JP2721271B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
太陽電池の製造方法Info
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- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/16—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
- H10F10/164—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells
- H10F10/165—Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells the heterojunctions being Group IV-IV heterojunctions, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC photovoltaic cells
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- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/17—Photovoltaic cells having only PIN junction potential barriers
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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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の製造方法に関する。
変換効率が良好な太陽電池の製造方法に関する。
［従来の技術］ 現在、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。
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。
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。
近年においては、アモルファスシリコン並の低コスト
と、単結晶シリコン並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これを用いていたために、厚さ
0.3mm以下にすることは困難である。したがって光量を
十分に吸収するのに必要以上の厚さとなり、この点で材
料の有効利用が十分ではなかった。即ちコストを下げる
ためには十分な薄型化が必要である。
と、単結晶シリコン並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これを用いていたために、厚さ
0.3mm以下にすることは困難である。したがって光量を
十分に吸収するのに必要以上の厚さとなり、この点で材
料の有効利用が十分ではなかった。即ちコストを下げる
ためには十分な薄型化が必要である。
そこで、化学気相成長法（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、結晶粒径がせいぜい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が低い。
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、結晶粒径がせいぜい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が低い。
また、上記CVD法により形成した多結晶シリコン薄膜
にレーザー光を照射し、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
十分でなく、また安定した製造も困難である。
にレーザー光を照射し、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
十分でなく、また安定した製造も困難である。
このような事情はシリコンのみならず、化合物半導体
においても共通な問題となっている。
においても共通な問題となっている。
これに対し、特開昭63-182872号公報には、基体表面
上に該基体表面の材料よりも核形成密度が十分に大き
く、かつ単一の核だけが成長する程度に十分微細な異種
材料を設け、次いで堆積により該異種材料に核を形成さ
せ、該核によって結晶を成長させる工程を含み、上記基
体表面上に第１の導電型の半導体の実質的単結晶層を形
成し、該単結晶層の上方に第２の導電型の半導体の実質
的単結晶層を形成することを特徴とする太陽電池の製造
方法が示されている。
上に該基体表面の材料よりも核形成密度が十分に大き
く、かつ単一の核だけが成長する程度に十分微細な異種
材料を設け、次いで堆積により該異種材料に核を形成さ
せ、該核によって結晶を成長させる工程を含み、上記基
体表面上に第１の導電型の半導体の実質的単結晶層を形
成し、該単結晶層の上方に第２の導電型の半導体の実質
的単結晶層を形成することを特徴とする太陽電池の製造
方法が示されている。
上述の方法において、核形成面となる微細な異種材料
上に形成される単一核によって成長した単結晶体が互い
に接する時に、結晶粒界（以下粒界と略記）が形成され
る。
上に形成される単一核によって成長した単結晶体が互い
に接する時に、結晶粒界（以下粒界と略記）が形成され
る。
一般に、多結晶半導体では、様々な結晶方位をもった
多数の単結晶粒子同士が多数の粒界を形成しており、粒
界には未結合手を持つ原子が有るために禁制帯中に欠陥
準位を形成している。半導体デバイスの特性は、作製さ
れる半導体層の欠陥密度と密接に関係し、粒界には前記
欠陥準位が形成されているとともに不純物等が析出しや
