JPH04302480A - 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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- JPH04302480A JPH04302480A JP3089338A JP8933891A JPH04302480A JP H04302480 A JPH04302480 A JP H04302480A JP 3089338 A JP3089338 A JP 3089338A JP 8933891 A JP8933891 A JP 8933891A JP H04302480 A JPH04302480 A JP H04302480A
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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
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】本発明は太陽電池及びその製造方
法に関し、特にエネルギー変換効率が良好な太陽電池及
びその製造方法に関する。
法に関し、特にエネルギー変換効率が良好な太陽電池及
びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より各種機器において、駆動エネル
ギー源として太陽電池が利用されている。この太陽電池
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、大面積化及び低コ
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。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、したがって光
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。
ギー源として太陽電池が利用されている。この太陽電池
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、大面積化及び低コ
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。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、したがって光
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。
【０００３】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。
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。
【０００４】また、上記ＣＶＤ法により形成した多結晶
シリコン薄膜にＰ等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（Ｙａｓｕｏ
Ｗａｄａ ａｎｄ Ｓｈｉｇｅｒｕ Ｎｉｓｈｉｍａ
ｔｓｕ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｃ
ｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔ
ａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
， １２５ （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で
きない。
シリコン薄膜にＰ等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（Ｙａｓｕｏ
Ｗａｄａ ａｎｄ Ｓｈｉｇｅｒｕ Ｎｉｓｈｉｍａ
ｔｓｕ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｃ
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， １２５ （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で
きない。
【０００５】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。
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。
【０００６】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。
合物半導体においても共通な問題となっている。
【０００７】これに対し、特開昭６３−１８２８７２号
公報に開示されている方法、即ち、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か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。
公報に開示されている方法、即ち、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か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。
【０００８】
【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ときに結晶粒
界（以下粒界と略記）が形成される。
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ときに結晶粒
界（以下粒界と略記）が形成される。
【０００９】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。
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。
【００１０】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、図２０に示す様
に多結晶半導体の場合、ｎ（ｐ）領域２０とｐ（ｎ）領
域２１とにおける活性な粒界６がｐｎ接合の中に含まれ
るため、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。また粒界部も多いので光感度が悪く、光電流
も減少する。通常の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。
の半導体層の表面近傍に形成されるが、図２０に示す様
に多結晶半導体の場合、ｎ（ｐ）領域２０とｐ（ｎ）領
域２１とにおける活性な粒界６がｐｎ接合の中に含まれ
るため、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。また粒界部も多いので光感度が悪く、光電流
も減少する。通常の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。
【００１１】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し、図２
１に示す様に、基体１上に、シリサイド層２、絶縁層３
、シリコン多結晶連続膜５、透明導電層１１が積層形成
され、更に集電電極１２が設けられるが、通常の粒径の
小さい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６が接合中に含まれてしまう（
図２１中、Ａ部分）。このため開放電圧は単結晶半導体
に比べて低い。また、光感度もある程度改善されるが、
長波長側の感度が依然として悪いために光電流は単結晶
