｏｒｒが適当であり、より好ましくは１０
−１Ｔｏｒｒ〜７６０Ｔｏｒｒの範囲が望ましい。

【００４５】またフォトマスクのｃとｄの大きさについ
ては成長させる単結晶体の大きさに従う以外特に規定は
ないが、通常のフォトリソグラフィーが行なわれる範囲
、および直列抵抗等の影響から考えてｃ，ｄの最小幅に
ついては１μｍ以上とするのが望ましい。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の方法を実施して所望の太陽電
池を形成するところをより詳細に説明するが、本発明は
これらの実施例により何ら限定されるものではない。

【００４７】実施例１ 前述したように、実験１〜３と同様にして図１に示した
ような金属基板上の多結晶シリコンｐｉｎ型太陽電池を
作製した。図８（ａ）〜（ｆ）にその作製プロセスを示
す。金属基板には厚さ０．９ｍｍのＭｏ板を用いた。こ
の上に図７に示すＬＰＣＶＤ装置を用いてＳｉＨ４　を
６３０℃で熱分解して５００Åシリコンを堆積させ、温
度をそのままに保って３０分間置き、シリサイド層を形
成した。

【００４８】次にこのシリサイドの表面に図７と同様な
ＬＰＣＶＤ装置により絶縁層としてＳｉ３　Ｎ４　を１
０００Å堆積し、ドライエッチングを行なって一辺がａ
＝１μｍであるような正方形の開口部をｂ＝１００μｍ
の間隔で格子点状に設け、非核形成面（Ｓｉ３　Ｎ４　
）および核形成面（シリサイド）を形成した。

【００４９】図７に示されるようなＬＰＣＶＤ装置によ
り表３の連続条件で選択結晶成長を行い多結晶シリコン
からなる連続薄膜を得た。このとき得られたシリコン薄
膜の粒径と膜厚はともに約１００μｍであった。 　　　　　　　　　　　　＊ＰＨ３　添加：ＰＨ３　／
ＳｉＨ２　Ｃｌ２　＝３×１０−４　　　　 得られた多結晶シリコン層の表面にＳｉ３　Ｎ４　を１
００Å堆積し、フォトレジストを塗布して図６（ａ）に
示すフォトマスクを用いて実験１，３と同様にして粒界
のマスキングを行なった。Ｓｉ３　Ｎ４上に開口部を設
けた後、レジストが付いたままでイオン打ち込みにより
Ｂを２０ＫｅＶ　，１×１０１５ｃｍ−２の条件で打ち
込み、８００℃，３０ｍｉｎ　でアニールしてｐ＋　層
を形成した。最後にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ
）蒸着によりＩＴＯ透明導電層（８２０Å）／集電電極
（Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ（２００Å／１μｍ／４００Å））
をｐ＋　層上に形成した。

【００５０】このようにして得られた多結晶シリコン太
陽電池についてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２）　光
照射下での１−Ｖ特性について測定したところ、セル面
積０．３６ｃｍ２　で開放電圧０．５１Ｖ、短絡電流２
９ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子０．７０となり、エネルギー
変換効率１０．３％を得た。このように非単結晶基板を
用いて良好な特性を示す多結晶太陽電池が作製出来た。

【００５１】実施例２ 実施例１と同様にしてｐ＋　ｎ−　ｎ＋　型多結晶太陽
電池を作製した。前述したようにＭｏ基板上にシリコン
を堆積させ、シリサイドを形成しその上にＳｉＯ２　を
通常の常圧ＣＶＤ装置で１０００Å堆積し、フォトリソ
グラフィーを用いてパターニングを行い、ＳｉＯ２　層
に開口部をａ＝１．２μｍ、ｂ＝５０μｍの間隔で周期
的に設けた。次に図７のＬＰＣＶＤ装置により表４の連
続成長条件で選択的結晶成長を行い多結晶シリコンから
なる連続薄膜を得た。このとき表４の条件において選択
的結晶成長中に微量の不純物を混入させてドーピングを
行なった。不純物としてＰＨ３　を用い、原料ガスＳｉ
Ｈ２　Ｃｌ２　に対してＰＨ３　／ＳｉＨ２　Ｃｌ２　
＝２×１０−６とした。また得られたシリコン薄膜の粒
径と膜厚はともに約５０μｍであった。

