JPH0878711A

JPH0878711A - 薄膜太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0878711A
Application number: JP6212716A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Takeda; 喜彦竹田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1994-09-06
Filing date: 1994-09-06
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ＳｉＣ層にドーピングを行うことにより直列
抵抗を低減し、カーボン基板上にＳｉＣ層を形成するこ
とにより基板からの不純物拡散を低減し、また、ヘテロ
接合構造によるキャリアの閉じ込めを行うことにより薄
膜太陽電池の特性を向上する。【構成】カーボン基板１２とその上に形成したシリコ
ン層を、ＳｉＣのドーパントとなるガスを含む雰囲気ガ
ス中で、反応させてドープトＳｉＣ層１３を形成する。
その上に多結晶シリコン層を形成して帯域溶解法により
多結晶シリコンの粒径拡大を行うことにより高品質化し
て、ドープトＳｉＣ層１３と同じ導電型の多結晶シリコ
ン層１４を形成する。これらを用いて薄膜太陽電池１８
を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜太陽電池およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、帯域溶融法による多結晶シリコン
層の作製法としては、例えば（IEEE Electron Device L
etter Vol.ELD-2,No.10,1981 p241）のE.W.May氏等の論
文に開示されている方法などがある。これによれば、単
結晶シリコン基板上にＳｉＯ₂膜を形成し、その上に多
結晶シリコン（または非晶質シリコン）を低圧ＣＶＤ
（ＬＰ−ＣＶＤ）またはプラズマＣＶＤ（Ｐ−ＣＶＤ）
の気相反応で堆積し、さらにその上にＳｉＯ₂およびＳ
ｉ₃Ｎ₄などのキャップ層を形成する。このとき、基板下
部からカーボンヒーターなどで１２００℃前後の温度に
加熱し、幅数ミリの線状ヒーターで多結晶シリコン薄膜
の上部からシリコンの溶融温度（１４２０℃）以上に加
熱し、基板の端部から順次移動させて再結晶化を行う。

【０００３】また、薄膜太陽電池の作製法としては、例
えば（ＰＶＳＣ−７（１９９３）ｐ１０３）のＳ．Ａｒ
ｉｍｏｔｏ氏の論文にあるように、単結晶シリコンを基
板として用いて帯域溶融法により多結晶シリコン層を作
製し、薄膜太陽電池を形成する方法があった。これによ
れば、単結晶シリコン基板上にＳｉＯ₂膜を形成し、そ
の上に帯域溶融法により多結晶シリコン層を形成する。
さらにその上にＬＰ−ＣＶＤなどの気相反応で多結晶シ
リコン層を数十ミクロン堆積する。さらに、不純物の熱
拡散によりｐ／ｎ接合を形成し、反射防止膜さらに金属
電極を形成して薄膜太陽電池を製造する。

【０００４】さらに、カーボン基板を用いた薄膜太陽電
池としては、例えば、Ｔ．Ｌ．Ｃｈｕ氏等による文献
（J.Electochem.soc.123,p106(1976)）によって開示さ
れた方法がある。これは基板にカーボン薄膜を用いてい
る。太陽電池の作製法としては上述した方法と同様に、
溶融再結晶化により多結晶シリコン層を形成し、引続き
ＬＰ−ＣＶＤ法で多結晶膜を形成して、接合構造および
電極を形成して薄膜太陽電池が形成される。

【０００５】また、同一導電形接合のローハイ接合の形
成は、基板を有する薄膜太陽電池ではあまり行われてい
ない。単結晶シリコンウェハや多結晶リボン基板を用い
る太陽電池の場合、基板がｐ型であれば、高濃度不純物
層を形成するためＡｌペーストによりＡｌを拡散して形
成し、ｎ型であればＢ₂Ｈ₆を熱拡散して形成することが
多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の薄
膜太陽電池では、以下に示すような問題を有していた。
即ち、Ｓ．Ａｒｉｍｏｔｏ氏等による薄膜太陽電池の作
製方法では、単結晶シリコン基板を用いており、薄膜太
陽電池による低コスト化の用途には不適であった。その
ため低コストのカーボン基板を用いた方法がいろいろと
検討されているが、従来よりあまり高性能な薄膜太陽電
池は得られていなかった。これは、基板からの不純物拡
散があること、また、カーボン基板上でシリコンを溶融
した場合、界面にＳｉＣが形成されることが考えられる
からである。図７にそのＸ線回折のデータを示してい
る。図７から明らかなように、基板であるカーボンのピ
ーク以外に反応により生成されたＳｉＣのピークが見ら
れる。このＳｉＣが、直列抵抗を増し、太陽電池のカー
ブフィルファクタ（以下ＦＦという）などの性能を低下
させているものと考えられる。