すく、これらがデバイス特性の低下をもたらすので、多
結晶半導体では粒界の制御によりデバイス特性が大きく
左右されると考えられている。即ち、多結晶を半導体層
に用いた半導体デバイスの特性を向上させるには、半導
体層中に存在する粒界の量を低減させることが効果的で
ある。上述の方法は粒径を拡大させることで粒界の量を
減らすことを目的としている。
多数の単結晶粒子同士が多数の粒界を形成しており、粒
界には未結合手を持つ原子が有るために禁制帯中に欠陥
準位を形成している。半導体デバイスの特性は、作製さ
れる半導体層の欠陥密度と密接に関係し、粒界には前記
欠陥準位が形成されているとともに不純物等が析出しや
すく、これらがデバイス特性の低下をもたらすので、多
結晶半導体では粒界の制御によりデバイス特性が大きく
左右されると考えられている。即ち、多結晶を半導体層
に用いた半導体デバイスの特性を向上させるには、半導
体層中に存在する粒界の量を低減させることが効果的で
ある。上述の方法は粒径を拡大させることで粒界の量を
減らすことを目的としている。
［発明が解決しようとする課題］ 従来技術における太陽電池の製造方法では、形成され
る単結晶体同士の結晶方位は揃っておらず、粒径が仮に
さらに拡大できたとして、単位体積当りの欠陥準位が減
った場合でも、形成される粒界面での単位面積当りの欠
陥準位で見ると、平均的には大きな変化はないと言え
る。これに対して成長した単結晶体同士の成長方向の結
晶方位が揃った場合には、単結晶体同士が衝突をして粒
界を形成しても、粒界面での欠陥準位密度は結晶方位が
揃っていない場合に比べて小さいと考えられる。しかし
ながら、こうした多結晶中の結晶間の方位を揃えるとい
う技術は、従来見いだされていなかった。
る単結晶体同士の結晶方位は揃っておらず、粒径が仮に
さらに拡大できたとして、単位体積当りの欠陥準位が減
った場合でも、形成される粒界面での単位面積当りの欠
陥準位で見ると、平均的には大きな変化はないと言え
る。これに対して成長した単結晶体同士の成長方向の結
晶方位が揃った場合には、単結晶体同士が衝突をして粒
界を形成しても、粒界面での欠陥準位密度は結晶方位が
揃っていない場合に比べて小さいと考えられる。しかし
ながら、こうした多結晶中の結晶間の方位を揃えるとい
う技術は、従来見いだされていなかった。
本発明の目的は、多結晶半導体の構成要素である単結
晶体の方位を揃え、粒界での欠陥準位密度を減らすこと
により、高品質な太陽電池の製造方法を提供することに
ある。
晶体の方位を揃え、粒界での欠陥準位密度を減らすこと
により、高品質な太陽電池の製造方法を提供することに
ある。
また、本発明の他の目的は、シリコンウエハ上に形成
した単結晶体を、金属基板上に移植して種結晶とする本
発明の製造方法により、安価な太陽電池を提供すること
にある。
した単結晶体を、金属基板上に移植して種結晶とする本
発明の製造方法により、安価な太陽電池を提供すること
にある。
［課題を解決するための手段］ 本発明による太陽電池の製造方法は、金属基体上に結
晶方位の揃った単結晶体シリコンを間隔をあけて配置し
た後に、加熱することにより該金属基体と該単結晶体シ
リコンとの間に金属−シリコンの中間層を形成し、次
に、露出している該金属基体表面を酸化し、次いで、選
択的エピタキシャル成長法により、該単結晶体シリコン
を種結晶として結晶成長を行う工程を有することを特徴
とする。
晶方位の揃った単結晶体シリコンを間隔をあけて配置し
た後に、加熱することにより該金属基体と該単結晶体シ
リコンとの間に金属−シリコンの中間層を形成し、次
に、露出している該金属基体表面を酸化し、次いで、選
択的エピタキシャル成長法により、該単結晶体シリコン
を種結晶として結晶成長を行う工程を有することを特徴
とする。
また、本発明による太陽電池の製造方法は、前記単結
晶体シリコンを前記金属基体上に配置する際に、シリコ
ンウエハ上に絶縁層を形成し、該絶縁層の一部に微小の
開口部をもうけた後に、選択的エピタキシャル成長法に
より、単結晶体シリコンを形成し、次に、該絶縁層をエ
ッチングで除去した後に、該単結晶体シリコンを、超音
波振動により該シリコンウエハより剥離して前記金属基
体上に配置する工程を有することを特徴とする。
晶体シリコンを前記金属基体上に配置する際に、シリコ
ンウエハ上に絶縁層を形成し、該絶縁層の一部に微小の
開口部をもうけた後に、選択的エピタキシャル成長法に
より、単結晶体シリコンを形成し、次に、該絶縁層をエ
ッチングで除去した後に、該単結晶体シリコンを、超音
波振動により該シリコンウエハより剥離して前記金属基
体上に配置する工程を有することを特徴とする。
さらに、本発明による太陽電池の製造方法は、前記単
結晶体シリコンを、前記金属基体上に配置する際に、超
音波振動をかけることを特徴とする。
結晶体シリコンを、前記金属基体上に配置する際に、超
音波振動をかけることを特徴とする。
本発明の主要な技術は、第２図に示されたシリコンウ
エハ上に形成された非核形成面と、シリコン種部（シー
ド部）の領域を用いて行われる選択的エピタキシャル成
長、およびそれに引き続いて行われる横方向成長によ
り、結晶方位と大きさ（粒径）の揃った単結晶体を成長
させ、非核形成面である絶縁層を除去して該単結晶体を
金属基板上に移植して種結晶とし、これに対して選択的
エピタキシャル成長を行って単結晶シリコン薄膜を形成
することである。
エハ上に形成された非核形成面と、シリコン種部（シー
ド部）の領域を用いて行われる選択的エピタキシャル成
長、およびそれに引き続いて行われる横方向成長によ
り、結晶方位と大きさ（粒径）の揃った単結晶体を成長
させ、非核形成面である絶縁層を除去して該単結晶体を
金属基板上に移植して種結晶とし、これに対して選択的
エピタキシャル成長を行って単結晶シリコン薄膜を形成
することである。
ここで選択的エピタキシャル成長の一般的な原理につ
いて簡単に説明する。選択的エピタキシャル成長法と
は、気相成長法を用いてエピタキシャル成長を行う場合
に、第２図（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、シリコン
