JPH0494170A - 光起電力素子の製造方法 - Google Patents
光起電力素子の製造方法Info
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- JPH0494170A JPH0494170A JP2212261A JP21226190A JPH0494170A JP H0494170 A JPH0494170 A JP H0494170A JP 2212261 A JP2212261 A JP 2212261A JP 21226190 A JP21226190 A JP 21226190A JP H0494170 A JPH0494170 A JP H0494170A
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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
- Y02E10/548—Amorphous 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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野］
本発明は、太陽電池、光センサ等として用いられる光起
電力素子の製造方法に関する。
電力素子の製造方法に関する。
〔従来の技術］
一般に、光起電力素子はガラス等の透光性基板上に透明
電極と、導電型が夫々ｎ型、１ （真性）型、ｎ型の３
層の非晶質半導体層と、裏面電極と、をこの順序に積層
して構成されている。
電極と、導電型が夫々ｎ型、１ （真性）型、ｎ型の３
層の非晶質半導体層と、裏面電極と、をこの順序に積層
して構成されている。
このような光起電力素子は安価である利点を有する反面
、結晶系シリコンを用いた光起電力素子と比較して光電
変換効率が低いという問題があった。
、結晶系シリコンを用いた光起電力素子と比較して光電
変換効率が低いという問題があった。
また、非晶質半導体層を用いた光起電力素子は３００〜
８００ｎｍの光感度を有するが、それ以上の長波長側に
も感度を有する光起電力素子が要求されるようになって
きた。
８００ｎｍの光感度を有するが、それ以上の長波長側に
も感度を有する光起電力素子が要求されるようになって
きた。
このため、結晶系の多結晶シリコンを用いた光起電力素
子が注目されている。多結晶シリコンは非晶質シリコン
に比べ移動度が１〜２桁程度高く、また熱的に安定して
おり信頼性が高いという特性を有する。しかも光感度も
３００〜１ｌ１００ｎと広い。
子が注目されている。多結晶シリコンは非晶質シリコン
に比べ移動度が１〜２桁程度高く、また熱的に安定して
おり信頼性が高いという特性を有する。しかも光感度も
３００〜１ｌ１００ｎと広い。
［発明が解決しようとする課題］
従来、多結晶シリコン層は、低コスト化のため通常はＣ
ＶＤ法、又はＣＶＤ法と再結晶化等を組み合わせた方法
で形成している。しかしながら、これらの方法により形
成した多結晶シリコンは、その粒径が小さく、それだけ
多くの粒界を含むこととなる。この粒界では光生成キャ
リアの再結合等が起こり易いという性質があり、光電変
換効率の向上を図る上での障害となっている。
ＶＤ法、又はＣＶＤ法と再結晶化等を組み合わせた方法
で形成している。しかしながら、これらの方法により形
成した多結晶シリコンは、その粒径が小さく、それだけ
多くの粒界を含むこととなる。この粒界では光生成キャ
リアの再結合等が起こり易いという性質があり、光電変
換効率の向上を図る上での障害となっている。
本発明は斯る事情に鑑みなされたものであって、結晶粒
が大きく、粒界が少ない高品質の多結晶半導体層を備え
た光起電力素子を製造する方法を提供することにある。
が大きく、粒界が少ない高品質の多結晶半導体層を備え
た光起電力素子を製造する方法を提供することにある。
〔課題を解決するための手段Ｊ
本発明の第１の発明は、基板上に、一導電型の非晶質半
導体層、真性非晶質半導体層、他導電型の非晶質半導体
層を順次形成した後、これに熱処理を施し、前記各非晶
質半導体層を結晶化させて、一導電型の多結晶半導体層
、真性多結晶半導体層、並びに他導電型の多結晶半導体
層となすことを特徴とする。
導体層、真性非晶質半導体層、他導電型の非晶質半導体
層を順次形成した後、これに熱処理を施し、前記各非晶
