JPH09312258A - Polycrystal silicon thin film laminate, its manufacture and silicon thin film solar cell - Google Patents

Polycrystal silicon thin film laminate, its manufacture and silicon thin film solar cell

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JPH09312258A
JPH09312258A JP8126800A JP12680096A JPH09312258A JP H09312258 A JPH09312258 A JP H09312258A JP 8126800 A JP8126800 A JP 8126800A JP 12680096 A JP12680096 A JP 12680096A JP H09312258 A JPH09312258 A JP H09312258A
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thin film
silicon thin
polycrystalline silicon
substrate
seed layer
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    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a polycrystal silicon thin film having (111) orientation with a large grain diameter on the surface of a substrate. SOLUTION: On the surface of a substrate 2, an amorphous or crystallite silicon thin film 4 is formed and laser beams are applied on the surface to form a polycrystal silicon seed layer 5 having (111) orientation. Then, a polycrystal silicon deposited layer 6 having (111) orientation is formed by accumulating silicon atoms or silicon compound molecules, while applying energy beams on the surface of the seed layer 5. The polycrystal silicon thin film 3 having (111) orientation has less defects and is formed for a desired thickness with large diameter grains by such a manufacturing method. The polycrystal silicon thin film 3 with a large grain diameter with less defects can be used, for instance, for a highly efficient light carrier generating layer of a silicon solar cell.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶シリコン薄
膜積層体、その製造方法、シリコン薄膜太陽電池に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polycrystalline silicon thin film laminate, a method for manufacturing the same, and a silicon thin film solar cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、光線を電力に変換する太陽電池が
各種装置に利用されており、その効率向上が要望されて
いる。一般的な太陽電池は非晶質シリコンを利用してお
り、これは生産性は良好であるが光電変換の効率が充分
でないので、多結晶シリコンの利用が検討されている。
2. Description of the Related Art Currently, solar cells that convert light rays into electric power are used in various devices, and there is a demand for improvement in their efficiency. A general solar cell uses amorphous silicon, which has good productivity but is insufficient in photoelectric conversion efficiency. Therefore, use of polycrystalline silicon has been studied.

【0003】これを実現する多結晶シリコン薄膜積層体
の製造方法が、特開平5-109638号公報、特開平4-35021
号公報、特開平5-136062号公報、等に記載されている。
例えば、特開平5-109638号公報に記載された固層成長法
では、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により基
板の表面に非晶質のシリコン薄膜を形成し、このシリコ
ン薄膜を600(℃)程度の高温でアニールして結晶化させ
ることにより、多結晶シリコン薄膜積層体を製造する。
また、特開平4-35021 号公報や特開平5-136062号公報に
記載されたレイヤバイレイヤ法や化学アニール法では、
プラズマCVD法において非晶質のシリコン薄膜の堆積
と水素プラズマによる暴露とを繰り返すことにより、多
結晶シリコン薄膜積層体を製造する。
A method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film laminate which realizes this is disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 5-109638 and 4-35021.
JP-A No. 5-136062, and the like.
For example, in the solid layer growth method described in JP-A-5-109638, an amorphous silicon thin film is formed on the surface of a substrate by the CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and this silicon thin film is about 600 (° C). The polycrystalline silicon thin film layered product is manufactured by annealing at a high temperature and crystallizing.
Further, in the layer-by-layer method and the chemical annealing method described in JP-A-4-35021 and JP-A-5-136062,
By repeating deposition of an amorphous silicon thin film and exposure with hydrogen plasma in the plasma CVD method, a polycrystalline silicon thin film laminate is manufactured.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述のような方法によ
り多結晶シリコン薄膜積層体を製造することができる
が、上述した方法では高品質な多結晶シリコン薄膜積層
体を良好な生産性で製造することは困難である。
The polycrystalline silicon thin film laminate can be manufactured by the above-mentioned method. However, the above-mentioned method produces a high-quality polycrystalline silicon thin film laminate with good productivity. Is difficult.

【0005】つまり、特開平5-109638号公報に記載され
た固層成長法では、アニールを600(℃)もの高温で行な
うので基板に耐熱性が要求され、安価なガラス基板等を
利用することができない。しかも、アニールに長い時間
を要するので、スループットが低い。
That is, in the solid layer growth method described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-109638, since annealing is performed at a high temperature of 600 (° C.), the substrate is required to have heat resistance, and an inexpensive glass substrate or the like should be used. I can't. Moreover, since the annealing takes a long time, the throughput is low.

【0006】この点、特開平4-35021 号公報や特開平5-
136062号公報に記載されたレイヤバイレイヤ法や化学ア
ニール法では、低温で比較的良好なスループットで多結
晶シリコン薄膜積層体を製造することができるが、この
方法では結晶粒径を大きくできない。
In this respect, Japanese Patent Laid-Open No. 4-35021 and Japanese Patent Laid-Open No. 5-35021
With the layer-by-layer method and the chemical annealing method described in Japanese Patent No. 136062, a polycrystalline silicon thin film laminate can be manufactured at a low temperature with a relatively good throughput, but this method cannot increase the crystal grain size.

【0007】また、上述のような各種方法により製造し
た多結晶シリコン薄膜積層体では、シリコンが(11
0)配向となることが判明しており、この配向に成長し
た結晶粒は双晶等の欠陥が多発することが確認されてい
る。
In the polycrystalline silicon thin film laminate manufactured by the various methods as described above, silicon is (11
It has been found that the crystal grains are oriented in the 0) orientation, and it has been confirmed that defects such as twins frequently occur in the crystal grains grown in this orientation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の多
結晶シリコン薄膜積層体は、基板と、この基板の表面に
形成された(111)配向の多結晶シリコン薄膜とを有
する。従って、多結晶シリコン薄膜が(111)配向で
形成されているので、その結晶粒に双晶等の欠陥が発生
しにくい。なお、ここで云う(111)配向とは、基板
の表面に平行な結晶面の大部分が(111)面である
(換言すると、基板の表面に垂直な結晶軸の大部分が
〈111〉軸である)ことを意味している。ここで云う
大部分とは、例えば、全体に対する比率が0.5以上で
あることを意味しており、これは配向が完全にランダム
な場合の比率0.25の二倍である。
A polycrystalline silicon thin film laminate according to the present invention comprises a substrate and a (111) oriented polycrystalline silicon thin film formed on the surface of the substrate. Therefore, since the polycrystalline silicon thin film is formed with the (111) orientation, defects such as twins are unlikely to occur in the crystal grains. The (111) orientation referred to here is that most of the crystal planes parallel to the surface of the substrate are (111) planes (in other words, most of the crystal axes perpendicular to the surface of the substrate are the <111> axes. It means that. Mostly referred to here means, for example, that the ratio to the whole is 0.5 or more, which is twice the ratio 0.25 when the orientation is completely random.

【0009】請求項2記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体では、請求項1記載の発明において、多結晶シリ
コン薄膜は、基板の表面に形成された(111)配向の
多結晶シリコンの結晶粒からなるシード層と、このシー
ド層の表面に堆積された(111)配向の多結晶シリコ
ンからなる成長層と、を有する。従って、(111)配
向の多結晶シリコンからなるシード層の表面に(11
1)配向の多結晶シリコンからなる成長層が堆積するの
で、(111)配向の多結晶シリコン薄膜が所望の膜厚
に形成される。
According to a second aspect of the present invention, in the polycrystalline silicon thin film laminate of the first aspect, the polycrystalline silicon thin film is a crystal grain of (111) -oriented polycrystalline silicon formed on the surface of the substrate. And a growth layer of (111) -oriented polycrystalline silicon deposited on the surface of the seed layer. Therefore, (11) is formed on the surface of the seed layer made of (111) -oriented polycrystalline silicon.
1) Since a growth layer made of oriented polycrystalline silicon is deposited, a (111) oriented polycrystalline silicon thin film is formed to a desired thickness.