ウエハ201上に形成された酸化膜などの絶縁層202上では
核形成が起きないような条件で、絶縁層202に設けられ
た開口部204内の露出したシリコン表面を種結晶とし
て、この開口部204内のみでエピタキシャル成長を行う
選択的結晶成長法である。開口部204を埋めたエピタキ
シャル層がさらに成長を続けた場合には、結晶層は縦方
向の成長を続けながら絶縁層202の表面に沿って横方向
にも成長していく。これが横方向成長法（Epitaxial La
teral Overgrowth）と呼ばれるもので、この時の縦方向
・横方向の成長比やファセットの出現は、一般に形成条
件や絶縁層202の厚さに依存する。
いて簡単に説明する。選択的エピタキシャル成長法と
は、気相成長法を用いてエピタキシャル成長を行う場合
に、第２図（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、シリコン
ウエハ201上に形成された酸化膜などの絶縁層202上では
核形成が起きないような条件で、絶縁層202に設けられ
た開口部204内の露出したシリコン表面を種結晶とし
て、この開口部204内のみでエピタキシャル成長を行う
選択的結晶成長法である。開口部204を埋めたエピタキ
シャル層がさらに成長を続けた場合には、結晶層は縦方
向の成長を続けながら絶縁層202の表面に沿って横方向
にも成長していく。これが横方向成長法（Epitaxial La
teral Overgrowth）と呼ばれるもので、この時の縦方向
・横方向の成長比やファセットの出現は、一般に形成条
件や絶縁層202の厚さに依存する。
［作用］ 本発明は幾多の実験を重ねることにより、開口部204
（301）の大きさを数μｍ以下の微小な領域とすること
により、絶縁層202（302）の厚さに関係なく縦方向対横
方向の成長比がほぼ１で、三次元的な絶縁層202（302）
上で結晶成長していくこと、明瞭なファセットが現れて
山型の単結晶体203（303）が得られることを見い出した
（第２図、第３図）。
（301）の大きさを数μｍ以下の微小な領域とすること
により、絶縁層202（302）の厚さに関係なく縦方向対横
方向の成長比がほぼ１で、三次元的な絶縁層202（302）
上で結晶成長していくこと、明瞭なファセットが現れて
山型の単結晶体203（303）が得られることを見い出した
（第２図、第３図）。
また、本発明者はさらに実験を重ねることにより、エ
ッチングにより単結晶体203（303）下の絶縁膜が除去で
きることを見い出し、その結果上述の単結晶体203（30
3）をシリコンウエハ201より分離可能であるという知見
を得た（第２図（Ｄ）、（Ｆ）参照）。
ッチングにより単結晶体203（303）下の絶縁膜が除去で
きることを見い出し、その結果上述の単結晶体203（30
3）をシリコンウエハ201より分離可能であるという知見
を得た（第２図（Ｄ）、（Ｆ）参照）。
さらに、本発明者は実験を行い、分離した粒状の単結
晶体を平面上に任意に散布した場合に、例えばシリコン
ウエハに（100）を用いると、第４図（ｃ）に示すごと
くほとんど〈100〉方向が上方を向くというように、シ
リコンウエハ面に垂直な方向を上方向に向けた状態で単
結晶体がすわりがよいことを見い出し、本発明の完成に
至った。
晶体を平面上に任意に散布した場合に、例えばシリコン
ウエハに（100）を用いると、第４図（ｃ）に示すごと
くほとんど〈100〉方向が上方を向くというように、シ
リコンウエハ面に垂直な方向を上方向に向けた状態で単
結晶体がすわりがよいことを見い出し、本発明の完成に
至った。
以下に本発明者の行なった実験に基づき、作用を詳述
する。
する。
（実験１）選択結晶成長 第２図（Ａ）に示すように、500μｍ厚の（100）シリ
コンウエハ201の表面に絶縁層202として熱酸化膜を200
Å形成し、フォトリソグラフィーを用いてエッチングを
行い、第３図（Ａ）に示すような配置で、一辺がａであ
るような正方形の開口部204（301）をｂ＝50μｍの間隔
で設けた。ここでａの値として、1.2μｍ、２μｍ、４
μｍの３種類の開口部204（301）を設けた。次に第７図
に示すような通常の減圧CVD装置（LPCVD装置）を用いて
選択的結晶成長を行った。原料ガスにはSiH2Cl2を用
い、キャリアガスとしてH2を、さらに絶縁層202の酸化
膜上での核の発生を抑制するためにHClを添加した。こ
の時の成長条件を表１に示す。
コンウエハ201の表面に絶縁層202として熱酸化膜を200
Å形成し、フォトリソグラフィーを用いてエッチングを
行い、第３図（Ａ）に示すような配置で、一辺がａであ
るような正方形の開口部204（301）をｂ＝50μｍの間隔
で設けた。ここでａの値として、1.2μｍ、２μｍ、４
μｍの３種類の開口部204（301）を設けた。次に第７図
に示すような通常の減圧CVD装置（LPCVD装置）を用いて
選択的結晶成長を行った。原料ガスにはSiH2Cl2を用
い、キャリアガスとしてH2を、さらに絶縁層202の酸化
膜上での核の発生を抑制するためにHClを添加した。こ
の時の成長条件を表１に示す。
成長終了後、ウエハ表面の様子を光学顕微鏡で観察し
たところ、第２図（Ｃ）あるいは第３図（Ｂ）に示すよ
うに、どのａの値に対しても粒径が約20μｍの山型ファ
セットを有する単結晶体203（303）が50μｍ間隔で格子
点上に規則正しく配列しており、第３図（Ａ）で決めら
れた開口部301のパターンにしたがって、選択結晶成長
が行われていることが確かめられた。このとき、開口部
204（301）に対して成長した結晶が占める割合は、どの
ａの値に対しても100％であった。また、成長した単結
晶体203（303）の中で表面のファセットが崩れないで明
確に出ているものの割合は、ａの値に依存し、表２に示
すようにａが小さい程くずれている割合は少ない。
たところ、第２図（Ｃ）あるいは第３図（Ｂ）に示すよ
うに、どのａの値に対しても粒径が約20μｍの山型ファ
