JPH1079523A - Method for manufacturing thin-film solar cell - Google Patents

Method for manufacturing thin-film solar cell

Info

Publication number
JPH1079523A
JPH1079523A JP8232131A JP23213196A JPH1079523A JP H1079523 A JPH1079523 A JP H1079523A JP 8232131 A JP8232131 A JP 8232131A JP 23213196 A JP23213196 A JP 23213196A JP H1079523 A JPH1079523 A JP H1079523A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
substrate
forming
solar cell
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8232131A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Nishioka
孝 西岡
Takumi Yamada
巧 山田
Goji Kawakami
剛司 川上
Takeshi Yamada
武 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP8232131A priority Critical patent/JPH1079523A/en
Publication of JPH1079523A publication Critical patent/JPH1079523A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a thin-film solar cell with high efficiency and large crystal grain size. SOLUTION: A layer 4, which contains a material to be the precursor for forming a chalocopyrite semiconductor layer, is accumulated on a glass substrate 1 with both its sides sandwiched with high-melting point metal films 2 and 3, and these laminated bodies are attached to a heat treatment device 10 which comprises a lower surface-like heater 11, an upper linear heater 12 and a substrate-supporting base 13, and H2 Se gas is made to flow and heat to prevent Se from evaporating/dissipating from the precursor layer 4, so that the precursor layer 4 is grown on a chalcopyrite crystal, having a desired crystal grain and semiconductor characteristics.

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、基板上に積層した
薄膜により構成される太陽電池の製造方法に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell comprising a thin film laminated on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のエネルギー需要の増加と石油や石
炭などの化石エネルギーの埋蔵量の減少により、従来、
十分に活用されていなかった太陽光エネルギーを有効利
用する太陽電池の重要性が増している。とりわけ、太陽
光から電気への変換効率が高く長時間使用した後も特性
が安定で、かつ材料資源消費量の少ないカルコパイライ
ト半導体もしくはSi半導体を用いた薄膜太陽電池は重
要である。
2. Description of the Related Art Due to the recent increase in energy demand and the decrease in reserves of fossil energy such as oil and coal,
The importance of solar cells that make effective use of underutilized solar energy is increasing. In particular, a thin-film solar cell using a chalcopyrite semiconductor or a Si semiconductor which has high conversion efficiency from sunlight to electricity, has stable characteristics even after long use, and consumes less material resources is important.

【0003】しかし、従来のカルコパイライト半導体太
陽電池では、例えば、CuInSe2に代表されるよう
にI族、III族、VI族の多種類の元素を含有し、所望の
効率を持つ太陽電池を得ようとすると、各元素の組成比
分布を膜厚方向について精密に制御する必要があり、こ
れによりカルコパイライト半導体光吸収層内で高効率が
達成できる結晶粒径・伝導型/キャリア濃度の制御が行
われていた。
However, in the conventional chalcopyrite semiconductor solar cells, for example, resulting Group I as represented by CuInSe 2, III-group, it contains many kinds of elements group VI, a solar cell having a desired efficiency In such a case, it is necessary to precisely control the composition ratio distribution of each element in the film thickness direction, thereby controlling the crystal grain size, conduction type, and carrier concentration that can achieve high efficiency in the chalcopyrite semiconductor light absorbing layer. It was done.

【0004】しかしながら、従来のカルコパイライト半
導体形成方法では、(1)結晶粒径の増大、(2)伝導
型/キャリア濃度の制御を同時に成立させることは困難
であり、膜形成工程において、主としてI族/III族元
素の比を膜厚方向で変えることにより、一般には相反す
る膜形成条件となる前記(1),(2)の調整をはか
り、妥協することにより、結果として10数%の効率を
持つ太陽電池を実現していた。
However, in the conventional method of forming a chalcopyrite semiconductor, it is difficult to simultaneously achieve (1) increase in crystal grain size and (2) control of conductivity type / carrier concentration. By changing the group / III element ratio in the film thickness direction, the above (1) and (2), which are generally contradictory film formation conditions, are adjusted and compromised, resulting in an efficiency of 10% or more. Was realized.

【0005】また、従来のSi薄膜太陽電池では、太陽
光スペクトルにおけるSi材料の光吸収係数が小さいた
め、一定の光電変換効率を維持した太陽電池を製造する
には、Si膜厚として最小でも70ミクロン程度が必要
であった。
Further, in the conventional Si thin-film solar cell, the light absorption coefficient of the Si material in the sunlight spectrum is small. Microns were required.

【0006】しかしながら、太陽光発電の将来にわたる
飛躍的な普及に伴って電池材料の主成分であるSiの需
要も膨大なものになっていくことが懸念され、資源的な
要請からSi材料の使用を最小限に抑え(即ち、最も端
的にはSi膜厚を最小限にし)、かつ一定の光電変換効
率を維持した太陽電池構造が要求されいてる。
However, there is a concern that the demand for Si, which is a main component of battery materials, will be enormous with the rapid spread of photovoltaic power generation in the future. There is a demand for a solar cell structure that minimizes (ie, most simply minimizes the Si film thickness) and maintains a constant photoelectric conversion efficiency.

【0007】このようなSi薄膜太陽電池を製造する方
法としては、あらかじめ基板上に堆積したSi薄膜層に
対して、(3)熱処理を行い、Siの固相成長を起こさ
しめ、膜内多結晶Siの結晶粒成長を促進させることに
より、あるいは(4)レーザもしくはヒータ等の走査に
より膜内の一部を溶融再結晶化して粒成長を惹起し、高
効率の太陽電池を得ようとするものがあった。
As a method of manufacturing such a Si thin-film solar cell, (3) heat treatment is performed on a Si thin-film layer previously deposited on a substrate to cause solid phase growth of Si, thereby forming a polycrystalline film in the film. By promoting the crystal grain growth of Si or (4) melting and recrystallizing a part of the film by scanning with a laser or a heater to cause grain growth to obtain a highly efficient solar cell. was there.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前記(1),(2)の
条件をある程度満足するため、従来は、特に(2)の制
御性を重視するため、(1)の粒径増大化の点で不十分
であり、具体的には高々4ミクロン程度の粒径を有する
薄膜しか形成できず、従って太陽電池の効率も高々10
数%程度のものが得られるにとどまっていた。
In order to satisfy the above-mentioned conditions (1) and (2) to some extent, conventionally, in order to emphasize the controllability of (2), it is necessary to increase the particle size of (1). Is insufficient, and more specifically, only a thin film having a particle size of at most about 4 μm can be formed.
Only a few percent could be obtained.

【0009】また、前記(3)の方法の場合、太陽電池
の製造コストを抑えるため、比較的高温の熱処理にも耐
性のある結晶基板を用いずに、安価なガラス等が基板と
して選択されているが、耐熱性の問題から比較的低温の
熱処理温度を選択せざるを得ず、長時間の処理が必要で
あるのに加えて得られる粒径も10ミクロン程度と小さ
く、従って作製された太陽電池の効率も不満足なもので
あった。
In the case of the method (3), an inexpensive glass or the like is selected as the substrate without using a crystal substrate that is resistant to heat treatment at a relatively high temperature in order to suppress the manufacturing cost of the solar cell. However, due to the heat resistance problem, a relatively low heat treatment temperature has to be selected. In addition to requiring long-term treatment, the particle size obtained is as small as about 10 microns. Battery efficiency was also unsatisfactory.