【0010】請求項3記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体の製造方法は、基板の表面に(111)配向の多
結晶シリコンの結晶粒からなるシード層を形成し、この
シード層の表面に(111)配向の多結晶シリコンの成
長層を堆積させるようにした。従って、(111)配向
の多結晶シリコンからなるシード層の表面に(111)
配向の多結晶シリコンからなる成長層が堆積するので、
(111)配向の多結晶シリコン薄膜が所望の膜厚に形
成され、結晶欠陥が少ない多結晶シリコン薄膜積層体が
製造される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a polycrystalline silicon thin film laminate, in which a seed layer made of (111) oriented polycrystalline silicon crystal grains is formed on the surface of a substrate, and the seed layer has a surface. A growth layer of (111) oriented polycrystalline silicon was deposited. Therefore, on the surface of the seed layer made of (111) -oriented polycrystalline silicon, (111)
Since a growth layer made of oriented polycrystalline silicon is deposited,
A polycrystalline silicon thin film having a (111) orientation is formed to a desired thickness, and a polycrystalline silicon thin film laminate having few crystal defects is manufactured.

【0011】請求項4記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体の製造方法では、請求項3記載の発明において、
シード層の形成と成長層の堆積とを真空中で行なうよう
にした。従って、シード層や成長層が製造過程で酸化性
の雰囲気に暴されないので、多結晶シリコン薄膜が(1
11)配向のまま成長する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film laminate, comprising:
The seed layer formation and the growth layer deposition were performed in vacuum. Therefore, since the seed layer and the growth layer are not exposed to an oxidizing atmosphere during the manufacturing process, the polycrystalline silicon thin film (1
11) Grow as it is oriented.

【0012】請求項5記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体の製造方法では、請求項3または4記載の発明に
おいて、基板の表面に非晶質または微結晶質のシリコン
薄膜を成膜し、このシリコン薄膜にレーザビームを照射
してシード層を形成するようにした。従って、非晶質ま
たは微結晶質のシリコン薄膜から(111)配向の多結
晶シリコンが大きな粒径で形成される。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a polycrystalline silicon thin film laminate, wherein an amorphous or microcrystalline silicon thin film is formed on the surface of the substrate according to the third or fourth aspect of the invention. The silicon thin film was irradiated with a laser beam to form a seed layer. Therefore, (111) -oriented polycrystalline silicon is formed with a large grain size from an amorphous or microcrystalline silicon thin film.

【0013】請求項6記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体の製造方法では、請求項3,4または5記載の発
明において、シード層の表面にエネルギビームを照射し
ながらシリコン原子またはシリコン化合物分子を堆積さ
せて成長層を形成するようにした。従って、(111)
配向の多結晶シリコンからなるシード層の表面に、(1
11)配向の多結晶シリコンが大きな粒径で成長する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a polycrystalline silicon thin film laminate, wherein in the third, fourth or fifth aspect of the present invention, the surface of the seed layer is irradiated with an energy beam while silicon atoms or silicon compound molecules are irradiated. Was deposited to form a growth layer. Therefore, (111)
On the surface of the seed layer made of oriented polycrystalline silicon, (1
11) Oriented polycrystalline silicon grows with a large grain size.

【0014】請求項7記載の発明のシリコン薄膜太陽電
池は、請求項1または2記載の多結晶シリコン薄膜積層
体を光キャリア発生層として有する。従って、請求項1
記載の多結晶シリコン薄膜積層体は欠陥が少なく粒径が
大きいので、これを光キャリア発生層として有するシリ
コン薄膜太陽電池は変換効率が高い。
A silicon thin film solar cell according to a seventh aspect of the present invention has the polycrystalline silicon thin film laminate according to the first or second aspect as a photocarrier generation layer. Therefore, claim 1
Since the described polycrystalline silicon thin film laminate has few defects and a large grain size, a silicon thin film solar cell having this as a photocarrier generation layer has high conversion efficiency.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施の第一の形態を図1
および図2に基づいて以下に説明する。まず、本実施の
形態の多結晶シリコン薄膜積層体1は、図1(c)に示
すように、パイレックス製の基板2と多結晶シリコン薄
膜3とを有している。前記多結晶シリコン薄膜3は、前
記基板2の表面に積層されており、この基板2の表面と
平行な結晶面の大部分が(111)配向となるよう形成
されている。この配向の比率は、下記に数式として示す
ように、X線の解析強度に基づいて定義している。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
The following description is based on FIG. First, as shown in FIG. 1C, the polycrystalline silicon thin film layered body 1 of the present embodiment has a Pyrex substrate 2 and a polycrystalline silicon thin film 3. The polycrystalline silicon thin film 3 is laminated on the surface of the substrate 2, and most of the crystal planes parallel to the surface of the substrate 2 are (111) oriented. The ratio of this orientation is defined based on the analysis intensity of X-rays, as shown below as a mathematical formula.

【0016】(111)回折強度比=1(一定) (220)回折強度比=[試料の(220)の(111)に対
する相対強度]/[粉末の(220)の(111)に対する
相対強度] (311)回折強度比=[試料の(311)の(111)に対
する相対強度]/[粉末の(311)の(111)に対する
相対強度] (400)回折強度比=[試料の(400)の(111)に対
する相対強度]/[粉末の(400)の(111)に対する
相対強度] (111)配向比率=(111)回折強度比/[(111)回
折強度比+(220)回折強度比+(311)回折強度比+
(400)回折強度比] (110)配向比率=(220)回折強度比/[(111)回
折強度比+(220)回折強度比+(311)回折強度比+
(400)回折強度比] なお、ここで云う大部分とは、全体に対する比率が0.
5以上であることを意味している。
(111) Diffraction intensity ratio = 1 (constant) (220) Diffraction intensity ratio = [relative intensity of (220) of sample to (111)] / [relative intensity of (220) of powder to (111)] (311) Diffraction intensity ratio = [relative intensity of (311) of sample to (111)] / [relative intensity of (311) of powder to (111)] (400) Diffraction intensity ratio = [of (400) of sample Relative intensity to (111)] / [Relative intensity of (400) of powder to (111)] (111) orientation ratio = (111) diffraction intensity ratio / [(111) diffraction intensity ratio + (220) diffraction intensity ratio + (311) Diffraction intensity ratio +
(400) Diffraction intensity ratio] (110) Orientation ratio = (220) Diffraction intensity ratio / [(111) Diffraction intensity ratio + (220) Diffraction intensity ratio + (311) Diffraction intensity ratio +
(400) Diffraction Intensity Ratio] Most of the terms here mean that the ratio to the whole is 0.
It means that it is 5 or more.

【0017】つぎに、上述した多結晶シリコン薄膜積層
体1を製造する製造システム11の構造を図2に基づい
て以下に説明する。この製造システム11は、第一・第
二の真空チャンバ12,13を有しており、これらの真
空チャンバ12,13はゲートバルブ14を介して連結
されている。前記真空チャンバ12,13の内部には、
ガイドレール等により基板搬送機構(図示せず)が設け
られており、この基板搬送機構により前記基板2が搬送
されて所定位置に保持される。
Next, the structure of the manufacturing system 11 for manufacturing the above-mentioned polycrystalline silicon thin film laminate 1 will be described with reference to FIG. The manufacturing system 11 has first and second vacuum chambers 12 and 13, and these vacuum chambers 12 and 13 are connected via a gate valve 14. Inside the vacuum chambers 12 and 13,
A substrate transfer mechanism (not shown) is provided by a guide rail or the like, and the substrate 2 is transferred by this substrate transfer mechanism and held at a predetermined position.

【0018】前記第一の真空チャンバ12の管壁には透
光窓15が形成されており、この透光窓15に対向する
位置には、例えば、ArFエキシマレーザからなるレー
ザ光源16が配置されている。
A transparent window 15 is formed on the tube wall of the first vacuum chamber 12, and a laser light source 16 made of, for example, an ArF excimer laser is arranged at a position facing the transparent window 15. ing.