【０００７】また、太陽電池の特性を大きく向上させる
ホモ接合のローハイ接合（ｐ^-／ｐ⁺またはｎ^-／ｎ⁺）に
よるＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ）
層は、基板上に溶融法により多結晶シリコン薄膜を形成
する構造では通常形成することができない。なぜなら
ば、最初、基板上に高不純物濃度シリコン層を形成し、
次に低不純物濃度シリコン層を溶融法で形成すると、後
の低不純物濃度シリコン層を溶融したとき、最初の高不
純物濃度シコン層も溶融しローハイ接合を形成するほど
の不純物の濃度差が無くなってしまうからである。した
がって、ＢＳＦ層を形成する場合、研究レベルでは低コ
ストにはならない基板をくり抜く方法でＢＳＦ層を形成
していた。即ち、ＢＳＦ層を形成する場合、今までは、
研究レベルでは、裏面から高濃度に再度不純物を拡散す
るために基板をエッチングで外したり、くり抜いたりし
てそこから不純物拡散を行いＢＳＦ層を形成していた。

【０００８】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
で、低コストで高性能な薄膜太陽電池を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜太陽電池
は、カーボン基板上に、ドーピングによりｎ型またはｐ
型の導電性を有するシリコンカーボン層を設け、該シリ
コンカーボン層上に該シリコンカーボン層と同じ導電型
の第１の半導体薄膜を設け、該第１の半導体薄膜と導電
型が異なる第２の半導体薄膜を設けたものであり、その
ことにより上記目的が達成される。

【００１０】また、本発明の薄膜太陽電池の製造方法
は、シリコンカーボンのドーパントとなるガスを含む雰
囲気ガス中で、カーボン基板上に堆積した多結晶シリコ
ンまたは非晶質シリコンを溶融し、この溶融シリコン層
と該カーボン基板を反応させて、ドープトシリコンカー
ボン層を該カーボン基板上に形成する工程と、該ドープ
トシリコンカーボン層上に該ドープトシリコンカーボン
層と同じ導電型の第１の半導体薄膜を形成する工程と、
該第１の半導体薄膜と導電型が異なる第２の半導体薄膜
を形成する工程とを含むものであり、そのことにより上
記目的が達成される。

【００１１】さらに、本発明の薄膜太陽電池の製造方法
は、シリコンカーボンのドーパントとなるガスとシリコ
ン原子を含むシリコン膜を形成できる材料ガスを含む雰
囲気ガス中で、カーボン基板を高温に加熱して該雰囲気
ガスと反応させて、ドープトシリコンカーボン層を該カ
ーボン基板上に形成する工程と、該ドープトシリコンカ
ーボン層上に該ドープトシリコンカーボン層と同じ導電
型の第１の半導体薄膜を形成する工程と、該第１の半導
体薄膜と導電型が異なる第２の半導体薄膜を形成する工
程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成
される。

【００１２】さらに、好ましくは、前記第１の半導体薄
膜および第２の半導体薄膜は多結晶シリコン薄膜であ
る。

【００１３】

【作用】本発明において、ＳｉＣの結晶性を上げて、さ
らに不純物添加を行うことにより、カーボン基板とシリ
コン層の界面にあったドープトシリコンカーボン層の直
列抵抗が低減化されるので、太陽電池のＦＦ低下の問題
が解決可能となる。また、このＳｉＣを薄膜太陽電池の
ベース層と同じ導電型にすることにより、太陽電池特性
が向上するローハイ接合を形成することができ、帯域溶
融法では形成の難しかったローハイ接合によるＢＳＦ層
が形成可能となる。さらに、カーボン基板をＣ源として
ドープトシリコンカーボン層を形成すればドープトシリ
コンカーボン層を均一に形成することができて、コーテ
ィング層としてカーボン基板からの不純物の拡散が防止
可能となる。

