JPH0645622A - Solar cell and its manufacture - Google Patents

Solar cell and its manufacture

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JPH0645622A
JPH0645622A JP4217168A JP21716892A JPH0645622A JP H0645622 A JPH0645622 A JP H0645622A JP 4217168 A JP4217168 A JP 4217168A JP 21716892 A JP21716892 A JP 21716892A JP H0645622 A JPH0645622 A JP H0645622A
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solar cell
silicon
layer
crystalline silicon
porous
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Akiyuki Nishida
彰志 西田
Nobuhiko Sato
信彦 佐藤
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    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Abstract

PURPOSE:To obtain a crystal solar cell provided with a window layer effect without using a heterogeneous material by a method wherein porous silicon, of a second conductivity type, to be used as a light-incident layer is laminated on crystal silicon of a first conductivity type. CONSTITUTION:Impurities are introduced into the surface of a silicon wafer by a thermal diffusion operation, an ion implantation operation or the like, and a first crystal silicon layer 101c is formed. Then, the surface on the side into which the impurities have been introduced of the wafer is anodically formed in an HF solution, and a second porous crystal silicon layer 103c is formed. A transparent conductive film 105c and a collector electrode 105a are formed on it, an electrode 106c is formed on the rear and a solar cell is formed. Consequently, the crystal silicon layer 101c and the porous silicon layer 103c of an opposite conductivity type are formed on the surface of crystal silicon, the porous silicon layer 103c functions as a good window layer, and the solar cell whose photoelectric conversion efficiency is high can be manufactured. Consequently, a good-quality crystal solar cell provided with mass productivity can be put on the market.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池及びその製造方
法に係わり、特に安価で良好な特性を示す結晶太陽電池
及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell and a method of manufacturing the same, and more particularly to a crystalline solar cell which exhibits good characteristics at a low cost and a method of manufacturing the same.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art In various devices, solar cells are used as a driving energy source.

【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。半導体として使用されるシリコン
の形態には単結晶、多結晶およびアモルファスがある。
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が、光エネルギーを起電力に変
換する効率や安定性の点からは単結晶シリコンが好まし
いため、低コストの単結晶シリコン太陽電池が強く望ま
れている。
A solar cell uses a pn junction in its functional portion, and silicon is generally used as a semiconductor forming the pn junction. The forms of silicon used as a semiconductor include single crystal, polycrystalline and amorphous.
Amorphous silicon is considered to be advantageous in terms of large area and cost reduction, but single crystal silicon is preferable in terms of efficiency and stability of converting light energy into electromotive force, and thus low cost single crystal silicon. Solar cells are strongly desired.

【0004】単結晶シリコンによる高効率太陽電池の開
発は、近年盛んに行われており、変換効率が20%を越
えるものが実現されている(A.W.Blakers
and M.A.Green,Applied Phy
sics Letters,vol.48,p215,
1986;R.A.Sinton,Y.Kwark,
J.Y.Gan and R.M.Swanson,I
EEE Electron Device Lette
rs,vol.EDL−6,p567,1986;T.
Saitoh,T.Uematsu,Y.Kida,
K.Matsukuma and K.Morita,
Proceedings of l9thIEEE P
hotovoltaic Specialists C
onference,pl518,1987)。
High-efficiency solar cells made of single crystal silicon have been actively developed in recent years, and conversion efficiencies exceeding 20% have been realized (A.W. Blackers).
and M.D. A. Green, Applied Phy
sics Letters, vol. 48, p215,
1986; A. Sinton, Y .; Kwalk,
J. Y. Gand and R. M. Swanson, I
EEE Electron Device Letter
rs, vol. EDL-6, p567, 1986;
Saitoh, T .; Uematsu, Y .; Kida,
K. Matsukuma and K.M. Morita,
Proceedings of 19th IEEE P
photovoltaic Specialists C
onference, pl518, 1987).

【0005】これらの高効率太陽電池においては高品質
の単結晶ウエハを使用し、IC製造プロセスを駆使して
性能の向上をはかっている。すなわち、これらの高効率
太陽電池の特徴は、小数キャリアのライフタイムが長
い高品質FZウエハを基板に使用し、入射光の表面反
射を抑えて結晶内部に光を閉じこめたり、結晶表面や
内部での再結合損失を減らす構造やプロセスを導入して
いることである。
In these high-efficiency solar cells, high-quality single crystal wafers are used and the IC manufacturing process is used to improve the performance. That is, these high-efficiency solar cells are characterized by using a high-quality FZ wafer, which has a long lifetime of minority carriers, as a substrate and suppress surface reflection of incident light to confine light inside the crystal, Introducing structures and processes that reduce the recombination loss of.

【0006】しかし、特に入射光の反射を抑えて捕獲率
を上げたり結晶表面での生成したキャリアの再結合損失
を低減したりするために複雑なプロセスと時間を要し、
量産化を行うには問題が有る。高価格な高品質ウエハを
用いることも量産化への移行を難しくしている。
However, a complicated process and time are required to suppress the reflection of incident light to increase the capture rate and to reduce the recombination loss of generated carriers on the crystal surface.
There is a problem in mass production. Using high-priced, high-quality wafers also makes the transition to mass production difficult.

【0007】一方で単結晶シリコンの光吸収係数と小数
キャリアの拡散長から結晶の厚さとしては100μmあ
れば十分な変換効率が得られることが示されている
(E.Fabre and C.Belouet,Pr
oceedings of l5th IEEE Ph
otovoltaic Specialists Co
nference,p.654,1981)。実際には
ウエハでは必要以上の厚みがあるため逆に生成した小数
キャリアが結晶内を拡散していく間に再結合して光電流
が減るため、基板のシリコンウエハを薄膜化する試みも
行われているが、薄膜化にともなって機械的強度が失わ
れるのでウエハ自体をあまり薄くすることはできない。
On the other hand, from the light absorption coefficient of single crystal silicon and the diffusion length of minority carriers, it has been shown that sufficient conversion efficiency can be obtained if the crystal thickness is 100 μm (E. Fabre and C. Belouet, Pr
ocedings of 15th IEEE Ph
autovoltaic Specialists Co
nference, p. 654, 1981). In reality, since the wafer has an excessive thickness, conversely, the generated minority carriers recombine while diffusing in the crystal and the photocurrent decreases.Therefore, attempts have been made to reduce the thickness of the silicon wafer of the substrate. However, since the mechanical strength is lost as the film thickness is reduced, the wafer itself cannot be made too thin.

【0008】また薄膜化した場合には必要とされる結晶
の拡散長は膜厚と同程度以上あればよく、従って高価な
FZ基板を用いる必要もなくなる。さらに、光閉じこめ
効果やBSF(Back Surface Fiel
d)構造を併用することにより膜厚を10〜50μmと
することも可能で、資源の有効利用、重量の軽量化、赤
外線吸収による太陽電池の温度上昇による特性劣化の軽
減がはかれるなどの利点も生じる。しかしながら、従
来、このような十分に薄膜で高効率を得る太陽電池は実
現されていなかった。
Further, when the film is thinned, the required crystal diffusion length is equal to or more than the film thickness, and therefore it is not necessary to use an expensive FZ substrate. In addition, optical confinement effect and BSF (Back Surface Field)
d) It is possible to make the film thickness 10 to 50 μm by using the structure together, and there are advantages such as effective use of resources, weight reduction, and reduction of characteristic deterioration due to temperature rise of the solar cell due to infrared absorption. Occurs. However, heretofore, such a solar cell having a sufficiently thin film and high efficiency has not been realized.

【0009】一方、近年においては、アモルフアスシリ
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は単結
晶シリコンの場合と全く同様に塊状の多結晶をスライス
して板状体としこれを用いるために厚さを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。最近では溶融したシリコンの液
滴を鋳型に流し込むスピン法によりシリコンシートを形
成する方法が提案されているが、厚さは最低でも0.1
mm〜0.2mm程度となり結晶シリコンとして光吸収
に必要十分な膜厚(20〜50μm)に比べまだ薄型化
が十分ではない。
On the other hand, in recent years, the use of polycrystalline silicon has been studied for the purpose of obtaining a low cost like amorphous silicon and a high energy conversion efficiency like single crystal silicon. However, the method proposed hitherto is very similar to the case of single crystal silicon, and it is difficult to make the thickness 0.3 mm or less in order to slice a massive polycrystal into a plate-like body and use this. Therefore, the thickness is more than necessary to fully absorb the amount of light, and in this respect, the material is not effectively used. That is, it is necessary to make the device sufficiently thin in order to reduce the cost. Recently, a method of forming a silicon sheet by a method of pouring molten silicon droplets into a mold has been proposed, but the thickness is at least 0.1.
The thickness is about mm to 0.2 mm, and the thickness is still insufficient as compared with the film thickness (20 to 50 μm) necessary for absorbing light as crystalline silicon.

【0010】そこで、いっそのこと単結晶シリコン基板
上に成長した薄膜のエピタキシャル層を基板から分離
(剥離)して太陽電池に用いることで高エネルギー変換
効率と低コスト化を達成する試みが提案されている(M
ilnes,A.G.andFeucht,D.
L.,”Peeled Film Technolog
ySolar Cells”,IEEE Photov
oltaic Specialist Confere
nce,p.338,1975)。
Therefore, it has been proposed to try to achieve high energy conversion efficiency and cost reduction by separating (peeling) a thin film epitaxial layer grown on a single crystal silicon substrate from the substrate and using it in a solar cell. (M
ilnes, A .; G. and Feucht, D.M.
L. , "Peeled Film Technology"
ySolar Cells ”, IEEE Photov
oltaic Specialist Confere
nce, p. 338, 1975).

【0011】しかしながらこの方法では基板となる単結
晶シリコンと成長エピタキシャル層との間にSiGeの
中間層を挿入させてへテロエピタキシャル成長させた上
に、さらにこの中間層を選択的に溶融させて成長層を剥
す必要がある。一般的にへテロエピタキシャル成長させ
た場合格子定数が異なるため成長界面で欠陥が誘起され
やすい。また異種材料を用いるという点でプロセス・コ
スト的に有利であると言えない。
However, according to this method, an intermediate layer of SiGe is inserted between the single crystal silicon serving as a substrate and the growth epitaxial layer for heteroepitaxial growth, and this intermediate layer is further selectively melted to form a growth layer. Need to be peeled off. Generally, when heteroepitaxial growth is performed, defects are likely to be induced at the growth interface because the lattice constants are different. In addition, it cannot be said that it is advantageous in terms of process cost because different materials are used.

【0012】また、U.S.Pat.No.4,81
6,420に開示されている方法、すなわち、マスク材
を介して結晶基板上に選択的エピタキシャル成長および
横方向成長法によりシート状の結晶を形成した後基板よ
り分離することを特徴とする太陽電池の製造方法によ
り、薄型の結晶太陽電池が得られることが示された。
In addition, U.S.P. S. Pat. No. 4,81
No. 6,420, that is, a sheet-shaped crystal is formed on a crystal substrate through a mask material by selective epitaxial growth and lateral growth, and then separated from the substrate. It was shown that a thin crystalline solar cell was obtained by the manufacturing method.

【0013】しかし、この方法においてマスク材に設け
られる開口部はライン状であり、このラインシードより
選択的エピタキシャル成長及び横方向成長を用いて成長
させたシート状の結晶を分離するには結晶のへき開を利
用して機械的に剥すためにラインシードの形状がある程
度の大きさ以上では基板との接地面積が多くなるので剥
す途中でシート状結晶を破損してしまうことになる。特
に太陽電池の大面積化を図る場合、どんなにライン幅を
狭くしても(実際的には1μm前後)ライン長が数mm
〜数cmあるいはそれ以上の大きさになると以上の方法
は実際上困難となる。
However, in this method, the opening provided in the mask material is line-shaped, and in order to separate the sheet-shaped crystal grown by selective epitaxial growth and lateral growth from this line seed, the crystal cleavage is performed. When the shape of the line seed is larger than a certain size because it is mechanically peeled off, the area of contact with the substrate is large, so that the sheet crystal is damaged during the peeling. Especially when increasing the area of a solar cell, no matter how narrow the line width (actually around 1 μm), the line length is several mm.
The above method becomes practically difficult when the size is up to several cm or more.

【0014】またマスク材としてSiO2を用いて10
00℃の基板温度で選択的エピタキシャル成長及び横方
向成長によりシリコン薄膜を成長させる例が示されてい
るが、このような高温度においては成長するシリコン層
とSiO2との反応によってシリコン層/SiO2界面近
傍のシリコン層側にかなりの積層欠陥(面欠陥)が導入
される場合がある。このような欠陥は太陽電池としての
特性に多大な悪影響を与えるという問題がある。
In addition, SiO 2 is used as a mask material.
An example in which a silicon thin film is grown by selective epitaxial growth and lateral growth at a substrate temperature of 00 ° C. is shown. At such a high temperature, the reaction between the growing silicon layer and SiO 2 results in silicon layer / SiO 2 A considerable stacking fault (plane defect) may be introduced on the silicon layer side near the interface. There is a problem that such a defect has a great adverse effect on the characteristics of the solar cell.

【0015】また、従来の結晶シリコンを用いた太陽電
池では一般にpn接合をバルク内に作るため、光入射側
となるp+層(あるいはn+層)は当然シリコン層とな
る。しかしながらこのような光入射層は発電層として機
能するよりも、いかに多く光を透過させるかという窓層
としての役割が重要であり、この点でシリコンより光吸
収係数の小さい材料を使用した方が有利である。
In a conventional solar cell using crystalline silicon, a pn junction is generally formed in the bulk, so that the p + layer (or n + layer) on the light incident side is naturally a silicon layer. However, it is more important that such a light-incident layer functions as a window layer rather than functioning as a power generation layer, and in this respect it is better to use a material having a smaller light absorption coefficient than silicon. It is advantageous.

【0016】このため、pn接合をバルク内に作るので
はなく、異種材料であるa−SiCを結晶シリコン表面
に堆積してヘテロ接合を形成する方法が提案されてい
る。
Therefore, a method has been proposed in which a heterojunction is formed by depositing a different material, a-SiC, on the surface of crystalline silicon, rather than forming a pn junction in the bulk.