半導体より低い。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り
、一方で光電流は小さくなる。そこで再結合・発生電流
が生じる粒界を避けてｐｎ接合を形成し、かつ同時に粒
界部は水素原子等でパシベーションできれば暗電流は激
減し開放電圧の大幅な向上と光電流の増大が期待される
。
層の上に連続して第二の実質的単結晶層を形成し、図２
１に示す様に、基体１上に、シリサイド層２、絶縁層３
、シリコン多結晶連続膜５、透明導電層１１が積層形成
され、更に集電電極１２が設けられるが、通常の粒径の
小さい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６が接合中に含まれてしまう（
図２１中、Ａ部分）。このため開放電圧は単結晶半導体
に比べて低い。また、光感度もある程度改善されるが、
長波長側の感度が依然として悪いために光電流は単結晶
半導体より低い。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り
、一方で光電流は小さくなる。そこで再結合・発生電流
が生じる粒界を避けてｐｎ接合を形成し、かつ同時に粒
界部は水素原子等でパシベーションできれば暗電流は激
減し開放電圧の大幅な向上と光電流の増大が期待される
。
【００１２】本発明は、上記従来技術の欠点を除去し、
粒界を避けて接合を形成及び同時に粒界をパシベーショ
ンすることにより、良質な量産性のある多結晶太陽電池
を製造できる方法を提供することを目的とする。
粒界を避けて接合を形成及び同時に粒界をパシベーショ
ンすることにより、良質な量産性のある多結晶太陽電池
を製造できる方法を提供することを目的とする。
【００１３】また本発明の他の目的は、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薄型結晶太陽
電池を製造できる方法を提供することにある。
おいて粒界の影響を減らすことで高品質な薄型結晶太陽
電池を製造できる方法を提供することにある。
【００１４】また本発明の他の目的は、非単結晶基体等
の基体上に大粒径の多結晶シリコン層を成長させること
により安価な薄型結晶太陽電池を製造できる方法を提供
することにある。
の基体上に大粒径の多結晶シリコン層を成長させること
により安価な薄型結晶太陽電池を製造できる方法を提供
することにある。
【００１５】
【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る。
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る。
【００１６】即ち、本発明の太陽電池の製造方法は、選
択的結晶成長法を用いた多結晶太陽電池の製造方法にお
いて、 ｉ）基体上に非核形成面及び核形成面を設ける工程と、
ｉｉ） 選択的結晶成長法により該基体上の核形成面の
みに単結晶体を発生させ、該結晶体を成長させて多結晶
連続膜を形成する工程と、 ｉｉｉ） 該多結晶連続膜上に、該単結晶体同士の接触
により形成される結晶粒界に対応する部位以外に開口部
を有する少なくともシリコン原子と窒素原子と水素原子
とを含む層を設け、該開口部より該単結晶体表面に不純
物を導入する工程と、 ｉｖ） 加熱により該開口部内の単結晶表面に半導体接
合を形成し、かつ該結晶粒界部位には水素原子でパシベ
ーションを行う工程と、 ｖ）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
池の製造方法である。
択的結晶成長法を用いた多結晶太陽電池の製造方法にお
いて、 ｉ）基体上に非核形成面及び核形成面を設ける工程と、
ｉｉ） 選択的結晶成長法により該基体上の核形成面の
みに単結晶体を発生させ、該結晶体を成長させて多結晶
連続膜を形成する工程と、 ｉｉｉ） 該多結晶連続膜上に、該単結晶体同士の接触
により形成される結晶粒界に対応する部位以外に開口部
を有する少なくともシリコン原子と窒素原子と水素原子
とを含む層を設け、該開口部より該単結晶体表面に不純
物を導入する工程と、 ｉｖ） 加熱により該開口部内の単結晶表面に半導体接
合を形成し、かつ該結晶粒界部位には水素原子でパシベ
ーションを行う工程と、 ｖ）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
池の製造方法である。
【００１７】本発明の方法においては、特に、選択的結
晶成長において粒界の位置を制御し、図１に例示する様
に粒界６に対応する部位以外に開口部１３を有する水素
原子を含む少なくともシリコン原子と窒素原子と水素原
子とを含む層７（水素を含むＳｉ３ Ｎ４ 層が代表的
なので、以下、Ｓｉ３ Ｎ４ 層と称する）を形成して
から不純物導入を施すので、粒界６を避けて不純物を導
入でき良好な性能の太陽電池が得られることとなる。
晶成長において粒界の位置を制御し、図１に例示する様
に粒界６に対応する部位以外に開口部１３を有する水素
原子を含む少なくともシリコン原子と窒素原子と水素原
子とを含む層７（水素を含むＳｉ３ Ｎ４ 層が代表的
なので、以下、Ｓｉ３ Ｎ４ 層と称する）を形成して
から不純物導入を施すので、粒界６を避けて不純物を導
入でき良好な性能の太陽電池が得られることとなる。
【００１８】一般的なＣＶＤ法においては、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
があり粒界の位置制御は困難なので、本発明においては
、特開昭６３−１８２８７２号公報に開示される方法を
利用すればよい。すなわち、図９に示す様に、基体１上
に核形成面４を周期的に格子点状に配置する選択的結晶
成長法によれば、図１０に示す様な粒径が大きくかつ粒
界６が碁盤の目のようになった多結晶シリコン連続膜を
形成できる。このようにして形成した多結晶シリコンの
表面にプラズマＣＶＤ装置によりＳｉＨ４ とＮＨ３
の混合ガスからＨを含んだＳｉ３ Ｎ４ を堆積し、Ｏ
ＦＰＲ等のフォトレジストを塗布して図２に示すような
フォトマスク９を用いて露光・現像を行うことにより図
１に示した様にうまく粒界の部分を避けて開口部１３を
設けることができる。
コンでは粒径が１μｍ以下と小さくまた粒径にバラツキ
があり粒界の位置制御は困難なので、本発明においては
、特開昭６３−１８２８７２号公報に開示される方法を
利用すればよい。すなわち、図９に示す様に、基体１上
に核形成面４を周期的に格子点状に配置する選択的結晶
成長法によれば、図１０に示す様な粒径が大きくかつ粒
界６が碁盤の目のようになった多結晶シリコン連続膜を
形成できる。このようにして形成した多結晶シリコンの
表面にプラズマＣＶＤ装置によりＳｉＨ４ とＮＨ３
の混合ガスからＨを含んだＳｉ３ Ｎ４ を堆積し、Ｏ
ＦＰＲ等のフォトレジストを塗布して図２に示すような
フォトマスク９を用いて露光・現像を行うことにより図
１に示した様にうまく粒界の部分を避けて開口部１３を
設けることができる。
【００１９】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、レジスト剥離後にランプ加熱で短時間アニールし
て不純物活性化及びＨの拡散を行うことで、粒界部を避
けた接合形成及び粒界部のパシベーションができる。
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、レジスト剥離後にランプ加熱で短時間アニールし
て不純物活性化及びＨの拡散を行うことで、粒界部を避
けた接合形成及び粒界部のパシベーションができる。
【００２０】またイオンインプラに代えてＡｌの真空蒸
着あるいはペーストにより多結晶シリコンの表面に付け
、レジスト剥離でリフトオフ後に加熱で接合の形成及び
粒界のパシベーションを行うことも可能である。