【００１４】また、ドープトシリコンカーボン層の形成
を多結晶シリコン薄膜作製と同一のプロセスの中で行え
ば、ＳｉＣ多結晶のエピタキシャルプロセスで使われる
ような特殊なガスやるつぼなどを用いることなくドープ
トシリコンカーボン層が形成可能となる。また、ＳｉＣ
へ直接不純物添加をするよりも、ＳｉとＣの反応中に不
純物添加することにより低温でドープトシリコンカーボ
ン層が形成可能となる。さらに、反応温度と反応速度を
制御すれば、高品質なドープト多結晶ＳｉＣが形成可能
となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１６】（実施例１）図１は本発明の実施例１にお
ける薄膜太陽電池の構造を示す断面図である。図１にお
いて、裏面電極１１が設けられている側とは反対側のカ
ーボン基板１２上に、ドーピングにより一導電性（ｐ型
またはｎ型）を有するＳｉＣ多結晶薄膜であるＳｉＣ層
１３、薄膜太陽電池のベース層でＳｉＣ層１３と同じ導
電型の多結晶シリコン薄膜であるＳｉ多結晶層１４、エ
ミッタ層でＳｉ多結晶層１４と導電型が異なるＳｉ多結
晶接合層１５さらに反射防止膜１６が順次積層されて設
けられている。さらに、この反射防止膜１６の表面には
金属集電極である表面電極１７が設けられている。以上
により本発明の薄膜太陽電池１８が得られる。

【００１７】次に、上記薄膜太陽電池１８の製造方法に
ついて説明する。

【００１８】まず、本実施例で用いたカーボン基板１２
は、酸処理により高純度化、発砲させた黒鉛をローラー
などで機械的にプレス圧延し、薄膜状に形成したものを
用いる。実験ではこれを１０cm角に切断したものを用い
た。これを、ポリッシャーにより、基板表面の凹凸が５
μｍ以下になるよう研磨した。なお、カーボン基板１２
としては高純度で緻密な構造のものであれば他の製法で
もかまわない。

【００１９】このカーボン基板１２上に一導電型のうち
ｎ型のＳｉＣ層１３を形成するために、さらに高純度の
熱分解炭素を熱ＣＶＤにより形成する。即ち、この熱Ｃ
ＶＤ装置は石英チューブでできており、この中にプレス
成型した発砲黒鉛の基板を入れる。その後、Ａｒガスで
置換しながら７００℃まで加熱する。温度が安定したら
ＣＨ₄を５０ｓｃｃｍ、Ａｒを２ｓｌｍ流して、カーボ
ン基板１２上に熱分解炭素を約３μｍ形成する。

【００２０】この熱分解炭素が形成された基板を弱フッ
酸溶液中に室温で５分間浸し、その後、純水により十分
リンスし、ドライＮ₂雰囲気で乾燥する処理をした後、
図２に示すように、この基板２１をＬＰ−ＣＶＤ装置２
２内に入れる。この基板２１上に、ＬＰ−ＣＶＤ装置２
２によりシリコン膜を１〜５μｍ形成する。このＬＰ−
ＣＶＤ装置２２の本体は通常の円筒状石英チューブ２３
で、外部より抵抗加熱ヒーター２４で加熱し、メカニカ
ルブースターポンプとロータリーポンプにより排気配管
２５を通して数mTorrまで減圧可能な構造である。原料
ガスとしては、ＳｉＨ₄とＳｉＨ₂Ｃｌ₂の両方がガス導
入配管２６から導入できる構造になっているが、本実施
例ではＳｉＨ₄を用いて流量は５０sccm、圧力１０Tor
r、温度８００℃で行い、約３μｍの厚さの多結晶シリ
コン膜を形成した。