【0019】前記第二の真空チャンバ13には、ビーム
発生装置17が設けられており、シリコン源18と蒸発
源19とが配置されている。前記シリコン源18は、シ
リコンが充填された坩堝からなり、前記蒸発源19は、
ボロンが充填された坩堝からなる。前記ビーム発生装置
17は、ここでは電子銃(図示せず)を有しており、こ
の電子銃はエネルギビームとして電子ビームを出射す
る。この電子銃は、例えば、フィラメント、加速電極、
収束レンズ、偏向レンズ、を有しており、出射する電子
ビームを偏向走査する。
A beam generator 17 is provided in the second vacuum chamber 13, and a silicon source 18 and an evaporation source 19 are arranged therein. The silicon source 18 is a crucible filled with silicon, and the evaporation source 19 is
It consists of a crucible filled with boron. The beam generator 17 has an electron gun (not shown) here, and this electron gun emits an electron beam as an energy beam. This electron gun is, for example, a filament, an accelerating electrode,
It has a converging lens and a deflecting lens, and deflects and scans the emitted electron beam.

【0020】つぎに、上述のような製造システム11を
利用した多結晶シリコン薄膜積層体1の製造方法を以下
に説明する。まず、パイレックス製の基板2の表面に、
電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ
リング法、プラズマCVD法、等の薄膜技術により、非
晶質または微結晶質のシリコン薄膜4を、膜厚500(nm)
以下、好ましくは10〜200(nm)に成膜する。このように
シリコン薄膜4を成膜した基板2を第一の真空チャンバ
12の内部の基板搬送機構にセットし、このセット後に
真空チャンバ12の内部を真空とする。
Next, a method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film stack 1 using the manufacturing system 11 as described above will be described below. First, on the surface of Pyrex substrate 2,
An amorphous or microcrystalline silicon thin film 4 having a film thickness of 500 (nm) is formed by a thin film technique such as an electron beam evaporation method, an ion plating method, a sputtering method, and a plasma CVD method.
Hereinafter, the film is preferably formed to a thickness of 10 to 200 (nm). The substrate 2 on which the silicon thin film 4 is thus formed is set in the substrate transfer mechanism inside the first vacuum chamber 12, and after this setting, the inside of the vacuum chamber 12 is evacuated.

【0021】つぎに、図1(b)に示すように、レーザ
光源16からシリコン薄膜4にレーザビームを照射し、
シリコンを多結晶化させてシード層5を形成する。この
場合、エキシマレーザのエネルギを 200〜500(mJ/c
m2)、そのショット数を20〜200とする。この場合、基板
2の温度は300〜500(℃)、好ましくは400(℃)以下とす
る。このように真空中で非晶質または微結晶質のシリコ
ン薄膜4をレーザ照射により多結晶化させてシード層5
を形成すると、これは(111)配向の多結晶シリコン
の結晶粒により形成される。
Next, as shown in FIG. 1B, the silicon thin film 4 is irradiated with a laser beam from the laser light source 16,
The seed layer 5 is formed by polycrystallizing silicon. In this case, the energy of the excimer laser is 200 to 500 (mJ / c
m 2 ) and the number of shots is 20 to 200. In this case, the temperature of the substrate 2 is 300 to 500 (° C.), preferably 400 (° C.) or less. In this way, the amorphous or microcrystalline silicon thin film 4 is polycrystallized by laser irradiation in a vacuum to form the seed layer 5
Is formed by crystal grains of (111) oriented polycrystalline silicon.

【0022】つぎに、第二の真空チャンバ13の内部を
真空とし、この完了後にゲートバルブ14を開口させて
基板搬送機構により基板2を第一の真空チャンバ12か
ら第二の真空チャンバ13に移送する。この移送後にゲ
ートバルブ14を閉止して第二の真空チャンバ13の内
部気圧を1×10~4(Pa)以下とし、ビーム発生装置17に
より基板2にエネルギビームとして電子ビームを照射す
る。この場合、電子ビームのエネルギは、加速電圧を 1
00(V)〜100(kV)、好ましくは1.0(kV)〜30(kV)と
し、電流密度を1.0(μA/cm2)〜1.0(A/cm2)、好まし
くは10(μA/cm2)〜1.0(mA/cm2)とする。この場合
も、基板2の温度は300〜500(℃)、好ましくは400(℃)
以下とする。これと同時に、例えば、電子ビーム蒸着法
によりシリコン源18からシリコン原子を発生させ、こ
れをシード層5の表面に堆積させる。
Next, the inside of the second vacuum chamber 13 is evacuated, and after this is completed, the gate valve 14 is opened and the substrate 2 is transferred from the first vacuum chamber 12 to the second vacuum chamber 13 by the substrate transfer mechanism. To do. After this transfer, the gate valve 14 is closed to set the internal pressure of the second vacuum chamber 13 to 1 × 10 4 (Pa) or less, and the substrate 2 is irradiated with an electron beam as an energy beam by the beam generator 17. In this case, the energy of the electron beam has an accelerating voltage of 1
00 (V) to 100 (kV), preferably 1.0 (kV) to 30 (kV), and a current density of 1.0 (μA / cm 2 ) to 1.0 (A / cm 2 ), preferably 10 (μA / cm 2). ) To 1.0 (mA / cm 2 ). Also in this case, the temperature of the substrate 2 is 300 to 500 (° C), preferably 400 (° C)
The following is assumed. Simultaneously with this, for example, silicon atoms are generated from the silicon source 18 by the electron beam evaporation method and are deposited on the surface of the seed layer 5.

【0023】上記のビーム照射によりシード層5の表面
でのシリコン原子の移動度が増大するので、図1(c)
に示すように、粒径が大きく配向性が高い多結晶シリコ
ンの成長層6が形成される。この成長層6は必要に応じ
た膜厚に形成されるが、例えば、多結晶シリコン薄膜積
層体1をシリコン太陽電池に利用する場合には、1.0〜5
0(μm)程度の膜厚に形成される。
Since the mobility of silicon atoms on the surface of the seed layer 5 is increased by the above beam irradiation, FIG.
As shown in FIG. 5, a growth layer 6 of polycrystalline silicon having a large grain size and high orientation is formed. The growth layer 6 is formed to have a film thickness as necessary. For example, when the polycrystalline silicon thin film stack 1 is used in a silicon solar cell, the growth layer 6 has a thickness of 1.0-5.
It is formed with a film thickness of about 0 (μm).

【0024】このように真空中で(111)配向の多結
晶シリコンからなるシード層5の表面に成長層6を堆積
させると、これも(111)配向の多結晶シリコンとし
て成長するので、基板2の表面に(111)配向の多結
晶シリコン薄膜3が形成されることになる。
When the growth layer 6 is deposited on the surface of the seed layer 5 made of (111) -oriented polycrystalline silicon in vacuum as described above, the growth layer 6 also grows as (111) -oriented polycrystalline silicon. The (111) oriented polycrystalline silicon thin film 3 is formed on the surface of the.

【0025】つまり、本実施の形態の多結晶シリコン薄
膜積層体1の製造方法では、一般的な薄膜技術により成
膜した非晶質等のシリコン薄膜4をレーザ照射により多
結晶化させるので、結晶粒径が大きい(111)配向の
シード層5を容易に形成することができる。このシード
層5の表面に成長層6を堆積させるので、結晶粒径が大
きい(111)配向の多結晶シリコン薄膜3を容易に形
成することができる。
That is, in the method for manufacturing the polycrystalline silicon thin film laminate 1 of the present embodiment, the amorphous silicon thin film 4 formed by a general thin film technique is polycrystallized by laser irradiation, so that the crystal is formed. It is possible to easily form the seed layer 5 of (111) orientation having a large grain size. Since the growth layer 6 is deposited on the surface of the seed layer 5, the (111) oriented polycrystalline silicon thin film 3 having a large crystal grain size can be easily formed.