着あるいはペーストにより多結晶シリコンの表面に付け
、レジスト剥離でリフトオフ後に加熱で接合の形成及び
粒界のパシベーションを行うことも可能である。
【００２１】以下、図面を参照しつつ、本発明の方法の
態様を説明する。
態様を説明する。
【００２２】まず図３に示す様に、金属基体１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２を得る。
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２を得る。
【００２３】次に図４に示す様に、シリサイド層２の表
面に絶縁層３を形成し（例えば熱酸化あるいは常圧ＣＶ
Ｄ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３に周期的に微小な穴をあけシ
リサイド表面を露出させこれを核形成面４とする。
面に絶縁層３を形成し（例えば熱酸化あるいは常圧ＣＶ
Ｄ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３に周期的に微小な穴をあけシ
リサイド表面を露出させこれを核形成面４とする。
【００２４】次に図５に示す様に、選択的結晶成長法及
び横方向成長法により核形成面４から結晶成長を行って
シリコンの多結晶連続膜５を得る。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。
び横方向成長法により核形成面４から結晶成長を行って
シリコンの多結晶連続膜５を得る。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。
【００２５】次に図６に示す様に、プラズマＣＶＤ装置
によりＳｉ３ Ｎ４ 層７を多結晶連続膜５上に１μｍ
程度堆積し、その上にＯＦＰＲ等のレジスト８を１μｍ
厚程度に塗布し、図２に示した様なフォトマスク９を用
いて結晶粒界部をマスキングする。
によりＳｉ３ Ｎ４ 層７を多結晶連続膜５上に１μｍ
程度堆積し、その上にＯＦＰＲ等のレジスト８を１μｍ
厚程度に塗布し、図２に示した様なフォトマスク９を用
いて結晶粒界部をマスキングする。
【００２６】次に図７に示す様に、レジスト８がない領
域のＳｉ３ Ｎ４ をＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いて除去して、Ｓｉ３ Ｎ
４ 層の開口部１３を形成し、イオン打ち込みにより不
純物を導入し、レジスト剥離の後に加熱により、結晶表
面にｐ＋ 層（またはｎ＋ 層）１０を形成すると同時
に粒界部のパシベーションを行う。
域のＳｉ３ Ｎ４ をＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置を用いて除去して、Ｓｉ３ Ｎ
４ 層の開口部１３を形成し、イオン打ち込みにより不
純物を導入し、レジスト剥離の後に加熱により、結晶表
面にｐ＋ 層（またはｎ＋ 層）１０を形成すると同時
に粒界部のパシベーションを行う。
【００２７】次に図８に示す様に、残ったＳｉ３ Ｎ４
層７を除去し、その後に透明導電膜１１および集電電
極１２を設けることにより、多結晶太陽電池を得ること
ができる。
層７を除去し、その後に透明導電膜１１および集電電
極１２を設けることにより、多結晶太陽電池を得ること
ができる。
【００２８】本発明において太陽電池に使用される基体
１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、したがって金属以外の
安価な基体も使用可能である。シリサイド層２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３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の連続膜５の粒径及び膜厚について
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１０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。不純物原子としてはＰ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａなどが挙げられる。
１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、したがって金属以外の
安価な基体も使用可能である。シリサイド層２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３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の連続膜５の粒径及び膜厚について
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１０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。不純物原子としてはＰ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａなどが挙げられる。
【００２９】本発明に用いられる非核形成面となる絶縁
層３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。
層３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。
【００３０】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。
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。
【００３１】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 等のシラン類及びハロゲン化
シラン類が代表的なものとして挙げられる。
料ガスとしてはＳｉＨ２ Ｃｌ２ ，ＳｉＣｌ４ ，Ｓ
ｉＨＣｌ３ ，ＳｉＨ４ ，Ｓｉ２ Ｈ６ ，ＳｉＨ２
Ｆ２ ，Ｓｉ２ Ｆ６ 等のシラン類及びハロゲン化
シラン類が代表的なものとして挙げられる。
【００３２】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
の割合は形成方法及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したがって決められる
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：
８００以下とするのが望ましい。
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
の割合は形成方法及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したがって決められる
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：
８００以下とするのが望ましい。
【００３３】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及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したがって
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。
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及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したがって
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。
