JPH11145490A

JPH11145490A - 光起電力素子用基板及びその製造方法並びにその基板を用いた光起電力素子

Info

Publication number: JPH11145490A
Application number: JP9301659A
Authority: JP
Inventors: Mikiaki Taguchi; 幹朗田口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-11-04
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、光閉じ込め効果に最適な凹凸が
表面に形成された安価な光起電力素子用基板を提供する
ことを目的する。【解決手段】この発明の光起電力素子用基板の製造方
法は、光閉じ込め用凹凸を表面に形成したマスタ基板１
０を成形金型とし、この光閉じ込め用凹凸を基板表面に
転写して光起電力素子用基板を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光起電力素子用
基板及びその製造方法並びにその基板を用いた光起電力
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜多結晶シリコンを用いた光起電力素
子として、セラミック基板、タングステン（Ｗ）、チタ
ン（Ｔｉ）、ステンレスなどの金属基板等を用い、この
基板上に熱ＣＶＤ法などの気相反応で多結晶シリコン膜
を堆積したものが知られている。

【０００３】ところで、従来より光閉じ込め効果を用い
て変換効率の向上を図るために、基板表面にライン状或
いは格子状の微小凹凸を設けることが知られている。上
記したセラミック基板を用いた光起電力素子において
も、変換効率の向上のために、セラミック基板の表面を
凹凸化することが望まれている。従来、セラミック基板
の表面を凹凸化する方法としては、ラッピングによる凹
凸化や、粉体プレスによる凹凸化、また機械的加工によ
る凹凸化などが用いられていた。

【０００４】しかしながら、上述した方法では、基板の
凹凸化の作業が煩雑であると共に、光閉じ込め効果に最
適な凹凸形状を作成するのが困難であり、変換効率の向
上にはあまり寄与するものではなかった。即ち、多結晶
シリコン膜などの結晶系シリコン膜においては、凹凸の
山から山の長さが１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５
０μｍの範囲で、且つ山の頂角を９０°以下に形成する
ことが望まれているが、上述した方法では、このような
形状は上手く形成することができなかった。

【０００５】また、機械的加工により基板の表面に凹凸
を設けると、基板にバリが発生するために、この上に薄
膜多結晶シリコン膜を形成し、光起電力素子を製造する
と、バリに起因する短絡が生じ、電気的特性が低下する
ことにより、歩留まりが低下するという難点もあった。

【０００６】上記した最適な凹凸形状は、単結晶シリコ
ン基板表面を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液などの
アルカリ性溶液を用いて異方性エッチングを行うことに
より容易に形成することができる。従って、光閉じ込め
効果に優れた結晶系薄膜光起電力素子を形成するには、
基板として表面に凹凸形状を形成した単結晶シリコンを
用いればよい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板と
して単結晶シリコンを用いた場合には、基板が高価にな
り、薄膜光起電力素子の低コスト化に不適である。この
ため、安価な基板を用いる方法が望まれる。

【０００８】この発明は上述した従来の問題点を解消す
るためになされたものにして、光閉じ込め効果に最適な
凹凸が表面に形成された安価な光起電力素子用基板を提
供することを目的すると共に、この基板を用いた光起電
力素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の光起電力素子
用基板は、表面に光閉じ込め用の凹凸が形成されたマス
タ基板の表面形状が表面に転写されたことを特徴とす
る。

【００１０】上記した構成によれば、光閉じ込め効果に
最適な凹凸形状を有する基板を提供することができる。

【００１１】上記転写される基板は、高融点材料で構成
するとよい。ここで、高融点材料とは、多結晶半導体膜
の形成温度以上の融点を有する材料のことをいう。

【００１２】上記の構成によれば、多結晶半導体膜作成
用の基板として用いることができる。

【００１３】また、上記高融点材料は、ガラス状カーボ
ンまたはセラミックス或いは高融点金属で構成すること
ができる。

【００１４】上記の構成によれば、有機洗浄、酸洗浄が
可能であり、半導体製造プロセスに用いることができ
る。上記セラミックスはアルミナセラミックスを用いる
とよい。

【００１５】上記の構成によれば、反射率が高く変換効
率の向上が図れる基板を提供することができる。

【００１６】この発明の光起電力素子用基板の製造方法
は、光閉じ込め用凹凸を表面に形成したマスタ基板を成
形金型とし、この光閉じ込め用凹凸を基板表面に転写し
て光起電力素子用基板を形成することを特徴とする。

【００１７】また、この発明は、光閉じ込め用凹凸を樹
脂層表面に転写した後、加熱焼成して炭化し、ガラス状
カーボンからなる光起電力素子用基板を形成することを
特徴とする。

【００１８】更に、この発明は、光閉じ込め用凹凸をセ
ラミックスシート表面に転写した後、焼結し、セラミッ
クスからなる光起電力素子用基板を形成することを特徴
とする。