【0026】この製造方法では高温の加熱を要しないの
で、基板2として安価なガラス等を利用することがで
き、長時間のアニール等も要しないので、スループット
が良好である。しかも、シード層5の形成と成長層6の
堆積とを真空中で行なうので、シード層5や成長層6が
製造過程で酸化性の雰囲気に暴されず、多結晶シリコン
薄膜3は(111)配向として形成されるので欠陥が少
ない。
Since this manufacturing method does not require heating at a high temperature, inexpensive glass or the like can be used as the substrate 2 and annealing for a long time is not required, so that the throughput is good. Moreover, since the formation of the seed layer 5 and the deposition of the growth layer 6 are performed in a vacuum, the seed layer 5 and the growth layer 6 are not exposed to an oxidizing atmosphere during the manufacturing process, and the polycrystalline silicon thin film 3 is (111). Since it is formed as an orientation, there are few defects.

【0027】このように(111)配向で形成された多
結晶シリコン薄膜3には欠陥が少ないことを検証する実
験の結果を図3に基づいて以下に説明する。まず、上述
した方法で製造した多結晶シリコン薄膜積層体1に電極
21を装着し、ショットキーダイオード22を製作し
た。ただし、基板2はn型の単結晶シリコンにより形成
し、多結晶シリコン薄膜3はボロンのドープによりp型
として形成した。また、このショットキーダイオード2
2と比較する供試材として、同様な構造で多結晶シリコ
ン薄膜をレイヤバイレイヤ法により(110)配向とし
て形成したショットキーダイオード(図示せず)も製作
した。
Results of an experiment for verifying that the polycrystalline silicon thin film 3 thus formed with the (111) orientation has few defects will be described below with reference to FIG. First, the electrode 21 was attached to the polycrystalline silicon thin film laminate 1 manufactured by the above-mentioned method to manufacture the Schottky diode 22. However, the substrate 2 was formed of n-type single crystal silicon, and the polycrystalline silicon thin film 3 was formed of p-type by doping with boron. Also, this Schottky diode 2
As a sample material to be compared with 2, a Schottky diode (not shown) having a similar structure and a polycrystalline silicon thin film formed in a (110) orientation by a layer-by-layer method was also manufactured.

【0028】これらのショットキーダイオード22のダ
イオード因子nを電流−電圧特性から求めたところ、多
結晶シリコン薄膜3が(111)配向のものはn=1.2
で、多結晶シリコン薄膜が(110)配向のものはn=
1.6であった。ダイオード因子が“1”に近いほど結晶
性は良好と考えられるので、多結晶シリコン薄膜3は
(111)配向であるほうが(110)配向より結晶欠
陥が少ないことになる。
The diode factor n of these Schottky diodes 22 was determined from the current-voltage characteristics, and when the polycrystalline silicon thin film 3 had a (111) orientation, n = 1.2.
In the case where the polycrystalline silicon thin film has a (110) orientation, n =
1.6. The closer the diode factor is to “1”, the better the crystallinity. Therefore, the polycrystalline silicon thin film 3 has less crystal defects in the (111) orientation than in the (110) orientation.

【0029】なお、本発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、各種の変形を許容する。例えば、上述した多
結晶シリコン薄膜積層体1では、基板2の材料としてパ
イレックスを例示したが、例えば、これはソーダライム
ガラスまたはポリイミド等の耐熱性プラスチックでも良
く、ガラス、セラミック、プラスチック、金属、等も利
用可能である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned form, and allows various modifications. For example, in the above-mentioned polycrystalline silicon thin film laminate 1, Pyrex is exemplified as the material of the substrate 2, but this may be heat-resistant plastic such as soda lime glass or polyimide, for example, glass, ceramic, plastic, metal, etc. Is also available.

【0030】また、上述した多結晶シリコン薄膜積層体
1の製造方法では、基板2の表面にシード層5を直接に
形成することを例示したが、この中間に熱バッファ層を
形成して多結晶シリコン薄膜3の結晶性を向上させるこ
とも可能である。適正な熱バッファ層を介してシード層
5を形成すると、その結晶粒径は膜厚より遥かに大きく
なるので、結晶粒径が大きい多結晶シリコン薄膜3を容
易に得ることができる。
In the method of manufacturing the polycrystalline silicon thin film laminate 1 described above, the seed layer 5 is directly formed on the surface of the substrate 2. However, a thermal buffer layer is formed in the middle of the seed layer 5 to form a polycrystalline layer. It is also possible to improve the crystallinity of the silicon thin film 3. When the seed layer 5 is formed through an appropriate heat buffer layer, the crystal grain size thereof is much larger than the film thickness, so that the polycrystalline silicon thin film 3 having a large crystal grain size can be easily obtained.

【0031】このような熱バッファ層は、薄すぎると効
果がないが厚すぎても効果は上がらないので、膜厚0.2
(μm)以上、好ましくは 0.3〜3.0(μm)に成膜すること
が好ましい。その材料としては、熱拡散率(=熱伝導率
/密度×比熱)が小さいものが好ましく、例えば、Zr
2、TiO2、SiO2、等が適正である。このような熱
バッファ層は、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティン
グ法、プラズマCVD法、MO(Metal Organic)CVD
法、ゾルゲル法、湿式コーティング法、等により容易に
成膜することができる。
If such a thermal buffer layer is too thin, it is not effective, but if it is too thick, it is not effective.
(μm) or more, preferably 0.3 to 3.0 (μm). As the material, a material having a small thermal diffusivity (= thermal conductivity / density × specific heat) is preferable, and for example, Zr
O 2 , TiO 2 , SiO 2 , etc. are suitable. Such a thermal buffer layer is formed by an electron beam evaporation method, an ion plating method, a plasma CVD method, an MO (Metal Organic) CVD method.
Method, sol-gel method, wet coating method and the like can be easily formed.

【0032】また、上述した製造方法では、シード層5
の表面に電子ビーム蒸着法により成長層6を堆積させる
ことを例示したが、例えば、これをイオンプレーティン
グ法、スパッタリング法、プラズマCVD法等とするこ
とも可能である。これらの場合、第二の真空チャンバ1
3の内部の雰囲気を各々に対応した状態とすることにな
り、例えば、イオンプレーティング法やスパッタリング
法では、1×10~2〜10(Pa)のAr、He、N2 、H2
または、これらの混合ガスとし、プラズマCVD法で
は、1×10~2〜100(Pa)のSiH4、Si26、SiF4
SiH2Cl2、または、これらとH2 との混合ガスとす
る。電子ビーム蒸着法の場合に、雰囲気を1×10~3(Pa)
以下のH2 とすることも可能である。
Further, in the above-mentioned manufacturing method, the seed layer 5
Although the growth layer 6 is deposited on the surface of the substrate by the electron beam evaporation method, it may be formed by, for example, an ion plating method, a sputtering method, a plasma CVD method or the like. In these cases, the second vacuum chamber 1
The atmosphere inside 3 corresponds to each state. For example, in the ion plating method or the sputtering method, 1 × 10 to 2 to 10 (Pa) of Ar, He, N 2 , H 2 ,
Alternatively, in a plasma CVD method using a mixed gas of these, 1 × 10 to 2 to 100 (Pa) of SiH 4 , Si 2 H 6 , SiF 4 ,
SiH 2 Cl 2 or a mixed gas of these and H 2 . In case of electron beam evaporation method, the atmosphere is 1 × 10 ~ 3 (Pa)
The following H 2 can also be used.

【0033】また、スパッタリング法では、シリコン源
18に換えてシリコンのターゲットが利用され、プラズ
マCVD法では、シリコン源18に換えてカソード電極
が利用される。ビーム発生装置17が出射するエネルギ
ビームも電子ビームに限定されず、イオンビーム、レー
ザビーム、X線、等が利用できる。ただし、電子ビーム
は、荷電粒子の質量が小さいので薄膜層に与えるダメー
ジが小さく、成長層6を少ない欠陥で堆積させることが
でき、偏向も容易なので簡単な制御で大面積の成長層6
を均一に堆積させることができる。なお、成膜中のチャ
ンバ内圧が高い場合には、電子銃の内部を差動排気して
動作を安定させることが好ましい。
In the sputtering method, a silicon target is used instead of the silicon source 18, and in the plasma CVD method, a cathode electrode is used instead of the silicon source 18. The energy beam emitted by the beam generator 17 is not limited to the electron beam, and an ion beam, a laser beam, an X-ray, or the like can be used. However, since the electron beam has a small mass of charged particles, the damage to the thin film layer is small, the growth layer 6 can be deposited with few defects, and the deflection is easy, so that the growth layer 6 having a large area can be easily controlled.
Can be uniformly deposited. When the chamber internal pressure during film formation is high, it is preferable to differentially exhaust the inside of the electron gun to stabilize the operation.