セットを有する単結晶体203（303）が50μｍ間隔で格子
点上に規則正しく配列しており、第３図（Ａ）で決めら
れた開口部301のパターンにしたがって、選択結晶成長
が行われていることが確かめられた。このとき、開口部
204（301）に対して成長した結晶が占める割合は、どの
ａの値に対しても100％であった。また、成長した単結
晶体203（303）の中で表面のファセットが崩れないで明
確に出ているものの割合は、ａの値に依存し、表２に示
すようにａが小さい程くずれている割合は少ない。
得られた単結晶体203（303）はすべて互いに方位が揃
っており、基板であるシリコンウエハ201から結晶方位
を正確に受け継いでいることがわかった。
っており、基板であるシリコンウエハ201から結晶方位
を正確に受け継いでいることがわかった。
（実験２）絶縁層の除去 実験１で得られた単結晶体203（303）の成長したシリ
コンウエハ201を、49％濃度のHF水溶液に24時間浸漬さ
せた。その後流水洗浄した後に、乾燥させてからウエハ
201表面を光顕微鏡および走査型電子顕微鏡により観察
したところ、第２図（Ｄ）に示すようにウエハ201表
面、および単結晶体203（303）とウエハ201との間には
酸化層の存在は認められなかった。そこで、ウエハ201
を純水中で超音波（振動数:39kHz，強度:300W）にかけ
たところ、すべてのａの値に対して単結晶体203（303）
がウエハ201から剥離された（第２図（Ｅ））。剥離さ
れた単結晶体203（303）を再び乾燥させた後、裏面（ウ
エハ201に接していた部分）を光学顕微鏡および走査型
電子顕微鏡で観察したところ、一部酸化膜の残っている
部分が認められたものの、大部分の酸化膜はエッチング
されており、シリコン結晶が露出した状態であった。
コンウエハ201を、49％濃度のHF水溶液に24時間浸漬さ
せた。その後流水洗浄した後に、乾燥させてからウエハ
201表面を光顕微鏡および走査型電子顕微鏡により観察
したところ、第２図（Ｄ）に示すようにウエハ201表
面、および単結晶体203（303）とウエハ201との間には
酸化層の存在は認められなかった。そこで、ウエハ201
を純水中で超音波（振動数:39kHz，強度:300W）にかけ
たところ、すべてのａの値に対して単結晶体203（303）
がウエハ201から剥離された（第２図（Ｅ））。剥離さ
れた単結晶体203（303）を再び乾燥させた後、裏面（ウ
エハ201に接していた部分）を光学顕微鏡および走査型
電子顕微鏡で観察したところ、一部酸化膜の残っている
部分が認められたものの、大部分の酸化膜はエッチング
されており、シリコン結晶が露出した状態であった。
（実験３）金属基板上への移植 バッファHF水溶液で裏面の残った酸化膜を除去して乾
燥させた後に、平坦なクロム基板上に単結晶体の粒を散
布して光学顕微鏡で観察したところ、全結晶粒の85％が
〈100〉方向を上方に向けており、すなわちシリコンウ
エハ上で成長させた場合と同じすわりを示した（第２図
（Ｄ）参照）。この状態に対してクロム基板に超音波振
動（振動数:39kHz，強度:80W）を加えたところ、〈10
0〉方向を上方に向ける割合は約94％に上がった。
燥させた後に、平坦なクロム基板上に単結晶体の粒を散
布して光学顕微鏡で観察したところ、全結晶粒の85％が
〈100〉方向を上方に向けており、すなわちシリコンウ
エハ上で成長させた場合と同じすわりを示した（第２図
（Ｄ）参照）。この状態に対してクロム基板に超音波振
動（振動数:39kHz，強度:80W）を加えたところ、〈10
0〉方向を上方に向ける割合は約94％に上がった。
次にこのクロム基板を真空中約1300℃で２時間アニー
ルしたところ、単結晶体の粒はクロム基板上に固定され
ていることがわかった。固定された単結晶体を機械的に
基板より剥離して、その裏面を組成分析したところ、表
面層にSi-Crの合金が出来ていた。
ルしたところ、単結晶体の粒はクロム基板上に固定され
ていることがわかった。固定された単結晶体を機械的に
基板より剥離して、その裏面を組成分析したところ、表
面層にSi-Crの合金が出来ていた。
（実験４）金属基板上の選択結晶成長 実験３で得られた単結晶体が固定されたクロム基板を
用いて、選択的エピタキシャル結晶成長を試みた。成長
に先だって、まず非核形成面を得るために、基板を酸素
雰囲気中約1000℃でアニールを行い、露出したクロム表
面に酸化膜（CrxOy）を形成した。バッファHF水溶液に
より、単結晶体の表面の酸化膜（SiO2）を除去して乾燥
させた後に、実験１と同様にして単結晶体を種結晶とし
て選択的結晶成長を行い、連続薄膜を得た。このときの
成長条件を表３に示す。
用いて、選択的エピタキシャル結晶成長を試みた。成長
に先だって、まず非核形成面を得るために、基板を酸素
雰囲気中約1000℃でアニールを行い、露出したクロム表
面に酸化膜（CrxOy）を形成した。バッファHF水溶液に
より、単結晶体の表面の酸化膜（SiO2）を除去して乾燥
させた後に、実験１と同様にして単結晶体を種結晶とし
て選択的結晶成長を行い、連続薄膜を得た。このときの
成長条件を表３に示す。
成長終了後、表面の様子を光学顕微鏡で観察したとこ
ろ、平均粒径が約50μｍの多結晶膜であることがわかっ
た。またＸ線回折により配向の様子を調べたところ、通
常のLPCVD法で形成される多結晶シリコンと異なり、〈1
00〉方向に非常に強く配向していた。
ろ、平均粒径が約50μｍの多結晶膜であることがわかっ
た。またＸ線回折により配向の様子を調べたところ、通
常のLPCVD法で形成される多結晶シリコンと異なり、〈1
00〉方向に非常に強く配向していた。
（実験５）太陽電池の形成 実験４で得られたクロム基板上の多結晶の表面に、イ
オン打ち込みによりＢを20keV、１×1015cm-2の条件で
打ち込み、800℃で30分間アニールしてP+層を形成し
た。このようにして作製したP+／多結晶シリコン/Cr構
造の太陽電池について、AM1.5（100mW/cm2）光照射下で
のＩ−Ｖ特性について測定を行ったところ、セル面積0.