【００１９】また、この発明は、光閉じ込め用凹凸を溶
融金属表面に転写しつつ冷却固化させ、高融点金属から
なる光起電力素子用基板を形成することを特徴とする。

【００２０】上記の構成によれば、光閉じ込め効果に最
適な凹凸形状を有する基板を安価に提供することができ
る。

【００２１】また、この発明の光起電力素子は、上記に
記載の光起電力素子用基板上に光起電力層となる薄膜半
導体層が形成されていることを特徴とする。

【００２２】上記の構成によれば、光閉じ込め効果に優
れ、変換効率の優れた光起電力素子を提供することがで
きる。

【００２３】上記基板がガラス状カーボンからなり、こ
の基板と薄膜半導体層との間に反射層を介挿するとよ
い。また、上記反射層を高融点金属層で構成するとよ
い。

【００２４】上記の構成によれば、反射率が高く変換効
率の優れた光起電力素子を提供することができる。

【００２５】更に、上記高融点金属層と上記薄膜半導体
層との間に、この薄膜半導体層よりも小さい屈折率を有
する材料からなるバッファ層を選択的に設けるとよい。

【００２６】上記の構成によれば、金属層の合金化が生
じる畏れがなく、且つ屈折率の関係から反射率をより高
めた光起電力素子を提供することができる。

【００２７】また、この発明の光起電力素子は、上記基
板がアルミナセラミックスからなり、この基板と上記薄
膜半導体層との間に電極層が選択的に設けられているこ
とを特徴とする。

【００２８】上記の構成によれば、アルミナセラミック
ス基板の有する高い反射率を利用した光起電力素子を提
供することができる。

【００２９】上記電極層上に透光性を有する不純物拡散
防止層を備えるとよい。

【００３０】上記した構成によれば、アルミナセラミッ
クスからの不純物の拡散が防止でき、膜質の良好な半導
体膜を形成することができる。

【００３１】また、この発明の光起電力素子は、上記基
板が高融点金属層からなり、この基板と上記薄膜半導体
層との間に、薄膜半導体層よりも小さい屈折率を有する
材料からなるバッファ層が選択的に設けられたことを特
徴とする。

【００３２】上記の構成によれば、金属基板の合金化を
生じることなく、また屈折率の関係から反射率の向上し
た光起電力素子を提供することができる。

【００３３】上記薄膜半導体層は多結晶半導体膜で構成
することができる。

【００３４】また、上記薄膜半導体層は、一導電型の多
結晶半導体層上に非晶質或いは微結晶半導体層を介して
多導電型の非晶質半導体層を形成して構成することがで
きる。

【００３５】更に、上記薄膜半導体層は非晶質半導体膜
で構成することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
き図面を参照して説明する。

【００３７】図１は、マスタ基板として用いられる表面
に光閉じ込め用凹凸が形成された単結晶シリコン基板を
示す斜視図である。

【００３８】このマスタ基板は、（１００）面に沿って
スライスした単結晶シリコン基板１が用いられる。そし
て、約２％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とイソプロ
ピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液の混合水溶液を用い
て、基板１表面に異方性エッチングを施して、ピラミッ
ド形状の凹凸部を形成する。単結晶シリコンは、アルカ
リ水溶液により異方性エッチングされる。即ち、（１１
１）面のエッチング速度が他の結晶方位に比べて著しく
小さいことから、（１００）面にスライスされた単結晶
基板１を約２％の水酸化ナトリウムとイソプロピルアル
コール水溶液の混合水溶液を用いてエッチングを行うこ
とにより、シリコンは（１１１）面に沿って異方性エッ
チングされ、基板１の表面に深さ１〜１００μｍ程度の
ピラミッド状の凸部が全面に均一に形成される。即ち、
（１１１）面に配向した４個の壁により形成された四角
錐の凸部が全面に形成される。

【００３９】また、基板１の表面に逆ピラミッド状の凹
部２を形成する場合には、図２に示すように、単結晶シ
リコン基板１上に、まず、酸化シリコン（Ｓｉ０₂）膜
１ａを部分的に形成した後に、上記エッチングプロセス
を施せばよい。この時、Ｓｉ０₂膜１ａを適当な間隔で
周期的に形成することで、エッチング後の逆ピラミッド
形状の大きさを制御することができ、且つ基板１表面に
均一な逆ピラミッド状の凹部が形成できる。

【００４０】マスタ基板としては、上記いずれの形状の
単結晶シリコン基板を用いてもよい。

【００４１】尚、この単結晶シリコン基板１の表面に形
成される凹凸部の形状は、光起電力層として多結晶シリ
コン膜を用いる場合には、光閉じ込め効果に最適な山か
ら山への長さが１〜１００μｍ、好ましくは１０〜５０
μｍになるようにエッチングを制御すればよい。

【００４２】続いて、このマスタ基板を用いてこの発明
にかかる光起電力素子用基板を製造する方法につき説明
する。まず、高融点材料としてガラス状カーボンを用い
た第１の実施の形態につき説明する。尚、この発明にお
いて、高融点材料とは、多結晶半導体膜の形成温度以上
の融点を有する材料のことをいう。

【００４３】図３に示すように、この表面に光閉じ込め
効果に適した凹凸部２を形成した単結晶シリコン基板１
からなるマスタ基板１０を下金型１１の所定の位置にセ
ットした後、上金型１２を被せる。そして、上金型１２
とマスタ基板１０との間にできた空間部１３にランナー
１４から熱硬化性樹脂に可塑剤を加えて混合したものを
注入する。この樹脂の注入は、例えば、空間部１３を減
圧下にしておくことで、ランナー１４から樹脂を注入す
る。