【００２１】次に、これを帯域溶融装置を用いて溶融
し、カーボン基板１２と反応させて多結晶ＳｉＣ層が形
成された基板２１ａ（図３で図示）が得られる。

【００２２】図３は上記帯域溶融装置の構造図である。
図３において、帯域溶融装置３１の本体は角形石英チュ
ーブ３２からなっており、上下から赤外線ハロゲンラン
プ３３により加熱する構成である。角形石英チューブ３
２内に配設された基板ホルダー３４は石英でできてお
り、基板２１ａの搬送を行うために両端をＡｌ合金製の
搬送システムに固定してある。この基板２１ａは、下部
から下部ランプヒータ３５によって１２００℃に加熱さ
れる。また、基板２１ａの上部は、上部ランプヒータ３
６の赤外線ハロゲンランプ３３からの光を集光すること
により幅約２mmで帯状に、シリコンの溶融温度である１
４２０℃以上に加熱される。このようにして、基板２１
ａは搬送機能によりこの加熱ゾーンの下を移動し、溶融
部は基板２１ａの一端からもう一方の端部へと移動する
ことになる。これにより基板２１ａ全面が熱処理され
る。このとき、基板２１ａの搬送速度は、０．３mm/sec
で行った。この搬送速度が遅いほど結晶粒径は増大す
る。反応は、Ｎ２ガス雰囲気で行う。溶融したシリコン
は、基板のカーボンと反応してＳｉＣ層を形成する。デ
ィップ法によるＳｉＣの形成では、１６５０℃〜１８０
０℃で高品質のシリコンカーボンが形成されるため、よ
り高温で形成した方が、ＳｉＣの特性は向上すると考え
られるが、装置の耐熱性から限界の約１５５０℃で以下
行っている。このディップ法と同様に、反応中にドーパ
ントとなるガスを流すとドープされ、ｐ型またはｎ型を
有するＳｉＣ層が得られる。ｐ型のドープガスとして
は、Ｂ₂Ｈ₆やＡｌ（ＣＨ₃）₃、ｎ型のドープガスとして
はＮ₂やＮＨ₄が可能であるが、本実施例ではＮＨ₄ガス
を含む不活性ガス雰囲気によりで上記の溶融再結晶化を
行うことにより、ＳｉＣの形成と同時に不純物添加を行
いｎ型のＳｉＣ層１３の形成を行った。このシリコン融
液とカーボンとは濡れ性がよくシリコンはカーボン基板
１２上にほぼ均一に広がる。このとき、ＳｉＣ層１３は
厚さが約３μｍと薄いため元の多結晶シリコンの形状と
ほぼ同じものができる。

【００２３】このようにして、カーボン基板１２上にド
ープトＳｉＣ層であるｎ型のＳｉＣ層１３が形成される
ことになる。このＳｉＣ層１３のドープ量は０．０２パ
ーセント以上必要である。

【００２４】さらに、このドープトＳｉＣ層上に、薄膜
太陽電池のベース層となるｎ型のＳｉ多結晶層１４を形
成する。

【００２５】まず、その前処理として、先ほど形成した
ｎ型ＳｉＣ層１３の表面をＨ₂Ｏ：ＨＦ＝１０：１の弱
フツ酸溶液で洗浄する。ｎ型ＳｉＣ層１３の高抵抗層を
除去するため、先ほどの弱フッ酸溶液中に室温で５分間
浸して、その後、純水により充分リンスし、ドライＮ₂
雰囲気で乾燥する。

【００２６】このｎ型のＳｉＣ層１３上に多結晶シリコ
ンを堆積する。この多結晶シリコン膜は後工程で加熱溶
融し、再結晶化させるため作製条件による特性に大きな
差は見られなかった。本実施例では、ＳｉＣ層作製のと
きに使ったＬＰ−ＣＶＤ装置２２を用いて多結晶シリコ
ン層を堆積した。この多結晶シリコン領域へのドーピン
グの方法は、薄膜中にドーパントガスであるＰＨ₃やＢ₂
Ｈ₆を流しながらドープする方法と、後の帯域溶融によ
る再結晶化プロセスでＰＨ₃やＢ₂Ｈ₆を流しながらドー
プする方法があるが、本実施例では、ＬＰ−ＣＶＤ装置
２２による多結晶シリコンの堆積過程でドーピングを行
った。ＳｉＣ層がｎ型である場合、ＳｉＣ層とＢＳＦ構
造を形成するためには、ｎ型のＳｉＣ層１３と同じ導電
型のｎ型ドーピングガスであるＰＨ₃を流しながら製膜
を行った。この製膜条件は、原料ガスとしてＳｉＨ₄を
用い、その流量は１００sccm、同時にＰＨ₃ガスを５SCC
M流し、圧力は２０Torr、反応温度８００℃で厚さ５μ
ｍの多結晶シリコン膜を作製した。炉から取り出したサ
ンプルは、表面を上述の弱フッ酸で処理した後、Ｐ−Ｃ
ＶＤ装置２２でＳｉ₃Ｎ₄でできたキャップ層を形成す
る。即ち、Ｐ−ＣＶＤ装置は容量結合形ＲＦプラズマＣ
Ｖで、その製膜条件はＳｉＨ₄＝１０sccm、ＮＨ₄＝１５
sccm、Ｎ₂＝５０sccm、圧力０．７５Torr、ＲＦ電源パ
ワー１００Ｗ、３０分の製膜で約１．５μｍのＳｉ₃Ｎ₄
よりなるキャップ層を形成した。