【００５２】得られた山型単結晶体の集合からなる多結
晶シリコン薄膜表面に熱酸化によりＳｉＯ２　を１００
Åを形成しさらにその上に粘度を調節したフォトレジス
トを塗布して山型単結晶体の頭頂部のみを露出させた。 頭頂部およびその周辺部のみを露出させるには山型単結
晶体の表面の凹凸の高さ（ｂの寸法に関係）に応じてレ
ジストの粘度を調節する必要がある。 　　　　　　　　　　　　＊ＰＨ３　添加：ＰＨ３　／
ＳｉＨ２　Ｃｌ２　＝３×１０−４　　　　 ＊＊ＰＨ３　添加：ＰＨ３　／ＳｉＨ２　Ｃｌ２　＝２
×１０−６ＨＦ水溶液で露出させたＳｉＯ２　をエッチ
ングした後、ｐ＋層を形成するためにレジストが付いた
状態でＡｌを多結晶シリコンの表面に６００Å真空蒸着
した。その後レジスト剥離によりリフトオフで山型単結
晶体の頭頂部のＡｌを残した。

【００５３】ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａ
ｎｎｅａｌｉｎｇ）処理を行ない、ｐ＋　層を形成した
。ＲＴＡ処理の条件は８００℃、１５秒で行なった。

【００５４】最後に反射防止膜を兼ねた透明導電層ＩＴ
Ｏを約９００Å電子ビーム蒸着して形成し、さらにその
上に集電電極としてＣｒを１μｍ真空蒸着した。

【００５５】このようにして作製したｐ＋　ｎ−　ｎ＋
　型多結晶太陽電池のＡＭ１．５光照射下での１−Ｖ特
性を調べたところ、セル面積０．１６ｃｍ２　で開放電
圧０．５３Ｖ、短絡光電流２８ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子
０．６９となり、１０．２％という高い変換効率が得ら
れた。

【００５６】実施例３ 実施例１，２と同様にしてｐ＋　μｃ−Ｓｉ／多結晶シ
リコンヘテロ型太陽電池を作製した。基板にはＣｒを用
い、その上にプラズマＣＶＤ法でＳｉＨ４　の分解によ
りシリコン層を４００Å堆積した。５００℃、３０ｍｉ
ｎ　の条件でアニールしてシリサイド化した。

【００５７】常圧ＣＶＤ法によりシリサイド層の上にＳ
ｉＯ２　膜を８００Å堆積させ、開口部は大きさをａ＝
１．２μｍ、ｂ＝５０μｍの間隔で設けた。ＬＰＣＶＤ
法により表４の条件で選択結晶成長を行い、多結晶シリ
コン層を形成した。図９（ａ）〜（ｇ）に作製したヘテ
ロ型太陽電池のプロセスを示す。

【００５８】得られた山型多結晶シリコン表面を熱酸化
してＳｉＯ２　膜９０６を１５０Å形成し、フォトレジ
スト９０７を塗布して図６（ａ）に示すフォトマスクに
より実施例１と同様にして粒界のマスキングを行なった
（図９（ｄ））。

【００５９】次にエッチングしてＳｉＯ２　上に開口部
を設け、レジストを剥離液で除去した。通常のプラズマ
ＣＶＤ装置により、表５に示す条件で多結晶シリコン表
面上にｐ型μｃ−Ｓｉ（９０８）を２００Å堆積させた
（同図（ｅ））。この時のμｃ−Ｓｉ膜の暗導電率は約
１０１Ｓ・ｃｍ−１　であった。 　　μｃ−Ｓｉ層を堆積した後に前述とは逆タイプ（ネ
ガ型）のフォトレジストを山型多結晶シリコンの表面に
塗布して図６（ａ）に示すフォトマスクあるいはこれよ
りも若干開口面積の広いフォトマスクを用いて、前述の
ＳｉＯ２　上の開口部との位置合わせを行い、μｃ−Ｓ
ｉ層９０８のパターニングを行う（同図（ｆ））。この
ようにして山型多結晶シリコンの表面においてＳｉＯ２
　上に設けられた開口部内のみにｐｎ接合を形成する。

