JP2675174B2 - Solar cell manufacturing method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は太陽電池の製造方法に関し、特にエネルギー
変換効率が良好な太陽電池を製造するための方法に関す
る。The present invention relates to a method for manufacturing a solar cell, and more particularly to a method for manufacturing a solar cell having good energy conversion efficiency.
従来より、各種機器において、駆動エネルギー源とし
て太陽電池が利用されている。この太陽電池は機能部分
にpn接合を用いており、該pn接合を構成する半導体とし
ては一般にシリコンが用いられている。光エネルギーを
起電力に変換する効率の点からは、単結晶シリコンを用
いるのが好ましいが、大面積化および低コスト化の点か
らはアモルファスシリコンが有利とされている。Conventionally, a solar cell has been used as a driving energy source in various devices. This solar cell uses a pn junction in the functional portion, and silicon is generally used as a semiconductor forming the pn junction. From the viewpoint of the efficiency of converting light energy into electromotive force, it is preferable to use single crystal silicon, but from the viewpoint of increasing the area and reducing the cost, amorphous silicon is advantageous.
近年においては、アモルファスシリコンなみの低コス
トと単結晶なみの高エネルギー変換効率とを得る目的で
多結晶シリコンの使用が検討されている。ところが、従
来提案されている方法では塊状の多結晶をスライスして
板状体としていたために薄板化が困難であり、従って光
量を吸収するのに充分な膜厚以上の厚さとなり、この点
でエネルギー変換効率が充分でなかった。In recent years, the use of polycrystalline silicon has been studied for the purpose of obtaining low cost as amorphous silicon and high energy conversion efficiency as single crystal. However, in the conventionally proposed method, it is difficult to make a thin plate by slicing a lumpy polycrystal into a plate, and therefore, the thickness is not less than a film thickness sufficient to absorb the amount of light. The energy conversion efficiency was not sufficient.
そこで、化学的気相成長法(CVD)等の薄膜形成技術
を用いて多結晶シリコンの薄膜を形成する試みがなされ
ているが、結晶粒径が百分の数ミクロン程度にしかなら
ず、塊状多結晶シリコンスライス法の場合に比べてもエ
ネルギー変換効率は劣っている。Therefore, attempts have been made to form a thin film of polycrystalline silicon by using a thin film forming technique such as chemical vapor deposition (CVD), but the crystal grain size is only about a few hundredths of a micron, and the bulk polycrystalline The energy conversion efficiency is inferior to the case of the silicon slice method.
また、上記CVD法により形成した多結晶シリコン薄膜
にレーザ光を照射し溶融再結晶化させて結晶粒径を大き
くするという試みもなされているが、低コスト化が充分
でなく、安定した製造が困難である。Further, attempts have been made to increase the crystal grain size by irradiating the polycrystalline silicon thin film formed by the CVD method with a laser beam to melt and recrystallize the thin film, but cost reduction is not sufficient, and stable production is possible. Have difficulty.
更に、上記CVD法においては薄膜作製プロセス温度が6
00℃から1000℃程度まで及ぶため、太陽電池内の接合面
を介してのドーパントの拡散によ太陽電池特性の悪化を
招く。また更には、基体として低コストの金属基体を使
用すると、高温でシリサイドを形成し表面準位ができて
太陽電池特性が悪化してしまうので、SiOやSiNの等の高
価な基体を使わざるをえず製造コストが高くならざるを
えない。Furthermore, in the above CVD method, the thin film manufacturing process temperature is 6
Since the temperature ranges from 00 ° C to 1000 ° C, the characteristics of the solar cell are deteriorated due to the diffusion of the dopant through the junction surface in the solar cell. Furthermore, if a low-cost metal substrate is used as the substrate, silicide will be formed at high temperatures and surface levels will be created, degrading the solar cell characteristics, so expensive substrates such as SiO and SiN must be used. First of all, the manufacturing cost must be high.
そこで、安価な金属基体上に薄膜多結晶を形成可能に
する事を目的として、溶融したシリコンを、直接、基体
上に推積する方法(回転法および横引き法)により約10
0μm〜30μmの多結晶シリコン薄膜が作成されている
が、製造プロセスで不純物の影響が強く、良好な太陽電
池はできていないのが実状である。Therefore, for the purpose of making it possible to form a thin film polycrystal on an inexpensive metal substrate, the molten silicon is directly deposited on the substrate by a method (rotation method and horizontal pulling method) of about 10
Although a polycrystalline silicon thin film having a thickness of 0 μm to 30 μm has been formed, the fact is that a good solar cell has not been produced due to the strong influence of impurities in the manufacturing process.
一方、薄膜作製プロセス温度の低温化による高品質化
の提案が特開昭62−241326号公報に開示されている。こ
の堆積膜形成方法は、シリコン原子とハロゲンを含む化
合物を分解して得られる活性種(A)と該活性種(A)
と化学相互作用し得る活性種(B)とを各々別々に成膜
空間に導入して化学反応により該成膜空間に設置された
基体上に堆積膜を形成する堆積膜形成方法である。この
方法により200℃〜300℃程度での堆積膜形成が可能とな
り、高温プロセスにおいて懸案となっていた問題点、即
ち、ドーパントの接合面を介しての相互拡散の問題は解
決されつつある。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-241326 discloses a proposal for improving the quality by lowering the thin film manufacturing process temperature. This method of forming a deposited film is the same as the active species (A) obtained by decomposing a compound containing a silicon atom and a halogen, and the active species (A).
And the activated species (B) capable of chemically interacting with each other are separately introduced into the film formation space to form a deposited film on the substrate provided in the film formation space by a chemical reaction. By this method, a deposited film can be formed at about 200 ° C. to 300 ° C., and a problem that has been a problem in a high temperature process, that is, a problem of interdiffusion of dopants through a bonding surface is being solved.
しかし、この気相成長による半導体層の作製において
は、良好な結晶性を得るためには、基体材料として、同
種(ホモエピタキシャル成長)か、又は異種(ヘテロエ
ピタキシャル成長)でも格子定数の近い結晶基体を用
い、これを結晶成長のSeed基体として使っている。した
がって、この堆積膜形成方法により太陽電池を作製する
には、高価な単結晶基体を用いる必要があり、単なる金
属基体を使用した場合には良好な結晶性太陽電池は得ら
れない。これが太陽電池の製造コストを高くする原因の
1つとなっていた。However, in the production of a semiconductor layer by vapor phase growth, in order to obtain good crystallinity, a crystalline base material of the same type (homoepitaxial growth) or a different type (heteroepitaxial growth) with a close lattice constant is used as the base material. , This is used as a Seed substrate for crystal growth. Therefore, in order to manufacture a solar cell by this deposited film forming method, it is necessary to use an expensive single crystal substrate, and if a simple metal substrate is used, a good crystalline solar cell cannot be obtained. This has been one of the causes for increasing the manufacturing cost of solar cells.
また、シリコン多結晶電極基体の製造方法において
も、蒸着、スパッタ等の方法があるが、基体に溶融シリ
コンを直接接触させ急冷させる方法と比べると、成膜速
度の面で大幅に劣るため、生産速度による基体製造コス
トの増加はまぬがれないのが実状である。In addition, there are methods such as vapor deposition and sputtering in the method for manufacturing the silicon polycrystalline electrode substrate, but the film forming rate is significantly inferior to the method in which molten silicon is directly contacted with the substrate and rapidly cooled. In reality, the increase in substrate manufacturing cost due to speed cannot be avoided.
本発明の目的は、良好な結晶成長が可能であり且つ製
造コストが低減化された製造方法であって、結晶性やエ
ネルギー変換効率などの特性が良好であり実用的な太陽
電池を安定して製造できる方法を提供することにある。An object of the present invention is a manufacturing method capable of good crystal growth and having a reduced manufacturing cost, which has good characteristics such as crystallinity and energy conversion efficiency, and can be used for stable practical solar cells. It is to provide a method that can be manufactured.