【００４４】使用する熱硬化性樹脂としては、特に制限
はないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹
脂等を用いればよい。また、上記の混合物を用いてもよ
い。好ましくは、フラン樹脂及び／又はフェノール樹脂
である。可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジエチ
ルフタレート、ジプロピルフタレート等のジアルキルフ
タレート類、グリセリン、エチレングリコール、トリア
セチン等の多価アルコール又はその誘導体、ナフタレ
ン、アニリン、フタル酸ｎブチル等から選ばれた１種又
はその混合物が用いられる。可塑剤の材料は、炭素粒子
などの異物数、消耗速度等の点で熱硬化性樹脂１００重
量部に対して、０．３〜３０重量部が好ましい。

【００４５】上金型１２とマスタ基板１０との間にでき
た空間部１３にランナー１４から熱硬化性樹脂に可塑剤
を加えて混合したものを注入し成形することにより、樹
脂層表面にマスタ基板１０の凹凸部２の形状を転写す
る。その後、例えば、１３０〜２００℃の温度で硬化処
理し、上金型１２と下金型１１を外し、表面にマスタ基
板１０の凹凸部２の形状が転写された成型品を得る。そ
して、この成型品を不活性雰囲気中で例えば、２０００
℃以上の温度で炭化処理することにより、図４に示すよ
うに、表面に光閉じ込め効果に適した凹凸部２０ａが形
成されたガラス状カーボンからなる光起電力素子用基板
２０が得られる。この基板２０の表面には、光閉じ込め
効果に最適なシリコン単結晶基板１に形成した凹凸部２
の形状が転写されている。従って、この基板２０を用い
ることにより、最適な光閉じ込め効果が得られる。

【００４６】上記したように、ガラス状カーボンは、熱
硬化性樹脂を原料とし、これを加熱焼成して炭化するこ
とで得られる材料であり、気孔が殆どなく、また、有機
洗浄、酸洗浄も可能であるため、半導体製造プロセスに
適用することができる。そして、熱膨張率がシリコンに
近いため、この材料からなる基板上に薄膜多結晶シリコ
ンを形成した場合に発生する応力が小さく、薄膜多結晶
シリコン膜が剥離しにくいという特徴を有する。

【００４７】尚、上記した実施の形態では、熱硬化性樹
脂を空間部１３に注入するようにして、マスタ基板１０
の表面の凹凸を転写したが、樹脂粉体を空間部にいれ、
プレス成形して、樹脂層表面に、マスタ基板１０表面の
凹凸を転写した後、加熱焼成して、ガラス状カーボンか
らなる基板２０を形成してもよい。

【００４８】次に、高融点材料としてアルミナセラミッ
クスを用いた第２の実施の形態につき図３を参照して説
明する。

【００４９】ガラス状カーボンを用いた第１の実施の形
態と同様に、表面に光閉じ込め効果に適した凹凸部２を
形成した単結晶シリコン基板１からなるマスタ基板１０
を下金型１１の所定の位置にセットした後、上金型１２
を被せる。そして、上金型１２とマスタ基板１０との間
にできた空間部１３にランナー１４から平均粒径０．５
μｍ以下の高純度アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）原料粉末に分
散材とバインダーと可塑剤を加え、混合、分散、粘度調
整したものを注入する。この注入は、例えば、空間部１
３を減圧下にしておくことで、ランナー１４から粘度調
整したアルミナ原料を注入する。

【００５０】使用する分散材、バインダー、可塑剤とし
ては、特に制限はないが、例えば、分散材としては、魚
油、バインダーとしては、ポリビニルブチラール、可塑
剤としては、ポリエチレングリコール、オクチルフタレ
ート等を用いればよい。また、粘度を調整するのに、ト
リクロロエチレンやエタノール等を用いればよい。

【００５１】上金型１２とマスタ基板１０との間にでき
た空間部１３にランナー１４から高純度アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）原料粉末に分散材とバインダーと可塑剤を加
え、混合、分散、粘度調整したものを注入し成形するこ
とにより、成形体（セラミックスシート）表面にマスタ
基板１０の凹凸部２の形状を転写する。その後、この成
形体を例えば、１５００〜１８００℃の温度で焼結する
ことにより、図４に示すように、表面に光閉じ込め効果
に適した凹凸部３０ａが形成されたアルミナセラミック
スからなる光起電力素子用基板３０が得られる。この基
板３０の表面には、光閉じ込め効果に最適なシリコン単
結晶基板１に形成した凹凸部２の形状が転写されてい
る。従って、この基板３０を用いることにより、最適な
光閉じ込め効果が得られる。

【００５２】上記したように、アルミナセラミックス
は、高純度アルミナ原料粉に結合材、可塑剤等を混合し
たものを原料とし、これを焼結することで得られる材料
であり、高温まで非常に安定で、また、有機洗浄、酸洗
浄も可能であるため、半導体製造プロセスに適用するこ
とができる。そして、光の反射率が高く、又散乱効果も
高いので、この材料からなる基板上に薄膜多結晶シリコ
ンを形成した場合に高性能な光起電力素子が形成できる
という特徴を有する。また、アルミナセラミックスの各
波長における反射率を測定した結果を図５に示す。この
図５に示すように、アルミナセラミックスは反射率が極
めて高く、特に長波長側での反射率が高い。従って、こ
のアルミナセラミックスを用いた基板３０を用いること
で、可視光及び赤外光においてより高性能な光起電力素
子が得られる。