【００２７】この状態で先ほどＳｉＣ層形成の時に用い
た帯域溶融装置３１を用いてシリコン層の溶融再結晶化
による粒径拡大を行った。条件は、下部から１２００℃
に加熱し、上部ヒーターは徐々にシリコンが熔けるまで
昇温しその温度に固定して基板の移動を行うものであ
る。搬送速度は０．２mm/sec、Ｎ₂ガス雰囲気中で行っ
た。基板全面の溶融再結晶化処理が終わると、表面を弱
フッ酸で処理し、Ｓｉ₃Ｎ₄層などの高抵抗層を除去す
る。

【００２８】引続き、ＬＰ−ＣＶＤ装置２２を用いて厚
さ約３０μｍ多結晶シリコン層を堆積した。製膜条件
は、原料ガスとしてＳｉＨ₄を用い、流量は５０sccm、
圧力は１０Torr、９５０℃で製膜を行った。このとき、
多結晶シリコン層をｎ型にするため、ＰＨ₃ガスを５scc
m流した。なお、ＳｉＣ層および再結晶シリコン層がｐ
型の場合、Ｂ₂Ｈ₆を流してｐ型多結晶シリコン層を形成
することもできる。

【００２９】さらに、ＢＢｒ₃の熱拡散によりｐ／ｎ接
合を形成する。なお、ベースがｐ型の場合、ＰＯＣｌ₃
によりｎ型の接合層を形成することもできる。

【００３０】このＢＢｒ₃の熱拡散条件は、表面を弱フ
ッ酸で処理した後、石英チューブの熱拡散炉に入れ、Ｎ
₂をキャリアガスとして２５℃でＢＢｒ₃をバブリングし
たものを５０sccm、Ｎ₂＝５slm、Ｏ₂＝１５０sccm、反
応温度９５０℃で６０分間拡散を行った。この後、表面
の高抵抗層を弱フッ酸で処理する。この状態で表面抵抗
を測定すると６０Ωcmから７０Ωcmが得られた。

【００３１】さらに、反射防止膜１６としてＳｉ₃Ｎ₄膜
を先ほどと同様にＰ−ＣＶＤ法にて６００〜８００オン
グストローム形成する。

【００３２】さらに、電子ビーム蒸着により表面電極１
７および裏面電極１１を形成する。裏面電極１１として
はカーボン基板１２が導電性を有するためそのままでも
電極として使用できるがシート抵抗を下げて太陽電池の
ＦＦを向上させるためＡｌ電極を形成した。蒸着は真空
雰囲気、基板温度２００℃で行い厚さ５μｍ形成した。
また、表面電極１７はメタルマスクを用いて櫛形電極を
形成した。蒸着は真空雰囲気、基板温度２００℃、金属
としてはＴｉ、Ｐｄ、Ａｇをそれぞれ５００オングスト
ローム、３００オングストローム、５μｍ形成し、その
後、オーミック接合を形成するため、Ｎ₂雰囲気中４０
０℃で３０分間シンターする。

【００３３】以上のようにして、本発明の薄膜太陽電池
１８が形成される。この薄膜太陽電池１８のＩＶ特性図
を図４に示している。また、これに対して、実施例１の
ような不純物添加したｎ型ＳｉＣ層を形成しなかったと
きの薄膜太陽電池のＩＶ特性図を図５に示している。図
４と図５を比較すると、本発明の薄膜太陽電池１８のＩ
Ｖ特性が向上しているのが解る。

【００３４】（実施例２）本実施例としてＳｉＨ₄ガス
を用いてＳｉＣ層を形成する場合について説明する。

【００３５】カーボン基板は、実施例１で用いたものと
同じプレ成型した発砲黒鉛上に熱ＣＶＤにより、熱分解
炭素を形成した物を用いる。このカーボン基板上のＳｉ
Ｃ層の形成は、ＳｉＣのドーパントとなるガスとシリコ
ン原子を含むシリコン膜を形成できる材料ガスを含む雰
囲気ガス中で、カーボン基板を高温に加熱して雰囲気ガ
スと反応させて、ドープトＳｉＣ層をカーボン基板上に
形成する。このＳｉＣ層の形成は、ＬＰ−ＣＶＤにより
行った。ＬＰ−ＣＶＤの構造は図２と同じであり作製条
件は次のようになる。