【００３４】本発明においては選択的結晶成長が行われ
る温度及び圧力としては、形成方法及び使用する原料ガ
スの種類、原料ガスとＨ２ 及び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１
０５０℃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６００
℃以下が適当であり、より好ましくは２００℃以上５０
０℃以下に制御されるのが望ましい。
る温度及び圧力としては、形成方法及び使用する原料ガ
スの種類、原料ガスとＨ２ 及び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１
０５０℃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６００
℃以下が適当であり、より好ましくは２００℃以上５０
０℃以下に制御されるのが望ましい。
【００３５】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。
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。
【００３６】本発明においては粒界部のパシベーション
に用いられるＳｉ３ Ｎ４ はＳｉＨ４＋ＮＨ３ プラ
ズマ分解により堆積され、膜中に含まれる水素原子の濃
度は粒界を十分に水素原子でターミネートする目的から
多い程よく、１０２２ｃｍ−３以上が望ましい。
に用いられるＳｉ３ Ｎ４ はＳｉＨ４＋ＮＨ３ プラ
ズマ分解により堆積され、膜中に含まれる水素原子の濃
度は粒界を十分に水素原子でターミネートする目的から
多い程よく、１０２２ｃｍ−３以上が望ましい。
【００３７】また、工程ｉｖ） の加熱における加熱方
法は特に限定されないが、ランプ加熱により行なうこと
が、加熱手段から発生する汚染物質などの影響を実質的
に無くす点から好ましい。例えば、タングステンそのも
ので加熱するとＷ原子の汚染が生じる場合があるが、ラ
ンプ加熱によればガラスがＷ原子の飛翔を防止すること
ができる。
法は特に限定されないが、ランプ加熱により行なうこと
が、加熱手段から発生する汚染物質などの影響を実質的
に無くす点から好ましい。例えば、タングステンそのも
ので加熱するとＷ原子の汚染が生じる場合があるが、ラ
ンプ加熱によればガラスがＷ原子の飛翔を防止すること
ができる。
【００３８】
【実施例】以下、実施例により本発明のについて更に詳
細に説明する。
細に説明する。
【００３９】＜粒界のマスキング＞５００μｍ厚のＭｏ
基体の表面に３００オングストローム程度の厚さの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ＣＶＤ装置を用いて１０００オングストローム形成
し、フォトリソグラフィーを用いてエッチングを行い、
図４に示す様な一辺が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核形成面
４（露出したシリサイド層面）を設けた。ここでＳｉＯ
２ が非核形成面となる。
基体の表面に３００オングストローム程度の厚さの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ＣＶＤ装置を用いて１０００オングストローム形成
し、フォトリソグラフィーを用いてエッチングを行い、
図４に示す様な一辺が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核形成面
４（露出したシリサイド層面）を設けた。ここでＳｉＯ
２ が非核形成面となる。
【００４０】次に図１１に示す様な、ガス供給系１５や
ヒーター１６を備えた石英反応管１７から成る通常の減
圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣＶＤ装置）のサセプタ１８に多数
の基体１を配し、選択的結晶成長を行った。原料ガスに
はＳｉＨ２Ｃｌ２ 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。このときの成長条件を下記表１
に示す。
ヒーター１６を備えた石英反応管１７から成る通常の減
圧ＣＶＤ装置（ＬＰＣＶＤ装置）のサセプタ１８に多数
の基体１を配し、選択的結晶成長を行った。原料ガスに
はＳｉＨ２Ｃｌ２ 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。このときの成長条件を下記表１
に示す。
【００４１】
【表１】
成長終了後、基体表面の様子を光学顕微鏡で観察し
たところ、図１０に示した様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、上述で決められた核形成面のパターンにしたが
って選択結晶成長が行われていることが確かめられた。 従って、このとき粒界部の位置も同時に格子状に決めら
れる。次に、通常のプラズマＣＶＤ装置によりＳｉＨ４
とＮＨ３ の混合ガスの分解からＨを含んだＳｉ３
Ｎ４を得られた単結晶体からなる多結晶表面に１μｍ堆
積し、その上にＯＦＰＲを１μｍ厚程度に塗布し、図２
に示した様なフォトマスク（ｃ＝４０μｍ，ｄ＝２０μ
ｍ）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・現像を行い、開口部（ここ
ではレジストの開口部）を設けた。この開口部を通して
結晶表面のＳｉ３ Ｎ４ のウエ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た。この様
にして図１に示した様な粒界６のみがマスクされた多結
晶表面が得られた。
たところ、図１０に示した様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、上述で決められた核形成面のパターンにしたが
って選択結晶成長が行われていることが確かめられた。 従って、このとき粒界部の位置も同時に格子状に決めら
れる。次に、通常のプラズマＣＶＤ装置によりＳｉＨ４
とＮＨ３ の混合ガスの分解からＨを含んだＳｉ３
Ｎ４を得られた単結晶体からなる多結晶表面に１μｍ堆
積し、その上にＯＦＰＲを１μｍ厚程度に塗布し、図２
に示した様なフォトマスク（ｃ＝４０μｍ，ｄ＝２０μ
ｍ）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・現像を行い、開口部（ここ
ではレジストの開口部）を設けた。この開口部を通して
結晶表面のＳｉ３ Ｎ４ のウエ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た。この様
にして図１に示した様な粒界６のみがマスクされた多結
晶表面が得られた。
【００４２】このフォトレジストは不純物導入後に剥離
液により除去した。さらにフォトマスクを用いずに開口
部を設けることもできる。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及びその周辺
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。すなわち、この方法によりフォトマスクなしで粒
界周辺をＳｉ３ Ｎ４ 層でマスクできる。
液により除去した。さらにフォトマスクを用いずに開口
部を設けることもできる。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及びその周辺
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。すなわち、この方法によりフォトマスクなしで粒
界周辺をＳｉ３ Ｎ４ 層でマスクできる。
【００４３】＜接合の形成と粒界パシベーション＞上述