【００５３】尚、上記した実施の形態では、高純度アル
ミナ原料粉に結合材、可塑剤等を混合したものを空間部
１３に注入するようにして、マスタ基板１０の表面の凹
凸を転写したが、アルミナ原料粉を空間部に入れ、プレ
ス成形して、アルミナ原料に、マスタ基板１０表面の凹
凸を転写した後、焼結して、アルミナセラミックスから
なる基板３０を形成してもよい。

【００５４】次に、高融点材料として高融点金属を用い
たこの発明の第３実施の形態につき図３を参照して説明
する。

【００５５】ガラス状カーボン或いはアルミナセラミッ
クスを用いた第１及び第２の実施の形態と同様に、表面
に光閉じ込め効果に適した凹凸部２を形成した単結晶シ
リコン基板１を形成する。続いて、マスタ基板１０の凹
凸形状を転写するわけであるが、高融点金属の融点は単
結晶シリコンよりも高いので、別のマスタ基板を必要と
する。そこで、この第３実施の形態においては、単結晶
シリコン基板からなるマスタ基板１０表面の凹凸形状を
上記した第１の実施の形態の方法を用いて、ガラス状カ
ーボンへ転写する。この表面に凹凸が転写されたガラス
状カーボンからなる基板をマスタ基板１０ａとして用い
る。ガラス状カーボンの融点は３０００℃以上あるの
で、溶融した高融点金属が注入されても凹凸形状に変化
はない。

【００５６】そして、図３に示すように、ガラス状カー
ボンからなるマスタ基板１０ａを下金型１１の所定の位
置にセットした後、上金型１２を被せる。この金型１
１、１２も溶融された高融点金属が注入されても溶解し
ないような材質、黒鉛系材料等で被覆している。そし
て、上金型１２とマスタ基板１０との間にできた空間部
１３にライナー（湯口）１４から溶融した金属を注ぐ。
ここでは、高融点金属としてタングステン（Ｗ）を用い
た。

【００５７】上金型１２とマスタ基板１０ａとの間にで
きた空間部１３にライナー（湯口）１４から溶融したタ
ングステン（Ｗ）を注入し、徐冷することにより、成形
体表面にマスタ基板１０ａの凹凸部２の形状を転写す
る。これにより、図５に示すように、表面に光閉じ込め
効果に適した凹凸部４０ａが形成された高融点金属から
なる光起電力素子用基板４０が得られる。この基板４０
の表面には、光閉じ込め効果に最適なシリコン単結晶基
板１に形成した凹凸部２の形状が転写されている。従っ
て、この基板４０を用いることにより、最適な光閉じ込
め効果が得られる。

【００５８】尚、上記した実施の形態では、溶融した高
融点金属を空間部１３に注入するようにしてマスタ基板
１０ａの表面の凹凸を転写したが、高融点金属からなる
基板を所定温度に加熱して、マスタ基板１０ａをプレス
してこの基板表面の凹凸を転写することにより基板４０
を形成してもよい。

【００５９】次に、この光起電力素子用基板を用いた光
起電力素子を図６に従い説明する。図６はガラス状カー
ボンからなる第１の実施の形態の光起電力素子用基板を
用いた光起電力素子を示す概略断面図である。

【００６０】この発明の光起電力素子は、表面に光閉じ
込め効果に最適な凹凸部２０ａを多数有するガラス状カ
ーボンからなる基板２０上に反射層２１として、タング
ステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属層２１ａ
とこの上に選択的に形成された酸化シリコン又は窒化シ
リコン膜からなるバッファ層２１ｂとが設けられる。こ
の反射層２１は、基板２０がガラス状カーボンで構成さ
れているため、その表面は黒くそのままの状態では基板
２０の凹凸面からの反射は十分でない。このためこの実
施の形態においては、反射層２１を設けている。この反
射層２１を設けることで、この上に設けられた光起電力
層へ光を十分に反射させることができる。この反射層２
１上に薄膜半導体層としてｐ型多結晶シリコン層２２
と、この上にｎ型多結晶シリコン層２３が順次設けられ
ている。このｎ型多結晶シリコン層２３上の全面にＩＴ
Ｏからなる受光面側電極２４が形成され、この受光面側
電極２４上に銀からなる櫛形集電極２５が形成されてい
る。また、基板２０は導電性を有するので、基板２０の
裏面にアルミニウムからなる裏面側電極２６が設けられ
ている。

【００６１】また、上記した構造によれば、ガラス状カ
ーボンからなる基板２０表面は高融点金属層２１ａに覆
われているので、ｐ型多結晶シリコン層２２を形成時
に、基板２０のカーボンがシリコン内に取り込まれるこ
とが無くなり、良好な多結晶シリコン膜が形成できる。