【００３６】即ち、カーボン基板を石英チューブででき
た反応炉に入れ、ロータリーポンプとメカニカルブース
ターポンプで５mTorr以下まで排気し、１３５０℃まで
昇温する。原料ガスとしてＳｉＨ₄ガスを１０sccmとド
ーピング用のガスとしてＢ₂Ｈ₆ガスを１sccm、Ａｒガス
を１００sccmの流量比になるように流した。熱分解によ
り生成したＳｉＣの多結晶を形成した。このようにし
て、厚さ約１μｍのｐ型多結晶ＳｉＣ層を形成した。

【００３７】この後、弱フッ酸で表面処理をして、引続
き再結晶化多結晶シリコン膜を形成して実施例１と同様
に薄膜太陽電池を形成する。

【００３８】したがって、以上の実施例１，２の薄膜太
陽電池において、低コストで高性能な薄膜太陽電池の基
板として、カーボン基板は最有力である。つまり、シリ
コンの溶融温度１４５０℃以上で安定な金属は、タング
ステンなどの高価な高融点金属か、アルミナなどのセラ
ミック材料に限定される。ステンレスやニッケルは１０
００以上では耐熱性はない。耐熱性のある基板材料に限
定すればセラミックなどよりもカーボンの方が低コスト
化ができる。従来、問題となっていたのは、このカーボ
ン基板とシリコン層との界面にできるＳｉＣ層の直列抵
抗であるが、このＳｉＣの結晶性を上げて、さらに不純
物添加を行うことにより界面にあった直列抵抗を低減化
することができる。これにより、太陽電池のＦＦ低下の
問題を解決することができる。

【００３９】また、このＳｉＣを薄膜太陽電池のベース
層と同じ導電型にすることにより、太陽電池特性が向上
するローハイ接合を形成することができ、帯域溶融法で
は形成の難しかったローハイ接合によるＢＳＦ層を形成
することができる。

【００４０】ローハイ接合（例えばｐ⁺／ｐ^-（ｎ⁺／
ｎ^-））の関係がよい。このｐ⁺／ｐ^-（ｎ⁺／ｎ^-）の関
係であれば、ｐ^-領域に光キャリアが閉じ込められ、裏
面電極（この場合カーボン電極）でのキャリアの再結合
を低減することができて特性が向上する。ＳｉＣとＳｉ
という融点の違う材料を２度に分けて形成することによ
ってドープ量の濃度差を持たせることができるようにな
ったのが本発明の特徴の一つである。

【００４１】図６にｎ型ヘテロ接合ＢＳＦの概念図を示
す。図６において、領域IIで生成されたホールは障壁を
越えて領域Ｉへ入ることができず、キャリアを領域IIに
閉じ込める働きがある。このため、領域Ｉでのキャリア
の再結合を減少させることができて太陽電池特性が向上
する。

【００４２】さらに、カーボン基板をＣ源としてＳｉＣ
層を形成すればＳｉＣ層を均一に形成することができ
て、コーティング層として基板からの金属不純物などの
拡散を防止して太陽電池特性低下を防止することができ
る。

【００４３】ＳｉＣ層を均一に製作する必要があるの
で、耐熱溶融法が最適である。６００℃でのアニールで
はＳｉは溶融せず、ＳｉとＣは反応せずＳｉＣ層は形成
されない。アモルファスシリコンをアニールによりシリ
コン層だけを結晶化する方法があるが、この場合、結晶
粒径は小さく光生成キャリアの寿命が非常に小さくなり
特性はかなり低下する。帯域溶融法では結晶粒径の大き
な多結晶シリコンが形成できる。

【００４４】ＳｉＣ結晶は、２０００℃以上でも安定な
ので本発明に記載された帯域溶融法などでは溶融不可能
である。ＳｉＣ層とＳｉ層の溶融を２回に分けるのは、
２角層の物性、バンドギャップやドーパントの濃度を連
続的ではなく急峻に分離したいからである。ＳｉＣ層と
Ｓｉ層の溶融がかなり違うので２つの層を急峻に分離す
ることができる。