本発明は、ケイ素とハロゲンを含む化合物を分解して
得られる活性種(A)と該活性種(A)と化学相互作用
し得る活性種(B)とを各々別々に成膜空間に導入して
化学反応により該成膜空間に設置された基体上に堆積膜
を形成する工程を有する太陽電池の製造方法において、 前記基体として、金属基体または高融点金属でコート
された金属基体の上に、ドーピング材と溶融したシリコ
ンを、回転法または横引き法により成長させた多結晶シ
リコン層を形成し、加熱処理を行なって得たシリコン多
結晶電極層を有する基体を使用することを特徴とする太
陽電池の製造方法である。In the present invention, an active species (A) obtained by decomposing a compound containing silicon and halogen and an active species (B) capable of chemically interacting with the active species (A) are separately introduced into a film formation space. In a method for manufacturing a solar cell, which comprises a step of forming a deposited film on a substrate placed in the film formation space by a chemical reaction, a metal substrate or a metal substrate coated with a refractory metal is used as the substrate, A solar cell characterized by using a substrate having a silicon polycrystal electrode layer obtained by forming a polycrystal silicon layer by growing a doping material and molten silicon by a rotating method or a horizontal pulling method, and carrying out a heat treatment. It is a method of manufacturing a battery.
まず、本発明に使用する基体(シリコン多結晶電極基
体)を得るための一態様である。回転法について詳細に
説明する。First, one mode for obtaining a substrate (silicon polycrystalline electrode substrate) used in the present invention. The rotation method will be described in detail.
この回転法は、例えば、金属基体または高融点金属で
コートされた金属基体を高速で回転させその上に溶融シ
リコンを適量づつ滴下し、遠心力により基体上に薄く広
げ且つ結晶化させる方法である。この結晶は高速で回転
している基体表面から上部へ向って成長してコラムナ構
造となる。なお、本発明において金属基体や高融点金属
に特に限定は無いが、金属基体としては、SUS材、Fe等
が挙げられ、高融点金属としては、Cr、W、Mo等が挙げ
られる。This rotation method is, for example, a method in which a metal substrate or a metal substrate coated with a high melting point metal is rotated at a high speed, molten silicon is dropped in an appropriate amount onto the metal substrate, and it is spread thinly and crystallized on the substrate by centrifugal force. . This crystal grows upward from the surface of the substrate rotating at high speed to form a columnar structure. In the present invention, the metal substrate and the refractory metal are not particularly limited, but examples of the metal substrate include SUS material, Fe and the like, and examples of the refractory metal include Cr, W, Mo and the like.
この回転法を行なう際に、金属基体あるいは高融点金
属コーティング基体とシリコンとの密着性向上を目的と
して、基体加熱、超音波振動またはその加熱と振動とを
組合わせて行なうことも効果的である。また、この回転
法で滴下する溶融シリコンの量は、所望の膜厚に応じて
適宜決定すればよい。毎分1000回転程度の回転速度にす
ると約30〜20μmの多結晶が形成可能であり、この多結
晶膜は電極として利用するのに充分である。更に、回転
速度の調整では薄膜化も可能である。When performing this rotation method, it is also effective to perform heating of the substrate, ultrasonic vibration or a combination of heating and vibration for the purpose of improving the adhesion between the metal substrate or the refractory metal coating substrate and silicon. . Further, the amount of molten silicon dropped by this rotation method may be appropriately determined according to the desired film thickness. At a rotation speed of about 1000 revolutions per minute, a polycrystal of about 30 to 20 μm can be formed, and this polycrystal film is sufficient for use as an electrode. Furthermore, it is possible to reduce the film thickness by adjusting the rotation speed.
次に、本発明に使用するシリコン多結晶電極基体を得
る方法の他の態様である、横引き法について詳細に説明
する。Next, the horizontal drawing method, which is another embodiment of the method for obtaining the silicon polycrystalline electrode substrate used in the present invention, will be described in detail.
この横引き法は、例えば、ノズルの中に金属基体また
は高融点金属でコートされた金属基体を挿入し、ノズル
の中で基体上にシリコン結晶を成長させながら連続的に
横引きする方法である。この結晶は基体の表面からノズ
ル上面に向って成長してコラムナ構造となる。This horizontal pulling method is, for example, a method of inserting a metal base or a metal base coated with a refractory metal into a nozzle and continuously horizontal pulling while growing a silicon crystal on the base in the nozzle. . This crystal grows from the surface of the substrate toward the upper surface of the nozzle to form a columnar structure.
上述した回転法または横引き法によって基体上に形成
したシリコン多結晶層に不純物を導入すれば、シリコン
多結晶層の薄膜方向抵抗率は大幅に下がり、電極として
十分に機能できるものになる。本発明においては、この
不純物から成るドーピング材を、シリコン多結晶層を形
成する前にあらかじめ金属基体等の上に設けるか、ある
いはシリコン多結晶層を形成した後その上にドーピング
材を形成し、加熱処理を行なうことによってシリコン多
結晶に不純物を導入し、シリコン多結晶電極基体を得
る。不純物導入法としては、プロセスの低温化が図りや
すい固相エピタキシ法や光化学形成法が望ましい。この
方法は、通常、Al等のドーパントでP形Si層を作る方法
であり、厚いSiウェハー上でこの方法を用いるとn−P
接合ができるが、薄膜シリコン上でやることによりP−
Siを作る方法であり、この不純物としては、Al、Cr等が
代表例として挙げられる。この不純物導入の為の熱処理
温度は400℃以上が望ましく、400℃〜600℃が好ましく4
00℃〜500℃がより好ましく、熱処理時間は2時間程度
が望ましい。If impurities are introduced into the silicon polycrystal layer formed on the substrate by the above-mentioned rotation method or horizontal pulling method, the resistivity of the silicon polycrystal layer in the thin film direction is significantly reduced, and the silicon polycrystal layer can sufficiently function as an electrode. In the present invention, a doping material composed of this impurity is provided in advance on the metal substrate or the like before forming the silicon polycrystal layer, or after forming the silicon polycrystal layer, the doping material is formed thereon, Impurities are introduced into the silicon polycrystal by heat treatment to obtain a silicon polycrystal electrode substrate. As the impurity introduction method, a solid phase epitaxy method or a photochemical formation method, which can easily lower the temperature of the process, is desirable. This method is usually a method of forming a P-type Si layer with a dopant such as Al, and when this method is used on a thick Si wafer, n-P
Bonding is possible, but P-
This is a method for producing Si, and typical examples of the impurities include Al and Cr. The heat treatment temperature for introducing this impurity is preferably 400 ° C or higher, and preferably 400 ° C to 600 ° C.
The temperature is more preferably 00 ° C to 500 ° C, and the heat treatment time is preferably about 2 hours.
上述のようにして得たシリコン多結晶電極基体の上
に、第1の導電型の半導体の実質的単結晶層および第2
の導電型の半導体の実質的単結晶層を形成することによ
って、太陽電池を得ることができる。第1の導電型の半
導体層は、周囲の結晶方位が同一であるように形成さ
れ、第2の導電型の半導体層は、その第1半導体層の上
に、周囲の結晶方位が同一であるように形成される。以
下、この工程について詳細に説明する。On the silicon polycrystalline electrode substrate obtained as described above, a substantially single crystal layer of a semiconductor of the first conductivity type and a second
A solar cell can be obtained by forming a substantially single crystal layer of a conductive type semiconductor. The first-conductivity-type semiconductor layer is formed so that the surrounding crystal orientations are the same, and the second-conductivity-type semiconductor layer is on the first semiconductor layer and has the same peripheral crystal orientation. Is formed as. Hereinafter, this step will be described in detail.
