JPH09110591A - 板状シリコン結晶の製造方法及び太陽電池 - Google Patents

板状シリコン結晶の製造方法及び太陽電池

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JPH09110591A
JPH09110591A JP7261427A JP26142795A JPH09110591A JP H09110591 A JPH09110591 A JP H09110591A JP 7261427 A JP7261427 A JP 7261427A JP 26142795 A JP26142795 A JP 26142795A JP H09110591 A JPH09110591 A JP H09110591A
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JP
Japan
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silicon
layer
plate
crystal
melting point
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JP7261427A
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English (en)
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Masatsugu Kamioka
正嗣 上岡
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 本発明により、高純度、高精度の板状材料、
特に板状シリコン結晶を安定して、かつ低コストで得る
ことが出来る。従って、このような板状シリコン結晶か
ら低コストの太陽電池を作製することが出来、太陽電池
の普及に寄与できる。 【解決手段】 支持基板上に高融点粉末層を形成し、該
高融点粉末層上にシリコン層を成膜し、更に該シリコン
層上に表面保護層を成膜した後、該シリコン層をゾーン
状に溶融し、この溶融帯を順次移行させてシリコン層を
結晶化し、該シリコン結晶化層を高融点粉末層より取り
出すことよりなることを特徴とする板状シリコン結晶の
製造方法、及び上記板状シリコン結晶の製造方法により
製造された板状シリコン結晶を用いて作製されることを
特徴とする太陽電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、板状材料、特には
太陽電池用基板材料として有用な板状シリコン結晶の製
造方法及び太陽電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来人類が利用しているエネルギー源は
主として石炭、石油などの化石燃料であるが、これらは
将来枯渇の恐れがあるほか、地球温暖化など環境問題を
背景にして、太陽エネルギーを直接電気エネルギーに変
換する太陽光発電、すなわち太陽電池による発電が注目
されてきている。中でもシリコン半導体を用いる太陽電
池はその有効な手段として、これまでも各国で材料とそ
の製造方法について精力的な開発が進められている。し
かし従来の商用電力の価格に比べて太陽電池発電システ
ムによる電力コストが高いことが実用化の最大の障壁に
なっており、より一層低コストの太陽電池の開発が望ま
れている。
【0003】すなわちシリコンウエハを、引上法により
製造したシリコン単結晶棒、あるいはキャスト法により
製造したシリコン多結晶棒からスライスして得ようとす
ると、シリコン棒の製造とスライスに多大なコストが必
要となる上に、スライス工程ではシリコン棒の半分近く
が切断ロスとなってしまうため、実用化には程遠いコス
トとなっている。一方アモルファスシリコン利用では、
材料コストは低いものの光電変換効率が低く、耐久性に
も問題があり、電力用としての見通しが立っていない。
このため太陽電池のコストの中に占める結晶基板のコス
トを低減するために、薄いリボン状ないしは板状のシリ
コンを製造する方法が研究提案されている。例えばスリ
ット状の開口部を有する治具を用い毛細管現象でシリコ
ン融液を上昇させ、その上端部で結晶化させて板状結晶
を育成するEFG(Edge-defined Film fedGrowth)法や、
シリコン融液を同じくスリット状開口部から直接引き出
し結晶化させるゴンペルツ−ステパノフ法、あるいはこ
れらの変形として、シリコン融液を下方に引き出す方
法、またはシリコン融液表面を過冷却状態に保って治具
を用いないで板状結晶を育成するデンドライト育成法、
ないしはWeb 法等の方法が該当する。
【0004】しかしながら、これらの方法はいずれの方
法においても板状シリコンが成長する固液界面の温度を
全域に渡って安定に保つことが困難であるため、厚さが
一定の板状シリコンを連続して安定に育成することがき