【0034】また、上述した製造システム11では、二
個の真空チャンバ12,13の内部でシード層5と成長
層6とを個々に形成することを例示したが、これらの層
5,6を一個の真空チャンバの内部で形成することも可
能である。
In the manufacturing system 11 described above, the seed layer 5 and the growth layer 6 are individually formed in the two vacuum chambers 12 and 13, but one of the layers 5 and 6 is formed. It is also possible to form inside the vacuum chamber.

【0035】つぎに、本発明の実施の第二の形態を図4
に基づいて以下に説明する。まず、本実施の形態のシリ
コン太陽電池31は、その一部として前述した多結晶シ
リコン薄膜積層体1と同様な構造を有しており、この部
分は基板2の表面に熱バッファ層32を介して(11
1)配向のシード層5と成長層6とからなる多結晶シリ
コン薄膜3が積層されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
It will be described below based on. First, the silicon solar cell 31 of the present embodiment has a structure similar to that of the polycrystalline silicon thin film stack 1 described above as a part thereof, and this part has a thermal buffer layer 32 on the surface of the substrate 2. ((11
1) A polycrystalline silicon thin film 3 including an oriented seed layer 5 and a growth layer 6 is laminated.

【0036】ただし、シード層5は、ボロンが高濃度に
ドープされてp+型に形成され、シリコン太陽電池31
の下部電極として作用し、成長層6はボロンがドープさ
れてp型に形成され、シリコン太陽電池31の光キャリ
ア発生層として作用する。この多結晶シリコン薄膜3の
表面にはn型のシリコン薄膜33が積層されており、こ
の表面には透明な導電性薄膜34が積層されている。
However, the seed layer 5 is doped with boron at a high concentration to form a p + type, and the silicon solar cell 31.
The growth layer 6 is doped with boron to form a p-type and acts as a photocarrier generation layer of the silicon solar cell 31. An n-type silicon thin film 33 is laminated on the surface of this polycrystalline silicon thin film 3, and a transparent conductive thin film 34 is laminated on this surface.

【0037】つぎに、上述のような構造のシリコン太陽
電池31の製造方法の第一例を以下に説明する。まず、
パイレックス製の基板2の表面に熱バッファ層32をZ
rO2でスパッタリング法等により膜厚1.0(μm)に成膜
し、この熱バッファ層32を成膜した基板2を製造シス
テム11の第二の真空チャンバ13の内部に配置してか
ら 300(℃)に加熱する。つぎに、真空チャンバ13の内
部気圧を5.0×10~5(Pa)とし、電子ビーム加熱によりシ
リコン源18からシリコン蒸気を発生させるとともに蒸
発源19からボロン蒸気を発生させ、熱バッファ層32
の表面にp型の非晶質のシリコン薄膜4を膜厚80(nm)に
成膜する。
Next, a first example of a method of manufacturing the silicon solar cell 31 having the above-mentioned structure will be described below. First,
The thermal buffer layer 32 is formed on the surface of the Pyrex substrate 2 by Z
The substrate 2 having a film thickness of 1.0 (μm) formed by sputtering with rO 2 and having the thermal buffer layer 32 formed therein is placed in the second vacuum chamber 13 of the manufacturing system 11 and then heated to 300 (° C.). ). Next, the internal pressure of the vacuum chamber 13 is set to 5.0 × 10 to 5 (Pa), silicon vapor is generated from the silicon source 18 and boron vapor is generated from the evaporation source 19 by electron beam heating, and the thermal buffer layer 32 is generated.
A p-type amorphous silicon thin film 4 having a film thickness of 80 (nm) is formed on the surface of the.

【0038】つぎに、第一の真空チャンバ12の内部を
真空としてからゲートバルブ14を開口させ、基板2を
第二の真空チャンバ13から第一の真空チャンバ12に
移送してからゲートバルブ14を閉止する。この基板2
を 400(℃)に加熱した状態で、その表面にレーザビーム
を350(mJ/cm2)のエネルギ密度で 100ショットまで照射
し、シリコン薄膜4を多結晶化させて(111)配向の
多結晶シリコンのシード層5を形成する。
Next, the inside of the first vacuum chamber 12 is evacuated, the gate valve 14 is opened, the substrate 2 is transferred from the second vacuum chamber 13 to the first vacuum chamber 12, and then the gate valve 14 is opened. Close. This substrate 2
In the state of being heated to 400 (℃), the surface is irradiated with a laser beam at an energy density of 350 (mJ / cm 2 ) for up to 100 shots to polycrystallize the silicon thin film 4 to form a (111) -oriented polycrystal. A silicon seed layer 5 is formed.

【0039】つぎに、この基板2を第一の真空チャンバ
12から第二の真空チャンバ13に移送し、 400(℃)に
加熱した状態で電子ビームを 10(kV)の加速電圧で200
(μA/cm2)の電流密度に照射する。このとき、電子ビ
ーム加熱によりシリコン源18からシリコン蒸気を発生
させるとともに蒸発源19からボロン蒸気を発生させ、
シード層5の表面に成長層6を膜厚5.0(μm)まで成膜す
る。これで(111)配向のp型の多結晶シリコン薄膜
3が基板2の表面に形成されるので、多結晶シリコン薄
膜積層体1が製造されたことになる。なお、上述のよう
に成長層6を堆積させる場合、そのボロン蒸気の発生量
はシリコン薄膜4を成膜する場合より少なくする。
Next, the substrate 2 is transferred from the first vacuum chamber 12 to the second vacuum chamber 13 and the electron beam is heated to 400 (° C.) and the electron beam is accelerated to 200 (200) at an acceleration voltage of 10 (kV).
Irradiate with a current density of (μA / cm 2 ). At this time, silicon vapor is generated from the silicon source 18 by electron beam heating, and boron vapor is generated from the evaporation source 19,
The growth layer 6 is formed on the surface of the seed layer 5 to a film thickness of 5.0 (μm). As a result, the (111) -oriented p-type polycrystalline silicon thin film 3 is formed on the surface of the substrate 2, so that the polycrystalline silicon thin film stack 1 is manufactured. When the growth layer 6 is deposited as described above, the amount of boron vapor generated is smaller than when the silicon thin film 4 is formed.

【0040】つぎに、上述のように形成された多結晶シ
リコン薄膜積層体1を平行平板型のプラズマCVD装置
(図示せず)の真空チャンバの内部に設置して 300(℃)
に加熱し、真空チャンバの内部を真空としてからPH3
/SiH4=0.5(%)の原料ガスを総流量50(sccm)で導入
する。この原料ガスの圧力を30(Pa)としてからプラズマ
CVD装置のカソードにRF(Radio-Frequency)電力を
供給し、多結晶シリコン薄膜3の表面にn型のシリコン
薄膜33を膜厚20(nm)に成膜する。
Next, the polycrystalline silicon thin film layered body 1 formed as described above is placed inside the vacuum chamber of a parallel plate type plasma CVD apparatus (not shown) and 300 (° C.).
The inside of the vacuum chamber to vacuum and then PH 3
A source gas of / SiH 4 = 0.5 (%) is introduced at a total flow rate of 50 (sccm). After setting the pressure of this source gas to 30 (Pa), RF (Radio-Frequency) power is supplied to the cathode of the plasma CVD apparatus to form an n-type silicon thin film 33 on the surface of the polycrystalline silicon thin film 3 with a film thickness of 20 (nm). To form a film.