本発明の製造方法においては、上述の第1および第2
半導体層を形成するための堆積膜形成法として、ケイ素
とハロゲンを含む化合物を分解して得られる活性種
(A)と、該活性種(A)と化学相互作用し得る活性種
(B)とを各々別々に成膜空間に導入して、化学反応に
より該成膜空間に設置された基体上に堆積膜を形成する
方法を採用する。この堆積膜形成法において、ケイ素と
ハロゲンを含む化合物は、成膜空間とは異なる活性化空
間(a)で活性化エネルギーが与えられて分解し活性種
(A)を生成する。また、活性種(B)も成膜空間とは
異なる活性化空間(b)で生成させる。そして成膜空間
において、この活性種(A)と活性種(B)との共存下
で化学的相互作用を生起させて堆積膜を形成する。した
がって、成膜空間でプラズマ等を生起させる必要は無
く、堆積膜はプラズマや生成イオン等によるスパッタリ
ングや電子等の悪影響を受けない。更には、成膜空間の
雰囲気温度、基体温度を所望に従って任意に制御するこ
とによってより安定したCVD法とすることができる。ま
た、ここで、あらかじめ成膜空間とは異なる活性化空間
に於いて活性化された活性種を使うので、成膜速度を飛
躍的に伸ばしたり、また堆積膜形成の際の基体温度も一
層の低温化を図ることが可能である。本発明において
は、先に述べた特別な方法により得たシリコン多結晶電
極基体を、このような特別なCVD法に対して使用するこ
とによって、両者の各利点が相乗の作用を奏し、結果と
して機能、コスト等の面で非常に優れた太陽電池が得ら
れることとなる。言い換えるならば、上述した一連の工
程の組合せは太陽電池の製法として非常に適した製造方
法である。In the manufacturing method of the present invention, the above-mentioned first and second
As a deposited film forming method for forming a semiconductor layer, an active species (A) obtained by decomposing a compound containing silicon and halogen, and an active species (B) capable of chemically interacting with the active species (A). Is separately introduced into the film forming space, and a deposited film is formed on the substrate placed in the film forming space by a chemical reaction. In this deposited film forming method, the compound containing silicon and halogen is decomposed by being supplied with activation energy in an activation space (a) different from the film formation space and decomposed to generate active species (A). Further, the active species (B) is also generated in the activation space (b) different from the film formation space. Then, in the film formation space, a chemical interaction is caused in the coexistence of the active species (A) and the active species (B) to form a deposited film. Therefore, it is not necessary to generate plasma or the like in the film formation space, and the deposited film is not adversely affected by sputtering or electrons due to plasma or generated ions. Furthermore, a more stable CVD method can be achieved by controlling the atmospheric temperature of the film formation space and the substrate temperature as desired. In addition, here, since the active species previously activated in the activation space different from the film formation space is used, the film formation speed is dramatically increased, and the substrate temperature during the formation of the deposited film is further improved. It is possible to reduce the temperature. In the present invention, by using the silicon polycrystalline electrode substrate obtained by the above-mentioned special method for such a special CVD method, the respective advantages of the both have a synergistic effect, and as a result, It is possible to obtain a solar cell that is extremely excellent in terms of function, cost, and the like. In other words, the combination of the series of steps described above is a very suitable manufacturing method for manufacturing a solar cell.
成膜空間に導入される活性種(A)は生産性及び取扱
い易さなどの点から、その寿命が0.1秒以上、より好ま
しくは1秒以上、最適には10秒以上あるものが所望に従
って選択されて使用される。The active species (A) introduced into the film formation space has a life of 0.1 seconds or more, more preferably 1 second or more, and most preferably 10 seconds or more, selected from the viewpoints of productivity and ease of handling. Has been used.
活性種(A)を生成させるためのケイ素とハロゲンを
含む化合物としては、例えば、鎖状または環状シラン化
合物の水素原子の一部または全部をハロゲン原子で置換
した化合物等が用いられる。具体的には、例えば、SiuY
2U+2(uは1以上の整数、YはF、Cl、Br及びIから成
る群より選択される少なくとも一種の元素を表わす。)
で示される鎖状ハロゲン化ケイ素、SivY2V(vは3以上
の正数、Yは前述と同様。)で示される環状ハロゲン化
ケイ素、SiUHxYy(u及びYは前述と同じ意味を有す
る。x+y=2u又は2u+2である。)で示される鎖状又
は環状化合物などが挙げられる。より具体的には、例え
ば、SiF4、(SiF2)5、(SiF2)6、(SiF2)4、SiF2
F6、Si3F8、SiHF3、SiH2F2、SiCl4、(SiCl2)5、SiBr
4、(SiBr2)5、Si2Cl6、Si2Br6、SiHl3、SiH3Cl、SiH
2Cl2、SiHBr3、SiH3、Si2Cl3F3などのガス状態の又は容
易にガス化し得る化合物が挙げられる。As the compound containing silicon and halogen for generating the active species (A), for example, a compound obtained by substituting a part or all of hydrogen atoms of a chain or cyclic silane compound with a halogen atom is used. Specifically, for example, Si u Y
2U + 2 (u represents an integer of 1 or more, Y represents at least one element selected from the group consisting of F, Cl, Br and I)
A chain silicon halide represented by Si v Y 2V (v is a positive number of 3 or more, Y is the same as above), and Si U H x Y y (u and Y are as described above). Which have the same meaning, x + y = 2u or 2u + 2), and the like. More specifically, for example, SiF 4 , (SiF 2 ) 5 , (SiF 2 ) 6 , (SiF 2 ) 4 , SiF 2
F 6, Si 3 F 8, SiHF 3, SiH 2 F 2, SiCl 4, (SiCl 2) 5, SiBr
4 , (SiBr 2 ) 5 , Si 2 Cl 6 , Si 2 Br 6 , SiHl 3 , SiH 3 Cl, SiH
Examples thereof include compounds in a gas state or easily gasifiable such as 2 Cl 2 , SiHBr 3 , SiH 3 , and Si 2 Cl 3 F 3 .
活性種(A)を生成させる際に、ケイ素とハロゲンを
含む化合物に加えて、必要に応じてケイ素単体や他のケ
イ素化合物、水素、ハロゲン化合物(例えばF2ガス、Cl
2ガス、ガス化したBr2、I2等)などを併用することがで
きる。When generating the active species (A), in addition to the compound containing silicon and halogen, if necessary, elemental silicon or another silicon compound, hydrogen, a halogen compound (for example, F 2 gas, Cl
2 gas, gasified Br 2 , I 2 etc.) can be used together.
活性化空間(a)で活性種(A)を生成させる方法と
しては、各々の条件、装置を考慮して、マイクロ波、R
F、低周波、DC等の電気エネルギー、ヒータ加熱、赤外
線加熱等による熱エネルギー、光エネルギーなどの活性
化エネルギーが使用される。As a method for generating the active species (A) in the activation space (a), microwave, R
Electric energy such as F, low frequency, DC, etc., heat energy by heater heating, infrared heating, etc., and activation energy such as light energy are used.
活性種(B)を生成させるための化学物質としては、
水素ガス及び/又はハロゲンガス(例えばF2ガス、Cl2
ガス、ガス化したBr2、I2等)が有利に用いられる。ま
た、これらの成膜用の化合物質に加えて、例えばヘリウ
ム、アルゴン、ネオン等の不活性ガスを用いることがで
きる。これらの化学物質の複数を用いる場合には、予め
混合して活性化空間(b)内にガス状態で導入すること
もできるし、あるいはこれらの化学物質をガス状態で夫
々独立した供給源から各個別に活性化空間(b)に導入
することもできるし、又夫々独立の活性化空間に導入し
て、夫々個別に活性化することも出来る。As the chemical substance for generating the active species (B),
Hydrogen gas and / or halogen gas (eg F 2 gas, Cl 2
Gas, gasified Br 2 , I 2 etc.) are advantageously used. In addition to these compounds for film formation, an inert gas such as helium, argon or neon can be used. When a plurality of these chemical substances are used, they can be mixed in advance and introduced into the activation space (b) in a gas state, or these chemical substances can be introduced in a gas state from respective independent sources. They can be individually introduced into the activation space (b), or they can be introduced into independent activation spaces and activated individually.