【0017】しかしながら、従来a−SiCは通常プラ
ズマCVD法により形成されるがドーピング効率が悪
く、導電率は10-2S/cm以上にすることは困難であ
り、また形成時にプラズマからのイオンダメージの影響
を受けやすく良好なa−SiC/シリコン界面が得られ
にくい。このため十分に満足のいく太陽電池特性は実現
されていなかった。
However, although conventional a-SiC is usually formed by the plasma CVD method, the doping efficiency is poor, it is difficult to make the conductivity 10 −2 S / cm or more, and ion damage from plasma is generated during formation. Is easily affected by the above and it is difficult to obtain a good a-SiC / silicon interface. For this reason, sufficiently satisfactory solar cell characteristics have not been realized.

【0018】この点を解決するためにECR(Elec
tron Cyc1otron Resonance)
プラズマ法を用いてμc−SiCを堆積し良好なヘテロ
接合型太陽電池を形成する検討が行われている(Y.M
atsumoto,G.Hirata,H.Takak
ura,H.Okamoto and Y.Hamak
awa,Journal of App1ied Ph
ysics,67(1990)p.6538)。しかし
この方法は、装置が複雑であると共に、量産性の点で問
題がある。
In order to solve this point, ECR (Elec
tron Cyclotron Resonance)
Studies have been conducted to form a good heterojunction solar cell by depositing μc-SiC using the plasma method (Y.M.
atsumoto, G .; Hirata, H .; Takak
ura, H .; Okamoto and Y. Hamak
awa, Journal of App1ied Ph
ysics, 67 (1990) p. 6538). However, this method has a problem in that the apparatus is complicated and mass productivity is high.

【0019】一方、異種材料を用いずにシリコン自体で
窓層効果が持たせられれば、プロセス的に有利である。
On the other hand, if the window layer effect can be provided by silicon itself without using different materials, it is advantageous in terms of process.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
技術の持つ欠点を解決し、量産化可能な高効率結晶太陽
電池およびその製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art and to provide a high-efficiency crystal solar cell which can be mass-produced and a method of manufacturing the same.

【0021】即ち、本発明の太陽電池は、シリコン層自
体に窓層効果を持たせることをにより、良好な特性を有
する太陽電池を提供することを目的とする。
That is, an object of the solar cell of the present invention is to provide a solar cell having good characteristics by making the silicon layer itself have a window layer effect.

【0022】また、薄層の単結晶半導体を用いることで
高品質な太陽電池を提供し、また高品質の結晶シリコン
層をSUS基板等の金属基板上に形成することにより安
価な太陽電池を提供すること目的とする。
Further, a high quality solar cell is provided by using a thin single crystal semiconductor, and an inexpensive solar cell is provided by forming a high quality crystalline silicon layer on a metal substrate such as a SUS substrate. The purpose is to do.

【0023】更に、本発明は、良好な特性を有す薄膜単
結晶太陽電池の製造方法を提供するものである。
Further, the present invention provides a method for manufacturing a thin film single crystal solar cell having good characteristics.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】本発明は、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。
The present invention has been completed as a result of earnest research by the present inventors in order to achieve the above object.

【0025】本発明の第1の要旨は、第一の導電型の結
晶シリコン上に光入射層となる第二の導電型の多孔質シ
リコンが積層されていることを特徴とする太陽電池に存
在する。
A first aspect of the present invention is a solar cell characterized in that a second conductive type porous silicon serving as a light incident layer is laminated on a first conductive type crystalline silicon. To do.

【0026】本発明の第2の要旨は、第1の結晶シリコ
ンまたは金属基板上に多孔質シリコン、更にその上に第
2の結晶シリコンが積層されていることを特徴とする太
陽電池に存在する。
The second gist of the present invention resides in a solar cell characterized in that porous silicon is formed on the first crystalline silicon or metal substrate, and second crystalline silicon is further laminated thereon. .

【0027】本発明の第3の要旨は、i)第一の結晶シ
リコンの片側表面に陽極化成により多孔質層を形成する
工程と、ii)前記多孔質層の上に第二の結晶シリコン
を形成する工程と、iii)前記第二の結晶シリコンの
表面をテクスチャ化する工程と、iv)前記第二の結晶
シリコンの表面に半導体接合を形成する工程と、を含む
ことを特徴とする太陽電池の製造方法に存在する。
The third gist of the present invention is i) the step of forming a porous layer on one surface of the first crystalline silicon by anodization, and ii) the second crystalline silicon on the porous layer. A solar cell, comprising: a forming step; iii) texturing the surface of the second crystalline silicon; and iv) forming a semiconductor junction on the surface of the second crystalline silicon. Exist in the manufacturing method.

【0028】更に本発明の第4の要旨は、i)第一の結
晶シリコンの片側表面に陽極化成により多孔質層を形成
する工程と、ii)前記多孔質層の形成の終わりに形成
条件を変えて電解研磨することにより前記多孔質層を前
記第一の結晶シリコンより分離する工程と、iii)前
記多孔質層を金属基板に固着する工程と、iv)結晶成
長法により前記金属基板上の前記多孔質層上に第二の結
晶シリコンを形成する工程と、v)前記第二の結晶シリ
コンの表面に半導体接合を形成する工程と、を含むこと
を特徴とする太陽電池の製造方法に存在する。
Further, the fourth gist of the present invention is that i) a step of forming a porous layer on one surface of the first crystalline silicon by anodization, and ii) forming conditions at the end of the formation of the porous layer. Alternately, electropolishing to separate the porous layer from the first crystalline silicon; iii) fixing the porous layer to a metal substrate; and iv) crystal growth method on the metal substrate. A method for manufacturing a solar cell, comprising: a step of forming second crystalline silicon on the porous layer; and v) forming a semiconductor junction on the surface of the second crystalline silicon. To do.

【0029】[0029]

【作用】本発明の太陽電池の構造を図1(a),(b)
及び(c)に、それぞれの作製プロセスを図2、図3及
び図4に示す。
The structure of the solar cell of the present invention is shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
2 and 3 and 4 show the respective manufacturing processes.

【0030】図1(a)及び図2において、101a、
201は第1導電型の結晶シリコン、103a、203
は第2の導電型の多孔質シリコン層、104a、204
は透明導電層、105a、205は集電電極、106
a、206は裏面電極、202は第2の導電型層であ
る。
In FIGS. 1A and 2, 101a,
201 is crystalline silicon of the first conductivity type, 103a, 203
Is a second conductive type porous silicon layer, 104a, 204
Is a transparent conductive layer, 105a and 205 are collecting electrodes, and 106
Reference numerals a and 206 denote back surface electrodes, and 202 denotes a second conductivity type layer.

【0031】図2において、シリコンウエハの表面に不
純物を熱拡散あるいはイオン打ち込み等により導入し、
接合を形成する(図2(a))。次にウエハの不純物を
導入した側の表面をHF溶液中で陽極化成により多孔質
化し(図2(b))、その上に透明導電膜および集電電
極、また裏面に電極を形成して太陽電池とするものであ
る(図2(c))。
In FIG. 2, impurities are introduced into the surface of the silicon wafer by thermal diffusion or ion implantation,
A bond is formed (FIG. 2A). Next, the surface of the wafer on which impurities are introduced is made porous by anodization in an HF solution (Fig. 2 (b)), and a transparent conductive film and a collecting electrode are formed on the surface, and an electrode is formed on the back surface to form a solar cell. A battery is used (FIG. 2 (c)).

【0032】多孔質シリコンは光吸収係数が結晶シリコ
ンのそれに比べてかなり小さくなる(H.Koyama
and N.Koshida,Extended A
bstracts of the l991 Inte
rnational Conference on S
olid State Devices and Ma
terials,Yokohama,1991,pp.
314)。従って、結晶シリコンの表面を該結晶シリコ
ンと反対導電型の多孔質シリコン層を形成することによ
り、多孔質シリコン層が良好な窓層として機能し光電変
換効率の高い太陽電池を作製することが可能となる。
The light absorption coefficient of porous silicon is considerably smaller than that of crystalline silicon (H. Koyama).
and N.M. Koshida, Extended A
btracts of the l991 Inte
national Conference on S
Old State Devices and Ma
terials, Yokohama, 1991, pp.
314). Therefore, by forming a porous silicon layer having a conductivity type opposite to that of the crystalline silicon on the surface of the crystalline silicon, the porous silicon layer functions as a favorable window layer and a solar cell with high photoelectric conversion efficiency can be manufactured. Becomes

【0033】図1(b)及び図3において、101b、
303は金属基板、102b、302は多孔質シリコン
層、103b、304は第2の結晶シリコン層、104
b、305は103b及び304と反対導電型の結晶シ
リコン、105b、306は透明導電膜、106b、3
07は集電電極、301は結晶シリコンである。
In FIG. 1 (b) and FIG. 3, 101b,
303 is a metal substrate, 102b and 302 are porous silicon layers, 103b and 304 are second crystalline silicon layers, and 104.
b and 305 are crystalline silicon of the opposite conductivity type to 103b and 304, 105b and 306 are transparent conductive films, 106b and 3
Reference numeral 07 is a collector electrode, and 301 is crystalline silicon.

【0034】図3において、シリコンウエハの表面をH
F溶液中で陽極化成により多孔質化し(図3(a))、
その多孔質層形成の終わりに溶液中のHF濃度を下げ化
成電流を増大させて電解研磨モードにして多孔質層/ウ
エハ界面付近の多孔質のみをエッチングで除去して多孔
質層をウエハより分離する(図3(b))。次に分離し
た多孔質層を金属基板上に置いて固着させ(図3
(c))、多孔質上にエピタキシャル成長によりシリコ
ン層を成長させ(図3(d))、該シリコン層表面に接
合を形成して太陽電池とするものである(図3(e),
(f))。
In FIG. 3, the surface of the silicon wafer is exposed to H
In the F solution, it is made porous by anodization (Fig. 3 (a)),
At the end of the formation of the porous layer, the HF concentration in the solution is lowered to increase the formation current and the electropolishing mode is set to remove only the porosity near the porous layer / wafer interface by etching to separate the porous layer from the wafer. (FIG. 3B). Next, the separated porous layer is placed on the metal substrate and fixed (see FIG. 3).
(C)), a silicon layer is grown on the porous layer by epitaxial growth (FIG. 3 (d)), and a junction is formed on the surface of the silicon layer to obtain a solar cell (FIG. 3 (e),
(F)).

【0035】図1(c)及び図4において、101c、
401は第1の結晶シリコン、102c、402は多孔
質シリコン層、103c、403は第2の結晶シリコン
層、104c、404は103c及び403と反対導電
型の結晶シリコン、105c、405は透明導電膜、1
06c、406は集電電極である。
In FIGS. 1C and 4, 101c,
401 is first crystalline silicon, 102c and 402 are porous silicon layers, 103c and 403 are second crystalline silicon layers, 104c and 404 are crystalline silicon of opposite conductivity type to 103c and 403, and 105c and 405 are transparent conductive films. 1
06c and 406 are collector electrodes.

【0036】図4において、シリコンウエハの表面をH
F溶液中で陽極化成により多孔質化し(図4(a))、
その上にエピタキシャル成長によりシリコン層を積層し
あるいは多孔質層と別のシリコンウエハとを貼り合わせ
て該シリコンウエハをグラインディングおよびポリッシ
ングにより薄膜シリコン層とし(図4(b))、該シリ
コン層表面をテクスチャ化した後に接合を形成して太陽
電池とするものである(図4(c)〜(e))。
In FIG. 4, the surface of the silicon wafer is exposed to H
In the F solution, it is made porous by anodization (Fig. 4 (a)),
A silicon layer is laminated thereon by epitaxial growth, or a porous layer and another silicon wafer are attached to each other to grind and polish the silicon wafer into a thin film silicon layer (FIG. 4 (b)). A solar cell is formed by forming a junction after texturing (FIGS. 4C to 4E).

【0037】図3及び4において、多孔質層とその上に
成長した第2の結晶シリコン層との界面は図5に示すよ
うに多孔質層側で穴が開いている部分ではシリコン層の
表面は空気に接しており、この部分での光の反射はシリ
コンの表面に酸化膜をつけた場合よりも大きくなる。従
って、多孔質層とシリコン層の表面との間で有効に光を
閉じ込めることが可能となり、更に多孔質表面の孔の径
及び数密度を制御することで光閉じこめ効果を一層高め
ることができる。このためシリコン層の厚さを100μ
m以下にすることもできる。
In FIGS. 3 and 4, the interface between the porous layer and the second crystalline silicon layer grown thereon is the surface of the silicon layer at the portion where holes are formed on the porous layer side as shown in FIG. Is in contact with air, and the reflection of light at this portion is larger than that when an oxide film is attached to the silicon surface. Therefore, light can be effectively confined between the porous layer and the surface of the silicon layer, and the light confinement effect can be further enhanced by controlling the diameter and number density of the holes on the porous surface. Therefore, the thickness of the silicon layer is 100μ
It can be m or less.

【0038】本発明の多孔質層の形成には、陽極化成法
が好適に用いられる。
An anodizing method is preferably used for forming the porous layer of the present invention.

【0039】陽極化成による多孔質シリコンの形成には
陽極反応に正孔が必要であり、そのため主に正孔の存在
するp型シリコンで多孔質化が行なわれるとされている
(T.Unagami,J.Electrochem.
Soc.,Vol.127,476(1980))。し
かし、一方で低抵抗n型シリコンであれば多孔質化され
るという報告もあり(R.P.Holmstrom a
nd J.Y.Chi,Appl.Phys.Let
t.,vol.42,386(1983))、p型n型
の別を問わず低抵抗シリコンで多孔質化が可能である。
また導電型によって選択的に多孔質化が可能であり、F
IPOS(Full Isolationby Por
ous Oxidized Silicon)プロセス
のように暗所で陽極化成を行うことによりp層のみを多
孔質化できる。
The formation of porous silicon by anodization requires holes for the anodic reaction, so that it is said that the p-type silicon in which holes are mainly present is used to make the porous (T. Unagami, J. Electrochem.
Soc. , Vol. 127, 476 (1980)). However, on the other hand, there is also a report that low resistance n-type silicon is made porous (RP Holmstrom a.
nd J. Y. Chi, Appl. Phys. Let
t. , Vol. 42, 386 (1983)), regardless of whether it is p-type or n-type, low resistance silicon can be used to make it porous.
Also, depending on the conductivity type, it can be made porous selectively.
IPOS (Full Isolation Por)
It is possible to make only the p-layer porous by performing anodization in a dark place like the ous Oxidized Silicon process.