質半導体層を結晶化させて、一導電型の多結晶半導体層
、真性多結晶半導体層、並びに他導電型の多結晶半導体
層となすことを特徴とする。
本発明の第２の発明は、基板上に一導電型の非晶質半導
体層を形成する工程、この非晶質半導体層上に真性非晶
質半導体層と一導電型または他導電型の非晶質半導体層
を交互にして光活性層を形成する工程、この光活性層上
に他導電型の非晶質半導体層を形成する工程、これらの
各非晶質半導体層に熱処理を施して、結晶化させ、一導
電型の多結晶半導体層、真性に近い多結晶半導体からな
る光活性層及び他導電型の多結晶半導体層となす工程と
、を備える。
体層を形成する工程、この非晶質半導体層上に真性非晶
質半導体層と一導電型または他導電型の非晶質半導体層
を交互にして光活性層を形成する工程、この光活性層上
に他導電型の非晶質半導体層を形成する工程、これらの
各非晶質半導体層に熱処理を施して、結晶化させ、一導
電型の多結晶半導体層、真性に近い多結晶半導体からな
る光活性層及び他導電型の多結晶半導体層となす工程と
、を備える。
〔作用］
熱処理による結晶化処理の際、導電型を決定する不純物
が含有されている非晶質半導体層が、結晶化の核発生層
となる。そして、その核発生層から、真性の非晶質半導
体層へと結晶化が進むことで、粒径の大きい多結晶半導
体層が形成できる。
が含有されている非晶質半導体層が、結晶化の核発生層
となる。そして、その核発生層から、真性の非晶質半導
体層へと結晶化が進むことで、粒径の大きい多結晶半導
体層が形成できる。
更に、非晶質半導体層で、非晶質系の光起電力素子を構
成し、その光起電力素子に熱処理を施しているので、従
来の非晶質光起電力素子を形成するための簡略なプロセ
スがそのまま使用でき、複雑なプロセスは全く必要とし
ない。
成し、その光起電力素子に熱処理を施しているので、従
来の非晶質光起電力素子を形成するための簡略なプロセ
スがそのまま使用でき、複雑なプロセスは全く必要とし
ない。
また、第２の発明によれば、真性に近い光活性層に周期
的に核発生場所が形成されることになるので、粒径が大
きく且つ膜厚の厚い光活性層が形成できる。
的に核発生場所が形成されることになるので、粒径が大
きく且つ膜厚の厚い光活性層が形成できる。
まず、第１図に従い本発明の第１の発明について説明す
る。
る。
第１図（ａ）および（ｂ）は、本発明の光起電力素子の
製造方法を示す断面図であり、第１図（ａ）は熱処理を
施す前、第１＠（ｂ）は熱処理を施した後を夫々示す。
製造方法を示す断面図であり、第１図（ａ）は熱処理を
施す前、第１＠（ｂ）は熱処理を施した後を夫々示す。
第１図（ａ）に示すように、石英などからなる基板１上
にｐ型不純物としてボロン（Ｂ）がドープされた膜厚１
００〜５０００人のｐ型非晶質シリコン層２が形成され
る。
にｐ型不純物としてボロン（Ｂ）がドープされた膜厚１
００〜５０００人のｐ型非晶質シリコン層２が形成され
る。
上述のｐ型非晶質シリコン層２は、例えば高周波（ＲＦ
）グロー放電法により、基板ｌ上に形成される。ボロン
濃度は１０°１〜ｌＯ“’ｃｒ５”程度である。
）グロー放電法により、基板ｌ上に形成される。ボロン
濃度は１０°１〜ｌＯ“’ｃｒ５”程度である。
このｐ型非晶質シリコン層２上に膜厚約５μｍのｉ型非
晶質シリコン層３が同じ＜ＲＦグロー放電法により形成
される。
晶質シリコン層３が同じ＜ＲＦグロー放電法により形成
される。
更に、この１型非晶質シリコン層３上に、ｎ型不純物と
してリン（Ｐ）がドープされた膜厚１００〜５０００人
のｎ型非晶質シリコ２層４が同じ＜ＲＦグロー放電法に
より形成され、非晶質系の光起電力素子を得る。
してリン（Ｐ）がドープされた膜厚１００〜５０００人
のｎ型非晶質シリコ２層４が同じ＜ＲＦグロー放電法に
より形成され、非晶質系の光起電力素子を得る。
そして、上述したｐ型非晶質シリコン層２と１型非晶質
シリコン層３．１型非晶質シリコン層３とｎ型非晶質シ
リコ２層４の夫々の接合界面における各不純物濃度は１
０”ｃｎｉ”程度の低濃度に制御されている。
シリコン層３．１型非晶質シリコン層３とｎ型非晶質シ
リコ２層４の夫々の接合界面における各不純物濃度は１
０”ｃｎｉ”程度の低濃度に制御されている。
その後、上述のように、基板１上にｐ型非晶質シリコン
層２．ｉ型非晶質シリコン層３、ｎ型非晶質シリコ２層
４を順次形成した非晶質系の光起電力素子を真空容器内