本発明において、成膜空間に導入される前記活性種
(A)と前記活性種(B)との量の割合は、成膜条件、
活性種の種類などで適宜所望に従って決められるが、好
ましくは10:1〜1:10(導入流量比)であり、より好まし
くは8:2〜4:6である。In the present invention, the ratio of the amount of the active species (A) and the amount of the active species (B) introduced into the film forming space depends on the film forming conditions,
The type of active species and the like are appropriately determined as desired, but the ratio is preferably 10: 1 to 1:10 (introduction flow rate ratio), and more preferably 8: 2 to 4: 6.
上述の方法により形成される堆積膜は、成膜中又は成
膜後に所謂半導体分野で云う不純物元素でドーピングす
ることが可能である。使用する不純物元素としては、p
型不純物として、周期律表第III族Aの元素、例えば、
B、Al、Ga、In、Tl等が好適なものとして挙げられ、n
型不純物としては、周期律表第V族Aの元素、例えば
P、As、Sb、Bi等が好適なものとして挙げられる。特に
B、Ga、P、Sb等が最適である。ドーピングされる不純
物の量は、所望される電気的・光学的特性に応じて適宜
決定される。The deposited film formed by the above method can be doped with an impurity element in the so-called semiconductor field during or after film formation. The impurity element used is p
As a type impurity, an element of Group IIIA of the periodic table, for example,
B, Al, Ga, In, Tl and the like are preferred, and n
As the type impurities, elements of Group V group A of the periodic table, for example, P, As, Sb, Bi and the like can be preferably mentioned. Particularly, B, Ga, P, Sb, etc. are most suitable. The amount of the impurity to be doped is appropriately determined according to the desired electrical and optical characteristics.
かかる不純物元素を成分として含む物質(不純物導入
用物質)としては、常温常圧でガス状態であるか、ある
いは少なくとも活性化条件下で気体であり、適宜の気化
装置で容易に気化し得る化合物を選択するのが好まし
い。このような化合物としては、PH3、P2H4、PF3、P
F5、PCl3、AsH3、AsF3、AsF5、AsCl3、SbH3、SbF5、SiH
3、BF3、BCl3、BBr3、B2H6、B4H10、B5H9、B5H11、B6H
10、B6H12、AlCl3等を挙げることができる。不純物元素
を含む化合物は1種用いても2種以上併用してもよい。As the substance containing such an impurity element as a component (impurity introducing substance), a compound which is in a gas state at normal temperature and normal pressure or is a gas at least under activation conditions and which can be easily vaporized by an appropriate vaporizer is used. It is preferable to select it. Such compounds include PH 3 , P 2 H 4 , PF 3 and P
F 5 , PCl 3 , AsH 3 , AsF 3 , AsF 5 , AsCl 3 , SbH 3 , SbF 5 , SiH
3, BF 3, BCl 3, BBr 3, B 2 H 6, B 4 H 10, B 5 H 9, B 5 H 11, B 6 H
10 , B 6 H 12 , AlCl 3 and the like can be mentioned. The compound containing an impurity element may be used alone or in combination of two or more.
不純物元素を成分として含む化合物は、ガス状態で直
接成膜空間内に導入しても差支えないし、或いは、予め
活性化空間(a)乃至活性化空間(b)、又は第3の活
性化空間(c)で活性化してその後、成膜空間に導入す
ることも出来る。The compound containing an impurity element as a component may be directly introduced into the film formation space in a gas state, or in advance, the activation space (a) to the activation space (b), or the third activation space ( It can also be activated in c) and then introduced into the film formation space.
なお、本発明でいう「活性種」とは、堆積膜の原料と
なり得る物のみならず、堆積膜の原料となり得る物と化
学的相互作用を起して、例えばエネルギーを与えたり化
学的に反応したりして、その物を堆積膜形成可能な状態
にする役目を荷うものをも含む意味である。従って、活
性種は、堆積膜の構成要素を含んでいても、含んでいな
くても良い。The term “active species” as used in the present invention means not only a substance that can be a raw material of a deposited film but also a chemical interaction with a substance that can be a raw material of a deposited film, for example, giving energy or chemically reacting. It is also meant to include a substance that plays a role of making the substance into a state capable of forming a deposited film. Therefore, the active species may or may not include the constituents of the deposited film.
次に、本発明の太陽電池の製造方法を実施例により説
明する。Next, a method for manufacturing the solar cell of the present invention will be described with reference to examples.
第1図は、本実施例において作製する太陽電池の構成
の概略図である。本実施例において、101はSUS基体、10
2はAlとシリコン多結晶層の加熱処理により形成された
P型シリコン多結晶電極、103は第1の導電層でn-シリ
コン結晶層、104は第2の導電層でP+シリコン結晶層、1
05は透明導電層、106は集電電極である。FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of the solar cell manufactured in this example. In this embodiment, 101 is a SUS substrate, 10
2 is a P-type silicon polycrystal electrode formed by heat treatment of Al and a silicon polycrystal layer, 103 is a first conductive layer, which is an n - silicon crystal layer, 104 is a second conductive layer, which is a P + silicon crystal layer, 1
Reference numeral 05 is a transparent conductive layer, and 106 is a collector electrode.
実施例1 (シリコン多結晶電極基体の作製) 第2図は、本実施例では使用した装置の略図である。
同図において201はるつぼ、202は加熱用高周波コイル、
203は溶融シリコン、204は溶融シリコン203の噴霧によ
り堆積した多結晶シリコン、205はドーピング用不純物
としてあらかじめ電子ビーム蒸着法により蒸着しておい
たAl層、206はSUS−316材から成る基体、207は基体加熱
用のヒーターを設置した基体支持体、208は前記基体回
転用軸、209は基体回転用の超高速モーター、210は回転
軸を通して前記基体に超音波振動を伝えるための超音波
振動ユニットである。Example 1 (Production of Silicon Polycrystalline Electrode Substrate) FIG. 2 is a schematic view of the apparatus used in this example.
In the figure, 201 is a crucible, 202 is a high-frequency coil for heating,
203 is molten silicon, 204 is polycrystalline silicon deposited by spraying molten silicon 203, 205 is an Al layer previously deposited by an electron beam evaporation method as a doping impurity, 206 is a substrate made of SUS-316 material, 207 Is a substrate support provided with a heater for heating the substrate, 208 is the shaft for rotating the substrate, 209 is an ultra-high speed motor for rotating the substrate, 210 is an ultrasonic vibration unit for transmitting ultrasonic vibration to the substrate through the rotating shaft. Is.
まず、SUS−316材から成る基体206の上に、電子ビー
ム蒸着法により1μmのAl層205を堆積させた。この基
体を、第2図に示した装置に設置し、Ar雰囲気中で、シ
リコン塊をるつぼ201中に投入し、高周波コイル202によ
り加熱し、シリコン塊が十分溶融するまで温度を上げ
た。次に、超高速モーター209を毎分1000回転の速度で
回転させ、基体ヒーター207により基体206およびAl層20
5を400℃まで加熱し、超音波振動も与え、30μmのシリ
コン多結晶層を推積した。これに400℃で2時間加熱処
理を行ないP型シリコン多結晶電極102を形成した。First, a 1 μm Al layer 205 was deposited on a substrate 206 made of a SUS-316 material by an electron beam evaporation method. This substrate was placed in the apparatus shown in FIG. 2, and a silicon block was put into a crucible 201 in an Ar atmosphere and heated by a high frequency coil 202 to raise the temperature until the silicon block was sufficiently melted. Next, the ultra-high speed motor 209 is rotated at a speed of 1000 revolutions per minute and the substrate heater 207 is used to rotate the substrate 206 and the Al layer 20.
5 was heated to 400 ° C., ultrasonic vibration was also applied, and a 30 μm silicon polycrystal layer was deposited. This was heat-treated at 400 ° C. for 2 hours to form a P-type silicon polycrystalline electrode 102.