【0040】単結晶シリコンを陽極化成して得られた多
孔質シリコンは、透過電子顕微鏡の観察によると数nm
程度の径の孔が形成されており、その密度は単結晶シリ
コンの半分以下になる。にもかかわらず単結晶性は維持
されており、多孔質シリコンの上にLPCVD法等でエ
ピタキシャル層を成長することが可能である。
The porous silicon obtained by anodizing the single crystal silicon has a thickness of several nm when observed with a transmission electron microscope.
Holes having a diameter of about the same are formed, and the density thereof is less than half that of single crystal silicon. Nevertheless, single crystallinity is maintained, and it is possible to grow an epitaxial layer on porous silicon by the LPCVD method or the like.

【0041】また単結晶シリコンに替えて多結晶シリコ
ンを用いても同様に陽極化成により多孔質層が得られ
る。その上にLPCVD法等で結晶シリコン層を成長す
ることができる(この場合多結晶シリコンの結晶粒の大
きさに対応した部分的なエピタキシャル成長が可能)。
Even if polycrystalline silicon is used instead of single crystal silicon, a porous layer can be similarly obtained by anodization. A crystalline silicon layer can be grown thereon by the LPCVD method or the like (in this case, partial epitaxial growth corresponding to the size of the crystal grains of polycrystalline silicon is possible).

【0042】以上述べたように、本発明者は実験を重
ね、結晶シリコンの表面を導電型を変えておいて多孔質
シリコン層にすることにより良好な窓層が形成できると
いう知見、多孔質シリコン層をウエハから分離して金属
基板上に固着してその上にエピタキシャル層が得られる
という知見、及び多孔質シリコン層の表面の穴の大きさ
と数密度を制御することでその上に形成したシリコン層
内に光閉じ込め効果を一層高められるいう知見を得、本
発明の完成に至った。以下に本発明者らの行なった実験
について詳述する。
As described above, the present inventor has conducted repeated experiments and found that a favorable window layer can be formed by changing the conductivity type of the surface of crystalline silicon to form a porous silicon layer. The knowledge that the layer is separated from the wafer and adhered on the metal substrate to obtain an epitaxial layer on it, and the silicon formed on the porous silicon layer by controlling the size and number density of holes on the surface. The present invention has been completed based on the finding that the light confinement effect can be further enhanced in the layer. The experiment conducted by the present inventors will be described in detail below.

【0043】(実験1)多孔質シリコンの形成 500μmの厚みを持った比抵抗0.01Ωcmのp型
(100)単結晶シリコンウエハをHF水溶液中で陽極
化成を行なった。陽極化成条件を表1に示す。
(Experiment 1) Formation of Porous Silicon A p-type (100) single crystal silicon wafer having a specific resistance of 0.01 Ωcm and a thickness of 500 μm was anodized in an HF aqueous solution. Table 1 shows anodization conditions.

【0044】[0044]

【表1】 得られた多孔質シリコン層の表面を透過型電子顕微鏡で
観察したところ、平均約6nm径の孔が形成されてい
た。また高分解能走査型電子顕微鏡で多孔質シリコン層
の断面を観たところ、同様に微小な孔が基板に垂直な方
向に形成されているのが確認された。
[Table 1] When the surface of the obtained porous silicon layer was observed with a transmission electron microscope, pores having an average diameter of about 6 nm were formed. Also, when the cross section of the porous silicon layer was observed with a high resolution scanning electron microscope, it was confirmed that minute holes were similarly formed in the direction perpendicular to the substrate.

【0045】また、表1の条件で陽極化成の時間を長く
して多孔質シリコン層の厚みを多くし、密度について測
定したところ、多孔質シリコン層の密度は1.1g/c
3であることがわかり、単結晶シリコンに比ベて約半
分となっていた。
Further, when the anodization time was extended under the conditions of Table 1 to increase the thickness of the porous silicon layer and the density was measured, the density of the porous silicon layer was 1.1 g / c.
It was found to be m 3 , which was about half that of single crystal silicon.

【0046】またさらに 陽極化成の時間を長くして多
孔質層の厚みを多くし、陽極化成の終わりで電流密度を
上げることで電解エッチングにより多孔質層をウエハよ
り分離し、多孔質シリコンの光吸収係数を測定した。そ
の結果、多孔質シリコンの光吸収係数は結晶シリコンの
それに比べて500nmの波長の光で約1/6、900
nmの波長の光で約1/5の大きさであった。 (実験2)不純物導入層の多孔質化 ウエハの表面に不純物を導入した後その部分の多孔質化
を行った。500μmの厚みを持った比抵抗1Ωcmの
n型(100)単結晶シリコンウエハの表面にBを25
KeVで1xl015cm-2イオン打ち込みを行い、55
0℃,1hour/800℃,30min/550℃,
1hоurの条件で連続アニールして不純物の活性化お
よびイオン打ち込みによるダメージの回復を行い、接合
を形成した。イオン打ち込みを行ったウエハの表面をH
F水溶液中で陽極化成を行なった。陽極化成条件を表2
に示す。このとき陽極化成を暗所にて行った。
Further, the time for the anodization is increased to increase the thickness of the porous layer, and the current density is increased at the end of the anodization to separate the porous layer from the wafer by electrolytic etching. The absorption coefficient was measured. As a result, the light absorption coefficient of porous silicon is about ⅙, 900 for light with a wavelength of 500 nm compared to that of crystalline silicon.
It was about 1/5 the size of light having a wavelength of nm. (Experiment 2) Making the Impurity Introduction Layer Porous After introducing impurities into the surface of the wafer, the portion was made porous. 25 B was deposited on the surface of an n-type (100) single crystal silicon wafer having a specific resistance of 1 Ωcm and a thickness of 500 μm.
Perform 1 × 10 15 cm -2 ion implantation with KeV, and
0 ℃, 1hour / 800 ℃, 30min / 550 ℃,
Continuous annealing was performed under the condition of 1 hur for activation of impurities and recovery of damage due to ion implantation to form a junction. The surface of the ion-implanted wafer is exposed to H
Anodization was performed in an F aqueous solution. Table 2 shows anodization conditions
Shown in. At this time, anodization was performed in the dark.

【0047】[0047]

【表2】 化成終了後のウエハ表面の断面を高分解能走査型電子顕
微鏡で観たところ、実験1の場合と同様な多孔質シリコ
ン層が形成されているのが観察された。多孔質層の厚み
は約200nmであった。また、2次イオン質量分析に
よりBの深さ方向の分布について調べたところ、接合深
さは約200nmとなっており、陽極化成による多孔質
化がp層で終了していることが確認された。
[Table 2] When the cross section of the wafer surface after the chemical conversion was observed with a high resolution scanning electron microscope, it was observed that the same porous silicon layer as in Experiment 1 was formed. The thickness of the porous layer was about 200 nm. Further, when the distribution of B in the depth direction was examined by secondary ion mass spectrometry, the junction depth was about 200 nm, and it was confirmed that the porosification by anodization was completed in the p layer. .

【0048】(実験3)太陽電池の形成 実験2で得られた表面に多孔質シリコン層を設けた単結
晶ウエハを用いて太陽電池を作製した。
(Experiment 3) Formation of Solar Cell A solar cell was produced using the single crystal wafer obtained in Experiment 2 on the surface of which a porous silicon layer was provided.

【0049】多孔質層表面に反射防止を兼ねた透明導電
膜(IT0)およびグリッド状の集電電極を真空蒸着
し、さらに多孔質層とは反対側のウエハ表面にオーミッ
ク電極となる金属を真空蒸着して太陽電池を作製した。
このようにして作製した太陽電池のAMl.5(100
mW/cm2)光照射下での電流一電圧特性(I−V特
性)について測定を行ったところ、セル面積6cm2
開放電圧0.60V、短絡光電流36mA/cm2、曲
線因子0.74、変換効率15.9%となり、変換効率
の高い良好な結晶太陽電池が得られた。
A transparent conductive film (IT0) also serving as an antireflection film and a grid-shaped collector electrode are vacuum-deposited on the surface of the porous layer, and a metal serving as an ohmic electrode is vacuumed on the surface of the wafer opposite to the porous layer. It vapor-deposited and produced the solar cell.
The solar cell AM1. 5 (100
mW / cm 2) was subjected to measurement for the current - voltage characteristics under light irradiation (I-V characteristic), the open-circuit voltage 0.60V in cell area 6 cm 2, short-circuit photoelectric current 36 mA / cm 2, a fill factor 0. 74, the conversion efficiency was 15.9%, and a good crystalline solar cell with high conversion efficiency was obtained.

【0050】参照として実験2においてイオン打ち込み
により接合を形成し、多孔質化しないで太陽電池にした
場合の特性は開放電圧0.58V、短絡光電流34mA
/cm2、曲線因子0.77、変換効率15.2%であ
った。このように多孔質層を窓層とすることにより特性
の改善、特に光電流の増大が確認された。
As a reference, in Experiment 2, when the junction was formed by ion implantation and the solar cell was not made porous, the open circuit voltage was 0.58 V and the short-circuit photocurrent was 34 mA.
/ Cm 2 , fill factor 0.77, conversion efficiency 15.2%. As described above, it was confirmed that the use of the porous layer as the window layer improved the characteristics, in particular, increased the photocurrent.

【0051】以上述ベ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、シリコンウエハ上に導電型
の違う領域を形成しそれを多孔質化して得られる結晶太
陽電池に係わるものである。
The present invention completed based on the above experimental results relates to a crystalline solar cell obtained by forming regions of different conductivity types on a silicon wafer and making them porous as described above. It is a thing.

【0052】本発明の特徴は多孔質層を光窓層として利
用するもので発電層により多くの光を供給する点であ
る。
A feature of the present invention is that the porous layer is used as a light window layer and more light is supplied to the power generation layer.

【0053】(実験4)多孔質シリコン上のエピタキシ
ャル成長法 実験1で形成したウエハ上の多孔質シリコン層上に通常
の減圧CVD法(LPCVD法)によりエピタキシャル
成長を行なった。原料にはSiH2Cl2を用い、キャリ
アガスとしてH2を添加した。このときの成長条件を表
3に示す。
(Experiment 4) Epitaxial growth method on porous silicon Epitaxial growth was performed on the porous silicon layer on the wafer formed in Experiment 1 by a normal low pressure CVD method (LPCVD method). SiH 2 Cl 2 was used as a raw material, and H 2 was added as a carrier gas. Table 3 shows the growth conditions at this time.

【0054】[0054]

【表3】 成長終了後の結晶成長表面の様子を光学顕微鏡および走
査型電子顕微鏡により観察したところ、平坦な表面が得
られており、エピタキシャル層の厚さは約50μmであ
った。また成長層の断面を透過型電子顕微鏡で観たとこ
ろ、良好な結晶性を有する単結晶エピタキシャル層とな
っているのが確認された。
[Table 3] When the state of the crystal growth surface after the growth was observed with an optical microscope and a scanning electron microscope, a flat surface was obtained and the thickness of the epitaxial layer was about 50 μm. When the cross section of the growth layer was observed with a transmission electron microscope, it was confirmed that it was a single crystal epitaxial layer having good crystallinity.

【0055】(実験5)太陽電池形成 実験1、4で得られた多孔質層上のエピタキシャルシリ
コンを用いて太陽電池を作製した。
(Experiment 5) Solar cell formation A solar cell was produced using the epitaxial silicon on the porous layer obtained in Experiments 1 and 4.

【0056】KOH水溶液中に基板を浸してエピタキシ
ャル層の表面を異方性エッチングして谷と山の間の高さ
が数μm程度のテクスチャ構造を設けた。次にテクスチ
ャ構造を設けたエピタキシャル層の表面にPを50Ke
V,1xl0l5cm-2でイオン打ち込みを行い、550
℃,1hour/800℃,30min/550℃,1
hourの条件で連続アニールして不純物の活性化およ
びイオン打ち込みによるダメージの回復を行い、接合を
形成した。最後にエピタキシャル層表面にグリッド状の
集電電極および反射防止を兼ねた透明導電膜を真空蒸着
して太陽電池を作製した。
The surface of the epitaxial layer was anisotropically etched by immersing the substrate in a KOH aqueous solution to form a texture structure having a height between valleys and peaks of about several μm. Next, P is applied to the surface of the epitaxial layer provided with the texture structure with 50 Ke.
Ion implantation is performed at V, 1 × 10 15 cm −2 , and 550
℃, 1hour / 800 ℃, 30min / 550 ℃, 1
Continuous annealing was performed under the condition of the hour, and activation of impurities and recovery of damage due to ion implantation were performed to form a junction. Finally, a grid-shaped collector electrode and a transparent conductive film that also serves as antireflection were vacuum-deposited on the surface of the epitaxial layer to fabricate a solar cell.

【0057】このようにして多孔質上に成長させたエピ
タキシャル薄膜を用いた太陽電池のAMl.5(100
mW/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6cm2
開放電圧0.61V、短絡光電流35mA/cm2、曲
線因子0.76、変換効率16.2%となり、変換効率
の高い良好な結晶太陽電池が得られた。
AMl. Of a solar cell using the epitaxial thin film thus grown on the porous layer. 5 (100
mW / cm 2) under light irradiation current - Measurements for voltage characteristics (I-V characteristic), open at the cell area 6 cm 2 Voltage 0.61 V, the short circuit photocurrent 35 mA / cm 2, a fill factor 0. 76, the conversion efficiency was 16.2%, and a good crystalline solar cell with high conversion efficiency was obtained.

【0058】(実験6)多孔質形成条件と太陽電池特性 陽極化成条件を変えて多孔質層の穴の大きさと数密度を
変化させて太陽電池特性との相関について調ベた。
(Experiment 6) Porosity forming conditions and solar cell characteristics The pore size and number density of the porous layer were changed by changing the anodizing conditions to check the correlation with the solar cell characteristics.

【0059】まず基板ウエハの陽極化成時の化成電流を
変化させた。実験1の表1の条件において電流密度を5
mA/cm2から125mA/cm2まで変えて多孔質層
表面の穴の様子を高分解能走査型電子顕微鏡で観察し
た。
First, the formation current during the anodization of the substrate wafer was changed. Under the conditions shown in Table 1 of Experiment 1, the current density was 5
varied from mA / cm 2 until 125 mA / cm 2 was observed how the holes of the porous layer surface with high resolution scanning electron microscope.