【0010】また、前記(4)の方法の場合、一旦、S
iが溶融した後、再結晶化するため、(3)の方法に比
べると短時間の工程で結晶粒は大きく成長するが、少な
くとも膜の一部が溶融に至るまでの温度が必要なため、
基板として耐熱性に問題のある安価なガラスは使用でき
ず、高価なSi結晶基板を使用していた。コストを下げ
るためには、Si基板を剥離再利用する等の複雑な製造
プロセスを採用せざるを得ず、全体としての生産性に問
題があった。
In the case of the above method (4), S
Since i is recrystallized after melting, the crystal grains grow larger in a shorter time than the method of (3), but a temperature is required until at least a part of the film is melted.
Inexpensive glass having a problem with heat resistance cannot be used as the substrate, and an expensive Si crystal substrate has been used. In order to reduce the cost, a complicated manufacturing process, such as peeling and reusing the Si substrate, has to be adopted, and there is a problem in productivity as a whole.

【0011】本発明の目的は、前記(2)の条件を十分
満たしつつ、前記(1)の粒径増大の点で従来に比べ、
飛躍的な向上をもたらす製造方法を提供することにあ
り、本発明方法によって作製される太陽電池の効率も2
0%以上と従来にない高効率が実現される。
An object of the present invention is to satisfy the above condition (2) and increase the particle size of the above (1) as compared with the related art.
It is an object of the present invention to provide a manufacturing method that can provide a dramatic improvement.
A high efficiency of not more than 0% is realized.

【0012】また、本発明の目的は、(4)の方法では
耐熱性の問題から使用できない、安価なガラス等の基板
を用いることができ、かつ(3)の方法では実現できな
い、高効率の太陽電池に必要な数10ミクロン以上に亘
る大きなSi結晶粒の成長を可能にする製造方法を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide a high-efficiency substrate which cannot be used in the method (4) due to the problem of heat resistance, and which can use an inexpensive substrate such as glass, and which cannot be realized in the method (3). An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of growing large Si crystal grains over several tens of microns required for a solar cell.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、カルコパイライト半導体層の伝導型/キャ
リア濃度の制御を達成しつつ結晶粒径を増大させるため
に、カルコパイライト半導体層の両面を高融点金属、窒
化硼素、窒化アルミニウム、酸化ベリリウムおよび炭化
シリコンのうちの少なくとも1つで挟んだ構成とし、も
しくはカルコパイライト半導体層の片面を高融点金属、
窒化硼素、窒化アルミニウム、酸化ベリリウムおよび炭
化シリコンのうちの少なくとも1つと接し、他の面の少
なくとも一部を結晶性半導体層と接する構成とする工程
を含むことにより、高効率の太陽電池を製造可能たらし
めている。
According to the present invention, in order to achieve the above object, to increase the crystal grain size while controlling the conduction type / carrier concentration of the chalcopyrite semiconductor layer, both sides of the chalcopyrite semiconductor layer are controlled. Is sandwiched between at least one of a high melting point metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide and silicon carbide, or one side of a chalcopyrite semiconductor layer is made of a high melting point metal,
High efficiency solar cell can be manufactured by including a step of contacting at least one of boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide, and silicon carbide and contacting at least a part of another surface with a crystalline semiconductor layer. Is working.

【0014】また、前記工程に付加して、前述した層を
有する基板の少なくとも一部を加熱する工程を含ませる
ことにより、一層の粒径増大・太陽電池の効率増大を実
現している点で従来技術と異なる。
Further, in addition to the above-described steps, a step of heating at least a part of the substrate having the above-described layer is included, thereby further increasing the particle diameter and increasing the efficiency of the solar cell. Different from conventional technology.

【0015】一般に、カルコパイライト半導体層を形成
せしむるには、該半導体の構成元素の少なくとも一部か
らなる物質を基板上に付着させ、付着中もしくは付着後
にVI族元素物質の蒸発散逸を防止するためにVI族元素を
含む雰囲気・環境で加熱することにより結晶化を進め、
半導体としての特性を有する膜を作製する。
In general, in order to form a chalcopyrite semiconductor layer, a substance comprising at least a part of the constituent elements of the semiconductor is deposited on a substrate, and evaporation or dissipation of a group VI element substance during or after the deposition is prevented. In order to promote crystallization by heating in an atmosphere and environment containing a group VI element,
A film having characteristics as a semiconductor is manufactured.

【0016】本発明におけるカルコパイライト半導体層
では、その両面を高融点金属、窒化硼素、窒化アルミニ
ウム、酸化ベリリウムおよび炭化シリコンのうちの少な
くとも1つと境界を接する構成とすることにより、もし
くは片面を高融点金属、窒化硼素、窒化アルミニウム、
酸化ベリリウムおよび炭化シリコンのうちの少なくとも
1つと境界を接し、他の面の少なくとも一部を結晶性半
導体と境界を接する構成とすることにより、境界界面に
おける濡れ性・付着性を格段に向上させ、結晶粒径増大
を可能たらしめているのに加え、該構成に対し適当な加
熱を施すことにより、濡れ性・付着性を高温においても
保持しつつ十分な結晶粒成長を促進することが可能にな
る。
In the chalcopyrite semiconductor layer according to the present invention, both surfaces thereof are in contact with at least one of high melting point metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide and silicon carbide, or one side has a high melting point. Metal, boron nitride, aluminum nitride,
By contacting at least one of beryllium oxide and silicon carbide with the boundary and at least part of the other surface with the boundary with the crystalline semiconductor, the wettability and adhesion at the boundary interface are significantly improved, In addition to making it possible to increase the crystal grain size, by appropriately heating the structure, it is possible to promote sufficient crystal grain growth while maintaining wettability and adhesion even at high temperatures. .

【0017】このような工程を経て作製された太陽電池
は粒径増大の効果を反映して従来にない高効率を達成し
ている。
The solar cell manufactured through such a process achieves an unprecedented high efficiency by reflecting the effect of increasing the particle size.

【0018】また、本発明においては、まず、溶融再結
晶化温度がSiに比べて低いゲルマニウム(Ge)を結
晶化する工程を行い、ついで得られたGe結晶上にSi
結晶薄膜を成長させる。Geの溶融再結晶化においては
加熱時のGeの基板からの剥離を防止するために、Ge
層の両面を高融点金属等からなる層で挟んだ構成とし、
もしくはGe層の片面を高融点金属等と接し、他の面の
少なくとも一部を結晶性半導体層と接する構成とするこ
とでGe結晶粒成長を促進し、得られたGe大結晶粒を
引き継いだSi薄膜結晶を成長することにより、高効率
の太陽電池の作製を可能たらしめている。
In the present invention, first, a step of crystallizing germanium (Ge) having a melting recrystallization temperature lower than that of Si is performed, and then a Si crystal is formed on the obtained Ge crystal.
A crystalline thin film is grown. In the melting and recrystallization of Ge, Ge is prevented from being separated from the substrate during heating.
A configuration in which both sides of the layer are sandwiched between layers made of high melting point metal, etc.
Alternatively, one surface of the Ge layer is in contact with a high melting point metal or the like, and at least a part of the other surface is in contact with the crystalline semiconductor layer, thereby promoting Ge crystal grain growth and taking over the obtained large Ge crystal grains. By growing Si thin-film crystals, it has become possible to manufacture solar cells with high efficiency.