(第1および第2導電層の作製) 第3図は、本実施例で使用した装置の略図である。同
図で301はケイ素とハロゲンを含む化合物を導入するガ
ス導入管、302は活性種(B)を生成する物質を導入す
るガス導入管、303は基体、304は基体303を保持するホ
ルダーであり基体温度を適宜設定できる様にヒーターが
内蔵されている。ガス導入管301及び302より導入される
各ガスは、未反応または反応生成物を含め真空ポンプ
(図示せず)で排気される。(Production of First and Second Conductive Layers) FIG. 3 is a schematic view of the apparatus used in this example. In the figure, 301 is a gas introduction tube for introducing a compound containing silicon and halogen, 302 is a gas introduction tube for introducing a substance that produces active species (B), 303 is a substrate, and 304 is a holder for holding the substrate 303. A heater is built in so that the substrate temperature can be set appropriately. Each gas introduced through the gas introduction pipes 301 and 302 is exhausted by a vacuum pump (not shown) including unreacted or reaction products.
上述の方法により得た電極102の上に、第3図に示し
た装置を用いて、下記第1表に示す結晶シリコンの作製
条件に従って、SiF4ガス、PH3ガスをガス導入管301よ
り、またH2およびArガスをガス導入管302より導入し成
膜空間圧力を400mTorrとなるように排気バルブ(図示せ
ず)を調整した。On the electrode 102 obtained by the above-mentioned method, using the apparatus shown in FIG. 3, SiF 4 gas and PH 3 gas were introduced from the gas introduction pipe 301 according to the production conditions of crystalline silicon shown in Table 1 below. Further, H 2 and Ar gas were introduced through the gas introduction pipe 302, and an exhaust valve (not shown) was adjusted so that the film formation space pressure was 400 mTorr.
高周波電力2.45GHzを400Wに調整し、基体温度を400℃
として推積を開始し、膜厚は50μmのn-シリコン多結晶
層103を形成した。 High frequency power 2.45GHz was adjusted to 400W and the substrate temperature was 400 ℃
As a result, deposition was started to form an n - silicon polycrystalline layer 103 having a film thickness of 50 μm.
次いで、第3図における成膜空間内を排気バルブ(図
示せず)を全開にし充分残留ガスを排気した。Next, an exhaust valve (not shown) was fully opened in the film formation space in FIG. 3 to sufficiently exhaust the residual gas.
その後、上記条件においてガス導入管301から導入す
るガスをBF3ガス4ppmの濃度としてSiF4ガスを加えて76s
ccmとした以外は同じ条件で推積膜形成を行ない、厚さ
0.5μmのP+シリコン多結晶層104を形成した。After that, the gas introduced from the gas introduction pipe 301 under the above conditions was added with SiF 4 gas at a concentration of 4 ppm of BF 3 gas for 76 s.
The deposited film was formed under the same conditions except that it was ccm, and the thickness
A 0.5 μm P + silicon polycrystalline layer 104 was formed.
この様にして得た半導体素子を取り出し、透明導電層
105(In、Sn、O)の800Åを真空蒸着により所定の方法
により蒸着した。続いて集電電極106として、クロム(1
00Å)、銀(500Å)、クロム(100Å)を各々この順で
真空蒸着により蒸着した。The semiconductor element thus obtained was taken out and the transparent conductive layer
800 Å of 105 (In, Sn, O) was deposited by vacuum deposition by a predetermined method. Then, chromium (1
00Å), silver (500Å), and chromium (100Å) were deposited in this order by vacuum evaporation.
本実施例により得た太陽電池のAM1.5、100mw/cm2太陽
光スペクトルシュミレーターによる光超電力の変換効率
は8.5%であり、多結晶シリコン太陽電池の特性として
実用上優れたものであることが確認できた。Conversion efficiency of light electromotive force by AM 1.5, 100 mW / cm 2 solar spectrum simulator of the solar cell obtained by this example was 8.5%, it is excellent in practical use as a characteristic of the polycrystalline silicon solar cell Was confirmed.
実施例2 第4図は本実施例で使用した成膜装置の概略図であ
る。同図において、401はガス導入リングで主としてケ
イ素とハロゲンを含む化合物を真空チャンバー409へ導
入するためのものである。402はガス導入管であり、主
として活性種(B)の原料となるガスを石英キャビティ
403内へ導入するためのものである。マイクロ波はマイ
クロ波発振器(図示せず)より発生し導波管405内を伝
搬し、しぼり406を適宜調整することによりしぼり406と
メッシュ404の間に定在波を発生させ石英キャビティ403
内に存在するガスをプラズマ化することができる。407
はヒーター内蔵のホルダーであり基体408を所望の温度
に加熱保持することが可能である。Example 2 FIG. 4 is a schematic view of the film forming apparatus used in this example. In the figure, 401 is a gas introduction ring for introducing a compound mainly containing silicon and halogen into the vacuum chamber 409. Reference numeral 402 denotes a gas introduction pipe, which is mainly used as a raw material of the activated species (B) for the quartz cavity.
It is for introduction into 403. A microwave is generated from a microwave oscillator (not shown), propagates in the waveguide 405, and by appropriately adjusting the squeeze 406, a standing wave is generated between the squeeze 406 and the mesh 404 to generate a quartz cavity 403.
The gas present therein can be turned into plasma. 407
Is a holder with a built-in heater, and is capable of heating and holding the substrate 408 at a desired temperature.
本実施例では、実施例1で用いた基体と同一のシリコ
ン多結晶電極基体を用いた。即ち、基体は400℃で2時
間加熱処理したものである。ガス導入管402より、水素
ガス25sccm及びHeガス50sccmを石英キャビティ403へ導
入した。またガス導入リング401よりSi2F6ガス15sccmを
第4図に示すように基体408に向けて導入した。マイク
ロ波発振器の電力を250Wに調整し、しぼり406を調整す
ることで石英キャビティ403内の水素及びHeガスをプラ
ズマ化することが可能である。本実施例における作製条
件を第2表に示す。In this example, the same silicon polycrystalline electrode substrate as the substrate used in Example 1 was used. That is, the substrate was heat treated at 400 ° C. for 2 hours. 25 sccm of hydrogen gas and 50 sccm of He gas were introduced into the quartz cavity 403 through the gas introduction pipe 402. Also, 15 sccm of Si 2 F 6 gas was introduced toward the substrate 408 from the gas introduction ring 401 as shown in FIG. By adjusting the electric power of the microwave oscillator to 250 W and adjusting the narrowing 406, it is possible to turn hydrogen and He gas in the quartz cavity 403 into plasma. The manufacturing conditions in this example are shown in Table 2.
マイクロ波電力=250w 基体温度=300℃ この様にして生成される水素ラジカルはガス導入リン
グ401より噴出するSi2F6ガスと化学反応し、基体408上
にシリコン結晶層を堆積することが可能であるが、Si2F
6ガスにPH3ガス0.6ppmを混入することでn-シリコン結晶
層を基体408上に50μm堆積させ、マイクロ波発振器の
出力をゼロに堆積を停止した。そして、各ガスの供給を
停止し真空チャンバー409を充分排気し残留ガスを完全
に排気した。その後Si2F6ガスにBF3ガス1.2ppmを混入し
他は同一の作製条件でP+シリコン結晶層を0.5μm続け
て堆積した。 Microwave power = 250w Substrate temperature = 300 ° C. The hydrogen radicals generated in this way chemically react with the Si 2 F 6 gas ejected from the gas introduction ring 401, and a silicon crystal layer can be deposited on the substrate 408. However, Si 2 F
An n − silicon crystal layer was deposited on the substrate 408 by 50 μm by mixing 0.6 ppm of PH 3 gas with 6 gases, and the output of the microwave oscillator was stopped at zero. Then, the supply of each gas was stopped, the vacuum chamber 409 was sufficiently evacuated, and the residual gas was completely evacuated. After that, 1.2 ppm of BF 3 gas was mixed into Si 2 F 6 gas, and P + silicon crystal layer was continuously deposited by 0.5 μm under the same manufacturing conditions.