【0060】その結果、穴の大きさは電流密度の増大と
ともに増加していくが、穴の数密度には変化がないこと
がわかった(表4)。
As a result, it was found that the size of the holes increased as the current density increased, but the number density of the holes did not change (Table 4).

【0061】[0061]

【表4】 また上述において基板ウエハの比抵抗を1Ω・cmとし
て同様に化成したところ、数密度が増大し、電流密度が
3mA/cm2のとき穴径〜2.5nm、数密度2xl
12/cm2という値を得た。このように多孔質層表面
の穴の径と数密度は化成条件を変えることにより制御可
能である。
[Table 4] Further, in the above, when the substrate wafer was formed similarly with the specific resistance of 1 Ω · cm, the number density increased, and when the current density was 3 mA / cm 2 , the hole diameter was 2.5 nm and the number density was 2 × 1.
A value of 0 12 / cm 2 was obtained. Thus, the diameter and number density of the holes on the surface of the porous layer can be controlled by changing the chemical conversion conditions.

【0062】次に上述において作製した多孔質層の上に
実験4、5と同様にして太陽電池を形成して特性の変化
を調ベた。表5に基板ウエハに比抵抗0.01Ω・cm
(p型)を用いて化成電流密度を変えた時の太陽電池の
光電流の変化を示す。
Next, a solar cell was formed on the porous layer produced above in the same manner as in Experiments 4 and 5, and changes in the characteristics were measured. Table 5 shows the substrate wafer with a specific resistance of 0.01 Ω · cm
The change of the photocurrent of a solar cell when changing the formation current density using (p type) is shown.

【0063】[0063]

【表5】 化成電流の増大とともに太陽電池の光電流も増加してい
る。また比抵抗1Ω・cmの基板ウエハを表1の条件で
化成電流3mA/cm2で多孔質層を形成したものでは
作製した太陽電池の光電流は34mA/cm2となっ
た。これらの結果は多孔質層とエピタキシャルシリコン
層との界面において多孔質層側で穴の開いている部分か
らの光反射が増大してエピタキシャルシリコン層内で光
閉じ込めが有効におこなわれているためである。
[Table 5] As the formation current increases, so does the photocurrent of the solar cell. In the case where a substrate wafer having a specific resistance of 1 Ω · cm and a porous layer formed with a formation current of 3 mA / cm 2 under the conditions shown in Table 1, the solar cell produced had a photocurrent of 34 mA / cm 2 . These results are due to the fact that the light reflection from the holed portion on the porous layer side increases at the interface between the porous layer and the epitaxial silicon layer, and the optical confinement is effectively performed in the epitaxial silicon layer. is there.

【0064】なお参照として比抵抗0.01Ω・cmの
基板ウエハ上に実験4、7と同様にして太陽電池を作製
した場合(多孔質層が無い場合)の光電流は32mA/
cm2であった。
As a reference, when a solar cell was manufactured on a substrate wafer having a specific resistance of 0.01 Ω · cm in the same manner as in Experiments 4 and 7 (without a porous layer), the photocurrent was 32 mA /
It was cm 2 .

【0065】以上述べた実験1、4〜6の結果に基づい
て完成に至った本発明は前述した様に、ウエハ上に多孔
質層を形成し、多孔質層上にシリコン層を形成して得ら
れる結晶太陽電池およびその製造方法に係わるものであ
る。本発明の特徴は多孔質層を光反射層として利用する
ものでFZウエハのような高品質のウエハを必要としな
い点である。
The present invention, which has been completed based on the results of Experiments 1 and 4 to 6 described above, forms a porous layer on a wafer and a silicon layer on the porous layer as described above. The present invention relates to a crystalline solar cell obtained and a method for manufacturing the same. A feature of the present invention is that a porous layer is used as a light reflecting layer and a high quality wafer such as an FZ wafer is not required.

【0066】(実験7)多孔質層の分離と金属基板上へ
の固着 実験1において表1の条件で時間を長くして多孔質層を
約100μm形成し、多孔質層形成終了時に化成水溶液
中のHF濃度を1%程度にまで落とし、化成電流密度を
150mA/cm2にまで上げて電解研磨モードにした
ところ、形成された多孔質層がウエハより分離された。
(Experiment 7) Separation of Porous Layer and Fixation on Metal Substrate In Experiment 1, the time was extended under the conditions of Table 1 to form a porous layer of about 100 μm, and in the formation aqueous solution at the end of the formation of the porous layer. When the HF concentration of was reduced to about 1% and the formation current density was increased to 150 mA / cm 2 to enter the electropolishing mode, the formed porous layer was separated from the wafer.

【0067】分離された多孔質層を1mm厚のCr基板
上に置いて密着させた後、N2雰囲気中で1100℃の
温度で2時間アニール処理をして貼り合わせを行ったと
ころ、多孔質層はCr基板に固着された。
The separated porous layer was placed on a Cr substrate having a thickness of 1 mm and adhered thereto, and then annealed at a temperature of 1100 ° C. for 2 hours in an N 2 atmosphere to perform bonding. The layer was affixed to a Cr substrate.

【0068】固着した多孔質層/Cr基板の界面を透過
型電子顕微鏡で断面観察したところ、界面でCrSi2
のシリサイド層が形成されていることが確認された。
[0068] When the interfacial sticking porous layer / Cr substrate was cross-sectional observation with a transmission electron microscope, CrSi 2 in the interface
It was confirmed that the silicide layer of was formed.

【0069】(実験8)太陽電池の形成 実験1、4、7で得られた結果をもとに金属基板/多孔
質層上のエピタキシャルシリコンを用いて太陽電池を作
製した。
(Experiment 8) Formation of Solar Cell Based on the results obtained in Experiments 1, 4, and 7, a solar cell was produced using epitaxial silicon on a metal substrate / porous layer.

【0070】実験7で得られたCr基板上の多孔質シリ
コン層上に通常のLPCVD法により表3の条件でエピ
タキシャル成長を行なった。
Epitaxial growth was performed on the porous silicon layer on the Cr substrate obtained in Experiment 7 by the ordinary LPCVD method under the conditions shown in Table 3.

【0071】エピタキシャル層の表面にPを50Ke
V,1xl015cm-2でイオン打ち込みを行い、550
℃,1hour/800℃,30min/550℃,1
hourの条件で連続アニールして不純物の活性化およ
びイオン打ち込みによるダメージの回復を行い、接合を
形成した。最後にエピタキシャル層表面に反射防止を兼
ねた透明導電膜およびグリッド状の集電電極を真空蒸着
して太陽電池を作製した。
50 Ke on the surface of the epitaxial layer
Ion implantation was performed at V, 1 × 10 15 cm -2 and 550
℃, 1hour / 800 ℃, 30min / 550 ℃, 1
Continuous annealing was performed under the condition of the hour, and activation of impurities and recovery of damage due to ion implantation were performed to form a junction. Finally, a transparent conductive film also serving as an antireflection film and a grid-shaped collector electrode were vacuum-deposited on the surface of the epitaxial layer to fabricate a solar cell.

【0072】このようにして多孔質上に成長させたエピ
タキシャル薄膜を用いた太陽電池のAMl.5(100
mW/cm2)光照射下での電流一電圧特性(I−V特
性)について測定を行ったところ、セル面積6cm2
開放電圧0.52V、短絡光電流31mA/cm2、曲
線因子0.73、変換効率11,8%となり、良好な結
晶太陽電池が得られた。
AMl. Of the solar cell using the epitaxial thin film thus grown on the porous layer. 5 (100
mW / cm 2) was subjected to measurement for the current - voltage characteristics under light irradiation (I-V characteristic), the open-circuit voltage 0.52V in cell area 6 cm 2, short-circuit photocurrent 31 mA / cm 2, a fill factor 0. 73, the conversion efficiency was 11.8%, and a good crystalline solar cell was obtained.

【0073】以上述ベた実験1、4〜6の結果に基づい
て完成に至った本発明は前述したように、ウエハ上に多
孔質層を形成し、該多孔質層をウエハから分離(剥離)
して金属基板上に固着し、該多孔質層上に成長させたエ
ピタキシャル層を用いて得られる薄膜結晶太陽電池およ
びその製造方法に係わるものである。
As described above, the present invention completed based on the results of Experiments 1 and 4 to 6 described above forms a porous layer on a wafer and separates (separates) the porous layer from the wafer. )
The present invention relates to a thin film crystal solar cell obtained by using an epitaxial layer fixed on a metal substrate and grown on the porous layer, and a manufacturing method thereof.

【0074】本発明の特徴は多孔質上のエピタキシャル
層を利用することでウエハ上のエピタキシャル層と同等
の特性が得られること、また多孔質層を形成するウエハ
の再利用が可能であり、コスト的に有利であるという点
である。
The characteristics of the present invention are that the characteristics equivalent to those of the epitaxial layer on the wafer can be obtained by using the epitaxial layer on the porous layer, and the wafer forming the porous layer can be reused. That is, it is advantageous.

【0075】本発明に使用される多孔質シリコン層を形
成するための陽極化成法にはフッ酸溶液が用いられ、H
F濃度が10%以上で多孔質化が可能となる。陽極化成
時に流す電流の量としてはHF濃度や所望とされる多孔
質層の膜厚あるいは多孔質層表面の状態等によって適宜
決められるが、大体数mA/cm2〜数十mA/cm2
範囲が適当である。
A hydrofluoric acid solution is used in the anodization method for forming the porous silicon layer used in the present invention.
When the F concentration is 10% or more, it can be made porous. The amount of electric current applied during anodization is appropriately determined depending on the HF concentration, the desired thickness of the porous layer, the state of the surface of the porous layer, etc., but it is generally several mA / cm 2 to several tens mA / cm 2 . The range is appropriate.

【0076】またHF溶液にエチルアルコール等のアル
コールを添加することにより、陽極化成時に発生する反
応生成気体の気泡を瞬時に撹粋することなく反応表面か
ら除去でき、均一にかつ効率よく多孔質シリコンを形成
することができる。添加するアルコールの量はHF濃度
や所望とする多孔質層の膜厚あるいは多孔質層の表面状
態によって適宜決められ、特にHF濃度が低くなりすぎ
ないように注意して決める必要がある。
Further, by adding an alcohol such as ethyl alcohol to the HF solution, the bubbles of the reaction product gas generated during the anodization can be removed from the reaction surface without instantaneously stirring, and the porous silicon can be uniformly and efficiently produced. Can be formed. The amount of alcohol to be added is appropriately determined depending on the HF concentration, the desired film thickness of the porous layer or the surface state of the porous layer, and it is necessary to carefully determine so that the HF concentration does not become too low.

【0077】また多孔質化されるウエハ表面層の導電型
としてはp型でもn型でも良いが、特にp型の場合には
陽極化成を暗所にて行うことにより自動的に化成を終了
させることが可能である。
The conductivity type of the surface layer of the wafer to be made porous may be p-type or n-type, but in the case of p-type in particular, anodization is performed in the dark to automatically complete the formation. It is possible.

【0078】これとは逆に多孔質層形成後に多孔質層を
ウエハから分離する目的で行われる電解研磨の場合には
HF濃度を数%以下にして化成電流を100mA/cm
2以上にする必要がある。
On the contrary, in the case of electropolishing for the purpose of separating the porous layer from the wafer after forming the porous layer, the HF concentration is set to several% or less and the formation current is 100 mA / cm 2.
Must be 2 or more.

【0079】本発明において多孔質層上のシリコン層の
形成に使用されるエピタキシャル成長法にはLPCVD
法、スパッタ法、プラズマCVD法、光CVD法または
液相成長法等がある。
LPCVD is an epitaxial growth method used for forming a silicon layer on a porous layer in the present invention.
Method, sputtering method, plasma CVD method, photo CVD method or liquid phase growth method.

【0080】例えば、LPCVD法、プラズマCVD法
または光CVD法等の気相成長法の場合に使用される原
料ガスとしてはSiH2Cl2,SiCl4,SiHC
3,SiH4,Si26,SiH22,Si26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。
For example, as the source gas used in the vapor phase growth method such as the LPCVD method, the plasma CVD method or the photo CVD method, SiH 2 Cl 2 , SiCl 4 , SiHC is used.
Representative examples include silanes such as l 3 , SiH 4 , Si 2 H 6 , SiH 2 F 2 , and Si 2 F 6 and halogenated silanes.

【0081】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1:1
0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。
H 2 is added as a carrier gas or in addition to the above-mentioned source gas for the purpose of obtaining a reducing atmosphere for promoting crystal growth. The ratio of the amounts of the raw material gas and hydrogen is appropriately determined according to the formation method, the type of the raw material gas and the formation conditions, and is preferably 1: 1.
0 or more and 1: 1000 or less (introduction flow rate ratio) is appropriate,
More preferably, the ratio is 1:20 or more and 1: 800 or less.

【0082】液相成長法を用いる場合にはH2あるいは
2雰囲気中でGa,In,Sb,Bi,Sn等の溶媒
中にSiを溶解させて溶媒を徐冷あるいは溶媒中に温度
差をつけることによりエピタキシャル成長を行う。溶媒
としてSnを用いると、得られる結晶は電気的に中性で
あり、成長後にあるいは成長中に適宜所望の不純物を添
加することで所望のドーピング濃度で伝導型を決定する
ことができる。
When the liquid phase growth method is used, Si is dissolved in a solvent such as Ga, In, Sb, Bi or Sn in an atmosphere of H 2 or N 2 and the solvent is gradually cooled or a temperature difference is set in the solvent. Epitaxial growth is performed by turning on. When Sn is used as the solvent, the obtained crystal is electrically neutral, and the conductivity type can be determined at a desired doping concentration by appropriately adding a desired impurity after or during the growth.

【0083】また本発明で使用されるエピタキシャル成
長法におけ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60
0℃以下が適当であり、より好ましくは200℃以上5
00℃以下に制御されるのが望ましい。
The temperature and pressure in the epitaxial growth method used in the present invention vary depending on the forming method, the type of the raw material gas used, the flow rate ratio of the raw material gas and H 2, and the like. In the general LPCVD method, a temperature of 600 ° C or higher and 1250 ° C or lower is suitable, and more preferably 650 ° C or higher and 1200 ° C.
It is desirable to be controlled below. In the case of the liquid phase growth method, it depends on the kind of the solvent, but when Sn is used, it is desirable to control the temperature to 850 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower. Further, in a low temperature process such as plasma CVD method, the temperature is generally 200 ° C. or higher 60
0 ° C or lower is suitable, and more preferably 200 ° C or higher and 5
It is desirable to control the temperature below 00 ° C.