16cm2で開放電圧0.38V、短絡光電流20mA/cm2、曲線因子
0.68となり、変換効率5.2％を得た。このように、金属
基板上に形成した（100）配向多結晶シリコン薄膜を用
いて、良好な太陽電池が形成可能であることが示され
た。
オン打ち込みによりＢを20keV、１×1015cm-2の条件で
打ち込み、800℃で30分間アニールしてP+層を形成し
た。このようにして作製したP+／多結晶シリコン/Cr構
造の太陽電池について、AM1.5（100mW/cm2）光照射下で
のＩ−Ｖ特性について測定を行ったところ、セル面積0.
16cm2で開放電圧0.38V、短絡光電流20mA/cm2、曲線因子
0.68となり、変換効率5.2％を得た。このように、金属
基板上に形成した（100）配向多結晶シリコン薄膜を用
いて、良好な太陽電池が形成可能であることが示され
た。
本発明に使用される選択的結晶成長用の原料ガスとし
ては、例えばSiH2Cl2、SiCl4、SiHCl3、SiH4、Si2H6、S
iH2F2、Si2F6等のシラン類およびハロゲン化シラン類が
代表的名ものとして挙げられる。
ては、例えばSiH2Cl2、SiCl4、SiHCl3、SiH4、Si2H6、S
iH2F2、Si2F6等のシラン類およびハロゲン化シラン類が
代表的名ものとして挙げられる。
またキャリアガスとして、あるいは結晶成長を促進さ
せる還元雰囲気を得る目的で、前記の原料ガスに加えて
H2が添加される。前記原料ガスと水素との量の割合は、
形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材質、さらに
形成条件により適宜所望にしたがって決められるが、好
ましくは1:10以上1:1000以下（導入流量比）が適当であ
り、より好ましくは1:20以上1:800以下とするのが望ま
しい。
せる還元雰囲気を得る目的で、前記の原料ガスに加えて
H2が添加される。前記原料ガスと水素との量の割合は、
形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材質、さらに
形成条件により適宜所望にしたがって決められるが、好
ましくは1:10以上1:1000以下（導入流量比）が適当であ
り、より好ましくは1:20以上1:800以下とするのが望ま
しい。
本発明において、絶縁層上での核の発生を抑制する目
的でHClが用いられるが、原料ガスに対するHClの添加量
は、形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材質、さ
らに形成条件により適宜所望にしたがって決められる
が、概ね1:0.1以上1:100以下が適当であり、より好まし
くは1:0.2以上1:80以下とされるのが望ましい。
的でHClが用いられるが、原料ガスに対するHClの添加量
は、形成方法および原料ガスの種類や絶縁層の材質、さ
らに形成条件により適宜所望にしたがって決められる
が、概ね1:0.1以上1:100以下が適当であり、より好まし
くは1:0.2以上1:80以下とされるのが望ましい。
本発明において選択的結晶成長が行われる温度および
圧力としては、形成方法および使用する原料ガスの種
類、原料ガスとH2およびHClとの流量比等の形成条件に
よって異なるが、温度については例えば通常のLPCVD法
では、概ね600℃以上1250℃以下が適当であり、より好
ましくは650℃以上1200℃以下に抑制されるのが望まし
い。またプラズマCVD法等の低温プロセスでは、概ね200
℃以上600℃以下が適当であり、より好ましくは200℃以
上500℃以下に抑制されるのが望ましい。
圧力としては、形成方法および使用する原料ガスの種
類、原料ガスとH2およびHClとの流量比等の形成条件に
よって異なるが、温度については例えば通常のLPCVD法
では、概ね600℃以上1250℃以下が適当であり、より好
ましくは650℃以上1200℃以下に抑制されるのが望まし
い。またプラズマCVD法等の低温プロセスでは、概ね200
℃以上600℃以下が適当であり、より好ましくは200℃以
上500℃以下に抑制されるのが望ましい。
同様に圧力については、概ね10-2Torr以上760Torr以
下が適当であり、より好ましくは10-1Torr以上760Torr
以下の範囲が望ましい。
下が適当であり、より好ましくは10-1Torr以上760Torr
以下の範囲が望ましい。
選択的結晶成長法として、プラズマCVD法等の低温プ
ロセスを用いる場合には、基板に付与される熱エネルギ
ー以外に原料ガスの分解、または基板表面での結晶成長
促進の目的で補助エネルギーが付与される。例えばプラ
ズマCVD法の場合には、一般に高周波エネルギーが用い
られ、光CVD法の場合には、紫外光エネルギーが用いら
れる。補助エネルギーの強度としては、形成方法や形成
条件によって異なるが、高周波エネルギーについては高
周波放電パワー20W以上100W以下、紫外光エネルギーに
おいてはエネルギー密度20mW/cm2以上500mW/cm2以下と
いった値が適当であり、より好ましくは高周波放電パワ
ー30W以上100W以下、紫外光エネルギー密度20mW/cm2以
上400mW/cm2以下とするのが望ましい。
ロセスを用いる場合には、基板に付与される熱エネルギ
ー以外に原料ガスの分解、または基板表面での結晶成長
促進の目的で補助エネルギーが付与される。例えばプラ
ズマCVD法の場合には、一般に高周波エネルギーが用い