【００６２】更に、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜
からなるバッファ層２１ｂを設けているのは、高融点金
属層２１ａに直接多結晶シリコン膜を形成すると、界面
がシリサイド化し、反射率が落ちる。このため、シリサ
イド化を防止するためバッファ層２１ｂを設けている。
尚、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の膜厚を厚くす
ると、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜単体で反射層
を形成することも可能であり、この場合には、高融点金
属層は省略できる。即ち、基板２０とバッファ層２１ｂ
との界面における反射率は両者の屈折率及びバッファ層
２１ｂとの膜厚で決定されるので、バッファ層２１ｂの
膜厚を適宜調整することにより、高融点金属層２１ａを
省略してもある程度高い反射率を得ることができる。

【００６３】次に、この発明の光起電力素子の製造方法
を図７に従い説明する。まず、表面に光閉じ込め用の凹
凸部を転写したガラス状カーボンからなる基板２０の表
面に高融点金属層２１ａとして膜厚２０００オングスト
ロームのタングステン（Ｗ）をスパッタリング法により
形成する。このスパッタリングは、ターゲットとしてタ
ングステン（Ｗ）を用い、Ａｒ８ｓｃｃｍ、基板温度１
７０℃、圧力０．３Ｐａ、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ²の条
件で行った。

【００６４】続いて、この高融点金属層２１ａ上にメタ
ルマスクを用いて、膜厚２０００オングストローム程度
のシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなるバッファ
層２１ｂを部分的に形成する。シリコン酸化膜を用いる
場合には、スパッタ法により形成する。ターゲットとし
て酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を用い、Ａｒ１０ｓｃｃｍ
、基板温度２００℃、圧力０．４Ｐａ、ＲＦパワー
３．８Ｗ／ｃｍ²の条件で行った。また、シリコン窒
化膜を用いる場合には、ＲＦプラズマＣＶＤ法により形
成する。この時のプラズマ条件は、ＳｉＨ₄２ｓｃｃ
ｍ、ＮＨ₃２０ｓｃｃｍ、基板温度２５０℃、圧力２６
Ｐａ、ＲＦパワー４０ｍＷ／ｃｍ²である。

【００６５】次に、膜厚４μｍのｐ型多結晶シリコン膜
２２とその上に膜厚０．２μｍのｎ型多結晶シリコン膜
２３を熱ＣＶＤ法により形成し、ｐｎ接合を形成する。
条件は、Ｈ₂２５０ｓｃｃｍ、Ｓｉ₂Ｈ₆１０ｓｃｃ
ｍ、基板温度７００〜８００℃、圧力１０〜５０Ｐａ
で、ｐ型多結晶シリコン膜形成時にはｐ型ドーパントと
して、Ｂ₂Ｈ₆／Ｓｉ₂Ｈ₆を０．１〜１００ｐｐｍの
範囲で導入し、ｎ型多結晶シリコン膜形成時には、ｎ型
ドーパントとして、ＰＨ₃／Ｓｉ₂Ｈ₆を０．１〜１０
０ｐｐｍの範囲で導入する。

【００６６】その後、ｎ型多結晶シリコン２３上にＩＴ
Ｏからなる膜厚７００オングストロームの受光面電極２
４をスパッタ法で形成する。ターゲットとしてＩＴＯを
用い、スパッタリング条件は、Ａｒ８ｓｃｃｍ、２％Ｏ
₂／Ａｒ７ｓｃｃｍ、基板温度１７０℃、圧力０．６Ｐ
ａ、ＲＦパワー１．３Ｗ／ｃｍ²である。そして、真空
蒸着法により膜厚５０００オングストロームの銀からな
る櫛形集電極２５を形成する。また、基板２０の裏面側
に真空蒸着法により膜厚２μｍのアルミニウムからなる
裏面側電極２６を形成することにより、この発明の光起
電力素子が形成される。

【００６７】図８は、上記したこの発明による最適な凹
凸を転写したガラス状カーボンの基板を用いた光起電力
素子と、基板として凹凸を転写していないガラス状カー
ボンを用いた以外は本発明と同一構造の光起電力素子
（従来例）との収集効率を測定した結果を示す。また、
表１それぞれの特性を比較した結果を示す。尚、従来例
のガラス状カーボンは、パウダーを焼結して形成する時
に収縮により表面に数１０μｍ単位の自然にうねりが生
じているものを用いた。

【００６８】

【表１】

【００６９】図８及び表１から明らかなように、本発明
によれば、収集効率が１０％程度従来のものに比して向
上しており、これに伴い光起電力特性も向上しているこ
とが分かる。

【００７０】図９はアルミナセラミックスからなるこの
発明の第２の実施の形態にかかる光起電力素子用基板を
用いた光起電力素子を示す概略断面図である。

【００７１】この発明の光起電力素子は、表面に光閉じ
込め効果に最適な凹凸部を多数有するアルミナセラミッ
クスからなる基板３０上に、タングステン（Ｗ）、チタ
ン（Ｔｉ）等の高融点金属を櫛状に形成した集電極３１
と、更に基板３０と集電極３１の上に形成された酸化シ
リコンと窒化シリコン膜からなるバッファ層３２と、が
設けられる。このバッファ層３２の一部には孔部３２ａ
が穿ってあり、櫛状の集電極３１の一部が露出するよう
になっている。このバッファ層３２を設けることで、こ
の上に設けられる薄膜多結晶シリコン層３３、３４への
基板３０からの不純物の拡散が抑制され、薄膜多結晶シ
リコン層の品質の低下が防止される。又、櫛状の集電極
３１とすることで、アルミナセラミックスの高い反射率
を有効に利用でき、光起電力層へ光を十分に反射させる
ことができる。