【0084】同様に圧力については概ね10-2Torr
〜760Torrが適当であり、より好ましくは10-1
Torr〜760Torrの範囲が望ましい。
Similarly, the pressure is about 10 -2 Torr.
〜760 Torr is suitable, more preferably 10 -1
A range of Torr to 760 Torr is desirable.

【0085】本発明の太陽電池において多孔質シリコン
層を固着させ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及びこれ
らの合金等が挙げられる。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。シリサイド層の厚さについては特に規定は
ないが0.01〜0.2μmとするのが望ましい。
In the solar cell of the present invention, as the metal substrate material for fixing the porous silicon layer, any metal having good conductivity and forming a compound such as silicon and a silicide is used. , Cr and alloys thereof. Of course, any other material may be used as long as the metal having the above-mentioned properties is attached to the surface thereof, and thus an inexpensive substrate other than the metal can be used. The thickness of the silicide layer is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 0.2 μm.

【0086】本発明において多孔質層上にシリコン層を
形成する別の方法としてもう一つ別のシリコンウエハの
表面と多孔質層の表面を重ねて熱処理を加えて貼り合わ
せ、その後シリコンウエハを削って薄くすることでも得
られる。このときの熱処理条件としてはN2雰囲気中1
000℃以上で30分〜数時間が適当である。
As another method of forming a silicon layer on the porous layer in the present invention, another surface of the silicon wafer is superposed on the surface of the porous layer and bonded by heat treatment, and then the silicon wafer is ground. It can also be obtained by making it thinner. The heat treatment condition at this time is 1 in N 2 atmosphere.
30 minutes to several hours is suitable at 000 ° C or higher.

【0087】本発明の太陽電池において入射光の反射損
を減らす目的でシリコン層の表面に形成されるテクスチ
ャ処理はヒドラジンやNaOH,KOH等を用いて行わ
れる。形成されるテクスチャのピラミッドの高さとして
は数μm〜数十μmの範囲が適当である。
In the solar cell of the present invention, the texture treatment formed on the surface of the silicon layer for the purpose of reducing the reflection loss of incident light is performed using hydrazine, NaOH, KOH or the like. The height of the textured pyramid is suitably in the range of several μm to several tens of μm.

【0088】また本発明の太陽電池において形成する接
合の深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。
The depth of the junction formed in the solar cell of the present invention depends on the amount of impurities to be introduced, but is not more than 0.
The range of 05 to 3 μm is suitable, and the range of 0.1 to 1 μm is preferable.

【0089】[0089]

【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。
EXAMPLES Hereinafter, the method for forming a desired solar cell according to the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to these examples.

【0090】(実施例1)前述したように、実験1〜3
と同様にして図2に示すプロセスにより多孔質シリコン
/単結晶シリコン太陽電池を作製した。
Example 1 As described above, Experiments 1 to 3
A porous silicon / single crystal silicon solar cell was manufactured by the process shown in FIG.

【0091】500μm厚のn型(100)シリコンウ
エハ(ρ=1Ωcm)の表面にBCl3を拡散源として
950℃の温度でBの熱拡散を行ってp+層を形成し、
0.5μm程度の接合深さを得た。
On the surface of a 500 μm thick n-type (100) silicon wafer (ρ = 1 Ωcm), BCl 3 was used as a diffusion source to thermally diffuse B at a temperature of 950 ° C. to form a p + layer,
A junction depth of about 0.5 μm was obtained.

【0092】形成されたp+層表面のデッド層をウェッ
ト酸化後、エッチングにより除去し、約0.2μmの適
度な表面濃度をもった接合深さを得た(図2(a))。
The dead layer formed on the surface of the p + layer was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm (FIG. 2 (a)).

【0093】次にp+層表面をHF水溶液中で表2の条
件で暗所で陽極化成を行ない、ウエハ上に多孔質シリコ
ン層を形成した(図2(b))。
Next, the surface of the p + layer was anodized in an HF aqueous solution under the conditions shown in Table 2 in the dark to form a porous silicon layer on the wafer (FIG. 2 (b)).

【0094】最後にEB(ElectronBeam)
蒸着によりITO透明導電膜(82nm)/集電電極
(Ti/Pd/Ag(400nm/200nm/1μ
m))を多孔質層上に、また裏面電極としてTi/Cr
(400nm/1μm)をウエハ裏面にそれぞれ形成し
た(図2(c))。
Finally, EB (Electron Beam)
ITO transparent conductive film (82 nm) / collector electrode (Ti / Pd / Ag (400 nm / 200 nm / 1 μ) by vapor deposition
m)) on the porous layer and Ti / Cr as the back electrode.
(400 nm / 1 μm) was formed on each back surface of the wafer (FIG. 2C).

【0095】このようにして得られた多孔質シリコン/
結晶シリコン太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.61V、短絡光
電流36.4mA/cm2、曲線因子0.76となり、
エネルギー変換効率16.9%を得た。
Thus obtained porous silicon /
Crystalline silicon solar cells AMl. 5 (100 mW
/ Cm 2 ) It was measured for IV characteristics under light irradiation, and when the cell area was 6 cm 2 , the open circuit voltage was 0.61 V, the short circuit photocurrent was 36.4 mA / cm 2 , and the fill factor was 0.76.
An energy conversion efficiency of 16.9% was obtained.

【0096】以上のように単結晶シリコン上に形成した
多孔質シリコン層を窓層に用いて良好な特性を示す薄膜
結晶太陽電池が作製出来た。
As described above, by using the porous silicon layer formed on single crystal silicon as the window layer, a thin film crystal solar cell exhibiting good characteristics could be manufactured.

【0097】(実施例2)実施例1と同様にして、テク
スチャ化したウエハの表面に多孔質層を形成して太陽電
池を作製した。
Example 2 In the same manner as in Example 1, a solar cell was prepared by forming a porous layer on the surface of a textured wafer.

【0098】500μm厚のn型(100)シリコンウ
エハ(ρ=3Ωcm)を110℃,60%濃度のヒドラ
ジン水溶液に10分間浸し、ウエハの表面を数μm程度
の凹凸を持つテクスチャ構造とした。
A 500 μm thick n-type (100) silicon wafer (ρ = 3 Ωcm) was dipped in a hydrazine aqueous solution at 110 ° C. and 60% concentration for 10 minutes to form a textured structure having irregularities of about several μm on the surface of the wafer.

【0099】次にテクスチャ化された表面にBCl3
拡散源として950℃の温度でBの熱拡散を行ってp+
層を形成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成さ
れたp+層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチン
グにより除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもっ
た接合深さを得た。p+層表面をHF水溶液中で表2の
条件で暗所で陽極化成を行ない、テクスチャ化したウエ
ハ上に多孔質シリコン層を形成した。その後ウエハの裏
面に対してイオン打ち込みによりPを50KeV,1x
10l5cm-2でイオン打ち込みを行い、550℃,1h
our/750℃,2hourで連続アニールしてn+
層を形成した。
Next, thermal diffusion of B was performed on the textured surface using BCl 3 as a diffusion source at a temperature of 950 ° C. to obtain p +
A layer was formed to obtain a junction depth of about 0.5 μm. The dead layer formed on the surface of the p + layer was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm. The surface of the p + layer was anodized in an HF aqueous solution under the conditions shown in Table 2 in the dark to form a porous silicon layer on the textured wafer. After that, P is 50 KeV, 1x by ion implantation on the back surface of the wafer.
Ion implantation is performed at 10 l5 cm -2 and 550 ° C for 1 h.
continuous annealing at our / 750 ° C., 2 hours for n +
Layers were formed.

【0100】さらにEB(ElectronBeam)
蒸着によりITO透明導電膜(82nm)/集電電極
(Ti/Pd/Ag(400nm/200nm/1μ
m))を多孔質層上に、また裏面電極としてTi/Cr
(400nm/1μm)をウエハ裏面にそれぞれ形成し
た。
Further, EB (Electron Beam)
ITO transparent conductive film (82 nm) / collector electrode (Ti / Pd / Ag (400 nm / 200 nm / 1 μ) by vapor deposition
m)) on the porous layer and Ti / Cr as the back electrode.
(400 nm / 1 μm) was formed on each back surface of the wafer.

【0101】以上のようにして得られた結晶シリコン太
陽電池についてAMl.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
6cm2で開放電圧0.62V、短絡光電流36.5m
A/cm2、曲線因子0.76となり、エネルギー変換
効率17.2%を得た。
Regarding the crystalline silicon solar cell obtained as described above, AMl. When the IV characteristics were measured under 5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the open area voltage was 0.62 V and the short-circuit photocurrent was 36.5 m when the cell area was 6 cm 2.
A / cm 2 and a fill factor of 0.76 were obtained, and an energy conversion efficiency of 17.2% was obtained.

【0102】(実施例3)実施例1、2と同様にして、
多結晶シリコンウエハを用いて多孔質シリコン/多結晶
シリコン薄膜太陽電池を作製した。
(Example 3) In the same manner as in Examples 1 and 2,
Porous silicon / polycrystalline silicon thin film solar cells were prepared using polycrystalline silicon wafers.

【0103】500μm厚のn型多結晶シリコンウエハ
(ρ=2Ωcm;結晶粒径数mm〜数十mm)を沸騰し
た1%濃度のNaOH水溶液に5分程浸しシリコン層の
表面のテクスチャ化をおこない、次にテクスチャ化した
表面にBCl3を拡散源として950℃の温度でBの熱
拡散を行ってp+層を形成し、0.5μm程度の接合深
さを得た。形成されたp+層表面のデッド層をウェット
酸化後、エッチングにより除去し、約0.2μmの適度
な表面濃度をもった接合深さを得た。p+層表面をHF
水溶液中で表2の条件で暗所にて陽極化成を行ない、テ
クスチャ化した多結晶ウエハ上に多孔質シリコン層を形
成した。その後ウエハの裏面に対してイオン打ち込みに
よりPを50KeV、1xl015cm-2でイオン打ち込
みを行い、550℃,1hour/750℃,2hou
rで連続アニールしてn+層を形成した。
A 500 μm thick n-type polycrystalline silicon wafer (ρ = 2 Ωcm; crystal grain size of several mm to several tens of mm) was immersed in a boiling 1% aqueous NaOH solution for about 5 minutes to texture the surface of the silicon layer. Then, B was thermally diffused on the textured surface using BCl 3 as a diffusion source at a temperature of 950 ° C. to form a p + layer, and a junction depth of about 0.5 μm was obtained. The formed dead layer on the surface of the p + layer was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm. HF on the surface of p + layer
Anodization was performed in an aqueous solution in the dark under the conditions shown in Table 2 to form a porous silicon layer on the textured polycrystalline wafer. After that, P is ion-implanted on the back surface of the wafer at 50 KeV and 1 × 10 15 cm -2 , and 550 ° C., 1 hour / 750 ° C., 2 hours.
Continuous annealing was performed at r to form an n + layer.

【0104】さらにEB(ElectronBeam)
蒸着によりIT0透明導電膜(82nm)/集電電極
(Ti/Pd/Ag(400nm/200nm/1μ
m))を多孔質層上に、また裏面電極としてTi/Cr
(400nm/1μm)をウエハ裏面にそれぞれ形成し
た。
Further, EB (Electron Beam)
IT0 transparent conductive film (82 nm) / collecting electrode (Ti / Pd / Ag (400 nm / 200 nm / 1μ)
m)) on the porous layer and Ti / Cr as the back electrode.
(400 nm / 1 μm) was formed on each back surface of the wafer.

【0105】このようにして得られた多孔質シリコン/
多結晶シリコン太陽電池についてAMl.5(100m
W/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6cm2で開放電圧0.58V、短絡
光電流35.8mA/cm2、曲線因子0.75とな
り、エネルギー変換効率15.6%を得た。
Thus obtained porous silicon /
Regarding polycrystalline silicon solar cells AMl. 5 (100 m
W / cm 2 ) The IV characteristics under light irradiation were measured, and when the cell area was 6 cm 2 , the open voltage was 0.58 V, the short-circuit photocurrent was 35.8 mA / cm 2 , the fill factor was 0.75, and the energy conversion efficiency was 15.6% was obtained.

【0106】また参照として上述においてp+層を多孔
質化しなかった場合の太陽電池の短絡光電流は30.5
mA/cm2であった。
As a reference, the short-circuit photocurrent of the solar cell when the p + layer was not made porous was 30.5.
It was mA / cm 2 .

【0107】以上のように多結晶シリコンウエハ上に多
孔質層を形成した構造を用いて良好な特性を示す結晶太
陽電池が作製出来た。
As described above, a crystalline solar cell exhibiting excellent characteristics could be manufactured by using the structure in which the porous layer was formed on the polycrystalline silicon wafer.

【0108】(実施例4)実施例1と同様にして、n+
/p/p+構成の多孔質シリコン/単結晶シリコン太陽
電池を作製した。
(Embodiment 4) In the same manner as in Embodiment 1, n +
A porous silicon / single crystal silicon solar cell having a / p / p + structure was produced.

【0109】500μm厚のp型(100)シリコンウ
エハ(ρ=1Ωcm)の表面にPOCl3を拡散源とし
て900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形成
し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn+
層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチングにより
除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもった接合深
さを得た。
On the surface of a 500 μm thick p-type (100) silicon wafer (ρ = 1 Ωcm), PO n 3 was used as a diffusion source to thermally diffuse P at a temperature of 900 ° C. to form an n + layer. Got the junction depth of. N + formed
The dead layer on the layer surface was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm.

【0110】次にn+層表面をHF水溶液中で表6の条
件で光照射下で陽極化成を行ない、ウエハ上に多孔質シ
リコン層を形成した。
Next, the surface of the n + layer was anodized in a HF aqueous solution under the conditions of Table 6 under light irradiation to form a porous silicon layer on the wafer.

【0111】[0111]

【表6】 最後に多孔質層上にEB(Electron Bea
m)蒸着によりITO透明導電膜(82nm)/集電電
極(Ti/Pd/Ag(400nm/200nm/1μ
m))を、またウエハ裏面に裏面電極としてAlペース
トを印刷しアニールして合金化反応により裏面電極とウ
エハの間にp+層をそれぞれ形成した。
[Table 6] Finally, on the porous layer, EB (Electron Bea
m) ITO transparent conductive film (82 nm) / collector electrode (Ti / Pd / Ag (400 nm / 200 nm / 1μ) by vapor deposition
m)), and an Al paste was printed on the back surface of the wafer as a back surface electrode and annealed to form ap + layer between the back surface electrode and the wafer by an alloying reaction.