のマスキング工程で得られた多結晶Ｓｉの表面に、イオ
ンインプラによりＢ＋ を２０ＫｅＶ、１×１０１５ｃ
ｍ−２の条件で打ち込んで不純物導入し、フォトレジス
ト剥離後にランプ加熱によりアニールして不純物の活性
化及び粒界のパシベーションを行った。このランプ加熱
には短時間で処理を行うＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒ
ｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ） 法を用いた。処理条件
は昇温速度５０℃／ｓｅｃ、温度８５０℃、時間１０ｓ
ｅｃとした。
のマスキング工程で得られた多結晶Ｓｉの表面に、イオ
ンインプラによりＢ＋ を２０ＫｅＶ、１×１０１５ｃ
ｍ−２の条件で打ち込んで不純物導入し、フォトレジス
ト剥離後にランプ加熱によりアニールして不純物の活性
化及び粒界のパシベーションを行った。このランプ加熱
には短時間で処理を行うＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒ
ｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ） 法を用いた。処理条件
は昇温速度５０℃／ｓｅｃ、温度８５０℃、時間１０ｓ
ｅｃとした。
【００４４】この加熱処理を施した多結晶Ｓｉの表面に
Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒの金属電極を設け、基体側との間で電
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。
Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒの金属電極を設け、基体側との間で電
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。
【００４５】すなわち、以上のデータにより、上述のプ
ロセスが、太陽電池製造において好適なる特性を発現し
うることが確認された。
ロセスが、太陽電池製造において好適なる特性を発現し
うることが確認された。
【００４６】＜実施例１＞上述のマスキング工程と同様
に、シリサイド層が核形成面、ＳｉＯ２ が非核形成面
である基体を用いて下記表２に示す条件でＬＰＣＶＤ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
。
に、シリサイド層が核形成面、ＳｉＯ２ が非核形成面
である基体を用いて下記表２に示す条件でＬＰＣＶＤ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
。
【００４７】
【表２】
得られた多結晶薄膜表面に上述のマスキング工程と同一
条件でプラズマＣＶＤ装置によりＳｉ３ Ｎ４ を１μ
ｍ堆積し、その上にＯＦＰＲを１μｍ厚程度に塗布し、
図２に示したフォトマスクを用いて上述のマスキング工
程と同様に粒界のマスキングを行った。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および粒界をパシベーションした
。アニール処理後に熱燐酸液により粒界上に残っている
Ｓｉ３Ｎ４ を除去した。最後に多結晶表面に透明導電
膜及び集電電極を真空蒸着して粒界上に接合のない多結
晶シリコン太陽電池を得た。
条件でプラズマＣＶＤ装置によりＳｉ３ Ｎ４ を１μ
ｍ堆積し、その上にＯＦＰＲを１μｍ厚程度に塗布し、
図２に示したフォトマスクを用いて上述のマスキング工
程と同様に粒界のマスキングを行った。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および粒界をパシベーションした
。アニール処理後に熱燐酸液により粒界上に残っている
Ｓｉ３Ｎ４ を除去した。最後に多結晶表面に透明導電
膜及び集電電極を真空蒸着して粒界上に接合のない多結
晶シリコン太陽電池を得た。
【００４８】この様にして作製した多結晶シリコン太陽
電池についてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２ ）光照
射下での電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）について測定を
行ったところ、セル面積０．３６ｃｍ２ で開放電圧０
．５０Ｖ、短絡光電流３０ｍＡ／ｃｍ２ 、曲線因子０
．７１となり、変換効率１０．７％を得た。得られた太
陽電池と同一プロセスでＳｉ３ Ｎ４ を堆積しない（
粒界部を避けて接合を形成するのみ）で作製した太陽電
池を比較したところ、本実施例で得られた太陽電池の方
が光電流で７．１％多かった。これは図１２に示すよう
に長波長側での光感度が向上したことによるもので、こ
のことから結晶粒界が水素パシベーションにより効果的
に不活性化されていることがわかった。
電池についてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２ ）光照
射下での電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）について測定を
行ったところ、セル面積０．３６ｃｍ２ で開放電圧０
．５０Ｖ、短絡光電流３０ｍＡ／ｃｍ２ 、曲線因子０
．７１となり、変換効率１０．７％を得た。得られた太
陽電池と同一プロセスでＳｉ３ Ｎ４ を堆積しない（
粒界部を避けて接合を形成するのみ）で作製した太陽電
池を比較したところ、本実施例で得られた太陽電池の方
が光電流で７．１％多かった。これは図１２に示すよう
に長波長側での光感度が向上したことによるもので、こ
のことから結晶粒界が水素パシベーションにより効果的
に不活性化されていることがわかった。
【００４９】＜実施例２＞上述のマスキング工程と同様
に、かつ図３〜８に示した様なプロセスにより金属基体
１上に多結晶シリコンｐｉｎ型太陽電池を作製した。金
属基体１には厚さ０．９ｍｍのＭｏ板を用いた。
に、かつ図３〜８に示した様なプロセスにより金属基体
１上に多結晶シリコンｐｉｎ型太陽電池を作製した。金
属基体１には厚さ０．９ｍｍのＭｏ板を用いた。
【００５０】まず、この基体上に図１１に示した様なＬ
ＰＣＶＤ装置を用いてＳｉＨ４ を６３０℃で熱分解し
て５００オングストローム堆積させ、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。次にこ
のシリサイド層の表面に同様のＬＰＣＶＤ装置により絶
縁層としてＳｉ３ Ｎ４ を１０００オングストローム
堆積し、ドライエッチングを行って一辺が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。次に、ＬＰＣＶＤ装
置により下記表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膜５を得た。
ＰＣＶＤ装置を用いてＳｉＨ４ を６３０℃で熱分解し
て５００オングストローム堆積させ、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。次にこ
のシリサイド層の表面に同様のＬＰＣＶＤ装置により絶
縁層としてＳｉ３ Ｎ４ を１０００オングストローム
堆積し、ドライエッチングを行って一辺が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。次に、ＬＰＣＶＤ装
置により下記表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膜５を得た。
【００５１】
【表３】
このとき得られた多結晶連続膜５におけるシリコンの粒
径と膜厚はともに約１００μｍであった。得られた多結