【００６０】さらにその上に透明導電層としてＩＴＯを
約８５０Å電子ビーム蒸着して形成した。

【００６１】このようにして得られたｐ＋　μｃ−Ｓｉ
／多結晶シリコンヘテロ型太陽電池のＡＭ１．５光照射
下でのＩ−Ｖ特性の測定を行ったところ（セル面積０．
３６ｃｍ２）、開放電圧０．６０Ｖ、短絡光電流２８．
５ｍＡ／ｃｍ２、曲線因子０．６８となり、変換効率１
１．６％という高い値が得られた。これは粒界をマスキ
ングしない場合（上述のプロセスで多結晶表面にＳｉＯ
２　層を形成せずに直にｐ＋　μｃ−Ｓｉ層が粒界と接
する場合）に比較して開放電圧は０．１Ｖ以上も高い値
となっている。

【００６２】以上述べたように、本発明によれば、多結
晶シリコン薄膜の表面上に粒界を避けて接合を形成する
ことができ、これにより従来より高い開放電圧を有する
高品質で安価な太陽電池が製造されることが示された。

【００６３】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれば
、特性の良好な多結晶薄膜太陽電池を金属基板等の非単
結晶基板上に形成することが可能となった。これにより
、量産性のある安価で良質の薄型太陽電池を市場に提供
することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の断面図を示したものである
。

【図２】多結晶半導体のｐｎ接合中の粒界の様子につい
て説明した図である。

【図３】多結晶半導体のｐｎ接合中の粒界の様子につい
て説明した図である。

【図４】選択的結晶成長法を用いて粒界の位置が規定さ
れた多結晶シリコンを形成する方法について説明した図
である。

【図５】選択的結晶成長法を用いて粒界の位置が規定さ
れた多結晶シリコンを形成する方法について説明した図
である。

【図６】本発明の方法に使用したフォトマスクおよびそ
れを用いて粒界がマスキングされた様子を示した図であ
る。

【図７】本発明の太陽電池の製造過程において使用した
ＬＰＣＶＤ装置の概略図である。

【図８】本発明の太陽電池の製造工程を説明した図であ
る。

【図９】本発明の方法により作製したｐ＋　μｃ−Ｓｉ
／多結晶シリコンヘテロ型太陽電池の製造プロセスにつ
いて説明した図である。

【符号の説明】

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　非核形成面上に設けられた微小の核形
   成面から選択的結晶成長法により成長させた単結晶体を
   用いた多結晶太陽電池において、光起電力を誘起せしめ
   る半導体接合部が前記単結晶体同士の接触により形成さ
   れる結晶粒界上を避けて設けられていることを特徴とす
   るシリコン多結晶太陽電池。
2. 【請求項２】　　選択的結晶成長法により得られる多結
   晶太陽電池の製造方法において、１）基体上に非核形成
   面及び微小の核形成面を設ける工程と、２）選択的結晶
   成長法を用いて該基体上の核形成面のみに単結晶体を発
   生・成長させて多結晶連続膜を得る工程と、３）前記単
   結晶体同士の接触により形成される結晶粒界上を避けて
   単結晶体表面上の一部に半導体接合部を設ける工程と、
   ４）前記多結晶連続膜の表面に透明導電層及び集電電極
   を形成する工程とを含むことを特徴とする多結晶太陽電
   池の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記半導体接合部を設ける方法が前記
   多結晶連続膜の表面にマスク材を設け、該マスク材の一
   部に結晶粒界上を避けて開口部を形成し、該開口部より
   不純物を導入することにより行なわれる請求項２に記載
   の方法。
4. 【請求項４】　　前記マスク材がフォトレジストである
   請求項２に記載の方法。
5. 【請求項５】　　前記マスク材がＳｉＯ２　あるいはＳ
   ｉ３　Ｎ４　である請求項２に記載の方法。
6. 【請求項６】　　前記不純物原子はＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂ
   ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａの中から一つ選ばれる請求項２に記
   載の方法。
7. 【請求項７】　　前記選択的結晶成長はＣＶＤ法により
   行なわれる請求項２に記載の方法。