【００７２】このバッファ層３２上に薄膜半導体層とし
てｐ型多結晶シリコン層３３と、この上にｎ型多結晶シ
リコン層３４が順次設けられている。このｎ型多結晶シ
リコン層３４上の全面にＩＴＯからなる受光面側電極３
５が形成され、この受光面側電極３５上に銀からなる櫛
形集電極３６が形成されている。

【００７３】また、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜か
らなるバッファ層３２を設けているのは、高融点金属か
らなる集電極３１に直接多結晶シリコン膜を形成する
と、界面がシリサイド化し反射率が落ちる。このため、
シリサイド化を防止するためバッファ層３２を設けてい
る。

【００７４】次に、この発明の光起電力素子の製造方法
を図１０に従い説明する。まず、表面に光閉じ込め用の
凹凸部を転写したアルミナセラミックスからなる基板３
０の表面に高融点金属からなる集電極３１をメタルマス
クを用いて形成する。集電極３１としては、膜厚５００
０オングストロームのタングステン（Ｗ）をスパッタリ
ング法により形成する。このスパッタリングは、ターゲ
ットとしてタングステン（Ｗ）を用い、Ａｒ８ｓｃｃ
ｍ、基板温度１７０℃、圧力０．３Ｐａ、ＲＦパワー２
Ｗ／ｃｍ²の条件で行った。

【００７５】続いて、この集電極３１上にメタルマスク
を用いて、膜厚５０００オングストローム程度のシリコ
ン酸化膜、続いて膜厚５０００オングストローム程度の
シリコン窒化膜を順次積層してバッファ層３２を部分的
に形成する。シリコン酸化膜は、スパッタ法により形成
する。ターゲットとして酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を用
い、Ａｒ１０ｓｃｃｍ、基板温度２００℃、圧力０．４
Ｐａ、ＲＦパワー３．８Ｗ／ｃｍ²の条件で行った。
また、シリコン窒化膜は、ＲＦプラズマＣＶＤ法により
形成する。この時のプラズマ条件は、ＳｉＨ₄２ｓｃｃ
ｍ、ＮＨ₃２０ｓｃｃｍ、基板温度２５０℃、圧力２６
Ｐａ、ＲＦパワー４０ｍＷ／ｃｍ²である。

【００７６】次に、膜厚４μｍのｐ型多結晶シリコン膜
３３とその上に膜厚０．２μｍのｎ型多結晶シリコン膜
３４を熱ＣＶＤ法により形成し、ｐｎ接合を形成する。
条件は、Ｈ₂２５０ｓｃｃｍ、Ｓｉ₂Ｈ₆１０ｓｃｃ
ｍ、基板温度７００〜８００℃、圧力１０〜５０Ｐａ
で、ｐ型多結晶シリコン膜形成時にはｐ型ドーパントと
して、Ｂ₂Ｈ₆／Ｓｉ₂Ｈ₆を０．１〜１００ｐｐｍの
範囲で導入し、ｎ型多結晶シリコン膜形成時には、ｎ型
ドーパントとして、ＰＨ₃／Ｓｉ₂Ｈ₆を０．１〜１０
０ｐｐｍの範囲で導入する。

【００７７】その後、ｎ型多結晶シリコン３４上にＩＴ
Ｏからなる膜厚７００オングストロームの受光面電極３
５をスパッタ法で形成する。ターゲットとしてＩＴＯを
用い、スパッタリング条件は、Ａｒ８ｓｃｃｍ、２％Ｏ
₂／Ａｒ７ｓｃｃｍ、基板温度１７０℃、圧力０．６Ｐ
ａ、ＲＦパワー１．３Ｗ／ｃｍ²である。そして、真空
蒸着法により膜厚５０００オングストロームの銀からな
る櫛形集電極３６を形成することにより、この発明の光
起電力素子が形成される。

【００７８】図１１は高融点金属であるタングステンか
らなるこの発明の第３の実施の形態にかかる光起電力素
子用基板を用いた光起電力素子を示す概略断面図であ
る。

【００７９】この発明の光起電力素子は、表面に光閉じ
込め効果に最適な凹凸部４０ａを多数有するタングステ
ン（Ｗ）からなる基板４０上に反射層４１として、タン
グステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の高融点金属層４１
ａとこの上に選択的に形成された酸化シリコン又は窒化
シリコン膜からなるバッファ層４１ｂとが設けられる。
この反射層４１は、基板４０のタングステンがガラス状
カーボンで構成されたマスタ基板を用いて形成されてい
るためカーボン等の不純物を含有するため、その上に形
成する薄膜多結晶シリコン層３２、３３への不純物の拡
散を抑制するためのものであり、且つ純度の高い金属層
とバッファ層４１ｂにより高い反射を維持して光起電力
層への光を十分に反射させるものである。この反射層４
１上に薄膜半導体層としてｐ型多結晶シリコン層４２
と、この上にｎ型多結晶シリコン層４３が順次設けられ
ている。このｎ型多結晶シリコン層４３上の全面にＩＴ
Ｏからなる受光面側電極４４が形成され、この受光面側
電極４４上に銀からなる櫛形集電極４５が形成されてい
る。