晶連続膜５の表面にプラズマＣＶＤ装置によりＳｉ３
Ｎ４ を１μｍ堆積した。下記表４にＳｉ３ Ｎ４ の
形成条件を示す。
径と膜厚はともに約１００μｍであった。得られた多結
晶連続膜５の表面にプラズマＣＶＤ装置によりＳｉ３
Ｎ４ を１μｍ堆積した。下記表４にＳｉ３ Ｎ４ の
形成条件を示す。
【００５２】
【表４】
次いで、フォトレジストを塗布して図２に示したフ
ォトマスク９を用いて実施例１と同様にして粒界のマス
キングを行ない、Ｓｉ３ Ｎ４ 層が露出する部分を設
けた。 この後レジストが付いたままで、Ｂを２０ＫｅＶ，１×
１０１５ｃｍ−２の条件でイオンを打ち込んだ。続いて
レジスト剥離後にＲＴＡ装置でランプアニールとしてｐ
＋ 層を形成及び粒界をパシベーションした。アニール
処理条件は昇温速度５０℃／ｓｅｃ、温度８５０℃、処
理時間１０ｓｅｃさらに、引き続いて温度５５０℃、処
理時間１２０ｓｅｃで行った。残ったＳｉ３ Ｎ４ を
熱燐酸液で除去して最後にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂ
ｅａｍ）蒸着によりＩＴＯ透明導電膜（８２０Ａ）／集
電電極（Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ／（２００Ａ／１μｍ／４０
０Ａ））を多結晶連続膜上に形成した。
ォトマスク９を用いて実施例１と同様にして粒界のマス
キングを行ない、Ｓｉ３ Ｎ４ 層が露出する部分を設
けた。 この後レジストが付いたままで、Ｂを２０ＫｅＶ，１×
１０１５ｃｍ−２の条件でイオンを打ち込んだ。続いて
レジスト剥離後にＲＴＡ装置でランプアニールとしてｐ
＋ 層を形成及び粒界をパシベーションした。アニール
処理条件は昇温速度５０℃／ｓｅｃ、温度８５０℃、処
理時間１０ｓｅｃさらに、引き続いて温度５５０℃、処
理時間１２０ｓｅｃで行った。残ったＳｉ３ Ｎ４ を
熱燐酸液で除去して最後にＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂ
ｅａｍ）蒸着によりＩＴＯ透明導電膜（８２０Ａ）／集
電電極（Ｃｒ／Ａｇ／Ｃｒ／（２００Ａ／１μｍ／４０
０Ａ））を多結晶連続膜上に形成した。
【００５３】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Ｉ−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０．５２Ｖ、短絡光電流
３２ｍＡ／ｃｍ２ 、曲線因子０．７０となり、エネル
ギー変換効率１１．６％を得た。このように非単結晶基
体を用いて良好な特性を示す多結晶太陽電池が作製でき
た。
陽電池についてＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２ ）光
照射下でのＩ−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０．５２Ｖ、短絡光電流
３２ｍＡ／ｃｍ２ 、曲線因子０．７０となり、エネル
ギー変換効率１１．６％を得た。このように非単結晶基
体を用いて良好な特性を示す多結晶太陽電池が作製でき
た。
【００５４】＜実施例３＞実施例２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基体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１００
０オングストローム堆積し、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１１に示したＬＰＣＶＤ装置により下記表５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。このとき上記表５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
行った。
ｎ−ｎ＋ 型多結晶太陽電池を作製した。前述したよう
にＭｏ基体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１００
０オングストローム堆積し、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１１に示したＬＰＣＶＤ装置により下記表５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。このとき上記表５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
行った。
【００５５】
【表５】
また不純物としてＰＨ３ を用い、原料ガスＳｉＨ２
Ｃｌ２ に対してＰＨ３ ／ＳｉＨ２ Ｃｌ２ ＝２×
１０−６とした。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。
Ｃｌ２ に対してＰＨ３ ／ＳｉＨ２ Ｃｌ２ ＝２×
１０−６とした。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。
【００５６】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プラズマＣＶＤ装置によりＳｉ３
Ｎ４ を１μｍ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。頭頂部及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。
晶シリコン薄膜表面にプラズマＣＶＤ装置によりＳｉ３
Ｎ４ を１μｍ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。頭頂部及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。
【００５７】露出させたＳｉ３ Ｎ４ をＲＩＥでエッ
チングした後、レジストが付いた状態でｐ＋ 層を形成
するためにＡｌを多結晶シリコンの表面に６００オング
ストローム真空蒸着した。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。ＲＴ
Ａ処理を行い、ｐ＋ 層の形成及び粒界パシベーション
を行った。ＲＴＡ処理の条件は昇温速度５０℃／ｓｅｃ
、温度８００℃、処理時間１５ｓｅｃさらに引き続いて
温度５５０℃、処理時間１１０ｓｅｃで行った。残った
Ｓｉ３ Ｎ４ を除去した後に最後に反射防止膜を兼ね
た透明導電膜ＩＴＯを約９００Ａ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。
チングした後、レジストが付いた状態でｐ＋ 層を形成
するためにＡｌを多結晶シリコンの表面に６００オング
ストローム真空蒸着した。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。ＲＴ
Ａ処理を行い、ｐ＋ 層の形成及び粒界パシベーション
を行った。ＲＴＡ処理の条件は昇温速度５０℃／ｓｅｃ
、温度８００℃、処理時間１５ｓｅｃさらに引き続いて
温度５５０℃、処理時間１１０ｓｅｃで行った。残った
Ｓｉ３ Ｎ４ を除去した後に最後に反射防止膜を兼ね
た透明導電膜ＩＴＯを約９００Ａ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。
【００５８】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Ｉ−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３３ｍＡ／ｃｍ２ 、曲線因
子０．７２となり、１２．６％という高い変換効率が得
られた。