に入れ、温度５００℃に保持して熱処理を施す。
層２．ｉ型非晶質シリコン層３、ｎ型非晶質シリコ２層
４を順次形成した非晶質系の光起電力素子を真空容器内
に入れ、温度５００℃に保持して熱処理を施す。
この熱処理により非晶質シリコン層を結晶化させて、多
結晶シリコン層をなすいわゆる固相成長が行なわれる。
結晶シリコン層をなすいわゆる固相成長が行なわれる。
ここで固相成長について説明を加える。
第３図は、一般に結晶成長分野においては極めて低温と
されている５００℃で固相成長を行った場合の非晶質シ
リコン層にドープされたリン（Ｐ）の不純物濃度と結晶
の粒径との関係を示す特性図である。
されている５００℃で固相成長を行った場合の非晶質シ
リコン層にドープされたリン（Ｐ）の不純物濃度と結晶
の粒径との関係を示す特性図である。
第３図から分かるように、不純物濃度がｉｏ’ｃｍ”の
とき、粒径が最も大きくなる。また、濃度が高くなると
、逆に結晶の粒径が小さくなる。
とき、粒径が最も大きくなる。また、濃度が高くなると
、逆に結晶の粒径が小さくなる。
一方、ｔｏ”ｃｉ”以下の濃度では固相成長は行なわれ
ない。第３図において、１０”ｃｎｒ″以下の斜線部を
施した領域は固相成長が不能ということを示す。
ない。第３図において、１０”ｃｎｒ″以下の斜線部を
施した領域は固相成長が不能ということを示す。
このような見地からこの発明の実施例においては、ｉ／
ｎ界面を形成する時には、ｉ型のリン濃度は〜ｌＸｌ０
”ｃｎｉ”に制御し、それからｎ側へ向ってリン濃度が
増加するように制御する必要がある。
ｎ界面を形成する時には、ｉ型のリン濃度は〜ｌＸｌ０
”ｃｎｉ”に制御し、それからｎ側へ向ってリン濃度が
増加するように制御する必要がある。
また、ｐ型不純物のボロン（Ｂ）についても同様である
ので、ｐ／ｌ界面においてもｌ側のボロン濃度を〜ｌ
Ｘ １０’ ”ｃｎｉ” ｋ Ｌ、それからｐ側に向っ
てボロン濃度が増加するように分布を制御しなければな
らない。
ので、ｐ／ｌ界面においてもｌ側のボロン濃度を〜ｌ
Ｘ １０’ ”ｃｎｉ” ｋ Ｌ、それからｐ側に向っ
てボロン濃度が増加するように分布を制御しなければな
らない。
而して、５００℃の熱処理により、ｐハ界面、または、
ｉ／ｎ界面の不純物が夫々ドープされた非晶質シリコン
層２または４が結晶化の核発生層となり、この部分から
結晶化が進み、第１図（ｂ）に示すように、粒径の大き
いｎ型多結晶９１２２層２０、ｌ型多結８９９２２層３
０、ｎ型多結晶シリコン４０からなる光起電力素子が得
られる。
ｉ／ｎ界面の不純物が夫々ドープされた非晶質シリコン
層２または４が結晶化の核発生層となり、この部分から
結晶化が進み、第１図（ｂ）に示すように、粒径の大き
いｎ型多結晶９１２２層２０、ｌ型多結８９９２２層３
０、ｎ型多結晶シリコン４０からなる光起電力素子が得
られる。
さて、非晶質シリコンを用いた第１図（ａ）に示した状
態の光起電力素子は、３００〜８００ｍｍの光において
感度があり、その電流密度は〜１７ｍＡ／ｃｍ”である
。
態の光起電力素子は、３００〜８００ｍｍの光において
感度があり、その電流密度は〜１７ｍＡ／ｃｍ”である
。
これに対して、第１図（ｂ）に示す薄膜多結晶シリコン
からなる光起電力素子は光活性層（１型多結晶シリコン
層３０）の膜厚が５μｍの時、〜ｌ ８ｍＡ／ａｍ’の
電流密度があり、光感度は３００〜１１００ｍｍと長波
長側にも感度を拡げることができる。
からなる光起電力素子は光活性層（１型多結晶シリコン
層３０）の膜厚が５μｍの時、〜ｌ ８ｍＡ／ａｍ’の
電流密度があり、光感度は３００〜１１００ｍｍと長波
長側にも感度を拡げることができる。
また、多結晶シリコンを用いた光起電力素子の電流密度
を更に向上させるためには、光活性層（ｌ型多結８９９
２２層３０）の膜厚を５μｍ以上必要とする。
を更に向上させるためには、光活性層（ｌ型多結８９９
２２層３０）の膜厚を５μｍ以上必要とする。
本発明の第２の発明は、光活性層の膜厚を５μｍ以上に
厚くするときに、特に有効なものである。
厚くするときに、特に有効なものである。
第２図に従い本発明の第２の発明について説明する。
この第２の発明においては、前述の第１の発明と光活性
層となるｉ型非晶質シリコン層３の構造を異にする以外
、他の構成は同じであるので、同一部分には同一符号を
付し説明を省略し、ここでは光活性層となる部分につい
てのみ説明する。