【0019】Geの融点は約950℃とSiに比べてお
よそ500℃低いため、Geを溶融再結晶化する際に使
用するヒータ温度もその分、低くすることができる。従
って、Siの溶融再結晶化時には使用不可能であったガ
ラス基板が使用でき、前記(3),(4)の方法の長所
を兼ね備えた、即ち比較的低温で大結晶粒成長が可能な
方法を提供できる。
Since the melting point of Ge is about 950 ° C., which is about 500 ° C. lower than that of Si, the temperature of the heater used for melting and recrystallizing Ge can be lowered accordingly. Therefore, a glass substrate which cannot be used at the time of recrystallization of Si can be used, and the advantages of the above methods (3) and (4) are combined, that is, a method capable of growing large crystal grains at a relatively low temperature. Can be provided.

【0020】溶融液相化したGeは特別な措置を施さな
い通常の場合、基板物質との濡れ性が悪く、玉状に凝縮
して膜としての体をなさない。Geの凝縮を抑え、薄膜
の結晶化を十分に行わせるためには、Ge層の上下にお
いて、もしくはGe層の一面が半導体結晶層に接してい
る場合は他の面において、Geの凝縮を防止する機能を
有した膜(以下、保護膜とよぶ。)をあらかじめ形成し
ておくのが有効である。
In the normal case where no special measures are taken, the melt-phased Ge has poor wettability with the substrate material, and condenses into a bead to form no film. In order to suppress Ge condensation and sufficiently crystallize the thin film, Ge condensation is prevented above and below the Ge layer or, when one surface of the Ge layer is in contact with the semiconductor crystal layer, on the other surface. It is effective to form in advance a film having a function of performing the following (hereinafter, referred to as a protective film).

【0021】保護膜に適する材質としては、(5)Ge
融点近傍の温度においてもGeと著しく反応しないこ
と、(6)Geと近似した熱膨張係数を有すること、
(7)Geと比較して表面エネルギの大きい材料である
こと、が望ましい。特に(7)に関して、以下に簡単に
説明する。
Materials suitable for the protective film include (5) Ge
Not significantly react with Ge even at a temperature near the melting point, (6) having a thermal expansion coefficient close to Ge,
(7) It is desirable that the material has a larger surface energy than Ge. In particular, (7) will be briefly described below.

【0022】保護膜物質上にGeが存在する状態でGe
の融点まで加熱された場合、(a)Geが玉状になり
(即ち、Geの表面積が小さくなり)、代わりに保護膜
材料の表面が露出する、(b)Geが保護膜材料を覆う
ように拡がり(即ち、Geは十分濡れ)、Ge/保護膜
の界面の面積が最大になる状態を保つ(Ge表面積は最
大になり、保護膜の表面積は最小になる)、という2つ
の状態が考えられる。
In the state where Ge is present on the protective film material, Ge
When heated to the melting point of (a), Ge is beaded (that is, the surface area of Ge is reduced), and instead the surface of the protective film material is exposed. (B) Ge covers the protective film material. (I.e., Ge is sufficiently wet), and the state where the Ge / protective film interface area is maximized is maintained (Ge surface area is maximized, and the protective film surface area is minimized). Can be

【0023】実際の表面ないし界面は不純物を含んだ不
完全なものであり、わずかな反応・蒸発等の問題もあっ
て状況は複雑であるが、一般的な傾向として、保護膜材
料の表面エネルギが大きい場合には、(a)の保護膜表
面積最大+Ge表面積最小、よりも、(b)のGe表面
積最大+Ge/保護膜界面の面積最大+保護膜表面積最
小(ほぼ0)、の方が系の全エネルギの面で有利にな
る。表面エネルギの大きさとは、単純化して記述すれ
ば、表面原子が結合を求める傾向の強さを表す量であ
り、巨視的に結合強度を反映する物理定数としては凝集
エネルギ(cohesive energy)がある。
The actual surface or interface is imperfect and contains impurities, and the situation is complicated due to slight reactions and evaporation. However, as a general tendency, the surface energy of the protective film material is Is larger, (a) the maximum surface area of the protective film + the minimum surface area of Ge, and (b) the maximum of the surface area of the Ge + the maximum area of the interface between the Ge and the protective film + the minimum of the surface area of the protective film (substantially 0) are more preferable. Is advantageous in terms of total energy. The magnitude of the surface energy is, in a simplified manner, a quantity indicating the tendency of the surface atoms to seek a bond, and a physical constant that macroscopically reflects the bond strength is cohesive energy. .

【0024】従って、本発明では保護膜材料として、前
記(5),(6)を考慮しつつ凝集エネルギの大きな物
質から選択することを行い、十分なGeの濡れを確保す
ることができた。かかる工程を経て得た良好な結晶性を
有するGe上に成長した、同様に良好な結晶性を有する
Siを活性領域として用いることにより、安価で高効率
の太陽電池を製造することができる。
Therefore, in the present invention, a material having a large cohesive energy was selected as a material for the protective film in consideration of the above (5) and (6), and sufficient Ge wetting was able to be ensured. By using Si having similarly good crystallinity grown on Ge having good crystallinity obtained through such a process as an active region, a low-cost and high-efficiency solar cell can be manufactured.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
を示すもので、ここではカルコパイライト薄膜を用いた
場合の例を示す。図中、1はガラス基板、2,3はW
(タングステン)からなる高融点金属膜、4はカルコパ
イライト半導体層を形成するための前駆となる物質を含
有する層である。本例では、4は後の処理によりCu
(InxGa1-x)Se2半導体を形成するために付着さ
れたCu、In、Ga、Seの混合物からなる層であ
る。ガラス基板1上に順次、高融点金属膜2、前駆層
4、高融点金属膜3を堆積した。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. Here, an example in which a chalcopyrite thin film is used is shown. In the figure, 1 is a glass substrate, 2 and 3 are W
The refractory metal film 4 made of (tungsten) is a layer containing a substance serving as a precursor for forming a chalcopyrite semiconductor layer. In this example, 4 is Cu
This is a layer made of a mixture of Cu, In, Ga, and Se deposited to form an (In x Ga 1-x ) Se 2 semiconductor. A refractory metal film 2, a precursor layer 4, and a refractory metal film 3 were sequentially deposited on a glass substrate 1.

【0026】この積層構造を有する構成体を、下部面状
ヒータ11、上部線状ヒータ12、基板支持台13から
なる熱処理装置10に装着し、各々のヒータ温度を適宜
設定することにより、前駆層4を所望の結晶粒・半導体
特性を有するカルコパイライト結晶へと成長せしむる。
加熱時には、前駆層4からのSeの蒸発・散逸を防止す
るためにH2Seガスを熱処理装置10内に流した。
The structure having the laminated structure is mounted on a heat treatment apparatus 10 including a lower planar heater 11, an upper linear heater 12, and a substrate support 13, and the temperature of each heater is appropriately set so that the precursor layer is formed. 4 grows into chalcopyrite crystals having desired crystal grain and semiconductor characteristics.
During heating, H 2 Se gas was flowed into the heat treatment apparatus 10 to prevent evaporation and dissipation of Se from the precursor layer 4.

【0027】本例においては、さらに基板支持台13を
図中の矢印14のように移動させることにより、上部ヒ
ータ12直下でもっとも高温になり、結晶粒径増大が達
成された領域5が移動に伴って矢印15の方向に移動す
る。即ち、帯状の領域5内で成長したカルコパイライト
結晶粒は矢印15の方向に引き続いて成長を続け、この
ような移動を基板の一端から他端へと実行することによ
り、従来の形成法では得られない長大な粒成長(50ミ
クロン×800ミクロン以上)を実現することができ
た。
In the present embodiment, by further moving the substrate support 13 as shown by the arrow 14 in the figure, the region 5 where the temperature becomes the highest immediately below the upper heater 12 and the crystal grain size is increased is moved. Accordingly, it moves in the direction of arrow 15. That is, the chalcopyrite crystal grains grown in the band-like region 5 continue to grow in the direction of the arrow 15 and such movement is performed from one end to the other end of the substrate, thereby obtaining the conventional formation method. Unexpected long grain growth (50 μm × 800 μm or more) was realized.