型多結晶太陽電池のＡＭ１．５光照射下でのＩ−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３３ｍＡ／ｃｍ２ 、曲線因
子０．７２となり、１２．６％という高い変換効率が得
られた。
【００５９】＜実施例４＞実施例２と同様にして、かつ
図１３〜図１９に示すヘテロ型太陽電池の製造プロセス
に従い、ｐ＋ μｃ−Ｓｉ／多結晶シリコンヘテロ型太
陽電池を作製した。基体には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４
００オングストローム堆積した。５００℃、３００ｍｉ
ｎの条件でアニールしてシリサイド化した。常圧ＣＶＤ
法によりシリサイド層の上にＳｉＯ２ 膜８００オング
ストロームを堆積させ、開口部は大きさをａ＝１．２μ
ｍ、ｂ＝５０μｍの間隔で設けた。ＬＰＣＶＤ法により
前記表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１３〜図１５）。
図１３〜図１９に示すヘテロ型太陽電池の製造プロセス
に従い、ｐ＋ μｃ−Ｓｉ／多結晶シリコンヘテロ型太
陽電池を作製した。基体には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４
００オングストローム堆積した。５００℃、３００ｍｉ
ｎの条件でアニールしてシリサイド化した。常圧ＣＶＤ
法によりシリサイド層の上にＳｉＯ２ 膜８００オング
ストロームを堆積させ、開口部は大きさをａ＝１．２μ
ｍ、ｂ＝５０μｍの間隔で設けた。ＬＰＣＶＤ法により
前記表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１３〜図１５）。
【００６０】得られた山型多結晶シリコン表面にプラズ
マＣＶＤ装置によりＳｉ３ Ｎ４ 層を１μｍ堆積し、
フォトレジストを塗布して図２に示したフォトマスク９
により実施例２と同様にして粒界のマスキングを行った
（図１６）。次にＲＩＥによりＳｉ３ Ｎ４ 層上に開
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、下記表６に示す条件で多結晶シ
リコン表面上にｐ型μｃ−Ｓｉ層１９を２００オングス
トローム堆積させた（図１８）。
マＣＶＤ装置によりＳｉ３ Ｎ４ 層を１μｍ堆積し、
フォトレジストを塗布して図２に示したフォトマスク９
により実施例２と同様にして粒界のマスキングを行った
（図１６）。次にＲＩＥによりＳｉ３ Ｎ４ 層上に開
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、下記表６に示す条件で多結晶シ
リコン表面上にｐ型μｃ−Ｓｉ層１９を２００オングス
トローム堆積させた（図１８）。
【００６１】
【表６】
このときのμｃ−Ｓｉ層暗導電率は１０１ Ｓ・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
ンの表面に塗布して図２に示したフォトマスク９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Ｓｉ３ Ｎ４ 上の開口部との位置合わせを行
い、μｃ−Ｓｉ層１９のパターニングを行った（図１７
）。このようにして山型多結晶シリコンの表面において
、Ｓｉ３ Ｎ４ 上に設けられた開口部内のみにｐｎ接
合を形成した。残ったＳｉ３ Ｎ４ を熱燐酸液で除去
した後、その上に透明導電層１１としてＩＴＯを約８５
０Ａ電子ビーム蒸着し、さらに集電電極１２（Ｃｒ／Ａ
ｇ／Ｃｒ（２００オングストローム／１μｍ／４００オ
ングストローム））を形成した（図１８）。
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
ンの表面に塗布して図２に示したフォトマスク９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Ｓｉ３ Ｎ４ 上の開口部との位置合わせを行
い、μｃ−Ｓｉ層１９のパターニングを行った（図１７
）。このようにして山型多結晶シリコンの表面において
、Ｓｉ３ Ｎ４ 上に設けられた開口部内のみにｐｎ接
合を形成した。残ったＳｉ３ Ｎ４ を熱燐酸液で除去
した後、その上に透明導電層１１としてＩＴＯを約８５
０Ａ電子ビーム蒸着し、さらに集電電極１２（Ｃｒ／Ａ
ｇ／Ｃｒ（２００オングストローム／１μｍ／４００オ
ングストローム））を形成した（図１８）。
【００６２】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０．５９Ｖ、短絡光電流３１
ｍＡ／ｃｍ２ 、曲線因子０．７となり、変換効率１２
．８％という高いが得られた。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Ｓｉ３ Ｎ
４ 層を形成せずに直ちに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
となっていた。
／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０．５９Ｖ、短絡光電流３１
ｍＡ／ｃｍ２ 、曲線因子０．７となり、変換効率１２
．８％という高いが得られた。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Ｓｉ３ Ｎ
４ 層を形成せずに直ちに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
となっていた。
【００６３】
【発明の効果】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
ると同時に粒界部の水素原子によるパシベーション処理
ができ、これにより従来より高い開放電圧・短絡光電流
を有する高品質で安価な多結晶太陽電池が製造できる。
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
ると同時に粒界部の水素原子によるパシベーション処理
ができ、これにより従来より高い開放電圧・短絡光電流
を有する高品質で安価な多結晶太陽電池が製造できる。
【図１】本発明の方法において、結晶粒界をＳｉ３ Ｎ
４ でマスキングした状態を例示する平面および断面図
である。
４ でマスキングした状態を例示する平面および断面図
である。
【図２】本発明の方法において使用するフォトマスクを
例示する図である。
例示する図である。
【図３】本発明の方法における工程の態様を例示する模
式的部分断面図である。
式的部分断面図である。
【図４】本発明の方法における工程の態様を例示する模
式的部分断面図である。
式的部分断面図である。
【図５】本発明の方法における工程の態様を例示する模
式的部分断面図である。
式的部分断面図である。
【図６】本発明の方法における工程の態様を例示する模
式的部分断面図である。
式的部分断面図である。
【図７】本発明の方法における工程の態様を例示する模
式的部分断面図である。
式的部分断面図である。
【図８】本発明の方法における工程の態様を例示する模
式的部分断面図である。
式的部分断面図である。
【図９】本発明の方法において使用する基体を例示する
平面および断面図である。
平面および断面図である。
【図１０】本発明の方法において多結晶連続膜が形成さ
れた状態を例示する平面および断面図である。
れた状態を例示する平面および断面図である。
【図１１】本発明の方法において使用するＣＶＤ装置を
例示する模式図である。
例示する模式図である。
【図１２】本発明の実施例１における吸収効率の結果を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図１３】本発明の方法における工程の態様を順に例示
する模式的部分断面図である。
する模式的部分断面図である。