次に、このようにして得られた基体408を取り出し、
厚さ800Åの透明導電層405(In、Sn、O)を真空蒸着に
より所定の方法により蒸着した。続いて、集電電極406
としてクロム(100Å)、銀(500Å)、クロム(100
Å)を各々この順で真空蒸着により蒸着した。Next, the substrate 408 thus obtained is taken out,
A transparent conductive layer 405 (In, Sn, O) having a thickness of 800 Å was deposited by vacuum deposition by a predetermined method. Then, the collector electrode 406
As chrome (100Å), silver (500Å), chrome (100
Å) was deposited by vacuum deposition in this order.
このようにして得た太陽電池のAM1.5、100mw/cm2太陽
光スペクトルシミュレーターによる光起電力の変換効率
は8.7%であり、多結晶シリコン太陽電池の特性として
実用上優れたものであることか確認できた。The solar cell obtained in this way has an AM1.5, 100mw / cm 2 photovoltaic spectrum simulator with a photovoltaic conversion efficiency of 8.7%, which is a practically excellent characteristic of polycrystalline silicon solar cells. I was able to confirm.
実施例3 SUS基体101上に高融点金属としてWを電子ビーム蒸着
法により5000Å蒸着した後、ドーピングのためのAl層を
1μm蒸着した。このWコーティング金属基体を、実施
例1と同様にして、P型シリコン多結晶電極102を形成
した。Example 3 W was deposited on the SUS substrate 101 as a refractory metal by an electron beam deposition method by 5000 Å, and then an Al layer for doping was deposited by 1 μm. A P-type silicon polycrystalline electrode 102 was formed on this W-coated metal substrate in the same manner as in Example 1.
このようにして得たシリコン多結晶電極基体を使用
し、実施例1と同様にして、50μmのn-シリコン多結晶
層103、及びP+多結晶層104を堆積させ、透明導電層10
5、集電電極106を形成し、太陽電池を得た。Using the silicon polycrystalline electrode substrate thus obtained, 50 μm of n − silicon polycrystalline layer 103 and P + polycrystalline layer 104 were deposited in the same manner as in Example 1, and the transparent conductive layer 10 was formed.
5, the collector electrode 106 was formed to obtain a solar cell.
この太陽電池のAM1.5、100mw/cm2太陽光スペクトルシ
ミュレーターによる光起電力の変換効率は8.9%であ
り、シリコン太陽電池の特性として実用上優れたもので
あることが確認できた。The conversion efficiency of photovoltaic power of this solar cell by AM1.5, 100 mw / cm 2 solar spectrum simulator was 8.9%, and it was confirmed that it is practically excellent as the characteristics of the silicon solar cell.
実施例4 (シリコン多結晶電極基体の作製) 第5図は、本実施例で使用した装置の略図である。同
図において、501はるつぼ、502は加熱用高周波コイル、
503は溶融シリコン、504は推積したシリコンエピタキシ
ャル層、505はAl層、506はSUS−316材から成る基体、50
7は加熱用ヒーター、508は急冷ガス用ノズルである。Example 4 (Production of Silicon Polycrystalline Electrode Substrate) FIG. 5 is a schematic view of the apparatus used in this example. In the figure, 501 is a crucible, 502 is a high-frequency coil for heating,
503 is molten silicon, 504 is a deposited silicon epitaxial layer, 505 is an Al layer, 506 is a substrate made of SUS-316 material, 50
7 is a heater for heating, and 508 is a nozzle for quenching gas.
まず、Ar雰囲気中で、シリコン塊をるつぼ501中に投
入し、高周波コイル502で加熱溶融した。First, in an Ar atmosphere, a silicon block was put into a crucible 501 and heated and melted by a high frequency coil 502.
次に、Alを1μm蒸着したSUS基体506を矢印方向に連
続的に約10cm/秒で横引きした。引続き、基体面の上方
よりヒーター507で加熱し、基体面下方の冷却ガスノズ
ル508より冷却ガスを流し、基体表面から上方に向って
結晶を成長させ、約50μm厚のコラムナ構造のシリコン
多結晶層504を得た。Next, the SUS substrate 506 on which Al was vapor-deposited by 1 μm was continuously drawn horizontally in the direction of the arrow at about 10 cm / sec. Subsequently, a heater 507 is heated from above the substrate surface, a cooling gas is flown from a cooling gas nozzle 508 below the substrate surface to grow crystals upward from the substrate surface, and a silicon polycrystal layer 504 having a columnar structure with a thickness of about 50 μm is formed. Got
次に、このAl層上にシリコン多結晶層504を推積した
基体を、Ar雰囲気中で400℃、2時間の熱処理を行な
い、Alとシリコンの共晶を形成してP+シリコンを得た。Next, the substrate in which the silicon polycrystal layer 504 was deposited on this Al layer was heat-treated at 400 ° C. for 2 hours in an Ar atmosphere to form a eutectic of Al and silicon to obtain P + silicon. .
(第1および第2半導体層の作製) 実施例1と同じ条件で、n+シリコン多結晶層103、及
びP+多結晶層104を堆積し、透明導電層105(In,Sn,O)
を800Å蒸着し、集電電極106としてクロム(100Å)、
銀(500Å)、クロム(100Å)を各々この順で蒸着し
た。(Production of First and Second Semiconductor Layers) Under the same conditions as in Example 1, an n + silicon polycrystal layer 103 and a P + polycrystal layer 104 were deposited, and a transparent conductive layer 105 (In, Sn, O)
800 Å vapor-deposited, and chromium (100 Å) as the collecting electrode 106,
Silver (500Å) and chromium (100Å) were deposited in this order respectively.
この様にして得た太陽電池のAM1.5、100mw/cm2太陽光
スペクトルシミュレーターによる光起電力の変換効率は
8.9%であり、シリコン太陽電池の特性として実用上優
れたものであることが確認できた。The conversion efficiency of photovoltaic power of the solar cell thus obtained by AM1.5, 100mw / cm 2 solar spectrum simulator is
It was 8.9%, and it was confirmed that the characteristics of the silicon solar cell were practically excellent.
本発明においては、不純物導入の為の加熱処理の条件
は、シリコン電極として十分な導電率を呈するよう不純
物が導入され得る条件で行なえばよく、特定の値に限定
されるものではない。しかし、およそ適当な条件が下記
実験により明らかにされたので、参考例として以下に掲
げる。In the present invention, the condition of the heat treatment for introducing the impurities may be such that the impurities can be introduced so as to exhibit a sufficient conductivity as the silicon electrode, and is not limited to a specific value. However, suitable conditions have been clarified by the following experiments, and are listed below as reference examples.
参考実験例1 実施例1と同様にして、SUS−316材から成る基体上
に、回転法によりシリコン多結晶層を形成した。次い
で、Ar雰囲気中で300〜600℃の範囲内(第6図に図示)
で設定温度を変化させ、2時間熱処理を行なうことによ
って、Alとシリコンの共晶を形成し、P+シリコン層を形
成した。その結果を第6図にグラフとして示す。この図
においては、熱処理温度を横軸に、薄膜方向に測定した
抵抗率を400℃における抵抗率を1とした比を縦軸に示
す。Reference Experimental Example 1 In the same manner as in Example 1, a silicon polycrystalline layer was formed on a substrate made of a SUS-316 material by a rotation method. Then, within the range of 300-600 ℃ in Ar atmosphere (shown in Fig. 6)
By changing the set temperature with, and performing heat treatment for 2 hours, a eutectic of Al and silicon was formed to form a P + silicon layer. The results are shown as a graph in FIG. In this figure, the abscissa represents the heat treatment temperature, and the ordinate represents the ratio of the resistivity measured in the thin film direction at 400 ° C. to 1.