【0041】つぎに、このシリコン薄膜33の表面に透
明な導電性薄膜34をスパッタリング法によりITO(I
ndium-Tin Oxide)で膜厚100(nm)に成膜することによ
り、シリコン太陽電池31が完成する。実際に上述のよ
うにシリコン太陽電池31を製造して変換効率を測定し
たところ、10.2(%)[AM1.5、100(mW/cm2)]と高効率
であることが確認できた。
Next, a transparent conductive thin film 34 is formed on the surface of the silicon thin film 33 by the sputtering method using ITO (I
The silicon solar cell 31 is completed by forming a film with a film thickness of 100 (nm) using ndium-tin oxide. When the silicon solar cell 31 was actually manufactured and the conversion efficiency was measured as described above, it was confirmed that the efficiency was as high as 10.2 (%) [AM1.5, 100 (mW / cm 2 )].

【0042】つまり、本実施の形態のシリコン太陽電池
31の製造方法では、前述した多結晶シリコン薄膜積層
体1と同様に結晶粒径が大きい(111)配向の多結晶
シリコン薄膜3を容易に形成し、これを光キャリア発生
層として利用するので、変換効率が良好なシリコン太陽
電池31を製造することができる。なお、上述のように
製造した多結晶シリコン薄膜3の結晶粒径を測定したと
ころ、約3.0(μm)と大径であることが確認できた。
That is, in the method for manufacturing the silicon solar cell 31 of the present embodiment, the polycrystalline silicon thin film 3 of (111) orientation having a large crystal grain size can be easily formed similarly to the polycrystalline silicon thin film laminate 1 described above. Since this is used as the photocarrier generation layer, the silicon solar cell 31 with good conversion efficiency can be manufactured. When the crystal grain size of the polycrystalline silicon thin film 3 manufactured as described above was measured, it was confirmed to be as large as about 3.0 (μm).

【0043】なお、本発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、各種の変形を許容する。例えば、上記形態の
シリコン太陽電池31では、p型の多結晶シリコン薄膜
3にn型のシリコン薄膜33を積層することを例示した
が、このp型とn型とを反対とすることも可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but allows various modifications. For example, in the above-described silicon solar cell 31, the n-type silicon thin film 33 is laminated on the p-type polycrystalline silicon thin film 3, but the p-type and the n-type may be reversed. is there.

【0044】また、シリコン薄膜33に換えてPtやA
u等の仕事関数の大きい金属薄膜によりショットキー障
壁を形成することも可能であり、この場合は導電性薄膜
34を省略することができる。さらに、熱バッファ層3
2の表面にAgやCuやMo等の金属薄膜を膜厚 30〜1
00(nm)に成膜し、多結晶シリコン薄膜3の下層として裏
面反射層を形成することも可能である。
Further, in place of the silicon thin film 33, Pt or A
It is also possible to form the Schottky barrier with a metal thin film having a large work function such as u. In this case, the conductive thin film 34 can be omitted. Further, the thermal buffer layer 3
A metal thin film of Ag, Cu, Mo, etc. on the surface of No.
It is also possible to form a film at 00 (nm) and form a back surface reflection layer as a lower layer of the polycrystalline silicon thin film 3.

【0045】また、上記したシリコン太陽電池31の製
造方法では、成長層6をp型として形成するため、その
成膜時にボロン蒸気を蒸発源19から発生させることを
例示した。しかし、このようなボロンやアルミを固体ソ
ースやガスソースを利用した蒸発源から供給することも
可能であり、クヌーセンセルやイオン銃により供給する
ことも可能である。この場合、ガスソースとしては、B
26、B(C25O)3、Al(C572)3、Al(C37
O)3、等が利用できる。
Further, in the above-described method for manufacturing the silicon solar cell 31, since the growth layer 6 is formed as a p-type, boron vapor is generated from the evaporation source 19 during the film formation. However, such boron or aluminum can be supplied from an evaporation source using a solid source or a gas source, or can be supplied by a Knudsen cell or an ion gun. In this case, the gas source is B
2 H 6, B (C 2 H 5 O) 3, Al (C 5 H 7 O 2) 3, Al (C 3 H 7
O) 3 , etc. can be used.

【0046】また、n型のシリコン薄膜33は、多結晶
でも非晶質でも微結晶質でも良く、その成膜方法も一般
的な各種の薄膜技術を利用でき、その膜厚も 10〜100(n
m)程度に形成することができる。このようなシリコン薄
膜33をn型として形成する場合、成膜位置にP、As
等を上記の方法により供給するか、PH3、P(C
25)3、AsH3をCVDガスソースとして供給すれば良
い。
The n-type silicon thin film 33 may be polycrystalline, amorphous or microcrystalline, and various general thin film techniques can be used for the film forming method. n
m) can be formed. When forming such a silicon thin film 33 as an n-type, P, As
Or the like, or by supplying PH 3 , P (C
2 H 5) 3, the AsH 3 may be supplied as a CVD gas source.

【0047】また、導電性薄膜34も、スパッタリング
法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、MO
CVD法、等の各種の薄膜技術を利用でき、その膜厚も
10(nm)〜1.0(μm)程度に形成することが可能である。
The conductive thin film 34 is also formed by sputtering, electron beam evaporation, ion plating, MO.
Various thin film technologies such as the CVD method can be used, and the film thickness
It can be formed to have a thickness of about 10 (nm) to 1.0 (μm).

【0048】さらに、シリコン太陽電池31の製造方法
の第二例を以下に説明する。なお、上述した製造方法の
第一例と同一の部分は説明を省略する。まず、パイレッ
クス製の基板2の表面に熱バッファ層32をECR(Ele
ctronic Cyclotron Resonanse)プラズマCVD法により
SiOxで膜厚2.0(μm)に成膜し、この熱バッファ層32
が成膜された基板2を平行平板型のプラズマCVD装置
(図示せず)の内部に設置して 300(℃)に加熱する。そ
の真空チャンバの内部を真空としてからPH3/SiH4
=2.0(%)の原料ガスを総流量50(sccm)で導入し、この
原料ガスの圧力を30(Pa)としてからカソードにRF電力
を供給し、n+型のシリコン薄膜4を膜厚 100(nm)に成
膜する。
A second example of the method for manufacturing the silicon solar cell 31 will be described below. The description of the same parts as those in the first example of the manufacturing method described above will be omitted. First, the thermal buffer layer 32 is formed on the surface of the Pyrex substrate 2 by ECR (Ele
ctronic Cyclotron Resonance) Plasma CVD method was used to form a film of 2.0 (μm) of SiOx, and the thermal buffer layer 32
The substrate 2 on which is deposited is placed inside a parallel plate type plasma CVD apparatus (not shown) and heated to 300 (° C.). The inside of the vacuum chamber is evacuated to PH 3 / SiH 4
= 2.0 (%) of raw material gas was introduced at a total flow rate of 50 (sccm), the pressure of this raw material gas was set to 30 (Pa), and then RF power was supplied to the cathode to form an n + type silicon thin film 4 with a film thickness of 100 ( nm).

【0049】このシリコン薄膜4を成膜した基板2を製
造システム11の第一の真空チャンバ12の内部に配置
し、全体を 400(℃)に加熱した状態で表面にレーザビー
ムを照射して(111)配向のn+型の多結晶シリコン
のシード層5を形成する。つぎに、この基板2を第一の
真空チャンバ12から第二の真空チャンバ13に移送
し、 400(℃)に加熱した状態で電子ビームを 10(kV)の
加速電圧で200(μA/cm2)の電流密度に照射する。この
とき、電子ビーム加熱によりシリコン源18からシリコ
ン蒸気を発生させるとともに蒸発源19から燐蒸気を発
生させ、シード層5の表面にn型の成長層6を膜厚4.0
(μm)まで堆積させる。これで(111)配向のn型の
多結晶シリコン薄膜3が基板2の表面に形成されるの
で、多結晶シリコン薄膜積層体1が製造されたことにな
る。
The substrate 2 having the silicon thin film 4 formed thereon is placed inside the first vacuum chamber 12 of the manufacturing system 11, and the surface is irradiated with a laser beam while being heated to 400 (° C.) ( A seed layer 5 of n + type polycrystalline silicon having a (111) orientation is formed. Next, the substrate 2 is transferred from the first vacuum chamber 12 to the second vacuum chamber 13 and the electron beam is heated to 400 (° C.) and the electron beam is accelerated to 200 (μA / cm 2 at an accelerating voltage of 10 (kV). ) To the current density. At this time, silicon vapor is generated from the silicon source 18 and phosphorus vapor is generated from the evaporation source 19 by electron beam heating, and the n-type growth layer 6 is formed on the surface of the seed layer 5 to a thickness of 4.0.
(μm) is deposited. As a result, the (111) -oriented n-type polycrystalline silicon thin film 3 is formed on the surface of the substrate 2, so that the polycrystalline silicon thin film stack 1 is manufactured.