られ、光CVD法の場合には、紫外光エネルギーが用いら
れる。補助エネルギーの強度としては、形成方法や形成
条件によって異なるが、高周波エネルギーについては高
周波放電パワー20W以上100W以下、紫外光エネルギーに
おいてはエネルギー密度20mW/cm2以上500mW/cm2以下と
いった値が適当であり、より好ましくは高周波放電パワ
ー30W以上100W以下、紫外光エネルギー密度20mW/cm2以
上400mW/cm2以下とするのが望ましい。
また、本発明の太陽電池に使用される金属基板として
は、シリサイドのようなシリコンと化合物を形成するも
ので、表面に酸化層を設けられるものが選ばれるが、そ
れ以外であっても表面に上述の性質を有する金属が付着
しているものであれば何でもよい。
は、シリサイドのようなシリコンと化合物を形成するも
ので、表面に酸化層を設けられるものが選ばれるが、そ
れ以外であっても表面に上述の性質を有する金属が付着
しているものであれば何でもよい。
また本発明の太陽電池の層構成については特に限定は
なく、実験例や実施例で示すように、例えばショットキ
ー型、MIS型、pn接合型、pin接合型、ヘテロ接合型、タ
ンデム型等あらゆる構造について適用できる。
なく、実験例や実施例で示すように、例えばショットキ
ー型、MIS型、pn接合型、pin接合型、ヘテロ接合型、タ
ンデム型等あらゆる構造について適用できる。
本発明の太陽電池において、種結晶を成長するシリコ
ンウエハ上に形成される絶縁層としては、選択結晶成長
中に核発生を抑制する点から、その表面での核形成密度
がシリコンのそれに比べて、かなり小さいような材質が
用いられる。例えば、SiO2、Si3N4等が、代表的なもの
として使用される。
ンウエハ上に形成される絶縁層としては、選択結晶成長
中に核発生を抑制する点から、その表面での核形成密度
がシリコンのそれに比べて、かなり小さいような材質が
用いられる。例えば、SiO2、Si3N4等が、代表的なもの
として使用される。
本発明の太陽電池の製造方法に用いられる選択的結晶
成長法を行う際に、絶縁層202（302）に設けられる開口
部204（301）の形状については特に規定はないが、例え
ば正方形、円等が代表的なものとして挙げられる。開口
部204（301）の大きさとしては、成長する山型単結晶体
203（303）のファセットは、実験１に示すように開口部
が大きくなるにつれて崩れていく傾向、すなわち結晶性
が悪くなる傾向があり、ファセットの崩れを抑えるた
め、また剥離を容易にするために数μｍ以下とするのが
望ましい。現実的にはフォトリソグラフィーのパターン
精度に依るため、形状を正方形とした場合に、ａは１μ
ｍ以上５μｍ以下が適当となる。また、開口部204（30
1）の設けられる間隔ｂとしては、成長させる種結晶の
大きさを考慮して、10μｍ以上200μｍ以内とするのが
適当である。
成長法を行う際に、絶縁層202（302）に設けられる開口
部204（301）の形状については特に規定はないが、例え
ば正方形、円等が代表的なものとして挙げられる。開口
部204（301）の大きさとしては、成長する山型単結晶体
203（303）のファセットは、実験１に示すように開口部
が大きくなるにつれて崩れていく傾向、すなわち結晶性
が悪くなる傾向があり、ファセットの崩れを抑えるた
め、また剥離を容易にするために数μｍ以下とするのが
望ましい。現実的にはフォトリソグラフィーのパターン
精度に依るため、形状を正方形とした場合に、ａは１μ
ｍ以上５μｍ以下が適当となる。また、開口部204（30
1）の設けられる間隔ｂとしては、成長させる種結晶の
大きさを考慮して、10μｍ以上200μｍ以内とするのが
適当である。
ウェハから種結晶を分離する際に用いるエッチング液
は、SiO2,Si3N4等のエッチングに使用されているもので
あれば何でもよいが、特にHF水溶液や熱リン酸液が望ま
しい。
は、SiO2,Si3N4等のエッチングに使用されているもので
あれば何でもよいが、特にHF水溶液や熱リン酸液が望ま
しい。
また超音波振動を加える時の超音波の振動数は、20kH
2以上100kH2以下が望ましく、強度は、20W以上600W以下
が望ましい。
2以上100kH2以下が望ましく、強度は、20W以上600W以下
が望ましい。
本発明の方法により形成される多結晶薄膜は、結晶成
長中あるいは成長後に、不純物元素でドーピングして接
合を形成することが可能である。
長中あるいは成長後に、不純物元素でドーピングして接
合を形成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が、特に、Ｂ、Ga、Ｐ、Sb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
的特性に応じて適宜決定される。
期律表第III族Ａの元素、例えばＢ、Al、Ga、In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が、特に、Ｂ、Ga、Ｐ、Sb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
的特性に応じて適宜決定される。
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、また
は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。
用物質）としては、常温常圧でガス状態であるか、また