この実験例においては400℃以上の熱処理温度では、A
lはドーパーントとして効率よくシリコン多結晶中に入
り共晶を形成しており、400℃未満ではドーピング効果
が効果的に現われないことが分る。又、600℃以上で熱
処理を行なった場合、四角形シリコン多結晶表面の四方
コーナーエッジ部分にわずかにクラックが生じた。原因
は明らかでないが、四角形の基体形状の場合、加熱によ
る基体膨張と冷却による収縮過程おいて、熱歪みの大き
な金属基体上では四方コーナー部には歪みが生じやすい
からと思われる。In this experimental example, at a heat treatment temperature of 400 ° C or higher, A
It is clear that l is a dopant that efficiently enters the polycrystal of silicon and forms a eutectic, and that the doping effect does not appear effectively below 400 ° C. Further, when the heat treatment was performed at 600 ° C. or higher, slight cracks were generated at the four-corner edge portions of the square silicon polycrystal surface. Although the cause is not clear, it is considered that in the case of a quadrangular substrate shape, strain is likely to occur at the four-sided corners on the metal substrate having large thermal strain during the process of substrate expansion by heating and the process of contraction by cooling.
この結果から、本実験例においては加熱処理は400〜6
00℃が適当であることが分かる。From this result, in this experimental example, the heat treatment was 400 to 6
It turns out that 00 ° C is suitable.
参考実験例2 加熱処理温度は450℃に一定にし、処理時間を変化
(第7図に図示)させた以外は、参考実験例1と全く同
様にしてP+シリコン層を形成した。その結果を第7図に
示す。この図においては、熱処理時間を横軸に、薄膜方
向に測定した抵抗率を2時間における抵抗率を1とした
比を縦軸に示す。Reference Experimental Example 2 A P + silicon layer was formed in exactly the same manner as Reference Experimental Example 1 except that the heat treatment temperature was kept constant at 450 ° C. and the treatment time was changed (illustrated in FIG. 7). The results are shown in FIG. In this figure, the heat treatment time is shown on the horizontal axis, and the vertical axis shows the ratio of the resistivity measured in the thin film direction to the resistivity at 2 hours as 1.
この結果より、2時間熱処理することによりAlはドー
パントとして効率良くシリコン多結晶中に入り、共晶を
形成していることがわかる。又、2時間以上熱処理して
も抵抗率の比はほぼ一定で変化がないことから、生産コ
ストを下げるためにも熱処理時間は2時間で十分である
と考えられる。From this result, it is understood that Al is efficiently introduced into the silicon polycrystal as a dopant and forms a eutectic crystal by the heat treatment for 2 hours. Further, since the resistivity ratio is almost constant and does not change even after the heat treatment for 2 hours or more, it is considered that the heat treatment time of 2 hours is sufficient to reduce the production cost.
この様に400℃以上、2時間以上の条件で加熱処理し
て得たシリコン多結晶電極基体は、薄膜方向の抵抗率が
2×10-2(Ωcm)のものが得られ、太陽電池用の電極と
しては、十分なものが得られることがわかった。As described above, the silicon polycrystalline electrode substrate obtained by heat treatment at 400 ° C. or higher for 2 hours or longer has a resistivity in the thin film direction of 2 × 10 −2 (Ωcm), which is suitable for solar cells. It was found that sufficient electrodes can be obtained.
次に、このシリコン多結晶電極基体上に、実施例1と
同様にして、第3図に示す装置を使用し、基体303とし
てセットし、シリコンのエピタキシャル成長を行なっ
た。膜厚は50μmである。Then, on this silicon polycrystalline electrode substrate, as in Example 1, the apparatus shown in FIG. 3 was used to set as a substrate 303, and silicon was epitaxially grown. The film thickness is 50 μm.
このようにして作成したシリコンエピタキシャル膜を
上方向より、欠陥顕圧化のためにSeccoethingを行な
い、目視で50μm平方の中における欠陥を数え、膜質の
比較を行なった。その結果を第8図に(a)として示
す。The silicon epitaxial film thus formed was subjected to Seccoething in order to make the defect sensible pressure from above, and the number of defects in a square of 50 μm was visually observed to compare the film quality. The result is shown as (a) in FIG.
第8図の(a)のグラフにおいて、縦軸は欠陥密度の
比で400℃における欠陥密度を1とする、横軸は、熱処
理温度を示す。In the graph of FIG. 8A, the vertical axis represents the defect density ratio, and the defect density at 400 ° C. is 1. The horizontal axis represents the heat treatment temperature.
グラフからわかる通り、熱処理温度が400℃より小さ
いと、その上に推積する多結晶の欠陥は増加する。この
ことは、結晶成長が下地の結晶性を反映するためであ
り、回転法のみでは、十分な結晶が得られないまま不十
分な熱処理を加えたため、その上のシリコン多結晶層の
グレインサイズは大きく成長できず、結果として欠陥が
増えたと考えられる。As can be seen from the graph, when the heat treatment temperature is lower than 400 ° C, the number of polycrystalline defects deposited on the heat treatment temperature increases. This is because the crystal growth reflects the crystallinity of the underlayer, and since the insufficient heat treatment was performed while a sufficient crystal was not obtained by the rotation method alone, the grain size of the silicon polycrystalline layer thereon was It is thought that it could not grow large, resulting in more defects.
以上の結果より、金属基体上に、シリコン多結晶電極
層を設けることにより、配向性の高い、結晶の一定方位
のみをもったグレインサイズの大きな良質の多結晶膜の
推積が可能となった。From the above results, by providing a silicon polycrystalline electrode layer on a metal substrate, it is possible to deposit a high-quality polycrystalline film having a high orientation and a large grain size having only a fixed crystal orientation. .
参考実験例3 SUS基体上にWを電子ビーム蒸着法により5000Å蒸着
した後Alを1μm蒸着して基体とした以外はすべて参考
実験例1と同じ条件、処方で作成したシリコン多結晶電
極基体上に、シリコンのエピタキシャル成長を行ない、
参考実験例2で行なった欠陥顕圧化処理を行ない、欠陥
密度の調査を行なった。その結果は第8図の(b)に示
すように参考実験例1とほぼ同じ結果が得られた。Reference Experimental Example 3 On a silicon polycrystalline electrode substrate prepared under the same conditions and formulation as in Reference Experimental Example 1, except that W was deposited on the SUS substrate by the electron beam evaporation method at 5000Å and then Al was vapor-deposited at 1 μm. , Epitaxial growth of silicon,
The defect sensible pressure treatment performed in Reference Experimental Example 2 was performed to investigate the defect density. As a result, as shown in FIG. 8 (b), almost the same result as in Reference Experimental Example 1 was obtained.
参考実験例4 実施例4と同様にして、Alを1μm推積させたSUS−3
16材から成る基体上にシリコン多結晶層を推積した。Reference Experimental Example 4 In the same manner as in Example 4, SUS-3 in which Al was deposited to a thickness of 1 μm.
A polycrystalline silicon layer was deposited on a substrate made of 16 materials.
次に、Ar雰囲気中で300〜600℃の範囲内(第9図に図
示)で設定温度を変化させて、3時間熱処理を行ない、
Alとシリコンの共晶を形成し、P+シリコンを作成した。Next, in the Ar atmosphere, the set temperature is changed within the range of 300 to 600 ° C. (shown in FIG. 9), and heat treatment is performed for 3 hours.
A eutectic of Al and silicon was formed to make P + silicon.
第9図に、熱処理温度と、薄膜方向に測定した抵抗率
を400℃における抵抗率を1とした比でプロットしたグ
ラフとして示す。この結果より、参考実験例1と同様40
0℃以上でなければAlは効率的にドーピングされないこ
とがわかった。FIG. 9 shows a graph in which the heat treatment temperature and the resistivity measured in the thin film direction are plotted as a ratio with the resistivity at 400 ° C. being 1. From this result, as in Reference Experimental Example 1, 40
It was found that Al was not doped efficiently unless it was above 0 ° C.