【００８０】ここで、シリコン酸化膜又はシリコン窒化
膜からなるバッファ層４１ｂを設けているのは、高融点
金属層４１ａに直接多結晶シリコン膜を形成すると、界
面がシリサイド化し、反射率が落ちる。このため、シリ
サイド化を防止するためバッファ層４１ｂを設けてい
る。

【００８１】次に、この発明の光起電力素子の製造方法
を図１２に従い説明する。まず、表面に光閉じ込め用の
凹凸部を転写したタングステンからなる基板４０の表面
に高融点金属層４１ａとして膜厚２０００オングストロ
ームのタングステン（Ｗ）をスパッタリング法により形
成する。このスパッタリングは、ターゲットとしてタン
グステン（Ｗ）を用い、Ａｒ８ｓｃｃｍ、基板温度１７
０℃、圧力０．３Ｐａ、ＲＦパワー２Ｗ／ｃｍ²の条件
で行った。

【００８２】続いて、この高融点金属層４１ａ上にメタ
ルマスクを用いて、膜厚２００オングストローム程度の
シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなるバッファ層
４１ｂを部分的に形成する。シリコン酸化膜を用いる場
合には、スパッタ法により形成する。ターゲットとして
酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を用い、Ａｒ１０ｓｃｃｍ、
基板温度２００℃、圧力０．４Ｐａ、ＲＦパワー３．８
Ｗ／ｃｍ²の条件で行った。また、シリコン窒化膜を用
いる場合には、ＲＦプラズマＣＶＤ法により形成する。
この時のプラズマ条件は、ＳｉＨ₄２ｓｃｃｍ、ＮＨ₃
２０ｓｃｃｍ、基板温度２５０℃、圧力２６Ｐａ、ＲＦ
パワー４０ｍＷ／ｃｍ²である。

【００８３】次に、膜厚４μｍのｐ型多結晶シリコン膜
４２とその上に膜厚０．２μｍのｎ型多結晶シリコン膜
４３を熱ＣＶＤ法により形成し、ｐｎ接合を形成する。
条件は、Ｈ₂２５０ｓｃｃｍ、Ｓｉ₂Ｈ₆１０ｓｃｃ
ｍ、基板温度７００〜８００℃、圧力１０〜５０Ｐａ
で、ｐ型多結晶シリコン膜形成時にはｐ型ドーパントと
して、Ｂ₂Ｈ₆／Ｓｉ₂Ｈ₆を０．１〜１００ｐｐｍの
範囲で導入し、ｎ型多結晶シリコン膜形成時には、ｎ型
ドーパントとして、ＰＨ₃／Ｓｉ₂Ｈ₆を０．１〜１０
０ｐｐｍの範囲で導入する。

【００８４】その後、ｎ型多結晶シリコン４３上にＩＴ
Ｏからなる膜厚７００オングストロームの受光面電極４
４をスパッタ法で形成する。ターゲットとしてＩＴＯを
用い、スパッタリング条件は、Ａｒ８ｓｃｃｍ、２％Ｏ
₂／Ａｒ７ｓｃｃｍ、基板温度１７０℃、圧力０．６Ｐ
ａ、ＲＦパワー１．３Ｗ／ｃｍ²である。そして、真空
蒸着法により膜厚５０００オングストロームの銀からな
る櫛形集電極４５を形成することにより、この発明の光
起電力素子が形成される。

【００８５】上述した各実施の形態においては、ｐ型多
結晶シリコン薄膜上にｎ型多結晶シリコン薄膜を積層し
た構造について説明したが、この発明は、反射層上にｎ
型多結晶シリコン膜を形成し、この上にｉ型非晶質又は
微結晶シリコンを介してｐ型非晶質又は微結晶シリコン
を積層したいわゆるＨＩＴ構造のものにも適用できる。
この時、基板の凹凸部は多結晶シリコン薄膜を積層した
構造と同じように形成したものが光閉じ込め効果が高
い。

【００８６】また、反射層上にｎ，ｉ，ｐの順で非晶質
シリコンを積層する構造でもよい。非晶質シリコンを用
いた場合には、基板の凹凸部は山と山の長さが０．１〜
１μｍ、好ましくは０．２〜０．５μｍのガラス基板上
に設けた酸化錫（ＳｎＯ₂）膜を凹凸化した形状を転
写したものを用いるとよい。ガラス基板上に凹凸化した
ＳｎＯ₂膜を形成するのは、常圧ＣＶＤ法により形成す
ることができる。形成条件としては、例えば、基板温度
５５０℃で、四塩化錫１ｇ／分、弗化水素酸を５ｇ／
分、酸素１０ｇ／分を反応炉へと導入して堆積させる。
四塩化錫、弗化水素酸は液体であるので、それぞれ窒素
ガス（トータル２０リットル／分）によりバブリングし
て反応炉へ導入する。このような条件下で堆積した酸化
錫は深さ１０００〜１５００オングストローム程度の凸
部が全面に形成される。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光閉じ込めに効果に最適な光起電力素子用基板を安
価に提供することができる。