【図１４】本発明の方法における工程の態様を順に例示
する模式的部分断面図である。
する模式的部分断面図である。
【図１５】本発明の方法における工程の態様を順に例示
する模式的部分断面図である。
する模式的部分断面図である。
【図１６】本発明の方法における工程の態様を順に例示
する模式的部分断面図である。
する模式的部分断面図である。
【図１７】本発明の方法における工程の態様を順に例示
する模式的部分断面図である。
する模式的部分断面図である。
【図１８】本発明の方法における工程の態様を順に例示
する模式的部分断面図である。
する模式的部分断面図である。
【図１９】本発明の方法における工程の態様を順に例示
する模式的部分断面図である。
する模式的部分断面図である。
【図２０】従来の多結晶太陽電池の構成を例示する模式
図である。
図である。
【図２１】従来の多結晶太陽電池の構成を例示する模式
図である。
図である。
【符号の説明】
１ 基体
２ シリサイド層
３ 絶縁層
４ 核形成面
５ 多結晶連続膜
６ 粒界
７ Ｓｉ３ Ｎ４ 層
８ レジスト
９ フォトマスク
１０ ｐ＋ （またはｎ＋ ）層
１１ 透明導電層
１２ 集電電極
１３ 開口部
１５ ガス供給系
１６ ヒーター
１７ 石英反応管
１８ サセプタ
１９ μｃ−Ｓｉ層
２０ ｎ（ｐ）領域
２１ ｐ（ｎ）領域
Claims (7)
- 【請求項１】 選択的結晶成長法を用いた多結晶太陽
電池の製造方法において、 ｉ）基体上に非核形成面及び核形成面を設ける工程と、
ｉｉ） 選択的結晶成長法により該基体上の核形成面の
みに単結晶体を発生させ、該結晶体を成長させて多結晶
連続膜を形成する工程と、 ｉｉｉ） 該多結晶連続膜上に、該単結晶体同士の接触
により形成される結晶粒界に対応する部位以外に開口部
を有する少なくともシリコン原子と窒素原子と水素原子
とを含む層を設け、該開口部より該単結晶体表面に不純
物を導入する工程と、 ｉｖ） 加熱により該開口部内の単結晶表面に半導体接
合を形成し、かつ該結晶粒界部位には水素原子でパシベ
ーションを行う工程と、 ｖ）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。 - 【請求項２】 Ｓｉ３ Ｎ４ 中の水素原子の濃度が
１０２２ｃｍ−３以上である請求項１に記載の多結晶太
陽電池の製造方法。 - 【請求項３】 Ｓｉ３ Ｎ４ をプラズマＣＶＤ法に
より堆積する請求項１または２に記載の多結晶太陽電池
の製造方法。 - 【請求項４】 開口部をフォトリソグラフィーにより
設ける請求項１、２または３に記載の多結晶太陽電池の
製造方法。 - 【請求項５】 不純物原子はＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ、Ａ
ｌ、ＩｎまたはＧａである請求項１、２、３または４に
記載の多結晶太陽電池の製造方法。 - 【請求項６】 選択的結晶成長を熱ＣＶＤ法により行
う請求項１、２、３、４または５に記載の多結晶太陽電
池の製造方法。 - 【請求項７】 工程ｉｖ） の加熱をランプ加熱によ
り行なう請求項１、２、３、４、５または６に記載の多
結晶太陽電池の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089338A JP2802180B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 太陽電池の製造方法 |
| US07/837,976 US5279686A (en) | 1991-02-20 | 1992-02-20 | Solar cell and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3089338A JP2802180B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 太陽電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04302480A true JPH04302480A (ja) | 1992-10-26 |
| JP2802180B2 JP2802180B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=13967909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3089338A Expired - Fee Related JP2802180B2 (ja) | 1991-02-20 | 1991-03-29 | 太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2802180B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013524514A (ja) * | 2010-03-26 | 2013-06-17 | テトラサン インコーポレイテッド | 高効率結晶太陽電池における遮蔽された電気接点およびパッシベーション化誘電体層を通じたドーピング、ならびにその構造および製造方法 |
| US9673341B2 (en) | 2015-05-08 | 2017-06-06 | Tetrasun, Inc. | Photovoltaic devices with fine-line metallization and methods for manufacture |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP3089338A patent/JP2802180B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013524514A (ja) * | 2010-03-26 | 2013-06-17 | テトラサン インコーポレイテッド | 高効率結晶太陽電池における遮蔽された電気接点およびパッシベーション化誘電体層を通じたドーピング、ならびにその構造および製造方法 |
| US9184314B2 (en) | 2010-03-26 | 2015-11-10 | Tetrasun, Inc. | Shielded electrical contact and doping through a passivating dielectric layer in a high-efficiency crystalline solar cell, including structure and methods of manufacture |
| US9443994B2 (en) | 2010-03-26 | 2016-09-13 | Tetrasun, Inc. | Shielded electrical contact and doping through a passivating dielectric layer in a high-efficiency crystalline solar cell, including structure and methods of manufacture |
| US9966481B2 (en) | 2010-03-26 | 2018-05-08 | Tetrasun, Inc. | Shielded electrical contact and doping through a passivating dielectric layer in a high-efficiency crystalline solar cell, including structure and methods of manufacture |
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