わめて困難であるという欠点を有する。また治具を用い
る方法ではシリコン融液と治具材料との化学反応による
治具表面層の変質と形状変化が生じること、治具材料か
らの汚染によってシリコンの純度が低下し、太陽電池を
作製した際の光電変換効率に影響を与える。
【0005】一方、シリコン層をゾーン状に溶融し、こ
の溶融帯を順次移行させて結晶化する方法は薄膜トラン
ジスタ等の半導体デバイスの製造研究において広く知ら
れている(例えばE.W.Maby,IEEE Electron Device Let
t.EDL-2(1981)241 頁)。該技術を用いて太陽電池用
基板を製造する方法も試みられている。例えば、特開平
6-342923号公報においては、支持基板上に粉末剥離層と
シリコン粉末を敷き、該シリコン層の上部をゾーン状に
溶融し、この溶融帯を順次移行させて結晶化し、板状シ
リコン結晶を取り出す方法が開示されているが、この方
法ではシリコン粉末を溶融させるため未溶融部が出来易
く、ゾーン状に溶融し難たい上、固液界面の形状が乱れ
易い。このため溶融帯の移行速度が遅くなる上、結晶欠
陥が極めて多くなるという欠点を有する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点に鑑みなされたもので、板状材料、特に太陽電池
用基板材料として有用な板状シリコン結晶を高品質、高
精度かつ低コスト、高生産性で得ることを目的とするも
のである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、太陽電池用基
板材料として有用な板状シリコン結晶の製造方法を提供
するもので、これは、支持基板上に高融点粉末層を形成
し、該高融点粉末層上にシリコン層を成膜し、更に該シ
リコン層上に表面保護層を成膜した後、該シリコン層を
ゾーン状に溶融し、この溶融帯を順次移行させてシリコ
ン層を結晶化し、該シリコン結晶化層を高融点粉末層よ
り取り出すことよりなることを特徴とする板状シリコン
結晶の製造方法、及び上記板状シリコン結晶の製造方法
により製造された厚さが10〜500 μm の板状シリコン結
晶を用いて作製されることを特徴とする太陽電池を要旨
とするものである。
【0008】本発明は前記の従来技術の欠点、問題点を
克服し経済的に安定した品質の板状材料、特には板状シ
リコン材料の新しい製造方法を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】次に本発明につき詳述する。以
下、その実施態様の一例を説明するが、本発明はこれに
限定されるものではない。本発明の方法においては、ま
ず支持基板上に高融点粉末を敷き高融点粉末層を形成す
る。この支持基板としてはその後のシリコン層の結晶化
工程においてシリコンを溶融させるためにシリコンの融
点より高融点を有する基板が好ましく、たとえば石英、
カーボン材、Si3N4 、SiC 、Mo、Ta、W 等が例示され
る。また高融点粉末は、SiO2、Si3N4 、SiC 、Si、Mo、
Ta、W のいずれか、あるいはこれらの混合物とされる。
この粉末の平均粒径は 0.5mmを越えると溶融帯の移動が
円滑でなくなり、結晶化率が低下する問題があるので
0.5mm以下とすることが必要で、好ましくは1〜50μm
である。支持基板上に高融点粉末を敷く方法としては、
たとえば図1のように石英からなる漏斗型容器に粉末を
入れ、支持基板を移行させて粉末を敷く方法、粉末を溶
媒に混ぜスラリー状とし、これを支持基板に塗布し、加
熱して溶媒を飛ばして乾燥し固める方法等が挙げられ
る。この高融点粉末層の厚さとしては50μm 〜1mm、特
には 100〜500 μm であることが好ましい。
【0010】次に本発明では、上記のようにして形成さ
れた高融点粉末層の上にシリコン層および表面保護層を
成膜するが、これはCVD 、プラズマ溶射、真空蒸着、ス
パッタ成膜、イオンプレーティング等の薄膜形成技術を
用いることが出来るが、成膜速度の点から常圧熱CVD に
よる成膜が好ましい。シリコン層の厚さは10μm 未満で
は十分な太陽光吸収がなされなくなり、500μm を越え
ると発電効率が低下するので、10〜500 μm とすること
が必要で、特には 100〜300 μm が好ましい。またシリ
コン層を成膜の際にシリコン原料あるいはその雰囲気ガ
ス中またはその両方に n型あるいは p型の導電性を付与
するための元素を化合物の形で含有させ、その導電型や
抵抗値を所望の値に制御できるが、結晶化後の板状シリ
コン結晶としての抵抗率が 0.1〜10Ωcmとなるよう調整
することが必要である。抵抗率が 0.1Ωcm未満では太陽
電池を作製し、これに太陽光を当てた際に発生する少数
キャリアの寿命が短くなり光電変換効率が低下するとい
う問題があり、10Ωcmを越えると抵抗が高くなり過ぎて
太陽電池の電圧が十分高くならないという問題があるた
めである。n型の導電性を付与するための元素としてはB
、Al、Ga等が例示され、化合物としてはB2H6、BCl3、A