【００８８】また、この発明の基板を用いることで、光
閉じ込め効果に優れ、変換効率を向上させた光起電力素
子を安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マスタ基板として用いられる表面に光閉じ込め
用凹凸が形成された単結晶シリコン基板を示す斜視図で
ある。

【図２】マスタ基板として用いられる表面に光閉じ込め
用凹凸が形成された単結晶シリコン基板を示す斜視図で
ある。

【図３】この発明の光起電力素子用基板の製造方法を説
明するための概略断面図である。

【図４】この発明の光起電力素子用基板を示す概略断面
図である。

【図５】各波長におけるアルミナセラミックスの反射率
を示す特性図である。

【図６】この発明の第１の実施の形態にかかる光起電力
用素子基板を用いた光起電力素子を示す断面図である。

【図７】この発明の光起電力素子の製造方法を工程別に
示す断面図である。

【図８】この発明の光起電力素子と従来の光起電力素子
の収集効率を測定した結果を示す図である。

【図９】この発明の第２の実施の形態にかかる光起電力
用素子基板を用いた光起電力素子を示す断面図である。

【図１０】この発明の光起電力素子の製造方法を工程別
に示す断面図である。

【図１１】この発明の第２の実施の形態にかかる光起電
力用素子基板を用いた光起電力素子を示す断面図であ
る。

【図１２】この発明の光起電力素子の製造方法を工程別
に示す断面図である。

【符号の説明】

２０光起電力素子用基板２０ａ凹凸部２１反射層２１ａ高融点金属層２１ｂバッファ層２２ｐ型多結晶シリコン層２３ｎ型多結晶シリコン層２４受光面側電極２５櫛形集電極２６裏面側電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に光閉じ込め用の凹凸が形成された
マスタ基板の表面形状が表面に転写されたことを特徴と
する光起電力素子用基板。
【請求項２】上記転写される基板は、高融点材料から
なることを特徴とする請求項１に記載の光起電力素子用
基板。
【請求項３】上記高融点材料は、ガラス状カーボンま
たはセラミックス或いは高融点金属からなることを特徴
とする請求項２に記載の光起電力素子用基板。
【請求項４】上記セラミックスはアルミナであること
を特徴とする請求項３に記載の光起電力素子用基板。
【請求項５】光閉じ込め用凹凸を表面に形成したマス
タ基板を成形金型とし、この光閉じ込め用凹凸を基板表
面に転写して光起電力素子用基板を形成することを特徴
とする光起電力素子用基板の製造方法。
【請求項６】光閉じ込め用凹凸を樹脂層表面に転写し
た後、加熱焼成して炭化し、ガラス状カーボンからなる
光起電力素子用基板を形成することを特徴とする請求項
５に記載の光起電力素子用基板の製造方法。
【請求項７】光閉じ込め用凹凸をセラミックスシート
表面に転写した後、焼結し、セラミックスからなる光起
電力素子用基板を形成することを特徴とする請求項５に
記載の光起電力素子用基板の製造方法。
【請求項８】光閉じ込め用凹凸を溶融金属表面に転写
しつつ冷却固化させ、高融点金属からなる光起電力素子
用基板を形成することを特徴とする請求項５に記載の光
起電力素子用基板の製造方法。
【請求項９】請求項１ないし４のいずれかに記載の光
起電力素子用基板上に光起電力層となる薄膜半導体層が
形成されていることを特徴とする光起電力素子。
【請求項１０】上記基板がガラス状カーボンからな
り、この基板と薄膜半導体層との間に反射層を介挿した
ことを特徴とする請求項９に記載の光起電力素子。
【請求項１１】上記反射層が、高融点金属層からなる
ことを特徴とする請求項１０に記載の光起電力素子。
【請求項１２】上記高融点金属層と上記薄膜半導体層
との間に、この薄膜半導体層よりも小さい屈折率を有す
る材料からなるバッファ層が選択的に設けられたことを
特徴とする請求項１１に記載の光起電力素子。
【請求項１３】上記基板がアルミナセラミックスから
なり、この基板と上記薄膜半導体層との間に電極層が選
択的に設けられていることを特徴とする請求項９に記載
の光起電力素子。
【請求項１４】上記電極層上に透光性を有する不純物
拡散防止層を備えたことを特徴とする請求項１３に記載
の光起電力素子。
【請求項１５】上記基板が高融点金属層からなり、こ
の基板と上記薄膜半導体層との間に、薄膜半導体層より
も小さい屈折率を有する材料からなるバッファ層が選択
的に設けられたことを特徴とする請求項９に記載の光起
電力素子。
【請求項１６】上記薄膜半導体層は多結晶半導体膜か
らなることを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか
に記載の光起電力素子。
【請求項１７】上記薄膜半導体層は、一導電型の多結
晶半導体層上に非晶質或いは微結晶半導体層を介して多
導電型の非晶質半導体層が形成されてなることを特徴と
する請求項９ないし１５のいずれかに記載の光起電力素
子。
【請求項１８】上記薄膜半導体層は非晶質半導体膜か
らなることを特徴とする請求項９ないし１５のいずれか
に記載の光起電力素子。