は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。
この様な化合物としては、例えばPH3、P2H4、PF3、PF
5、PCl3、AsH3、AsF3、AsF5、AsCl3、SbH3、SbF5、B
F3、BCl3、BBr3、B2H6、B4H10、B4H12、B5H9、B5H11、A
lCl3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。
5、PCl3、AsH3、AsF3、AsF5、AsCl3、SbH3、SbF5、B
F3、BCl3、BBr3、B2H6、B4H10、B4H12、B5H9、B5H11、A
lCl3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。
［実施例］ 以下、本発明の方法を実施して所望の太陽電池を形成
するところをより詳細に説明するが、本発明はこれらの
実施例により何ら限定されるものではない。
するところをより詳細に説明するが、本発明はこれらの
実施例により何ら限定されるものではない。
（実施例１） 結晶方位の揃った多結晶シリコンMIS型太陽電池を、
第４図（Ａ）〜（Ｆ）に示すプロセスで作製した。単結
晶体成長用基板にはSbドープの（100）シリコンウエハ4
01（ρ＝0.02Ω・cm）を用いた。熱酸化膜（200Å）を
絶縁層402とし、一辺がａ＝1.2μｍの正方形の開口部を
ｂ＝50μｍの間隔で設け、通常のLPCVD装置により表１
の条件で選択結晶成長を行い、第３図（Ｂ）に示したよ
うな結晶方位が互いに揃った単結晶体シリコン403を、
シリコンウエハ401上に形成した（第４図（Ａ））。
第４図（Ａ）〜（Ｆ）に示すプロセスで作製した。単結
晶体成長用基板にはSbドープの（100）シリコンウエハ4
01（ρ＝0.02Ω・cm）を用いた。熱酸化膜（200Å）を
絶縁層402とし、一辺がａ＝1.2μｍの正方形の開口部を
ｂ＝50μｍの間隔で設け、通常のLPCVD装置により表１
の条件で選択結晶成長を行い、第３図（Ｂ）に示したよ
うな結晶方位が互いに揃った単結晶体シリコン403を、
シリコンウエハ401上に形成した（第４図（Ａ））。
次にウエハ401を49％濃度のHFの水溶液に24時間浸漬
し、酸化膜層402をエッチングして除去し、ウエハ401を
流水洗浄後に純水中で超音波振動（振動数:39kHz，強
度:200W）をかけて、単結晶体シリコン403をウエハ401
より剥離した（第４図（Ｂ））。剥離した単結晶体シリ
コン403を乾燥させた後に、厚さ0.8mmのクロム基板40
1′上に、単結晶体シリコン403を散布して基板401′に
超音波振動（振動数:39kHz，強度:80W）をかけた後に、
不活性ガス雰囲気中で約1300℃でアニールし、クロム基
板401′と単結晶体シリコン403との間に金属シリコンの
中間層404を得た（第４図（Ｃ））。次に酸素雰囲気中
約1000℃でアニールを行い、クロム基板401′表面に酸
化膜405を形成して、単結晶体表面上のSiO2をHF水溶液
で除去した（第４図（Ｄ））後に、表３に示した成長条
件で選択結晶成長を行って、連続多結晶シリコン膜40
3′を得た（第４図（Ｅ））。LPCVD法により250℃でSiO
2層406を多結晶シリコン403′の上に10Å堆積させ、そ
の上に多結晶シリコン403′に対して、ショットキー障
壁を形成するAuを電極407として30Åの厚さで真空蒸着
し、さらにその上に集電電極408としてCrを１μｍ真空
蒸着した（第４図（Ｆ））。
し、酸化膜層402をエッチングして除去し、ウエハ401を
流水洗浄後に純水中で超音波振動（振動数:39kHz，強
度:200W）をかけて、単結晶体シリコン403をウエハ401
より剥離した（第４図（Ｂ））。剥離した単結晶体シリ
コン403を乾燥させた後に、厚さ0.8mmのクロム基板40
1′上に、単結晶体シリコン403を散布して基板401′に
超音波振動（振動数:39kHz，強度:80W）をかけた後に、
不活性ガス雰囲気中で約1300℃でアニールし、クロム基
板401′と単結晶体シリコン403との間に金属シリコンの
中間層404を得た（第４図（Ｃ））。次に酸素雰囲気中
約1000℃でアニールを行い、クロム基板401′表面に酸
化膜405を形成して、単結晶体表面上のSiO2をHF水溶液
で除去した（第４図（Ｄ））後に、表３に示した成長条
件で選択結晶成長を行って、連続多結晶シリコン膜40
3′を得た（第４図（Ｅ））。LPCVD法により250℃でSiO
2層406を多結晶シリコン403′の上に10Å堆積させ、そ
の上に多結晶シリコン403′に対して、ショットキー障
壁を形成するAuを電極407として30Åの厚さで真空蒸着
し、さらにその上に集電電極408としてCrを１μｍ真空
蒸着した（第４図（Ｆ））。
得られたMIS型太陽電池のＩ−Ｖ特性について、AM1.5
の光照射下で測定を行った。この時のセル面積は0.16cm
2であった。結晶方位の揃っていない、通常の多結晶シ
リコン膜（粒径100μｍ以下）を用いた太陽電池（セル
面積0.16cm2）と特性を比較したところ、本発明によるM
IS型太陽電池で変換効率5.0％、通常の多結晶を用いた
太陽電池で変換効率4.2％となり、従来の結晶方位が揃
っていない多結晶太陽電池に比べて、本発明の多結晶太
陽電池の方が高い特性が得られている。
の光照射下で測定を行った。この時のセル面積は0.16cm
2であった。結晶方位の揃っていない、通常の多結晶シ