lCl3 、GaCl3 等が例示される。また p型の導電性を付
与するための元素としてはP 、Sb、As等が例示され、化
合物としてはPH3 、SbH3、AsH3 等が例示される。
【0011】また、表面保護層は結晶化の際の加熱源あ
るいは雰囲気からの汚染を避け、結晶化をスムーズに行
うためのものであって、SiO2、Si3N4 またはその両者よ
りなるもので、その厚さは1〜10μm がよく、特に2〜
5μm で成膜することが好ましい。
【0012】次に本発明では、上記のようにして成膜さ
れたシリコン層をゾーン状に溶融し、この溶融帯を順次
移行させて結晶化するのであるが、このための加熱方法
としては例えば基板に近接して置かれた線状のカーボン
ヒータによる加熱、カーボンサセプタを用いた高周波加
熱、ハロゲンランプ加熱、レーザー加熱、電気ビーム加
熱等が挙げられる。この際シリコン層の一端に種結晶と
なるシリコン単結晶薄片を接し、この接触線を上記加熱
装置で加熱して、シリコン単結晶とシリコン層とをゾー
ン状に溶融し、次いでこの溶融帯を順次シリコン層方向
に移行させ、単結晶側より固化させることが結晶品質の
点から好ましい。最後に結晶化された板状シリコン結晶
を粉末層より取り出し、表面層をフッ酸−硝酸混合液等
でエッチングし、過酸化水素水−アンモニア水混合液で
洗浄して目的とする板状シリコン結晶を得る。
【0013】
【実施例】
実施例1 平均粒径2〜20μm のシリカ粉末によりコロイド溶液を
調整し、これを25mm角、1mm厚のSiC 基板に塗布し、 2
00℃で乾燥した。このときのシリカ粉末層の厚みは 300
μm であった。次に常圧CVD 装置によりシリコン層を 2
20μm 、SiO2表面保護層を2μm 成膜した。シリコン層
成膜の際のガス組成はSiHCl38容量%、H292容量%と
し、この雰囲気中にB2H6を添加し、成膜されたシリコン
層が結晶化の後に、比抵抗が1Ωcm前後になるようにし
た。
【0014】次に図2に示すような上部の線状カーボン
ヒータ23、下部の熱分解グラファイト(PG)・熱分解窒
化硼素(PBN )セラミックヒータ24からなる装置によっ
て結晶化を行った。チャンバー内は 0.1Paの真空中で行
った。この場合上部、下部ヒータ温度はそれぞれ2100
℃、1300℃とした。また上部ヒータと試料表面の間隔は
1mm、試料の走査速度は1mm/秒とした。結晶化後、シ
リカ粉末層よりシリコン層を取り出し、フッ酸水溶液に
漬けてSiO2表面保護層、シリコン層裏面に付着したシリ
カ粉末を除去した。最後にシリコン層を80℃の過酸化水
素水−アンモニア水混合液で洗浄し、厚さ210 μm で10
mm角の板状シリコン結晶として得た。
【0015】実施例2 実施例1と同様な方法でSiC 基板上にシリカ粉末層、シ
リコン層、および表面保護層を形成した後、図3に示す
ようにこのシリコン層21の一端に種結晶となる線状の単
結晶シリコン31を接し、この接触線を線状カーボンヒー
タ23により加熱して、シリコン単結晶31とシリコン層21
とを線状に溶融し、この溶融帯を順次移行させて結晶化
した。結晶化条件は実施例1と同じに行った。結晶化
後、実施例1と同様な方法でシリコン層の取り出し、エ
ッチング、洗浄を行い、厚さ210 μm で10mm角の板状シ
リコン結晶を得た。
【0016】実施例3 実施例1、2で得られた板状シリコン結晶を熱拡散炉を
用いてリンを拡散させてp-n 接合が形成した後、熱酸化
により酸化膜を形成した。このときの接合深さは0.15μ
m 、不純物の表面濃度は1×1020/cm2 であり、酸化膜
厚は10nmであった。次に裏面の酸化膜、拡散層を除去し
た後、板状シリコン結晶の表面には、銀粉末、ガラスフ
リット、セルロース系有機バインダー、有機溶媒を配合
成分とする銀ペーストを、板状シリコン結晶の裏面に
は、銀粉末、アルミ粉末、ガラスフリット、セルロース
系有機バインダー、有機溶媒を配合成分とする銀−アル
ミペーストを電極材料とし、スクリーン印刷法を用いて
それぞれの電極パターンを描いた後、 600℃で焼成し
た。その後、常圧CVD により酸化チタンを55nm堆積させ
て反射防止膜層を形成し、図4に示す構造の太陽電池を
作製した。この太陽電池をAM1.5 、 100mW/cm2、28℃の
条件で光電変換効率を測定したところ実施例1の板状シ
リコン結晶を用いた場合は12.0%を、実施例2の板状シ
リコン結晶を用いた場合は14.5%を得た。
【0017】
【発明の効果】本発明の方法により、高純度、高精度の
板状材料、特に板状シリコン結晶を安定して、かつ低コ
ストで得ることが出来る。従って、このような板状シリ
コン結晶から低コストの太陽電池を作製することが出
来、太陽電池の普及に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高融点粉末層形成方法の一例の断面図
である。
【図2】本発明のシリコン層をゾーン状に溶融する装置
の概略図である。