層となるｉ型非晶質シリコン層３の構造を異にする以外
、他の構成は同じであるので、同一部分には同一符号を
付し説明を省略し、ここでは光活性層となる部分につい
てのみ説明する。
この光活性層となる箇所にはｌ型非晶質シリコン３１と
ｎ型非晶質シリコン３２を交互に多層に形成し、この多
層膜の膜厚が合計５μｍ以上になるように積み重ねられ
る。そして、各ｉ型非晶質シリコン３１の膜厚はｌμｉ
ｉ、 ｎ型非晶質シリコン層３２の膜厚は１００〜２０
００人である。
ｎ型非晶質シリコン３２を交互に多層に形成し、この多
層膜の膜厚が合計５μｍ以上になるように積み重ねられ
る。そして、各ｉ型非晶質シリコン３１の膜厚はｌμｉ
ｉ、 ｎ型非晶質シリコン層３２の膜厚は１００〜２０
００人である。
またｎ型非晶質シリコン層３２のリン（Ｐ）の不純物濃
度は〜１０”ｃｎｒ’である。
度は〜１０”ｃｎｒ’である。
尚、ｐ型非晶質シリコン２． ｎ型非晶質シリコン４の
膜厚並びに不純物濃度は前述の第１の発明と同様に形成
される。
膜厚並びに不純物濃度は前述の第１の発明と同様に形成
される。
而して、このように形成された光起電力素子に５００℃
の熱処理を施して、固相成長を行なうと、前述の第１の
発明と同じく、ｐ型非晶質シリコン／光活性層、光活性
層／ｎ型非晶質シリコンの接合界面が核発生層となると
共に、光活性層内の各ｎ型非晶質シリコン３２が各核発
生層となる。従って、光活性層の深さ方向に周期的に核
発生層が存在することになり、核発生の位置、密度が制
御され、大粒径の真性に近い１型の多結晶シリコン層か
らなる光活性層３５が形成される。
の熱処理を施して、固相成長を行なうと、前述の第１の
発明と同じく、ｐ型非晶質シリコン／光活性層、光活性
層／ｎ型非晶質シリコンの接合界面が核発生層となると
共に、光活性層内の各ｎ型非晶質シリコン３２が各核発
生層となる。従って、光活性層の深さ方向に周期的に核
発生層が存在することになり、核発生の位置、密度が制
御され、大粒径の真性に近い１型の多結晶シリコン層か
らなる光活性層３５が形成される。
このように、この第２の発明によれば、光活性層３５の
膜厚を厚くしても、粒径の大きい多結晶シリコン層を得
ることができる。
膜厚を厚くしても、粒径の大きい多結晶シリコン層を得
ることができる。
沿いて、上述した第２の発明を用いて、光活性層３５の
膜厚を１０μｍにした光起電力素子においては、〜３３
ｍＡ／ｃｎ！の電流密度が得られた。
膜厚を１０μｍにした光起電力素子においては、〜３３
ｍＡ／ｃｎ！の電流密度が得られた。
尚、上述した実施例においては、ｎ型と１型の非晶質シ
リコンを交互に積層して、非晶質シリコンの光活性層を
構成したがｐ型と１型の非晶質シリコンを交互に積層し
て形成しても同様の効果が得られる。
リコンを交互に積層して、非晶質シリコンの光活性層を
構成したがｐ型と１型の非晶質シリコンを交互に積層し
て形成しても同様の効果が得られる。
以上説明したように、本発明によれば、熱処理による結
晶化処理の際、導電型を決定する不純物が含有されてい
る非晶質半導体層が、結晶化の核発生層となり、その核
発生層から、真性の非晶質半導体層へと結晶化が進むの
で、粒径の大きい多結晶半導体層が形成でき、光電変換
効率の向上を図ることができる。
晶化処理の際、導電型を決定する不純物が含有されてい
る非晶質半導体層が、結晶化の核発生層となり、その核
発生層から、真性の非晶質半導体層へと結晶化が進むの
で、粒径の大きい多結晶半導体層が形成でき、光電変換
効率の向上を図ることができる。
更に、非晶質半導体層で、非晶質系の光起電力素子を構
成し、その光起電力素子に熱処理を施しているので、従
来の非晶質光起電力素子を形成するための簡略なプロセ
スがそのまま使用でき、複雑なプロセスは全く必要とせ
ず、容易に粒径の大きい光起電力素子を製造することが
できる。
成し、その光起電力素子に熱処理を施しているので、従
来の非晶質光起電力素子を形成するための簡略なプロセ
スがそのまま使用でき、複雑なプロセスは全く必要とせ
ず、容易に粒径の大きい光起電力素子を製造することが
できる。
また、第２の発明によれば、真性に近い光活性層に周期
的に核発生場所が形成されることになるので、粒径が大
きく且つ膜厚の厚い光活性層を形成することができる。
的に核発生場所が形成されることになるので、粒径が大
きく且つ膜厚の厚い光活性層を形成することができる。
第１図は第１の発明に係る光起電力素子を示す断面図、