【００４５】さらに、このＳｉＣ層の形成を多結晶シリ
コン薄膜作製と同一のプロセスの中で行うことにより、
ＳｉＣ多結晶のエピタキシャルプロセスで使われるよう
な特殊なガスやるつぼなどを用いることなくＳｉＣ層を
形成することができる。また、ＳｉＣへ直接不純物添加
をするよりも、ＳｉとＣの反応中に不純物添加すること
により低温でドープトＳｉＣを形成することができる。
さらに、反応温度と反応速度を制御することにより、高
品質なドープト多結晶ＳｉＣを形成することができる。

【００４６】上記ＳｉとＣは約１４５０℃から反応を始
めるが、出来上がったＳｉＣ結晶は、通常よくコーティ
ング材などに用いられるくらい高温にも安定で、融点２
７００℃以上、昇華温度２２００℃で、２０００℃近い
温度でもコーティング材として用いることができる。こ
れにＳｉとＣの反応中に不純物添加をすることにより低
温でドープトＳｉＣを形成でき、ＳｉＣの直列抵抗を問
題のないレベルにまで下げることができる。また、この
ＳｉＣとＳｉでヘテロ接合を形成することが可能であ
る。したがって、ＳｉＣ層上のＳｉ層を溶融再結晶して
もＳｉＣ層は熔けることはなくローハイ接合を形成する
のに必要な不純物の濃度差が維持される。このようにし
て、裏面でのヘテロ接合ＢＳＦ層の形成が可能となる。

【００４７】カーボン基板上にｐｏｌｙ−Ｓｉ層を形成
する場合に比べて、ＳｉＣ層は薄くてよい。厚さ１〜１
０μｍ程度で効果がある。

【００４８】

【発明の効果】以上により本発明によれば、シリコンカ
ーボンにドーピングを行うことにより直列抵抗を低減
し、また、カーボン基板上にドープトシリコンカーボン
層を形成することによりカーボン基板からの不純物拡散
を低減し、さらに、ヘテロ接合構造によるキャリアの閉
じ込めを行うことにより薄膜太陽電池特性を向上させる
ことができるため、低コストなカーボン基板上に高品質
な薄膜太陽電池を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における薄膜太陽電池の構造
を示す断面図である。

【図２】多結晶シリコンを形成するＬＰ−ＣＶＤ装置の
一部破断斜視図である。

【図３】多結晶シリコンの溶融再結晶により粒径拡大を
行う帯域溶融再結晶化装置の構成を示す断面図である。

【図４】実施例１の薄膜太陽電池のＶＩ特性図である。

【図５】実施例１の不純物添加したｎ型ＳｉＣ層を形成
しなかった場合の薄膜太陽電池のＩＶ特性図である。

【図６】ＢＳＦの働きを示す概念図である。

【図７】ＳｉＣとＣのＸ線回折結果を示す図である。

【符号の説明】

１２カーボン基板１３ＳｉＣ層１４Ｓｉ多結晶層１５Ｓｉ多結晶層接合層１８薄膜太陽電池

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カーボン基板上に、ドーピングによりｎ
型またはｐ型の導電性を有するシリコンカーボン層を設
け、該シリコンカーボン層上に該シリコンカーボン層と
同じ導電型の第１の半導体薄膜を設け、該第１の半導体
薄膜と導電型が異なる第２の半導体薄膜を設けた薄膜太
陽電池。
【請求項２】シリコンカーボンのドーパントとなるガ
スを含む雰囲気ガス中で、カーボン基板上に堆積した多
結晶シリコンまたは非晶質シリコンを溶融し、この溶融
シリコン層と該カーボン基板を反応させて、ドープトシ
リコンカーボン層を該カーボン基板上に形成する工程
と、該ドープトシリコンカーボン層上に該ドープトシリコン
カーボン層と同じ導電型の第１の半導体薄膜を形成する
工程と、該第１の半導体薄膜と導電型が異なる第２の半導体薄膜
を形成する工程とを含む薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】シリコンカーボンのドーパントとなるガ
スとシリコン原子を含むシリコン膜を形成できる材料ガ
スを含む雰囲気ガス中で、カーボン基板を高温に加熱し
て該雰囲気ガスと反応させて、ドープトシリコンカーボ
ン層を該カーボン基板上に形成する工程と、該ドープトシリコンカーボン層上に該ドープトシリコン
カーボン層と同じ導電型の第１の半導体薄膜を形成する
工程と、該第１の半導体薄膜と導電型が異なる第２の半導体薄膜
を形成する工程とを含む薄膜太陽電池の製造方法。