【0028】熱処理後、上部高融点金属層3をエッチン
グ除去し、大粒径化したカルコパイライト半導体層4上
にバッファ層・上部電極層等を適宜形成し、太陽電池を
作製した。下部高融点金属層2は太陽電池の下部電極と
して使用した。太陽電池の効率として22%(AM1.
5)を得た。
After the heat treatment, the upper refractory metal layer 3 was removed by etching, and a buffer layer, an upper electrode layer, and the like were appropriately formed on the chalcopyrite semiconductor layer 4 having a large grain size, thereby producing a solar cell. The lower refractory metal layer 2 was used as a lower electrode of a solar cell. A solar cell efficiency of 22% (AM1.
5) was obtained.

【0029】本例においては高融点金属としてWを用い
たが、カルコパイライト太陽電池用金属として、より一
般的なMoやBN、AlN、BeOあるいはSiCを代
替に用いることもできる。また、前駆層4からのSeの
蒸発・散逸を防止するためにH2Seガスに代えてトリ
エチルセレンのバブリングにより基板近辺をセレンを含
んだ雰囲気・環境にすることも有効であった。
In this embodiment, W is used as the refractory metal. However, Mo, BN, AlN, BeO or SiC, which is more general, can be used as a metal for chalcopyrite solar cells. Further, in order to prevent the evaporation and dissipation of Se from the precursor layer 4, it was also effective to use a triethyl selenium bubbling instead of H 2 Se gas to make the atmosphere and environment around the substrate contain selenium.

【0030】さらに、長大な結晶粒を得るために本例で
は基板支持台13を移動したが、基板支持台13の移動
に代えて上部線状ヒータ12を移動しても同様の効果が
確認できた。また、上部ヒータに線状の形状のものを用
いずに下部ヒータと同様の面状タイプのものを用い、帯
状の領域の移動を行わない通常の基板面内温度が均一な
熱処理によっても結晶粒の成長(約5ミクロンの粒径)
は確認できた。この場合は、基板移動機構もしくはヒー
タ移動機構が不要な分だけ熱処理装置が簡単になり、先
の例より安価な太陽電池材料が提供できた。この場合の
太陽電池の効率は20%(AM1.5)であった。
Further, in this example, the substrate support 13 was moved to obtain long crystal grains. However, the same effect can be confirmed by moving the upper linear heater 12 instead of the substrate support 13. Was. In addition, instead of using a linear heater for the upper heater, use a planar heater similar to the lower heater, and use a normal heat treatment in which the temperature in the substrate surface is uniform without moving the belt-like region. Growth (particle size of about 5 microns)
Was confirmed. In this case, the heat treatment apparatus is simplified because the substrate moving mechanism or the heater moving mechanism is unnecessary, and a solar cell material that is less expensive than the previous example can be provided. The efficiency of the solar cell in this case was 20% (AM1.5).

【0031】このように本例で説明したような積層構造
を用い、種々の手法の熱処理を施すことによって、5ミ
クロン以上の粒径をもつカルコパイライト結晶が形成で
き、作製された太陽電池も高効率のものが得られた。
As described above, by using the laminated structure described in this example and performing heat treatment by various methods, chalcopyrite crystals having a grain size of 5 μm or more can be formed, and the manufactured solar cell can be made highly Efficiency was obtained.

【0032】図2は本発明の第2の実施の形態を示すも
ので、図中、図1と同一構成部分は同一符号をもって表
す。即ち、2,3はWからなる高融点金属膜、4はカル
コパイライト半導体層を形成するための前駆となる物質
を含有する層、21はSi(100)基板、22は基板
21上にスパッタ法により形成したSiO2膜である。
下部高融点金属膜2及びSiO2膜22の一部は、通常
の光リソグラフ法により適当な間隔で穴があけられ、前
駆層4とSi基板21とを接触させる構成となってい
る。
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, in which the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. That is, 2 and 3 are high melting point metal films made of W, 4 is a layer containing a substance serving as a precursor for forming a chalcopyrite semiconductor layer, 21 is a Si (100) substrate, and 22 is a sputtering method on the substrate 21. Is an SiO 2 film formed by the method described above.
Portions of the lower refractory metal film 2 and a part of the SiO 2 film 22 are perforated at appropriate intervals by ordinary optical lithography, so that the precursor layer 4 and the Si substrate 21 are in contact with each other.

【0033】前記第1の形態の場合と同様に、上下ヒー
タ(図示せず)間に置かれた基板支持台(図示せず)を
移動させることにより、前駆層4内の結晶粒成長を行っ
た。本例では前駆層4の一部がSi結晶基板21と接触
しているため、第1の形態と同様に移動する帯状の結晶
粒成長領域23が存在し、図面に示すようにこの結晶粒
成長領域23が前記接触領域24に至った時点では、基
板Siの結晶性・結晶癖を受け継いで著しく大きいカル
コパイライト結晶粒が成長できた。
As in the case of the first embodiment, the crystal grains in the precursor layer 4 are grown by moving the substrate support (not shown) placed between the upper and lower heaters (not shown). Was. In this example, since a part of the precursor layer 4 is in contact with the Si crystal substrate 21, there is a band-like crystal grain growth region 23 that moves in the same manner as in the first embodiment. When the region 23 reaches the contact region 24, extremely large chalcopyrite crystal grains can be grown while inheriting the crystallinity and crystal habit of the substrate Si.

【0034】帯状領域23が移動に伴って接触領域24
を離れ、SiO2膜22上の位置25に至った時点でも
接触領域24において成長した巨大結晶粒は引き続いて
成長を続け、結果として他の方法では達成できない粒成
長(200ミクロン×2000ミクロン)を実現した。
この場合の太陽電池の効率は25%(AM1.5)であ
った。
The belt-like region 23 moves as the contact region 24 moves.
At the point of time 25 on the SiO 2 film 22, the giant crystal grains grown in the contact region 24 continue to grow, resulting in grain growth (200 μm × 2000 μm) which cannot be achieved by other methods. It was realized.
The efficiency of the solar cell in this case was 25% (AM1.5).

【0035】なお、下部電極からの電流取り出し等の要
請から、本例の場合、SiO2膜22を省略することも
可能である。また、太陽電池の価格を下げる観点から、
本例による粒成長後の太陽電池の作製プロセスの一定の
段階において基板結晶をカルコパイライト層からエッチ
ング等の手段を用いて分離し、再利用する方法も採用可
能である。
In the case of the present embodiment, the SiO 2 film 22 can be omitted in view of a request for extracting a current from the lower electrode. Also, from the viewpoint of lowering the price of solar cells,
It is also possible to adopt a method in which the substrate crystal is separated from the chalcopyrite layer by means of etching or the like at a certain stage of the manufacturing process of the solar cell after the grain growth according to this example, and the crystal is reused.