【0050】つぎに、上述のように形成された多結晶シ
リコン薄膜積層体1を平行平板型のプラズマCVD装置
の内部に設置して 300(℃)に加熱し、その真空チャンバ
の内部を真空としてからB26/SiH4=0.1(%)の原
料ガスを総流量50(sccm)で導入する。この原料ガスの圧
力を30(Pa)としてからプラズマCVD装置のカソードに
RF電力を供給し、n型の多結晶シリコン薄膜3の表面
にp型のシリコン薄膜33を膜厚20(nm)に成膜する。
Next, the polycrystalline silicon thin film laminate 1 formed as described above is placed inside a parallel plate type plasma CVD apparatus and heated to 300 (° C.), and the inside of the vacuum chamber is evacuated. To B 2 H 6 / SiH 4 = 0.1 (%) are introduced at a total flow rate of 50 (sccm). After setting the pressure of this source gas to 30 (Pa), RF power is supplied to the cathode of the plasma CVD apparatus to form a p-type silicon thin film 33 on the surface of the n-type polycrystalline silicon thin film 3 to a film thickness of 20 (nm). To film.

【0051】つぎに、このシリコン薄膜33の表面に透
明な導電性薄膜34をスパッタリング法によりITOで
膜厚100(nm)に成膜することにより、シリコン太陽電池
31が完成する。実際に上述のようにシリコン太陽電池
31を製造して変換効率を測定したところ、 9.5(%)と
高効率であることが確認できた。
Next, a transparent conductive thin film 34 is formed on the surface of the silicon thin film 33 by sputtering to a thickness of 100 (nm) with ITO, whereby the silicon solar cell 31 is completed. When the silicon solar cell 31 was actually manufactured and the conversion efficiency was measured as described above, it was confirmed that the efficiency was as high as 9.5 (%).

【0052】つまり、本実施の形態のシリコン太陽電池
31の製造方法では、前述した多結晶シリコン薄膜積層
体1と同様に結晶粒径が大きい(111)配向の多結晶
シリコン薄膜3を容易に形成し、これを光キャリア発生
層として利用するので、変換効率が良好なシリコン太陽
電池31を製造することができる。なお、上述のように
製造した多結晶シリコン薄膜3の結晶粒径を測定したと
ころ、約2.0(μm)と大径であることが確認できた。
That is, in the method for manufacturing the silicon solar cell 31 of the present embodiment, the (111) -oriented polycrystalline silicon thin film 3 having a large crystal grain size can be easily formed similarly to the polycrystalline silicon thin film stack 1 described above. Since this is used as the photocarrier generation layer, the silicon solar cell 31 with good conversion efficiency can be manufactured. When the crystal grain size of the polycrystalline silicon thin film 3 manufactured as described above was measured, it was confirmed to be as large as about 2.0 (μm).

【0053】さらに、上述のようなシリコン太陽電池3
1の第一・第二の製造方法の効果を検証するため、従来
の方法でもシリコン太陽電池を製造して変換効率を測定
した。その場合、基板2の表面に熱バッファ層32とn
型のシード層5とを形成し、これを外気に暴露させてか
ら、マイクロ波プラズマを利用したレイヤバイレイヤ法
によりn型の多結晶シリコンの成長層6を膜厚4.0(μm)
に成膜した。このとき、基板2は 400(℃)に加熱し、P
3 /SiF4=0.5(%)の原料ガスを総流量60(sccm)で
導入した。この原料ガスによる 10(sec)の成膜とH2
スによる 30(sec)の処理とを1サイクルとし、これを 4
00サイクルまで繰り返した。
Furthermore, the silicon solar cell 3 as described above is used.
In order to verify the effects of the first and second manufacturing methods of No. 1, a silicon solar cell was manufactured by the conventional method and the conversion efficiency was measured. In that case, the thermal buffer layer 32 and n are formed on the surface of the substrate 2.
Type seed layer 5 is formed and exposed to the atmosphere, and then a growth layer 6 of n-type polycrystalline silicon is formed to a thickness of 4.0 (μm) by a layer-by-layer method using microwave plasma.
Was formed. At this time, the substrate 2 is heated to 400 (° C), and P
A source gas of H 3 / SiF 4 = 0.5 (%) was introduced at a total flow rate of 60 (sccm). Film formation for 10 (sec) with this source gas and treatment for 30 (sec) with H 2 gas are defined as one cycle.
Repeated until 00 cycle.

【0054】これで(110)配向のn型の多結晶シリ
コン薄膜3が基板2の表面に形成されたので、この上に
p型のシリコン薄膜33と導電性薄膜34とを成膜して
シリコン太陽電池を形成した。このように製造したシリ
コン太陽電池の変換効率を測定したところ、6.5(%)[A
M1.5、100(mW/cm2)]と低効率であることが確認でき
た。さらに、多結晶シリコン薄膜3の結晶粒径を測定し
たところ、約1.0(μm)と小径であることが確認できた。
Since the (110) -oriented n-type polycrystalline silicon thin film 3 is thus formed on the surface of the substrate 2, a p-type silicon thin film 33 and a conductive thin film 34 are formed thereon to form a silicon film. A solar cell was formed. When the conversion efficiency of the silicon solar cell manufactured in this way was measured, it was 6.5 (%) [A
M1.5, 100 (mW / cm 2 )] and low efficiency was confirmed. Furthermore, when the crystal grain size of the polycrystalline silicon thin film 3 was measured, it was confirmed that the diameter was as small as about 1.0 (μm).

【0055】[0055]

【発明の効果】請求項1記載の発明の多結晶シリコン薄
膜積層体は、基板と、この基板の表面に形成された(1
11)配向の多結晶シリコン薄膜とを有することによ
り、結晶粒に双晶等の欠陥が少ない(111)配向の多
結晶シリコン薄膜が基板の表面に形成された多結晶シリ
コン薄膜積層体を得ることができるので、例えば、これ
をシリコン太陽電池に利用することにより、変換効率が
高いシリコン太陽電池を得ることができる。
The polycrystalline silicon thin film laminate according to the first aspect of the present invention is formed on a substrate and the surface of the substrate (1
11) A polycrystalline silicon thin film laminate having a (111) -oriented polycrystalline silicon thin film with few defects such as twins in the crystal grains is obtained by having the oriented polycrystalline silicon thin film. Therefore, for example, by using this for a silicon solar cell, a silicon solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

【0056】請求項2記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体では、多結晶シリコン薄膜は、基板の表面に形成
された(111)配向の多結晶シリコンの結晶粒からな
るシード層と、このシード層の表面に堆積された(11
1)配向の多結晶シリコンからなる成長層と、を有する
ことにより、(111)配向の多結晶シリコン薄膜を所
望の膜厚に簡易に形成することができる。
In the polycrystalline silicon thin film laminate according to the second aspect of the present invention, the polycrystalline silicon thin film comprises a seed layer formed on the surface of a substrate and made of (111) oriented polycrystalline silicon crystal grains, and this seed layer. Deposited on the surface of the layer (11
By having a growth layer of 1) oriented polycrystalline silicon, a (111) oriented polycrystalline silicon thin film can be easily formed to a desired thickness.