参考実験例5 加熱処理温度を300〜600℃の範囲内(第10図に図示)
で設定し、2時間行なった以外は実施例1または実施例
4と同様にして太陽電池を作製した。その変換効率を第
10図に示す。この図においては、横軸は加熱処理温度を
示し、縦軸は太陽電池の変換効率を示し、(a)は実施
例1と同様に作製した物を示し、(b)は実施例4と同
様に作製した物を示す。Reference Experimental Example 5 Heat treatment temperature within the range of 300 to 600 ° C (shown in Fig. 10)
A solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 or Example 4, except that the setting was made in step 1 above and the operation was performed for 2 hours. Its conversion efficiency is
Figure 10 shows. In this figure, the horizontal axis represents the heat treatment temperature, the vertical axis represents the conversion efficiency of the solar cell, (a) shows the one produced in the same manner as in Example 1, and (b) shows the same as in Example 4. Shown in Fig.
第10図に示すように、加熱処理温度が300℃〜390℃ま
での範囲では変換効率が3〜5%と低く、かつ410℃〜6
00℃においても変換効率が5%以上となることはなかっ
た。As shown in FIG. 10, in the heat treatment temperature range of 300 ° C to 390 ° C, the conversion efficiency is as low as 3 to 5% and 410 ° C to 6 ° C.
The conversion efficiency never exceeded 5% even at 00 ° C.
これは、加熱処理温度が低いとAlがジリコン多結晶電
極層中に十分にドープされず、電極としての機能が十分
になされていないものと考えられる。また410℃以上の
加熱処理温度では、シリコン多結晶電極基体上にクラッ
クが生じ、その上に堆積したn-多結晶層、P+多結晶層が
異常成長したために、十分な結晶粒径も得られず、ダイ
オード特性等の悪化により変換効率が下がったことによ
る。It is considered that this is because when the heat treatment temperature is low, Al is not sufficiently doped in the gyricon polycrystal electrode layer and the function as an electrode is not sufficiently performed. At a heat treatment temperature of 410 ° C or higher, cracks were generated on the silicon polycrystal electrode substrate, and the n − polycrystal layer and P + polycrystal layer deposited on the cracks grew abnormally, so a sufficient crystal grain size was also obtained. This is because the conversion efficiency is lowered due to deterioration of diode characteristics and the like.
参考実験例6 加熱処理温度を300〜600℃の範囲内(第11図に図示)
で設定し、2時間行なった以外は実施例2と同様にして
太陽電池を作製した。その変換効率を第10図に示す。第
10図に示すように、加熱処理温度が300℃〜390℃までの
範囲では変換効率が3〜5%と低く、かつ410℃〜600℃
においても変換効率が6%以上となることはなかった。
これは、参考実験例5で述べた理由と同様と考えられ
る。Reference Experimental Example 6 Heat treatment temperature within the range of 300 to 600 ° C (shown in Fig. 11)
A solar cell was prepared in the same manner as in Example 2 except that the setting was made in step 1 and the operation was performed for 2 hours. The conversion efficiency is shown in FIG. No.
As shown in Fig. 10, the conversion efficiency is as low as 3 to 5% in the heat treatment temperature range of 300 ℃ to 390 ℃, and 410 ℃ to 600 ℃.
The conversion efficiency never exceeded 6%.
This is considered to be the same as the reason described in Reference Experimental Example 5.
以上説明したように、本発明の製造方法は、活性種
(A)と活性種(B)とを各々別々に成膜空間に導入し
て化学反応堆積膜を形成する方法に、特定のシリコン多
結晶電極基体を用いるので、良好な結晶成長が可能であ
り且つ製造コストが低減化される。更には、結晶性やエ
ネルギー変換効率などの特性が良好であり実用的な太陽
電池を安定して製造できる。As described above, in the manufacturing method of the present invention, the active species (A) and the active species (B) are separately introduced into the film formation space to form the chemical reaction deposited film, and the specific silicon content is increased. Since the crystal electrode substrate is used, good crystal growth is possible and the manufacturing cost is reduced. Furthermore, the characteristics such as crystallinity and energy conversion efficiency are good, and a practical solar cell can be stably manufactured.
したがって、本発明の製造方法により、量産性のある
安価で良質の薄膜太陽電池を市場に提供することができ
る。Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a mass-produced, inexpensive, high-quality thin-film solar cell to the market.
第1図は本発明の方法により製造される太陽電池を例示
する模式図、第2図〜第5図は実施例において使用した
各成膜装置の模式的略図、第6図〜第11図は、参考実験
例において得たデータを示すグラフである。 101……基体 102……多結晶シリコン電極層 103……第1導電層、104……第2導電層 105……透明電極膜、106……集電電極 201,501……るつぼ、202,502……高周波コイル 203,503……溶融シリコン 204,504……多結晶シリコン層 205,505……ドーピング材 206,506……金属基体、207,507……ヒーター 208……回転軸、508……冷却ノズル 209……モーター、210……超音波発生装置 301……ガス導入管、302……ガス導入管 303……基体、304……ホルダー 305……会合空間 401……ガス導入リング、402……ガス導入管 403……石英キャビティ、404……メッシュ 405……マイクロ波導波管 406……しぼり、407……ホルダー 408……基体、409……真空チャンバーFIG. 1 is a schematic diagram illustrating a solar cell manufactured by the method of the present invention, FIGS. 2 to 5 are schematic diagrams of respective film forming apparatuses used in Examples, and FIGS. 6 to 11 are 3 is a graph showing the data obtained in the reference experimental example. 101 ... Substrate 102 ... Polycrystalline silicon electrode layer 103 ... First conductive layer, 104 ... Second conductive layer 105 ... Transparent electrode film, 106 ... Current collecting electrode 201,501 ... Crucible, 202,502 ... High frequency coil 203,503 …… Melted silicon 204,504 …… Polycrystalline silicon layer 205,505 …… Doping material 206,506 …… Metal substrate, 207,507 …… Heater 208 …… Rotating shaft, 508 …… Cooling nozzle 209 …… Motor, 210 …… Ultrasonic generator 301 ... Gas introduction pipe, 302 ... Gas introduction pipe 303 ... Substrate, 304 ... Holder 305 ... Meeting space 401 ... Gas introduction ring, 402 ... Gas introduction pipe 403 ... Quartz cavity, 404 ... Mesh 405 ... Microwave waveguide 406 ... Squeezing, 407 ... Holder 408 ... Substrate, 409 ... Vacuum chamber
Claims (1)
得られる活性種(A)と該活性種(A)と化学相互作用
し得る活性種(B)とを各々別々に成膜空間に導入して
化学反応により該成膜空間に設置された基体上に堆積膜
を形成する工程を有する太陽電池の製造方法において、 前記基体として、金属基体または高融点金属でコートさ
れた金属基体の上に、ドーピング材と溶融したシリコン
を、回転法または横引き法により成長させた多結晶シリ
コン層を形成し、加熱処理を行なって得たシリコン多結
晶電極層を有する基体を使用することを特徴とする太陽
電池の製造方法。1. An active species (A) obtained by decomposing a compound containing silicon and halogen and an active species (B) capable of chemically interacting with the active species (A) are separately introduced into a film forming space. In the method for manufacturing a solar cell, which comprises a step of forming a deposited film on a substrate installed in the film formation space by a chemical reaction, a metal substrate or a metal substrate coated with a refractory metal is used as the substrate. Characterized by using a substrate having a silicon polycrystalline electrode layer obtained by forming a polycrystalline silicon layer formed by growing a doping material and molten silicon by a rotating method or a horizontal pulling method and performing a heat treatment. Method for manufacturing solar cell.
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|---|---|---|---|
| JP2055133A JP2675174B2 (en) | 1990-03-08 | 1990-03-08 | Solar cell manufacturing method |
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| JPH03257975A JPH03257975A (en) | 1991-11-18 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2009104049A1 (en) * | 2008-01-04 | 2009-08-27 | Chen Ke | Silicon substrate, method and equipment for making the silicon substrate |
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| WO2010080282A1 (en) * | 2008-12-18 | 2010-07-15 | First Solar, Inc. | Photovoltaic devices including back metal contacts |
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1990
- 1990-03-08 JP JP2055133A patent/JP2675174B2/en not_active Expired - Fee Related
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