【0036】さらに本例では基板として単結晶Siを用
いたが、より安価な多結晶Si基板を用いた場合でも、
成長するカルコパイライト結晶粒の方位の整合性は単結
晶基板を用いた場合に比べて劣るものの、同様な大きさ
の粒成長を得るとともに太陽電池の効率も単結晶基板の
ものに比肩し得る値が得られる。
Further, in this example, single-crystal Si was used as the substrate, but even when a less expensive polycrystalline Si substrate was used,
Although the orientation consistency of the growing chalcopyrite crystal grains is inferior to that using a single-crystal substrate, the same size of grain growth is obtained and the solar cell efficiency is comparable to that of a single-crystal substrate. Is obtained.

【0037】図3は本発明の第3の実施の形態を示すも
ので、図中、図1、2と同一構成部分は同一符号をもっ
て表す。即ち、2,3はWからなる高融点金属膜、4は
カルコパイライト半導体層を形成するための前駆となる
物質を含有する層、22はSiO2膜、31はガラス基
板、32は微結晶Si層である。
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention, in which the same components as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. That is, 2 and 3 are high melting point metal films made of W, 4 is a layer containing a substance serving as a precursor for forming a chalcopyrite semiconductor layer, 22 is a SiO 2 film, 31 is a glass substrate, and 32 is microcrystalline Si. Layer.

【0038】ここでは、まずガラス基板31上に微結晶
Si層32を形成する。この微結晶Si層32は通常の
プラズマ気相堆積法で堆積した非晶質Siを熱処理する
ことにより得た。微結晶Si層32上にはスパッタ法に
よりSiO2膜22を形成し、さらに高融点金属膜2、
前駆層4、高融点金属膜3を順次形成する。下部高融点
金属膜2及びSiO2膜22の一部は、通常の光リソグ
ラフ法により適当な間隔で穴があけられ、前駆層4と微
結晶Si層32とを接触させる構成となっている。
Here, first, a microcrystalline Si layer 32 is formed on a glass substrate 31. This microcrystalline Si layer 32 was obtained by heat-treating amorphous Si deposited by a normal plasma vapor deposition method. An SiO 2 film 22 is formed on the microcrystalline Si layer 32 by a sputtering method.
A precursor layer 4 and a refractory metal film 3 are formed sequentially. Portions of the lower refractory metal film 2 and a part of the SiO 2 film 22 are perforated at appropriate intervals by ordinary optical lithography, so that the precursor layer 4 and the microcrystalline Si layer 32 are in contact with each other.

【0039】前記第1の形態の場合と同様に、上下ヒー
タ(図示せず)間に置かれた基板支持台(図示せず)を
移動させることにより、前駆層4内の結晶粒成長を行っ
た。本例では前駆層4の一部が微結晶Si層32と接触
しているため、第2の形態と同様に、結晶粒成長領域3
3が接触領域34に至った時点で微結晶Siの結晶性・
結晶癖を受け継いで大きいカルコパイライト結晶粒が成
長できた。
As in the case of the first embodiment, the crystal grains in the precursor layer 4 are grown by moving the substrate support (not shown) placed between the upper and lower heaters (not shown). Was. In this example, since a part of the precursor layer 4 is in contact with the microcrystalline Si layer 32, the crystal grain growth region 3 is formed as in the second embodiment.
3 reaches the contact region 34, the crystallinity of the microcrystalline Si
Large chalcopyrite crystal grains could be grown by inheriting the crystal habit.

【0040】帯状領域33が移動に伴って接触領域34
を離れ、SiO2膜22上の位置35に至った時点でも
接触領域34において成長した結晶粒は引き続いて成長
を続け、結果として80ミクロン×1000ミクロンの
粒成長を実現した。この場合の太陽電池の効率は23%
(AM1.5)であった。
The belt-shaped region 33 is moved as the contact region 34 moves.
At the point 35 on the SiO 2 film 22, the crystal grains grown in the contact region 34 continued to grow, and as a result, a grain growth of 80 μm × 1000 μm was realized. The efficiency of the solar cell in this case is 23%
(AM1.5).

【0041】なお、下部電極からの電流取り出し等の要
請から、本例の場合もSiO2膜22を省略することが
可能であった。高融点金属膜2は十分薄くても、また、
基板全部を覆わなくても本発明の効果は損なわれないた
め、本例の派生型としてSiO2膜22を省略し、高融
点金属膜2は十分薄く、かつ一部を除去した構成にする
とともに微結晶Si層にpn接合をあらかじめ作りつけ
ておくことにより、上部のカルコパイライト層によるも
のと一体となった積層構造の太陽電池の作製も可能であ
った。
In this case, it was possible to omit the SiO 2 film 22 in the case of this example because of a request for taking out current from the lower electrode. Even if the refractory metal film 2 is sufficiently thin,
Since the effect of the present invention is not impaired even if the entire substrate is not covered, the SiO 2 film 22 is omitted as a derivative of the present example, and the refractory metal film 2 is configured to be sufficiently thin and partially removed. By forming a pn junction in the microcrystalline Si layer in advance, it was possible to produce a solar cell having a laminated structure integrated with that of the upper chalcopyrite layer.

【0042】第2及び第3の形態で述べた方法は、いわ
ゆる種結晶を利用してカルコパイライト薄膜結晶粒の膜
面方向の成長を促進する手法であり、種結晶の配置等の
調整法は本例に述べたものにとどまらず、種々の変形が
可能であるのはいうまでもない。
The method described in the second and third embodiments is a method for promoting the growth of crystal grains of chalcopyrite thin film in the direction of the film surface using a so-called seed crystal. It goes without saying that various modifications are possible in addition to those described in this example.

【0043】図4は本発明の第4の実施の形態を示すも
ので、図中、図1〜3と同一構成部分は同一符号をもっ
て表す。即ち、3はWからなる高融点金属膜、4はカル
コパイライト半導体層を形成するための前駆となる物質
を含有する層、41はGe(100)基板である。これ
まで述べてきた例と異なり、前駆層4は結晶基板41と
全面的に接触している。適当なヒータを配した熱処理に
より、いわゆる異種基板上ヘテロエピタクシの機構によ
って大きいカルコパイライト結晶粒が成長できた。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention, in which the same components as in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. That is, 3 is a high melting point metal film made of W, 4 is a layer containing a substance serving as a precursor for forming a chalcopyrite semiconductor layer, and 41 is a Ge (100) substrate. Unlike the examples described above, the precursor layer 4 is in full contact with the crystal substrate 41. By heat treatment with an appropriate heater, large chalcopyrite crystal grains could be grown on a heterogeneous substrate by the mechanism of heteroepitaxy.

【0044】この場合、必ずしも上下にヒータを配する
必要はなく、熱処理装置はさらに安価なもので十分であ
る。本例における太陽電池の効率は27%(AM1.
5)であった。
In this case, it is not always necessary to arrange heaters above and below, and a cheaper heat treatment apparatus is sufficient. The efficiency of the solar cell in this example is 27% (AM1.
5).

【0045】なお、Ge基板内にあらかじめpn接合等
を作りつけておくことによリ、積層構造の太陽電池を構
成することも可能であり、一層高い光電変換効率の達成
も期待できる。また、本例ではGe基板を用いたが、同
様のヘテロエピタクシが可能な異なる材料の結晶基板を
用いることができるのはいうまでもない。
By forming a pn junction or the like in the Ge substrate in advance, a solar cell having a laminated structure can be formed, and further higher photoelectric conversion efficiency can be expected. Although a Ge substrate is used in this example, it goes without saying that a crystal substrate made of a different material capable of performing the same heteroepitaxy can be used.