【0112】このようにして得られた多孔質シリコン/
結晶シリコン太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.61V、短絡光
電流36.8mA/cm2、曲線因子0.75となり、
エネルギー変換効率16.8%を得た。
The porous silicon thus obtained /
Crystalline silicon solar cells AMl. 5 (100 mW
/ Cm 2 ) The IV characteristics under irradiation with light were measured, and when the cell area was 6 cm 2 , the open voltage was 0.61 V, the short-circuit photocurrent was 36.8 mA / cm 2 , and the fill factor was 0.75.
An energy conversion efficiency of 16.8% was obtained.

【0113】以上述べたように、本発明によれば、ウエ
ハ上に形成した多孔質シリコン層を窓層に用いて良好な
太陽電池が製造されることが示された。
As described above, according to the present invention, it was shown that a good solar cell can be manufactured by using the porous silicon layer formed on the wafer as the window layer.

【0114】(実施例5)前述したように、実験1、4
〜6と同様にして図4に示すプロセスにより多孔質/エ
ピタキシャルシリコン薄膜太陽電池を作製した。
Example 5 As described above, Experiments 1 and 4
A porous / epitaxial silicon thin film solar cell was produced by the process shown in FIG.

【0115】500μm厚のp型(100)シリコンウ
エハ(ρ=0.01Ω・cm)をHF水溶液中で表7の
条件で陽極化成を行ない、ウエハ上に多孔質シリコン層
を形成した(図4(a))。
A 500 μm thick p-type (100) silicon wafer (ρ = 0.01 Ω · cm) was anodized in an HF aqueous solution under the conditions shown in Table 7 to form a porous silicon layer on the wafer (FIG. 4). (A)).

【0116】[0116]

【表7】 多孔質シリコン層表面に通常のLPCVD装置により表
3の形成条件でエピタキシャル成長を行いシリコン層の
膜厚を約50μmとした(図4(b))。
[Table 7] Epitaxial growth was performed on the surface of the porous silicon layer by a normal LPCVD apparatus under the formation conditions shown in Table 3 so that the film thickness of the silicon layer was about 50 μm (FIG. 4B).

【0117】基板を沸騰した1%濃度のNaOH水溶液
に5分程浸し形成したエピタキシャルシリコン層の表面
のテクスチャ化をおこなった(図4(c))。次にエピ
タキシャル層の表面にPOCl3を拡散源として900
℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形成し、0.5
μm程度の接合深さを得た。形成されたn+層表面のデ
ッド層をウェット酸化後、エッチングにより除去し、約
0.2μmの適度な表面濃度をもった接合深さを得た
(図4(d))。
The surface of the epitaxial silicon layer formed by immersing the substrate in a boiling 1% aqueous solution of NaOH for about 5 minutes was textured (FIG. 4 (c)). Next, POCl 3 is used as a diffusion source on the surface of the epitaxial layer to form 900
Thermal diffusion of P is performed at a temperature of ℃ to form an n + layer,
A junction depth of about μm was obtained. The formed dead layer on the surface of the n + layer was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm (FIG. 4 (d)).

【0118】最後にEB(ElectronBeam)
蒸着により集電電極(Ti/Pd/Ag(400nm/
200nm/1μm))/ITO透明導電膜(82n
m)をn+層上に形成した(図4(e))。
Finally, EB (Electron Beam)
Current collecting electrode (Ti / Pd / Ag (400 nm /
200 nm / 1 μm)) / ITO transparent conductive film (82n
m) was formed on the n + layer (FIG. 4E).

【0119】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.62V、短絡光電流37.4
mA/cm2、曲線因子0.77となり、エネルギー変
換効率17.9%を得た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. When the IV characteristic was measured under irradiation with 5 (100 mW / cm 2 ) light, the open area voltage was 0.62 V and the short circuit photocurrent was 37.4 when the cell area was 6 cm 2.
It was mA / cm 2 and a fill factor of 0.77, and an energy conversion efficiency of 17.9% was obtained.

【0120】このように多孔質層上に形成したエピタキ
シャル層を用いて高い変換効率を示す薄膜結晶太陽電池
が作製出来た。
Using the epitaxial layer thus formed on the porous layer, a thin film crystal solar cell exhibiting high conversion efficiency could be manufactured.

【0121】(実施例6)実施例5と同様にしてp+
薄型結晶太陽電池を作製した。500μm厚のn型(1
00)シリコンウエハ(ρ=0.01Ω・cm)をHF
水溶液中で表7の条件で陽極化成を行ない、ウエハ上に
多孔質シリコン層を形成した。
(Embodiment 6) In the same manner as in Embodiment 5, p + n
A thin crystalline solar cell was produced. N-type (1
00) HF silicon wafer (ρ = 0.01Ω · cm)
Anodization was performed in an aqueous solution under the conditions shown in Table 7 to form a porous silicon layer on the wafer.

【0122】LPCVD装置により表3の形成条件にお
いて成長時間を120分として多孔質層上にエピタキシ
ャルシリコン層を約100μm成長した。ウエハを11
0℃,60%濃度のヒドラジン水溶液に10分間浸し、
エピタキシャル層の表面をテクスチャ化した。
An epitaxial silicon layer was grown on the porous layer to a thickness of about 100 μm by the LPCVD apparatus under the formation conditions shown in Table 3 with a growth time of 120 minutes. Wafer 11
Soak for 10 minutes in 0 ° C, 60% aqueous hydrazine solution,
The surface of the epitaxial layer was textured.

【0123】次にエピタキシャル層の表面にBCl3
拡散源として950℃の温度でBの熱拡散を行ってp+
層を形成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成さ
れたp+層表面のデヅド層をウエット酸化後、エッチン
グにより除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもっ
た接合深さを得た。
Then, BCl 3 is thermally diffused at a temperature of 950 ° C. using BCl 3 as a diffusion source on the surface of the epitaxial layer to obtain p +.
A layer was formed to obtain a junction depth of about 0.5 μm. After the wet oxidation, the dud layer on the surface of the formed p + layer was removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm.

【0124】さらにエピタキシャル層の表面をドライ酸
化により薄く酸化し(〜10nm)、フォトリソグラフ
ィ法を用いて微細なグリッド形状に酸化膜をエッチング
し、その上にメタルマスクにより集電電極(Ti/Pd
/Ag(400nm/200nm/1μm))を蒸着し
た。さらに最後にその上にITO透明導電膜(82n
m)を形成した。
Further, the surface of the epitaxial layer is thinly oxidized by dry oxidation (-10 nm), the oxide film is etched into a fine grid shape by the photolithography method, and a collector electrode (Ti / Pd) is formed on the oxide film by a metal mask.
/ Ag (400 nm / 200 nm / 1 μm)) was deposited. Finally, an ITO transparent conductive film (82n
m) was formed.

【0125】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.65V、短絡光電流37.5
mA/cm2、曲線因子0.76となり、エネルギー変
換効率18.5%を得た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. When the IV characteristics were measured under 5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the open area voltage was 0.65 V and the short circuit photocurrent was 37.5 at a cell area of 6 cm 2.
mA / cm 2 and a fill factor of 0.76 were obtained, and an energy conversion efficiency of 18.5% was obtained.

【0126】(実施例7)実施例5、6と同様にして多
結晶シリコンウエハを用いて多孔質/シリコン薄膜太陽
電池を作製した。
Example 7 A porous / silicon thin-film solar cell was produced using a polycrystalline silicon wafer in the same manner as in Examples 5 and 6.

【0127】500μm厚のp型多結晶シリコンウエハ
(ρ=0.02Ω・cm;結晶粒径数mm〜数十mm)
をHF水溶液中で表8の条件で陽極化成を行ない、ウエ
ハ上に多孔質シリコン層を形成した。
500 μm thick p-type polycrystalline silicon wafer (ρ = 0.02 Ω · cm; crystal grain size of several mm to several tens of mm)
Was anodized in a HF aqueous solution under the conditions shown in Table 8 to form a porous silicon layer on the wafer.

【0128】[0128]

【表8】 多孔質シリコン層表面に通常のLPCVD装置により表
3の形成条件で成長時間を120分としてシリコン膜の
成長を行いシリコン層の膜厚を約100μmとした。こ
のときのシリコン層の結晶粒径は数mm〜数十mmであ
り、基板の結晶性を保持していた。
[Table 8] A silicon film was grown on the surface of the porous silicon layer by a normal LPCVD apparatus under the formation conditions shown in Table 3 with a growth time of 120 minutes to a thickness of about 100 μm. The crystal grain size of the silicon layer at this time was several mm to several tens of mm, and the crystallinity of the substrate was maintained.

【0129】基板を沸騰した1%濃度のNaOH水溶液
に5分程浸しシリコン層の表面のテクスチャ化をおこな
い、次にエピタキシャル層の表面にPOCl3を拡散源
として900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形
成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn
+層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチングによ
り除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもった接合
深さを得た。
The surface of the silicon layer was textured by immersing the substrate in a boiling 1% aqueous solution of NaOH for about 5 minutes, and then thermal diffusion of P was performed on the surface of the epitaxial layer at a temperature of 900 ° C. using POCl 3 as a diffusion source. Then, an n + layer was formed to obtain a junction depth of about 0.5 μm. N formed
The dead layer on the + layer surface was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth with an appropriate surface concentration of about 0.2 μm.

【0130】さらにシリコン層の表面をドライ酸化によ
り薄く酸化し(〜10nm)、フォトリソグラフィ法を
持ちいて微細なグリッド形状に酸化膜をエッチングしそ
の上にメタルマスクにより集電電極(Ti/Pd/Ag
(400nm/200nm/1μm))を蒸着した。さ
らに最後にその上にITO透明導電膜(82nm)を形
成した。
Further, the surface of the silicon layer is thinly oxidized by dry oxidation (~ 10 nm), the oxide film is etched into a fine grid shape by a photolithography method, and a collector electrode (Ti / Pd / Ag
(400 nm / 200 nm / 1 μm)) was deposited. Finally, an ITO transparent conductive film (82 nm) was formed thereon.

【0131】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.603V、短絡光電流34.
2mA/cm2、曲線因子0.76となり、エネルギー
変換効率15.7%を得た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. 5 (100mW / cm 2) was measured for the I-V characteristic under irradiation with light, open-circuit voltage 0.603V in cell area 6 cm 2, short-circuit photoelectric current 34.
It became 2 mA / cm 2 and a fill factor of 0.76, and an energy conversion efficiency of 15.7% was obtained.

【0132】このように多結晶シリコンの多孔質層上に
形成したシリコン層を用いて高い変換効率を示す薄膜結
晶太陽電池が作製出来た。
Thus, a thin film crystal solar cell exhibiting high conversion efficiency could be manufactured by using the silicon layer formed on the porous layer of polycrystalline silicon.

【0133】(実施例8)図1(c)に示すようなn+
p型薄膜結晶太陽電池を液相成長法を用いて作製した。
(Embodiment 8) n + as shown in FIG.
A p-type thin film crystal solar cell was produced using a liquid phase growth method.

【0134】実施例5と同様にして500μm厚のp型
(100)シリコンウエハ(ρ=0.01Ω・cm)を
HF水溶液中で表7の条件で陽極化成を行ない、ウエハ
上に多孔質シリコン層を形成した。
In the same manner as in Example 5, a 500 μm thick p-type (100) silicon wafer (ρ = 0.01 Ω · cm) was anodized in an aqueous HF solution under the conditions shown in Table 7, and porous silicon was formed on the wafer. Layers were formed.

【0135】液相成長法により表9の条件でエピタキシ
ャル成長を行い、エピタキシャル層を約45μm成長さ
せた。このとき溶媒としてSnを用い、成長前に予めS
n中にSiを溶解させて飽和させておいてから徐冷を開
始し、或程度の過飽和状態となったところでウエハの多
孔質層表面をSn溶液に漬け、所定の時間成長を行っ
た。
Epitaxial growth was performed by the liquid phase growth method under the conditions shown in Table 9 to grow an epitaxial layer of about 45 μm. At this time, Sn was used as a solvent, and S
After Si was dissolved in n to saturate it, gradual cooling was started, and when it reached a certain degree of supersaturation, the surface of the porous layer of the wafer was dipped in an Sn solution and grown for a predetermined time.

【0136】[0136]

【表9】 基板を沸騰した1%濃度のNaOH水溶液に5分程浸し
シリコン層の表面のテクスチヤ化をおこない、次にエピ
タキシャル層の表面にPOCl3を拡散源として900
℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形成し、0.5
μm程度の接合深さを得た。形成されたn+層表面のデ
ッド層をウェット酸化後、エッチングにより除去し、約
0.2μmの適度な表面濃度をもった接合深さを得た。
[Table 9] The substrate is soaked in a boiling 1% aqueous NaOH solution for about 5 minutes to texture the surface of the silicon layer, and then POCl 3 is used as a diffusion source on the surface of the epitaxial layer for 900 minutes.
Thermal diffusion of P is performed at a temperature of ℃ to form an n + layer,
A junction depth of about μm was obtained. The formed dead layer on the surface of the n + layer was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm.

【0137】最後にEB(ElectronBeam)
蒸着により集電電極(Ti/Pd/Ag(40nm/2
0nm/1μm))/ITO透明導電膜(82nm)を
+層上に形成した。
Finally, EB (Electron Beam)
Collection electrode (Ti / Pd / Ag (40 nm / 2
0 nm / 1 μm)) / ITO transparent conductive film (82 nm) was formed on the n + layer.

【0138】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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1cm2で開放電圧0.59V、短絡光電流36.6
mA/cm2、曲線因子0.75となり、エネルギー変
換効率16.2%を得た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. When the IV characteristics were measured under irradiation with 5 (100 mW / cm 2 ) light, the open circuit voltage was 0.59 V and the short-circuit photocurrent was 36.6 at a cell area of 1 cm 2.
It became mA / cm 2 and a fill factor of 0.75, and an energy conversion efficiency of 16.2% was obtained.

【0139】(実施例9)多孔質シリコンとシリコンウ
エハの貼り合わせによりシリコン薄膜太陽電池を作製し
た。
Example 9 A silicon thin film solar cell was produced by bonding porous silicon and a silicon wafer together.