【0057】請求項3記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体の製造方法は、基板の表面に(111)配向の多
結晶シリコンの結晶粒からなるシード層を形成し、この
シード層の表面に(111)配向の多結晶シリコンの成
長層を堆積させるようにしたことにより、(111)配
向の多結晶シリコン薄膜を所望の膜厚に簡易に形成する
ことができ、結晶粒に双晶等の欠陥が少ない(111)
配向の多結晶シリコン薄膜が基板の表面に形成された多
結晶シリコン薄膜積層体を簡易に製造することができ
る。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for producing a polycrystalline silicon thin film laminate, in which a seed layer made of (111) -oriented polycrystalline silicon crystal grains is formed on a surface of a substrate, and the seed layer has a surface. By depositing a growth layer of (111) -oriented polycrystalline silicon, a (111) -oriented polycrystalline silicon thin film can be easily formed to a desired film thickness, and a twin crystal or the like can be formed in a crystal grain. Few defects (111)
It is possible to easily manufacture a polycrystalline silicon thin film laminate in which an oriented polycrystalline silicon thin film is formed on the surface of a substrate.

【0058】請求項4記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体の製造方法では、シード層の形成と成長層の堆積
とを真空中で行なうようにしたことにより、シード層や
成長層が製造過程で酸化性の雰囲気に暴されないので、
多結晶シリコン薄膜を(111)配向のまま成長させる
ことができる。
In the method for producing a polycrystalline silicon thin film laminate according to the fourth aspect of the present invention, the seed layer and the growth layer are formed in a vacuum so that the seed layer and the growth layer are produced in the production process. Because it is not exposed to the oxidizing atmosphere,
It is possible to grow a polycrystalline silicon thin film in the (111) orientation.

【0059】請求項5記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体の製造方法では、基板の表面に非晶質または微結
晶質のシリコン薄膜を成膜し、このシリコン薄膜にレー
ザビームを照射してシード層を形成するようにしたこと
により、非晶質または微結晶質のシリコン薄膜から(1
11)配向の多結晶シリコンを大きな粒径で形成するこ
とができる。
In the method for producing a polycrystalline silicon thin film laminate according to the fifth aspect of the present invention, an amorphous or microcrystalline silicon thin film is formed on the surface of the substrate, and the silicon thin film is irradiated with a laser beam. By forming the seed layer, the amorphous or microcrystalline silicon thin film (1
11) Oriented polycrystalline silicon can be formed with a large grain size.

【0060】請求項6記載の発明の多結晶シリコン薄膜
積層体の製造方法では、シード層の表面にエネルギビー
ムを照射しながらシリコン原子またはシリコン化合物分
子を堆積させて成長層を形成するようにしたことによ
り、(111)配向の多結晶シリコンからなるシード層
の表面に、(111)配向の多結晶シリコンを大きな粒
径で成長させることができる。
In the method of manufacturing a polycrystalline silicon thin film laminate according to the sixth aspect of the present invention, the surface of the seed layer is irradiated with an energy beam to deposit silicon atoms or silicon compound molecules to form a growth layer. As a result, (111) -oriented polycrystalline silicon can be grown with a large grain size on the surface of the seed layer made of (111) -oriented polycrystalline silicon.

【0061】請求項7記載の発明のシリコン薄膜太陽電
池は、請求項1または2記載の多結晶シリコン薄膜積層
体を光キャリア発生層として有することにより、この光
キャリア発生層は欠陥が少なく多結晶シリコンの粒径が
大きいので、変換効率が高いシリコン薄膜太陽電池を得
ることができる。
The silicon thin film solar cell according to the invention of claim 7 has the polycrystalline silicon thin film laminate according to claim 1 or 2 as a photocarrier generation layer, so that the photocarrier generation layer has few defects and is polycrystalline. Since the particle size of silicon is large, a silicon thin film solar cell with high conversion efficiency can be obtained.

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

【図1】本発明の実施の第一の形態の多結晶シリコン薄
膜積層体の製造方法を示す工程図である。
FIG. 1 is a process drawing showing a method for producing a polycrystalline silicon thin film laminate according to a first embodiment of the present invention.

【図2】多結晶シリコン薄膜積層体の製造システムを示
す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a manufacturing system for a polycrystalline silicon thin film laminate.

【図3】多結晶シリコン薄膜積層体を一部とするショッ
トキーダイオードを示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a Schottky diode including a polycrystalline silicon thin film stack as a part.

【図4】シリコン太陽電池を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a silicon solar cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 多結晶シリコン薄膜積層体 2 基板 3 多結晶シリコン薄膜 4 シリコン薄膜 5 シード層 6 成長層 31 シリコン太陽電池 1 Polycrystalline Silicon Thin Film Laminate 2 Substrate 3 Polycrystalline Silicon Thin Film 4 Silicon Thin Film 5 Seed Layer 6 Growth Layer 31 Silicon Solar Cell

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、この基板の表面に形成された
(111)配向の多結晶シリコン薄膜と、を有すること
を特徴とする多結晶シリコン薄膜積層体。
1. A polycrystalline silicon thin film laminate comprising a substrate and a (111) oriented polycrystalline silicon thin film formed on the surface of the substrate.
【請求項2】 多結晶シリコン薄膜は、基板の表面に形
成された(111)配向の多結晶シリコンの結晶粒から
なるシード層と、このシード層の表面に堆積された(1
11)配向の多結晶シリコンからなる成長層と、を有す
ることを特徴とする請求項1記載の多結晶シリコン薄膜
積層体。
2. A polycrystalline silicon thin film is formed on a surface of a substrate, a seed layer made of (111) -oriented polycrystalline silicon crystal grains, and deposited on the surface of the seed layer (1).
11) A growth layer made of oriented polycrystalline silicon, and the polycrystalline silicon thin film laminate according to claim 1.
【請求項3】 基板の表面に(111)配向の多結晶シ
リコンの結晶粒からなるシード層を形成し、このシード
層の表面に(111)配向の多結晶シリコンの成長層を
堆積させるようにしたことを特徴とする多結晶シリコン
薄膜積層体の製造方法。
3. A seed layer made of (111) -oriented polycrystalline silicon crystal grains is formed on a surface of a substrate, and a growth layer of (111) -oriented polycrystalline silicon is deposited on the surface of the seed layer. A method for manufacturing a polycrystalline silicon thin film laminate, comprising:
【請求項4】 シード層の形成と成長層の堆積とを真空
中で行なうようにしたことを特徴とする請求項3記載の
多結晶シリコン薄膜積層体の製造方法。
4. The method for producing a polycrystalline silicon thin film laminate according to claim 3, wherein the seed layer formation and the growth layer deposition are performed in a vacuum.
【請求項5】 基板の表面に非晶質または微結晶質のシ
リコン薄膜を成膜し、このシリコン薄膜にレーザビーム
を照射してシード層を形成するようにしたことを特徴と
する請求項3または4記載の多結晶シリコン薄膜積層体
の製造方法。
5. An amorphous or microcrystalline silicon thin film is formed on the surface of the substrate, and the silicon thin film is irradiated with a laser beam to form a seed layer. Alternatively, the method for manufacturing the polycrystalline silicon thin film laminate according to the item 4,
【請求項6】 シード層の表面にエネルギビームを照射
しながらシリコン原子またはシリコン化合物分子を堆積
させて成長層を形成するようにしたことを特徴とする請
求項3,4または5記載の多結晶シリコン薄膜積層体の
製造方法。
6. The polycrystal according to claim 3, 4 or 5, wherein the growth layer is formed by depositing silicon atoms or silicon compound molecules while irradiating the surface of the seed layer with an energy beam. Method for manufacturing silicon thin film laminate.
【請求項7】 請求項1または2記載の多結晶シリコン
薄膜積層体を光キャリア発生層として有することを特徴
とするシリコン薄膜太陽電池。
7. A silicon thin-film solar cell comprising the polycrystalline silicon thin-film laminate according to claim 1 or 2 as a photocarrier generation layer.
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