【0046】図5は本発明の第5の実施の形態を示すも
ので、ここではSi薄膜を用いた場合の例を示す。図
中、51はガラス基板、52,53はWからなる保護
膜、54はGe層(厚さ100nm)である。ガラス基
板51上に順次52、54,53を堆積した。加熱前、
Ge層54は非晶質ないし非常に小さい結晶粒からなっ
ている。この積層構造を有する構成体を、下部面状ヒー
タ61、上部線状ヒータ62、基板支持台63からなる
熱処理装置60内に装着し、各々のヒータ温度を適宜設
定することにより、Ge層54を所望の結晶粒・半導体
特性を有するGe薄膜結晶へと成長せしむる。
FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention. Here, an example in which a Si thin film is used is shown. In the figure, 51 is a glass substrate, 52 and 53 are protective films made of W, and 54 is a Ge layer (100 nm thick). 52, 54 and 53 were sequentially deposited on a glass substrate 51. Before heating,
The Ge layer 54 is composed of amorphous or very small crystal grains. The structure having the stacked structure is mounted in a heat treatment apparatus 60 including a lower planar heater 61, an upper linear heater 62, and a substrate support 63, and the Ge layer 54 is formed by appropriately setting the respective heater temperatures. It grows into a Ge thin film crystal having desired crystal grains and semiconductor characteristics.

【0047】Geは上部ヒータ62直下でもっとも高温
になり、溶融状態となった領域55を形成する。基板支
持台63を図中の矢印64のように移動させることによ
り、Ge溶融領域55は矢印65の方向に移動する。移
動に伴って領域55の部分は再び固化し、大きい結晶粒
となる。領域55内で成長したGe結晶粒は固液界面の
矢印65の方向への移動とともに引き続いて成長を続
け、このような移動を基板の一端から他端へと実行する
ことにより、従来の形成法では得られない長大なGe粒
成長(50ミクロン×800ミクロン以上)を実現する
ことができた。
Ge has the highest temperature immediately below the upper heater 62 and forms a region 55 in a molten state. By moving the substrate support 63 as shown by the arrow 64 in the figure, the Ge melting region 55 moves in the direction of the arrow 65. With the movement, the portion of the region 55 is solidified again and becomes large crystal grains. The Ge crystal grains grown in the region 55 continue to grow with the movement of the solid-liquid interface in the direction of the arrow 65, and such movement is performed from one end of the substrate to the other end, thereby achieving the conventional formation method. A long Ge grain growth (50 μm × 800 μm or more) that cannot be obtained was realized.

【0048】以上の熱処理後、大粒径化したGe層54
上にSi層(厚さ10ミクロン)・上部電極層等を適宜
形成し、太陽電池を作製した。
After the above heat treatment, the Ge layer 54 having a large grain size is obtained.
An Si layer (thickness: 10 μm), an upper electrode layer, and the like were appropriately formed thereon to produce a solar cell.

【0049】図6は図5に示したようにして形成された
Ge薄膜結晶上にSi層を成長した時点における概略断
面図である。図5における上部保護膜53をエッチング
除去した後、Si層56を気相成長法により成長した。
その後、電極等を形成して太陽電池を構成した。下部保
護膜52は太陽電池の下部電極として使用した。太陽電
池の効率として22%(AM1.5)を得た。
FIG. 6 is a schematic sectional view at the time when a Si layer is grown on the Ge thin film crystal formed as shown in FIG. After the upper protective film 53 in FIG. 5 was removed by etching, a Si layer 56 was grown by a vapor deposition method.
Thereafter, electrodes and the like were formed to form a solar cell. The lower protective film 52 was used as a lower electrode of a solar cell. A solar cell efficiency of 22% (AM 1.5) was obtained.

【0050】本例においては高融点金属の一例としてW
を用いたが、Geと著しく反応しないMo等を代替に用
いることもできる。また、高融点金属に代えて窒化硼素
等を使用してもGeの凝集防止の点で有効であった。ま
た、上下の保護膜は必ずしもGe層の全面を覆う必要は
なく、後の太陽電池の作製プロセスの観点から部分的に
省略して形成することもできる。この場合、上部保護膜
53のエッチング除去の工程が不要になる場合もある。
In this embodiment, W is used as an example of the high melting point metal.
Although Mo was used, Mo or the like, which does not significantly react with Ge, can be used instead. Also, the use of boron nitride or the like instead of the high melting point metal was effective in preventing Ge agglomeration. In addition, the upper and lower protective films do not necessarily have to cover the entire surface of the Ge layer, and may be partially omitted from the viewpoint of a later solar cell manufacturing process. In this case, the step of etching and removing the upper protective film 53 may not be necessary.

【0051】さらに、長大なGe結晶粒を得るために本
例では基板支持台63を移動したが、基板支持台63の
移動に代えて上部線状ヒータ62を移動しても同様の効
果が確認できた。また、Ge層に代えて後に形成するS
i層と格子定数差の点で有利なGeo0.8Si0.2からな
る層を用いても同様の結果が得られた。ただし、この場
合は溶融に必要な温度が若干高めになるため、ガラスの
耐熱範囲を十分考慮する必要があった。
Further, in this example, the substrate support 63 was moved in order to obtain long Ge crystal grains. However, the same effect can be confirmed by moving the upper linear heater 62 instead of the substrate support 63. did it. In addition, instead of the Ge layer, S
Similar results were obtained by using a layer made of Geo 0.8 Si 0.2 which is advantageous in terms of the lattice constant difference from the i layer. However, in this case, since the temperature required for melting slightly increases, it is necessary to sufficiently consider the heat resistance range of the glass.

【0052】上部ヒータの代わりにレーザないし電子ビ
ームの照射および走査によっても同様の効果が期待でき
るのはもちろんである。Siの成長時に光を照射すれば
成長温度の低減化が可能となり、より好ましい。Si層
56に代えて下地Geと格子定数差の点で有利なGe
0.2Si0.8からなる層を成長させ、この層を活性層とす
る太陽電池を形成しても同様な高効率が達成された。
Of course, the same effect can be expected by irradiating and scanning with a laser or an electron beam instead of the upper heater. Irradiation of light during the growth of Si is more preferable because the growth temperature can be reduced. Ge which is advantageous in terms of a lattice constant difference from base Ge instead of Si layer 56
Similar high efficiency was achieved by growing a layer made of 0.2 Si 0.8 and forming a solar cell using this layer as an active layer.

【0053】また、下地のGe層内にpn接合を形成し
ておけば(これは下部保護膜52に含有させたドーパン
トの熱処理時の拡散等で可能)、上部Si内に形成され
る接合と併せて積層構造の太陽電池も作製可能で、この
場合は一層の高効率が期待される。
If a pn junction is formed in the underlying Ge layer (this can be done by diffusion of a dopant contained in the lower protective film 52 during heat treatment, etc.), the junction formed in the upper Si can be reduced. In addition, a solar cell having a laminated structure can be manufactured, and in this case, higher efficiency is expected.

【0054】図7は本発明の第6の実施の形態を示すも
ので、図中、図5、6と同一構成部分は同一符号をもっ
て表す。即ち、51はガラス基板、52はWからなる保
護膜、54はGe層(厚さ100nm)、71は微結晶
Si層、72はSiO2膜、73は炭化シリコン膜であ
る。
FIG. 7 shows a sixth embodiment of the present invention, in which the same components as in FIGS. 5 and 6 are denoted by the same reference numerals. That is, 51 is a glass substrate, 52 is a protective film made of W, 54 is a Ge layer (100 nm thick), 71 is a microcrystalline Si layer, 72 is a SiO 2 film, and 73 is a silicon carbide film.