【図3】種結晶となる単結晶シリコン薄片をシリコン層
に接し、ゾーン状に溶融する方法の説明図である。
【図4】本発明の板状シリコン結晶を用いて作製した太
陽電池の説明用断面図である。
【符号の説明】
11…支持基板 12…高融点粉末層 13…高融点粉末 14…石英容器 21…シリコン層 22…表面保護層 23…線状カーボンヒータ 24…セラミックヒータ 25…チャンバー 31…シリコン単結晶 41…板状シリコン結晶 42…n+層 43…酸化膜 44…表面電極 45…裏面電極 46…p+層 47…反射防止膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】支持基板上に高融点粉末層を形成し、該高
    融点粉末層上にシリコン層を成膜し、更に該シリコン層
    上に表面保護層を成膜した後、該シリコン層をゾーン状
    に溶融し、この溶融帯を順次移行させてシリコン層を結
    晶化し、該シリコン結晶化層を高融点粉末層より取り出
    すことよりなることを特徴とする板状シリコン結晶の製
    造方法。
  2. 【請求項2】高融点粉末がSiO2、Si3N4 、SiC 、Si、M
    o、Ta、W の少なくとも1種からなり、その平均粒径が
    0.5mm以下であり、かつ表面保護層がSiO2、Si3N4 の少
    なくとも1種からなる請求項1に記載の板状シリコン結
    晶の製造方法。
  3. 【請求項3】シリコン層を成膜する際に、シリコン原料
    あるいは雰囲気ガス中またはその両方に n型あるいは p
    型の導電性を付与するための元素を含ませ、板状シリコ
    ン結晶の抵抗率を 0.1〜10Ωcmとする請求項1、2のい
    ずれかに記載の板状シリコン結晶の製造方法。
  4. 【請求項4】シリコンの溶融帯を順次移行させてシリコ
    ン層を結晶化する際に、溶融帯の一端にシリコン単結晶
    を接することよりなる請求項1〜3のいずれかに記載の
    板状シリコン結晶の製造方法。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の板状シリ
    コン結晶の製造方法により製造された厚さが10〜500 μ
    m の板状シリコン結晶を用いて作製されることを特徴と
    する太陽電池。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002024982A1 (en) * 2000-09-19 2002-03-28 Sharp Kabushiki Kaisha Method for producing crystal thin plate and solar cell comprising crystal thin plate
US7186578B2 (en) 2002-06-28 2007-03-06 Sharp Kabushiki Kaisha Thin sheet production method and thin sheet production device
WO2008090864A1 (ja) 2007-01-25 2008-07-31 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology シリコン基板の製造装置、製造方法及びシリコン基板

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002024982A1 (en) * 2000-09-19 2002-03-28 Sharp Kabushiki Kaisha Method for producing crystal thin plate and solar cell comprising crystal thin plate
CN1296527C (zh) * 2000-09-19 2007-01-24 夏普株式会社 晶体薄板的制造方法及包含晶体薄板的太阳能电池
US7186578B2 (en) 2002-06-28 2007-03-06 Sharp Kabushiki Kaisha Thin sheet production method and thin sheet production device
US7485477B2 (en) 2002-06-28 2009-02-03 Sharp Kabushiki Kaisha Thin plate manufacturing method and thin plate manufacturing apparatus
WO2008090864A1 (ja) 2007-01-25 2008-07-31 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology シリコン基板の製造装置、製造方法及びシリコン基板

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