【0140】500μm厚のp型単結晶シリコンウエハ
A(ρ=0.01Ω・cm)をHF水溶液中で表7の条
件で陽極化成を行ない、ウエハ上に多孔質シリコン層を
形成した。
A 500 μm thick p-type single crystal silicon wafer A (ρ = 0.01 Ω · cm) was anodized in an HF aqueous solution under the conditions shown in Table 7 to form a porous silicon layer on the wafer.

【0141】多孔質シリコン層表面にρ=5Ω・cmの
p型単結晶シリコンウエハBを重ね合わせ、N2雰囲気
中1050℃、2時間の条件で熱処理を行い、貼り合わ
せを行った。
A p-type single crystal silicon wafer B of ρ = 5 Ω · cm was superposed on the surface of the porous silicon layer, and heat treatment was performed in an N 2 atmosphere at 1050 ° C. for 2 hours to perform bonding.

【0142】貼り合わせた基板のうちウエハBの方をグ
ラインディングにより研削して残し膜厚を100μmと
した。
Of the bonded substrates, the wafer B was ground by grinding to leave a residual film thickness of 100 μm.

【0143】沸騰した1%濃度のNaOH水溶液に5分
程浸し研削したシリコン層の表面のテクスチヤ化をおこ
ない、次にシリコン層の表面にPOCl3を拡散源とし
て900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形成
し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn+
層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチングにより
除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもった接合深
さを得た。さらにシリコン層の表面をドライ酸化により
薄く酸化し(〜10nm)、フォトリソグラフィ法を持
ちいて微細なグリッド形状に酸化膜をエッチングしその
上にメタルマスクにより集電電極(Ti/Pd/Ag
(400nm/200nm/1μm))を蒸着した。さ
らに最後にその上にlTO透明導電膜(82nm)を形
成した。
The surface of the silicon layer which has been soaked in a boiling 1% aqueous NaOH solution for about 5 minutes and ground is textured, and then POCl 3 is used as a diffusion source on the surface of the silicon layer to thermally diffuse P at a temperature of 900 ° C. Then, an n + layer was formed to obtain a junction depth of about 0.5 μm. N + formed
The dead layer on the layer surface was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm. Further, the surface of the silicon layer is thinly oxidized by dry oxidation (~ 10 nm), the photolithography method is used to etch the oxide film into a fine grid shape, and a metal mask is formed on the oxide film (Ti / Pd / Ag).
(400 nm / 200 nm / 1 μm)) was deposited. Finally, an lTO transparent conductive film (82 nm) was formed thereon.

【0144】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.67V、短絡光電流38.1
mA/cm2、曲線因子0.77となり、エネルギー変
換効率19.7%を得た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. When the IV characteristics were measured under 5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the open circuit voltage was 0.67 V and the short circuit photocurrent was 38.1 when the cell area was 6 cm 2.
It became mA / cm 2 and a fill factor of 0.77, and an energy conversion efficiency of 19.7% was obtained.

【0145】このように多結晶シリコンの多孔質層上に
貼り合わせにより形成したシリコン層を用いて高い変換
効率を示す薄膜結晶太陽電池が作製出来た。
As described above, a thin film crystal solar cell exhibiting high conversion efficiency could be manufactured by using the silicon layer formed by bonding on the porous layer of polycrystalline silicon.

【0146】以上述ベたように、本発明によれば、ウエ
ハに形成した多孔質シリコン上に形成したシリコン層を
用いて従来より簡便なプロセスで高効率太陽電池が製造
されることが示された。
As described above, according to the present invention, it is shown that a high-efficiency solar cell can be manufactured by a simpler process than before using a silicon layer formed on porous silicon formed on a wafer. It was

【0147】(実施例10)前述したように、実験1、
4、7、8と同様にして図3に示すプロセスにより金属
基板/多孔質層/エピタキシャルシリコン薄膜太陽電池
を作製した。
Example 10 As described above, Experiment 1,
A metal substrate / porous layer / epitaxial silicon thin film solar cell was produced by the process shown in FIG. 3 in the same manner as 4, 7, and 8.

【0148】500μm厚のp型(100)シリコンウ
エハ(ρ=0.01Ωcm)をHF水溶液中で表10の
条件で陽極化成を行ない、ウエハ上に多孔質シリコン層
を形成した(図3(a))。
A 500 μm thick p-type (100) silicon wafer (ρ = 0.01 Ωcm) was anodized in an HF aqueous solution under the conditions shown in Table 10 to form a porous silicon layer on the wafer (FIG. 3 (a). )).

【0149】[0149]

【表10】 多孔質シリコン層の形成終了時に化成水溶液のHF濃度
を1%にまで落とし化成電流を100mA/cm2にま
で上げて多孔質層をウエハより分離した(図3
(b))。
[Table 10] At the end of formation of the porous silicon layer, the HF concentration of the chemical conversion solution was lowered to 1% and the chemical conversion current was increased to 100 mA / cm 2 to separate the porous layer from the wafer (FIG. 3).
(B)).

【0150】分離した多孔質層をCrを100nm蒸着
したSUS基板上に置き密着させた後、N2雰囲気中で
1100℃、2時間アニールを行い固着させた(図3
(c))。 次に固着した多孔質層の上に通常のLPC
VD装置により表3の形成条件において成長時間を長く
してエピタキシャルシリコン層を約100μm成長させ
た(図3(d))。
The separated porous layer was placed on a SUS substrate on which Cr was vapor-deposited to have a thickness of 100 nm and adhered thereto, and then annealed at 1100 ° C. for 2 hours in an N 2 atmosphere to fix the layer (FIG. 3).
(C)). Then, on top of the adhered porous layer, normal LPC
Under the formation conditions shown in Table 3, the VD apparatus was used to extend the growth time to grow an epitaxial silicon layer to about 100 μm (FIG. 3 (d)).

【0151】次にエピタキシャル層の表面にPOCl3
を拡散源として900℃の温度でPの熱拡散を行ってn
+層を形成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成
されたn+層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチ
ングにより除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をも
った接合深さを得た(図3(e))。
Next, on the surface of the epitaxial layer, POCl 3
N as a diffusion source by performing thermal diffusion of P at a temperature of 900 ° C.
A + layer was formed to obtain a junction depth of about 0.5 μm. The formed dead layer on the surface of the n + layer was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm (FIG. 3 (e)).

【0152】最後にEB(Electron Bea
m)蒸着により集電電極(Ti/Pd/Ag(400n
m/200nm/1μm))/ITO透明導電膜(82
nm)をn+層上に形成した(図3(f))。
Finally, EB (Electron Bea)
m) collector electrode (Ti / Pd / Ag (400n
m / 200 nm / 1 μm)) / ITO transparent conductive film (82
nm) was formed on the n + layer (FIG. 3 (f)).

【0153】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.52V、短絡光電流33.8
mA/cm2、曲線因子0.75となり、エネルギー変
換効率13.2%を得た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. When the IV characteristics were measured under 5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the open circuit voltage was 0.52 V and the short circuit photocurrent was 33.8 when the cell area was 6 cm 2.
It became mA / cm 2 and a fill factor of 0.75, and an energy conversion efficiency of 13.2% was obtained.

【0154】このように金属基板/多孔質層上に形成し
たエピタキシャル層を用いて良好な特性を示す薄膜結晶
太陽電池が作製出来た。
As described above, a thin film crystal solar cell exhibiting excellent characteristics could be manufactured by using the epitaxial layer formed on the metal substrate / porous layer.

【0155】(実施例11)実施例10と同様にしてp
+n薄型結晶太陽電池を作製した。500μm厚のn型
(100)シリコンウエハ(ρ=0.01Ωcm)をH
F水溶液中で表10の条件で光照射下で陽極化成を行な
い、ウエハ上に多孔質シリコン層を形成した。
(Embodiment 11) As in Embodiment 10, p
A + n thin crystalline solar cell was produced. H-type 500 μm thick n-type (100) silicon wafer (ρ = 0.01 Ωcm)
Anodization was performed in a F aqueous solution under the conditions of Table 10 under light irradiation to form a porous silicon layer on the wafer.

【0156】多孔質シリコン層の形成終了時に化成水溶
液のHF濃度を1%にまで落とし化成電流を100mA
/cm2にまで上げて多孔質層をウエハより分離した。
分離した多孔質層をMoを100nm蒸着したSUS基
板上に置き密着させた後、N2雰囲気中で1100℃2
時間アニールを行い固着させた。LPCVD装置により
表3の形成条件において成長時間を長くして多孔質層上
にエピタキシャルシリコン層を約80μm成長した。成
長後にエピタキシャルシリコン層の表面を60%濃度の
ヒドラジン水溶液を用いてテクスチャ化した。
At the end of formation of the porous silicon layer, the HF concentration of the chemical conversion solution was reduced to 1% and the conversion current was 100 mA.
/ Cm 2 and the porous layer was separated from the wafer.
The separated porous layer was placed on a SUS substrate on which Mo was vapor-deposited to a thickness of 100 nm and adhered thereto, and then, at 1100 ° C. in an N 2 atmosphere.
It was annealed for a period of time and fixed. An LPCVD apparatus was used to grow the epitaxial silicon layer on the porous layer to a thickness of about 80 μm under the formation conditions shown in Table 3 while extending the growth time. After growth, the surface of the epitaxial silicon layer was textured with a 60% strength aqueous hydrazine solution.

【0157】次にエピタキシャル層の表面にBCl3
拡散源として950℃の温度でBの熱拡散を行ってp+
層を形成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成さ
れたp+層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチン
グにより除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもっ
た接合深さを得た。EB蒸着により集電電極(Ti/P
d/Ag(400nm/200nm/1μm))を蒸着
し、さらに最後にその上にITO透明導電膜(820n
m)を形成した。
Next, BCl 3 is thermally diffused on the surface of the epitaxial layer at a temperature of 950 ° C. using BCl 3 as a diffusion source to p +.
A layer was formed to obtain a junction depth of about 0.5 μm. The formed dead layer on the surface of the p + layer was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm. Current collector electrode (Ti / P
d / Ag (400 nm / 200 nm / 1 μm) is vapor-deposited, and finally an ITO transparent conductive film (820 n
m) was formed.

【0158】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.53V、短絡光電流35.5
mA/cm2、曲線因子0.74となり、エネルギー変
換効率13.9%を得た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. When the IV characteristics were measured under irradiation with 5 (100 mW / cm 2 ) light, the open area voltage was 0.53 V and the short-circuit photocurrent was 35.5 when the cell area was 6 cm 2.
It was mA / cm 2 and a fill factor of 0.74, and an energy conversion efficiency of 13.9% was obtained.

【0159】(実施例12)実施例10、11と同様に
して多結晶シリコンウエハを用いて金属/多孔質/シリ
コン薄膜太陽電池を作製した。
Example 12 A metal / porous / silicon thin film solar cell was prepared using a polycrystalline silicon wafer in the same manner as in Examples 10 and 11.

【0160】500μm厚のp型多結晶シリコンウエハ
(ρ=0.02Ω・cm;結晶粒径数mm〜数十mm)
をHF水溶液中で表11の条件で陽極化成を行ない、ウ
エハ上に多孔質シリコン層を形成した。
500 μm thick p-type polycrystalline silicon wafer (ρ = 0.02 Ω · cm; crystal grain size of several mm to several tens of mm)
Was subjected to anodization in an HF aqueous solution under the conditions shown in Table 11 to form a porous silicon layer on the wafer.

【0161】[0161]

【表11】 多孔質シリコン層の形成終了時に化成水溶液のHF濃度
を1%にまで落とし化成電流を200mA/cm2にま
で上げて多孔質層を多結晶ウエハより分離した。分離し
た多孔質層をCrを100nm蒸着したSUS基板上に
置き密着させた後、N2雰囲気中で1100℃、2時間
アニールを行い固着させた。
[Table 11] When the formation of the porous silicon layer was completed, the HF concentration of the chemical conversion aqueous solution was dropped to 1% and the chemical conversion current was increased to 200 mA / cm 2 to separate the porous layer from the polycrystalline wafer. The separated porous layer was placed on a SUS substrate on which Cr was vapor-deposited to a thickness of 100 nm and adhered thereto, and then annealed in a N 2 atmosphere at 1100 ° C. for 2 hours to be fixed.

【0162】次に固着した多孔質層表面に通常のLPC
VD装置により表3の形成条件で成長時間を長くしてシ
リコン膜の成長を行いシリコン層の膜厚を約100μm
とした。このときのシリコン層の結晶粒径は数mm〜数
十mmであり、基板の結晶性を保持していた。
Next, ordinary LPC was applied to the surface of the adhered porous layer.
A silicon film is grown with a VD apparatus under the formation conditions shown in Table 3 for a long time to form a silicon film having a thickness of about 100 μm.
And The crystal grain size of the silicon layer at this time was several mm to several tens of mm, and the crystallinity of the substrate was maintained.

【0163】基板を沸騰した1%濃度のNaOH水溶液
に5分程浸しシリコン層の表面のテクスチャ化をおこな
い、次にエピタキシャル層の表面にPOCl3を拡散源
として900℃の温度でPの熱拡散を行ってn+層を形
成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成されたn
+層表面のデッド層をウェット酸化後、エッチングによ
り除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をもった接合
深さを得た。最後に集電電極(Ti/Pd/Ag(40
0nm/200nm/1μm))およびITO透明導電
膜(820nm)を形成した。
The surface of the silicon layer was textured by immersing the substrate in a boiling 1% aqueous solution of NaOH for about 5 minutes, and then thermal diffusion of P was performed on the surface of the epitaxial layer at a temperature of 900 ° C. using POCl 3 as a diffusion source. Then, an n + layer was formed to obtain a junction depth of about 0.5 μm. N formed
The dead layer on the + layer surface was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth with an appropriate surface concentration of about 0.2 μm. Finally, the collector electrode (Ti / Pd / Ag (40
0 nm / 200 nm / 1 μm)) and an ITO transparent conductive film (820 nm).