第２図は第２の発明に係る光起電力素子を示す断面図で
ある。 第３図は、リンの不純物濃度と固相成長による多結晶シ
リコンの結晶の粒径との関係を示す特性図である。 １・・・基板、 ２・・・ｎ型非晶質シリコン、３・
・・ｌ型非晶質シリコン、 ４・・・ｎ型非晶質シリコン、 ２０・・・ｐ型多結晶シリコン、 ３０・・・１型多結晶シリコン、 ４０・・・ｎ型多結晶シリコン、 ３１・・・ｌ型非晶質シリコン、 ３２・・・ｎ型非晶質シリコン、 ３５・・・光活性層。 リン（Ｐ） 壇＆（Ｃｍ３） （ｂ） （ｂ）
第２図は第２の発明に係る光起電力素子を示す断面図で
ある。 第３図は、リンの不純物濃度と固相成長による多結晶シ
リコンの結晶の粒径との関係を示す特性図である。 １・・・基板、 ２・・・ｎ型非晶質シリコン、３・
・・ｌ型非晶質シリコン、 ４・・・ｎ型非晶質シリコン、 ２０・・・ｐ型多結晶シリコン、 ３０・・・１型多結晶シリコン、 ４０・・・ｎ型多結晶シリコン、 ３１・・・ｌ型非晶質シリコン、 ３２・・・ｎ型非晶質シリコン、 ３５・・・光活性層。 リン（Ｐ） 壇＆（Ｃｍ３） （ｂ） （ｂ）
Claims (2)
- （１）基板上に、一導電型の非晶質半導体層、真性非晶
質半導体層、他導電型の非晶質半導体層を順次形成した
後、これに熱処理を施し、前記各非晶質半導体層を結晶
化させて、一導電型の多結晶半導体層、真性多結晶半導
体層、並びに他導電型の多結晶半導体層となすことを特
徴とする光起電力素子の製造方法。 - （２）基板上に一導電型の非晶質半導体層を形成する工
程、この非晶質半導体層上に真性非晶質半導体層と一導
電型または他導電型の非晶質半導体層を交互に形成して
光活性層を形成する工程、この光活性層上に他導電型の
非晶質半導体層を形成する工程、これらの各非晶質半導
体層に熱処理を施して、結晶化させ、一導電型の多結晶
半導体層、真性に近い多結晶半導体からなる光活性層及
び他導電型の多結晶半導体層となす工程、とからなる光
起電力素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2212261A JPH0494170A (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 光起電力素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2212261A JPH0494170A (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 光起電力素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0494170A true JPH0494170A (ja) | 1992-03-26 |
Family
ID=16619652
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2212261A Pending JPH0494170A (ja) | 1990-08-09 | 1990-08-09 | 光起電力素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0494170A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009536455A (ja) * | 2007-01-23 | 2009-10-08 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 横方向結晶化工程を利用した光起電装置及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-08-09 JP JP2212261A patent/JPH0494170A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009536455A (ja) * | 2007-01-23 | 2009-10-08 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | 横方向結晶化工程を利用した光起電装置及びその製造方法 |
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