【0055】まず、ガラス基板51上に微結晶Si層7
1を形成する。この微結晶Si層71は通常のプラズマ
気相堆積法で堆積した非晶質Siを熱処理することによ
り得た。微結晶Si層71上にはスパッタ法により、S
iO2膜72、高融点金属膜52、Ge層54、炭化シ
リコン膜73を順次形成する。下部高融点金属保護膜5
2及びSiO2膜72の一部は、通常の光リソグラフ法
により適当な間隔で穴があけられ、Ge層54と微結晶
Si層71とを接触させる構成となっている。
First, a microcrystalline Si layer 7 is formed on a glass substrate 51.
Form one. This microcrystalline Si layer 71 was obtained by heat-treating amorphous Si deposited by a normal plasma vapor deposition method. On the microcrystalline Si layer 71, S
An iO 2 film 72, a refractory metal film 52, a Ge layer 54, and a silicon carbide film 73 are sequentially formed. Lower refractory metal protective film 5
2 and a part of the SiO 2 film 72 are perforated at appropriate intervals by a normal optical lithography method so that the Ge layer 54 and the microcrystalline Si layer 71 are in contact with each other.

【0056】前記第5の形態の場合と同様に、上下ヒー
タ(図示せず)間に置かれた基板支持台(図示せず)を
移動させることにより、Ge層54内の結晶粒成長を行
った。本例ではGe層54の一部が微結晶Si層71と
接触しているため、第5の形態と同様に、結晶粒成長領
域74が接触領域75に至った時点で微結晶Siの結晶
性・結晶癖を受け継いで大きいGe結晶粒が成長でき
た。
As in the case of the fifth embodiment, the crystal grains in the Ge layer 54 are grown by moving a substrate support (not shown) placed between upper and lower heaters (not shown). Was. In this example, since a part of the Ge layer 54 is in contact with the microcrystalline Si layer 71, the crystallinity of the microcrystalline Si is reached when the crystal grain growth region 74 reaches the contact region 75, as in the fifth embodiment. -Large Ge crystal grains could be grown by inheriting the crystal habit.

【0057】帯状領域74が移動に伴って接触領域75
を離れ、SiO2膜72上の位置76に至った時点でも
接触領域75において成長した結晶粒は引き続いて成長
を続け、結果として80ミクロン×1000ミクロンの
粒成長を実現した。この場合の太陽電池の効率は23%
(AM1.5)であった。なお、下部電極からの電流取
り出し等の要請から、本例の場合、SiO2膜72を省
略することが可能であった。
The belt-shaped area 74 is moved to the contact area 75 as it moves.
At the point 76 on the SiO 2 film 72, the crystal grains grown in the contact region 75 continued to grow, and as a result, a grain growth of 80 μm × 1000 μm was realized. The efficiency of the solar cell in this case is 23%
(AM1.5). Note that, in the case of this example, it was possible to omit the SiO 2 film 72 due to a request for extracting current from the lower electrode.

【0058】本例で述べた方法は、いわゆる種結晶を利
用してGe薄膜結晶粒の膜面方向の成長を促進する手法
であり、種結晶の配置等の調整法は本例に述べたものに
とどまらず、種々の変形が可能であるのはいうまでもな
い。Ge薄膜の結晶化の後、第5の形態と同様のSi成
長等の工程を経て太陽電池が作製された。
The method described in the present embodiment is a method of promoting the growth of Ge thin film crystal grains in the film surface direction by using a so-called seed crystal, and the method of adjusting the arrangement of the seed crystal is the same as that described in the present embodiment. Needless to say, various modifications are possible. After the crystallization of the Ge thin film, a solar cell was manufactured through steps such as Si growth as in the fifth embodiment.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カルコパイライトもしくはカルコパイライトを構成する
元素からなる層の結晶粒成長を促進し、この層の熱処理
による基板からの剥離・VI族元素物質の蒸発散逸を防止
するために、層の両面を高融点金属、窒化硼素、窒化ア
ルミニウム、酸化ベリリウムおよび炭化シリコンのうち
の少なくとも1つで挟んだ構成にし、もしくは片面を高
融点金属、窒化硼素、窒化アルミニウム、酸化ベリリウ
ムおよび炭化シリコンのうちの少なくとも1つと接し、
他の面の少なくとも一部を結晶性半導体層と接する構成
とすることにより、高効率な太陽電池の作製を可能たら
しめることができる。
As described above, according to the present invention,
To promote the crystal grain growth of chalcopyrite or a layer consisting of chalcopyrite, and to prevent exfoliation of the layer from the substrate due to heat treatment of this layer and evaporation of group VI elements, both sides of the layer are made of a high melting point metal. A structure sandwiched by at least one of boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide and silicon carbide, or one surface is in contact with at least one of refractory metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide and silicon carbide,
When at least a part of the other surface is in contact with the crystalline semiconductor layer, a highly efficient solar cell can be manufactured.