【0164】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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6cm2で開放電圧0.51V、短絡光電流33.2
mA/cm2、曲線因子0.73となり、エネルギー変
換効率12.4%を得た。このように多結晶シリコンの
多孔質層を用いても単結晶シリコンの場合と同様に良好
な特性を示す薄膜結晶太陽電池が作製出来た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. When the IV characteristics were measured under 5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the open area voltage was 0.51 V and the short circuit photocurrent was 33.2 when the cell area was 6 cm 2.
It became mA / cm 2 and a fill factor of 0.73, and an energy conversion efficiency of 12.4% was obtained. As described above, a thin-film crystal solar cell exhibiting good characteristics as in the case of single-crystal silicon could be manufactured by using a porous layer of polycrystalline silicon.

【0165】(実施例13)図1(b)に示すようなn
+p型薄膜結晶太陽電池を液相成長法を用いて作製し
た。実施例10と同様にして500μm厚のp型(10
0)シリコンウエハ(ρ=0.01Ωcm)をHF水溶
液中で表10の条件で陽極化成を行ない、ウエハ上に多
孔質シリコン層を形成した。
(Embodiment 13) n as shown in FIG.
+ A p-type thin film crystal solar cell was produced using a liquid phase epitaxy method. In the same manner as in Example 10, p-type (10
0) A silicon wafer (ρ = 0.01 Ωcm) was anodized in an HF aqueous solution under the conditions shown in Table 10 to form a porous silicon layer on the wafer.

【0166】多孔質シリコン層の形成終了時に化成水溶
液のHF濃度を1%にまで落とし化成電流を100mA
/cm2にまで上げて多孔質層をウエハより分離した。
分離した多孔質層をTiを100nm蒸着したSUS基
板上に置き密着させた後、N2雰囲気中で1100℃2
時間アニールを行い固着させた。次に固着した多孔質層
の表面に液相成長法により表9の条件でエピタキシャル
成長を行い、エピタキシャル層を約45μm成長させ
た。
At the end of formation of the porous silicon layer, the HF concentration of the chemical conversion solution was reduced to 1% and the conversion current was 100 mA.
/ Cm 2 and the porous layer was separated from the wafer.
After the separated porous layer was adhered Place the Ti on SUS substrate was 100nm deposition, 1100 ° C. in a N 2 atmosphere 2
It was annealed for a period of time and fixed. Next, epitaxial growth was performed on the surface of the adhered porous layer by the liquid phase growth method under the conditions shown in Table 9 to grow the epitaxial layer to about 45 μm.

【0167】このとき溶媒としてSnを用い、成長前に
予めSn中にSiを溶解させて飽和させておいてから徐
冷を開始し、或程度の過飽和状態となったところで多孔
質層表面をSn溶液に漬け、所定の時間成長を行った。
At this time, Sn was used as a solvent, and Si was previously dissolved in Sn to saturate before growth, and then gradual cooling was started. When a certain degree of supersaturation was reached, the surface of the porous layer was Sn. It was immersed in the solution and grown for a predetermined time.

【0168】次にエピタキシャル層の表面にPOCl3
を拡散源として900℃の温度でPの熱拡散を行ってn
+層を形成し、0.5μm程度の接合深さを得た。形成
されたn+層表面のデッド層をウエット酸化後、エッチ
ングにより除去し、約0.2μmの適度な表面濃度をも
った接合深さを得た。
Next, on the surface of the epitaxial layer, POCl 3
N as a diffusion source by performing thermal diffusion of P at a temperature of 900 ° C.
A + layer was formed to obtain a junction depth of about 0.5 μm. The formed dead layer on the surface of the n + layer was wet-oxidized and then removed by etching to obtain a junction depth having an appropriate surface concentration of about 0.2 μm.

【0169】最後にEB(Electron Bea
m)蒸着により集電電極(Ti/Pd/Ag(40nm
/20nm/1μm))/ITO透明導電膜(820n
m)をn+層上に形成した。
Finally, EB (Electron Bea)
m) Current collector electrode (Ti / Pd / Ag (40 nm
/ 20 nm / 1 μm)) / ITO transparent conductive film (820n
m) was formed on the n + layer.

【0170】このようにして得られた薄膜結晶シリコン
太陽電池についてAMl.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1cm2で開放電圧0.53V、短絡光電流31.7
mA/cm2、曲線因子0.76となり、エネルギー変
換効率12.8%を得た。
Regarding the thin film crystalline silicon solar cell thus obtained, AMl. When the IV characteristics were measured under 5 (100 mW / cm 2 ) light irradiation, the open circuit voltage was 0.53 V and the short circuit photocurrent was 31.7 when the cell area was 1 cm 2.
It was mA / cm 2 and a fill factor of 0.76, and an energy conversion efficiency of 12.8% was obtained.

【0171】以上述ベたように、本発明によれば、ウエ
ハに形成した多孔質シリコンをウエハより分離して金属
基板上に固着し、その多孔質層上に形成したシリコン層
を用いることで良好な太陽電池が製造されることが示さ
れた。
As described above, according to the present invention, the porous silicon formed on the wafer is separated from the wafer and fixed on the metal substrate, and the silicon layer formed on the porous layer is used. It has been shown that good solar cells are produced.

【0172】[0172]

【発明の効果】以上述ベてきたように、請求項1の発明
により、異種材料を用いずに窓層効果のある結晶太陽電
池が得られ、これにより、量産性のある良質の結晶太陽
電池を市場に提供することができるようになった。
As described above, according to the invention of claim 1, a crystalline solar cell having a window layer effect can be obtained without using different kinds of materials, whereby a high-quality crystalline solar cell with mass productivity can be obtained. Can now be offered to the market.

【0173】請求項5、6の発明により、光電変換効率
の高い結晶薄膜太陽電池を提供する形成することが可能
となり、特に金属基板を用いることにより良好な特性を
示す結晶薄膜太陽電池を安価に提供することが可能とな
った。
According to the fifth and sixth aspects of the present invention, it is possible to form a crystalline thin film solar cell having a high photoelectric conversion efficiency, and particularly by using a metal substrate, a crystalline thin film solar cell exhibiting good characteristics can be manufactured at low cost. It is now possible to provide.

【0174】更に請求項15、16の発明により、量産
性のある安価で良質な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。
Further, according to the inventions of claims 15 and 16, it has become possible to provide a mass-produced, inexpensive, high-quality thin solar cell to the market.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の太陽電池の構造を示した概略断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a solar cell of the present invention.

【図2】本発明の太陽電池の作製プロセスについて説明
した図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing process of the solar cell of the present invention.

【図3】本発明の太陽電池の作製プロセスについて説明
した図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the solar cell of the present invention.

【図4】本発明の太陽電池の作製プロセスについて説明
した図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the solar cell of the present invention.

【図5】多孔質層とシリコン層との界面での光の反射に
ついて説明した図である
FIG. 5 is a diagram illustrating light reflection at an interface between a porous layer and a silicon layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101a,201 結晶シリコン 101b、303 金属基板 101c、401 第1の結晶シリコン 103a,102b、102c,203、302、40
2 多孔質シリコン層 103b,103c,303、304 第2の結晶シリ
コン 104b,104c,305、405 第2の結晶シリ
コンと反対導電型のシリコン層 104a,105b,105c、204、306、40
5 透明導電層 105a、106b,106c,205、307、40
6 集電電極 106a,206 裏面電極 202 結晶シリコン(101a)と反対導電型のシリ
コン層
101a, 201 crystalline silicon 101b, 303 metal substrate 101c, 401 first crystalline silicon 103a, 102b, 102c, 203, 302, 40
2 Porous silicon layers 103b, 103c, 303, 304 Second crystalline silicon 104b, 104c, 305, 405 Silicon layers of opposite conductivity type to the second crystalline silicon 104a, 105b, 105c, 204, 306, 40
5 Transparent conductive layers 105a, 106b, 106c, 205, 307, 40
6 Current collecting electrodes 106a, 206 Back electrode 202 Silicon layer of opposite conductivity type to crystalline silicon (101a)

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第一の導電型の結晶シリコン上に光入射
層となる第二の導電型の多孔質シリコンが積層されてい
ることを特徴とする太陽電池。
1. A solar cell comprising a first conductive type crystalline silicon and a second conductive type porous silicon serving as a light-incident layer laminated on the first conductive type crystalline silicon.
【請求項2】 前記第一の導電型はp型、前記第二の導
電型はn型であることを特徴とする請求項1に記載の太
陽電池。
2. The solar cell according to claim 1, wherein the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
【請求項3】 前記第一の導電型の結晶シリコンは、単
結晶シリコンであることを特徴とする請求項1に記載の
太陽電池。
3. The solar cell according to claim 1, wherein the first conductivity type crystalline silicon is single crystalline silicon.
【請求項4】 前記第一の導電型の結晶シリコンは、多
結晶シリコンであることを特徴とする請求項1に記載の
太陽電池。
4. The solar cell according to claim 1, wherein the crystalline silicon of the first conductivity type is polycrystalline silicon.
【請求項5】 第一の結晶シリコンまたは金属基板上に
多孔質シリコン、更にその上に第二の結晶シリコンが積
層されていることを特徴とする太陽電池。
5. A solar cell comprising: a first crystalline silicon or a metal substrate on which porous silicon is further laminated; and a second crystalline silicon laminated on the porous silicon.
【請求項6】 前記第二の結晶シリコンは、単結晶シリ
コンであることを特徴とする請求項5に記載の太陽電
池。
6. The solar cell according to claim 5, wherein the second crystalline silicon is single crystalline silicon.
【請求項7】 前記第一の結晶シリコンは、単結晶シリ
コンまたは多結晶シリコンであることを特徴とする請求
項6に記載の太陽電池。
7. The solar cell according to claim 6, wherein the first crystalline silicon is single crystalline silicon or polycrystalline silicon.
【請求項8】 前記第二の結晶シリコンは、多結晶シリ
コンであることを特徴とする請求項5に記載の太陽電
池。
8. The solar cell according to claim 5, wherein the second crystalline silicon is polycrystalline silicon.
【請求項9】 前記第一の結晶シリコンは、多結晶シリ
コンであることを特徴とする請求項8に記載の太陽電
池。
9. The solar cell according to claim 8, wherein the first crystalline silicon is polycrystalline silicon.
【請求項10】 前記第二の結晶シリコンは、前記多孔
質シリコン上に形成されたエピタキシャル層であること
を特徴とする請求項5記載の太陽電池。
10. The solar cell according to claim 5, wherein the second crystalline silicon is an epitaxial layer formed on the porous silicon.
【請求項11】 前記第二の結晶シリコンの膜厚は、1
0μm以上100μm以下であることを特徴とする請求
項5乃至10のいずれか1項に記載の太陽電池。
11. The film thickness of the second crystalline silicon is 1
It is 0 micrometer or more and 100 micrometers or less, The solar cell of any one of Claim 5 thru | or 10 characterized by the above-mentioned.
【請求項12】 前記第二の結晶シリコンの表面に半導
体接合を有することを特徴とする請求項5乃至11のい
ずれか1項に記載の太陽電池。
12. The solar cell according to claim 5, wherein a semiconductor junction is provided on the surface of the second crystalline silicon.
【請求項13】 前記第二の結晶シリコンの比抵抗は、
0.1cm以下であることを特徴とする請求項5乃至1
2のいずれか1項に記載の太陽電池。
13. The specific resistance of the second crystalline silicon is
5. The method according to claim 5, wherein the distance is 0.1 cm or less.
2. The solar cell according to any one of 2.
【請求項14】 前記第二の結晶シリコンの表面は、テ
クスチャ構造を有することを特徴とする請求項5乃至1
3のいずれか1項に記載の太陽電池。
14. The surface of the second crystalline silicon has a textured structure.
The solar cell according to any one of 3 above.
【請求項15】 i)第一の結晶シリコンの片側表面に
陽極化成により多孔質層を形成する工程と、 ii)前記多孔質層の上に第二の結晶シリコンを形成す
る工程と、 iii)前記第二の結晶シリコンの表面をテクスチャ化
する工程と、 iv)前記第二の結晶シリコンの表面に半導体接合を形
成する工程と、 を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
15. A step of: i) forming a porous layer on one surface of the first crystalline silicon by anodization; ii) forming a second crystalline silicon on the porous layer; iii) A method of manufacturing a solar cell, comprising: texturing the surface of the second crystalline silicon; and iv) forming a semiconductor junction on the surface of the second crystalline silicon.
【請求項16】 i)第一の結晶シリコンの片側表面に
陽極化成により多孔質層を形成する工程と、 ii)前記多孔質層の形成の終わりに形成条件を変えて
電解研磨することにより前記多孔質層を前記第一の結晶
シリコンより分離する工程と、 iii)前記多孔質層を金属基板に固着する工程と、 iv)結晶成長法により前記金属基板上の前記多孔質層
上に第二の結晶シリコンを形成する工程と、 v)前記第二の結晶シリコンの表面に半導体接合を形成
する工程と、 を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
16. A step of: i) forming a porous layer on one side surface of the first crystalline silicon by anodization; and ii) electrolytic polishing under different forming conditions at the end of the formation of the porous layer. A step of separating a porous layer from the first crystalline silicon, iii) a step of fixing the porous layer to a metal substrate, and iv) a second step on the porous layer on the metal substrate by a crystal growth method. And a step of forming a semiconductor junction on the surface of the second crystalline silicon, the method for manufacturing a solar cell.
【請求項17】 前記第一の結晶シリコンは、単結晶シ
リコンウエハであることを特徴とする請求項15または
16に記載の太陽電池の製造方法。
17. The method of manufacturing a solar cell according to claim 15, wherein the first crystalline silicon is a single crystalline silicon wafer.
【請求項18】 前記第一の結晶シリコンは、多結晶シ
リコンウエハであることを特徴とする請求項15または
16に記載の太陽電池の製造方法。
18. The method for manufacturing a solar cell according to claim 15, wherein the first crystalline silicon is a polycrystalline silicon wafer.
【請求項19】 前記第二の結晶シリコンは、前記多孔
質層上にエピタキシャルシリコンを形成して得られるこ
とを特徴とする請求項15または16に記載の太陽電池
の製造方法。
19. The method for manufacturing a solar cell according to claim 15, wherein the second crystalline silicon is obtained by forming epitaxial silicon on the porous layer.
【請求項20】 前記第二の結晶シリコンは、前記多孔
質層と単結晶シリコンウエハとの張り合わせにより得ら
れることを特徴とする請求項15に記載の太陽電池の製
造方法。
20. The method for manufacturing a solar cell according to claim 15, wherein the second crystalline silicon is obtained by bonding the porous layer and a single crystalline silicon wafer.
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