【0060】また、本発明によれば、Geを主成分とす
る層の結晶粒成長を促進し、この層の熱処理による基板
からの剥離を防止するために、層の両面を高融点金属等
で挟んだ構成にし、もしくは片面を高融点金属等と接
し、他の面の少なくとも一部を結晶性半導体層と接する
構成とし、溶融再結晶化部分を移動することにより、大
粒径の薄膜結晶を実現し、高効率な太陽電池の作製を可
能たらしめることができる。
According to the present invention, both sides of the layer are made of a high melting point metal or the like in order to promote the crystal grain growth of the layer containing Ge as a main component and to prevent the layer from being peeled off from the substrate by heat treatment. A thin film crystal with a large grain size can be formed by sandwiching it, or by contacting one surface with a high melting point metal or the like, and contacting at least a part of the other surface with the crystalline semiconductor layer, and moving the molten recrystallized portion. This makes it possible to manufacture a highly efficient solar cell.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す説明図FIG. 1 is an explanatory diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態を示す説明図FIG. 2 is an explanatory view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態を示す説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第4の実施の形態を示す説明図FIG. 4 is an explanatory diagram showing a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第5の実施の形態を示す説明図FIG. 5 is an explanatory view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施の形態を示す説明図FIG. 6 is an explanatory view showing a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第6の実施の形態を示す説明図FIG. 7 is an explanatory view showing a sixth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,31,51…ガラス基板、2,3…高融点金属膜、
4…カルコパイライト半導体層、5,23,33,5
5,74…結晶粒成長領域、10,60…熱処理装置、
11,61…下部面状ヒータ、12,62…上部線状ヒ
ータ、13,63…基板支持台、21…Si(100)
基板、22,72…SiO2膜、24,34,75…接
触領域、32,71…微結晶Si層、41…Ge(10
0)基板、52,53…保護膜、54…Ge層、56…
Si層、73…炭化シリコン膜。
1, 31, 51: a glass substrate; 2, 3, a high melting point metal film;
4 chalcopyrite semiconductor layer, 5, 23, 33, 5
5, 74: crystal grain growth area, 10, 60: heat treatment apparatus,
11, 61: lower surface heater, 12, 62: upper linear heater, 13, 63: substrate support, 21: Si (100)
Substrate, 22, 72: SiO 2 film, 24, 34, 75: Contact area, 32, 71: Microcrystalline Si layer, 41: Ge (10
0) Substrate, 52, 53 Protective film, 54 Ge layer, 56
Si layer, 73: silicon carbide film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 武 東京都新宿区西新宿3丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Takeshi Yamada 3-19-2 Nishi-Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に、高融点金属、窒化硼素、窒化
アルミニウム、酸化ベリリウムおよび炭化シリコンのう
ちの少なくとも1つからなる第1の層を形成する工程
と、 前記第1の層上にカルコパイライトもしくはカルコパイ
ライトを構成する元素からなる第2の層を形成する工程
と、 前記第2の層上に高融点金属、窒化硼素、窒化アルミニ
ウム、酸化ベリリウムおよび炭化シリコンのうちの少な
くとも1つからなる第3の層を形成する工程と、 前記第1、第2、第3の層を堆積した基板の少なくとも
一部を加熱する工程とを含むことを特徴とする薄膜太陽
電池の製造方法。
A step of forming a first layer made of at least one of a refractory metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide and silicon carbide on a substrate; and forming a first layer on the first layer. Forming a second layer made of an element constituting pyrite or chalcopyrite; and forming at least one of a high melting point metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide and silicon carbide on the second layer. A method for manufacturing a thin-film solar cell, comprising: a step of forming a third layer; and a step of heating at least a part of a substrate on which the first, second, and third layers are deposited.
【請求項2】 半導体結晶を構成要素の少なくとも1つ
とする基板上に、カルコパイライトもしくはカルコパイ
ライトを構成する元素からなる第1の層をその少なくと
も一部を前記基板に接触させて形成する工程と、 前記第1の層上の少なくとも一部に高融点金属、窒化硼
素、窒化アルミニウム、酸化ベリリウムおよび炭化シリ
コンのうちの少なくとも1つからなる第2の層を形成す
る工程と、 前記第1、第2の層を堆積した基板の少なくとも一部を
加熱する工程とを含むことを特徴とする薄膜太陽電池の
製造方法。
Forming a first layer made of chalcopyrite or an element constituting chalcopyrite on a substrate having a semiconductor crystal as at least one of the constituent elements by contacting at least a part of the first layer with the substrate; Forming a second layer made of at least one of a refractory metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide, and silicon carbide on at least a part of the first layer; And heating at least a part of the substrate on which the two layers are deposited.
【請求項3】 基板上に、高融点金属、窒化硼素、窒化
アルミニウム、酸化ベリリウムおよび炭化シリコンのう
ちの少なくとも1つからなる第1の層を形成する工程
と、 前記第1の層上にゲルマニウムを少なくとも80%含有
する物質からなる第2の層を形成する工程と、 前記第2の層上に高融点金属、窒化硼素、窒化アルミニ
ウム、酸化ベリリウムおよび炭化シリコンのうちの少な
くとも1つからなる第3の層を形成する工程と、 前記第1、第2、第3の層を堆積した基板の少なくとも
一部を加熱する工程と、 前記第2の層上の少なくとも一部にシリコンを80%以
上含有する物質からなる第4の層を形成する工程とを含
むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
Forming a first layer of at least one of a refractory metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide, and silicon carbide on a substrate; and forming germanium on the first layer. Forming a second layer made of a material containing at least 80% by weight of the second layer, and forming a second layer made of at least one of a refractory metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide, and silicon carbide on the second layer. Forming a third layer, heating at least a part of the substrate on which the first, second, and third layers are deposited; and forming at least a part of silicon on the second layer by 80% or more. Forming a fourth layer made of a substance to be contained.
【請求項4】 半導体結晶を構成要素の少なくとも1つ
とする基板上に、ゲルマニウムを少なくとも80%含有
する物質からなる第1の層をその少なくとも一部を前記
基板の半導体結晶に接触させて形成する工程と、 前記第1の層上の少なくとも一部に高融点金属、窒化硼
素、窒化アルミニウム、酸化ベリリウムおよび炭化シリ
コンのうちの少なくとも1つからなる第2の層を形成す
る工程と、 前記第1、第2の層を堆積した基板の少なくとも一部を
加熱する工程と、 前記第1の層上の少なくとも一部にシリコンを80%以
上含有する物質からなる第3の層を形成する工程とを含
むことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
4. A first layer made of a substance containing at least 80% of germanium is formed over a substrate having a semiconductor crystal as at least one of its constituent elements, at least a part of which is in contact with the semiconductor crystal of the substrate. Forming a second layer made of at least one of a refractory metal, boron nitride, aluminum nitride, beryllium oxide and silicon carbide on at least a part of the first layer; Heating at least a part of the substrate on which the second layer is deposited, and forming a third layer made of a substance containing 80% or more of silicon on at least a part of the first layer. A method for producing a thin-film solar cell, comprising:
JP8232131A 1996-09-02 1996-09-02 Method for manufacturing thin-film solar cell Pending JPH1079523A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8232131A JPH1079523A (en) 1996-09-02 1996-09-02 Method for manufacturing thin-film solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8232131A JPH1079523A (en) 1996-09-02 1996-09-02 Method for manufacturing thin-film solar cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH1079523A true JPH1079523A (en) 1998-03-24

Family

ID=16934492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8232131A Pending JPH1079523A (en) 1996-09-02 1996-09-02 Method for manufacturing thin-film solar cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH1079523A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011077963A1 (en) * 2009-12-25 2011-06-30 三菱電機株式会社 Solar cell and process for production thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011077963A1 (en) * 2009-12-25 2011-06-30 三菱電機株式会社 Solar cell and process for production thereof
JP5425224B2 (en) * 2009-12-25 2014-02-26 三菱電機株式会社 Solar cell and method for manufacturing the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4159354A (en) Method for making thin film III-V compound semiconductors for solar cells involving the use of a molten intermediate layer
US5254481A (en) Polycrystalline solar cell manufacturing method
JP3771279B2 (en) Semiconductor component, method for manufacturing the same, and apparatus used therefor
KR100224553B1 (en) Solar cell and its manufacture
JPS59108371A (en) Solar battery
US5575862A (en) Polycrystalline silicon photoelectric conversion device and process for its production
JP2009105130A (en) Manufacturing method of photoelectromotive element
JP2005159312A (en) Base material of polycrystalline silicon substrate for solar battery, and the polycrystalline silicon substrate for solar battery
Mauk et al. Large-grain (> 1-mm), recrystallized germanium films on alumina, fused silica, oxide-coated silicon substrates for III–V solar cell applications
US8236603B1 (en) Polycrystalline semiconductor layers and methods for forming the same
Boeck et al. Growth of crystalline semiconductor structures on amorphous substrates for photovoltaic applications
JPH10190029A (en) Semiconductor material, method for solar cell, and its manufacturing apparatus
JPH1079523A (en) Method for manufacturing thin-film solar cell
CN102144283B (en) Method for preparing self-supporting crystallized silicon thin film and product obtained therefrom
JP2002261305A (en) Thin-film polycrystalline silicon solar cell and manufacturing method therefor
JP3102772B2 (en) Method for producing silicon-based semiconductor thin film
JPH04298020A (en) Manufacture of silicon thin film crystal
JP3181074B2 (en) Method for producing Cu-based chalcopyrite film
JP3067821B2 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
JP2001332494A (en) Semiconductor element and method of manufacturing the same
JP2779033B2 (en) Method for growing polycrystalline Si thin film
JP2000114558A (en) Method of forming polycrystalline silicon film
JP2802180B2 (en) Solar cell manufacturing method
JP3069208B2 (en) Method for manufacturing thin-film polycrystalline Si solar cell
JP2675174B2 (en) Solar cell manufacturing method