リコン膜（粒径100μｍ以下）を用いた太陽電池（セル
面積0.16cm2）と特性を比較したところ、本発明によるM
IS型太陽電池で変換効率5.0％、通常の多結晶を用いた
太陽電池で変換効率4.2％となり、従来の結晶方位が揃
っていない多結晶太陽電池に比べて、本発明の多結晶太
陽電池の方が高い特性が得られている。
（実施例２） 実施例１と同様にして、アモルファスシリコンカーバ
イト／多結晶シリコンヘテロ型太陽電池を作製した。単
結晶体成長用基板には、Sbドープの（100）シリコンウ
エハ501（ρ＝0.02Ω・cm）を用い、常厚CVD法によりSi
O2膜502を300Å堆積させた。SiO2膜502には、一辺がａ
＝1.2μｍの正方形の開口部をｂ＝50μｍの間隔で設け
た。通常のLPCVD法により表４の条件で選択結晶成長を
行い、結晶方位の揃った単結晶体シリコン503を形成し
た。第５図（Ａ）〜（Ｆ）に作製したヘテロ型太陽電池
のプロセスを示す。実施例１で示した第４図の場合とほ
とんど同じであるが、第５図（Ｆ）において酸化膜406
の代わりに、ｐ型アモルファスシリコンカーバイト506
が、また障壁電極407の代わりに透明導電膜507が、順に
多結晶シリコン503′上に形成される。
イト／多結晶シリコンヘテロ型太陽電池を作製した。単
結晶体成長用基板には、Sbドープの（100）シリコンウ
エハ501（ρ＝0.02Ω・cm）を用い、常厚CVD法によりSi
O2膜502を300Å堆積させた。SiO2膜502には、一辺がａ
＝1.2μｍの正方形の開口部をｂ＝50μｍの間隔で設け
た。通常のLPCVD法により表４の条件で選択結晶成長を
行い、結晶方位の揃った単結晶体シリコン503を形成し
た。第５図（Ａ）〜（Ｆ）に作製したヘテロ型太陽電池
のプロセスを示す。実施例１で示した第４図の場合とほ
とんど同じであるが、第５図（Ｆ）において酸化膜406
の代わりに、ｐ型アモルファスシリコンカーバイト506
が、また障壁電極407の代わりに透明導電膜507が、順に
多結晶シリコン503′上に形成される。
ｐ型アモルファスシリコンカーバイト層506は通常の
プラズマCVD装置により、表５に示す条件で多結晶シリ
コン503′表面上に100Å堆積させた。この時のアモルフ
ァスシリコンカーバイト膜の暗導電率は、10-2s・cm-1
以下であり、ＣとSiの膜中の組成比は2:3であった。
プラズマCVD装置により、表５に示す条件で多結晶シリ
コン503′表面上に100Å堆積させた。この時のアモルフ
ァスシリコンカーバイト膜の暗導電率は、10-2s・cm-1
以下であり、ＣとSiの膜中の組成比は2:3であった。
また、透明導電膜507としてはITOを約1000Å電子ビー
ム蒸着して形成した。
ム蒸着して形成した。
このようにして得られたアモルファスシリコンカーバ
イト／多結晶シリコンヘテロ型太陽電池の、AM1.5光照
射下でのＩ−Ｖ特性の測定を行ったところ（セル面積0.
16cm2）、開放電圧0.49V、短絡光電流19.5mA/cm2、曲線
因子0.53となり、変換効率5.1％という高い値が得られ
た。これは従来の結晶方位の揃っていない多結晶を用い
たアモルファスシリコンカーバイト／多結晶シリコンヘ
テロ型太陽電池に比べて、良好な結果となっている。
イト／多結晶シリコンヘテロ型太陽電池の、AM1.5光照
射下でのＩ−Ｖ特性の測定を行ったところ（セル面積0.
16cm2）、開放電圧0.49V、短絡光電流19.5mA/cm2、曲線
因子0.53となり、変換効率5.1％という高い値が得られ
た。これは従来の結晶方位の揃っていない多結晶を用い
たアモルファスシリコンカーバイト／多結晶シリコンヘ
テロ型太陽電池に比べて、良好な結果となっている。
（実施例３） 実施例１・２と同様にして第１図に示すような、pin
型多結晶太陽電池を作製した。第１図の太陽電池は、選
択結晶成長中に不純物を原料ガスに微量添加すること
で、pin接合を単結晶体の中に作り込んだものである。
型多結晶太陽電池を作製した。第１図の太陽電池は、選
択結晶成長中に不純物を原料ガスに微量添加すること
で、pin接合を単結晶体の中に作り込んだものである。
SiO2膜（第１図には図示せず）はLPCVD法により金属
基板101の上に堆積し、膜厚は300Åとした。SiO2膜に
は、一辺がａ＝1.2μｍの正方形の開口部をｂ＝50μｍ
の間隔で設けた。選択的結晶成長法により、単結晶体を
成長中に不純物の種類および量を変化させて、基板側か
ら順にｎ、ｉ、ｐと導電型を変えてpin接合（103、10
4、105）を形成した。表６に成長条件を示す。
基板101の上に堆積し、膜厚は300Åとした。SiO2膜に
は、一辺がａ＝1.2μｍの正方形の開口部をｂ＝50μｍ
の間隔で設けた。選択的結晶成長法により、単結晶体を
成長中に不純物の種類および量を変化させて、基板側か
ら順にｎ、ｉ、ｐと導電型を変えてpin接合（103、10
4、105）を形成した。表６に成長条件を示す。
不純物の切り換えは、成長していく単結晶体が約20μ
ｍとなるところまではPH3を導入してｎ層103を形成し、
単結晶体を剥離して基板に固着、酸化膜を形成した後
に、選択的結晶成長を不純物を導入しないで行い、連続
多結晶薄膜104になったところで、今度はB2H6を導入し
て多結晶薄膜104上にｐ層105を0.2μｍ形成するという
具合いに行った。
ｍとなるところまではPH3を導入してｎ層103を形成し、
単結晶体を剥離して基板に固着、酸化膜を形成した後
に、選択的結晶成長を不純物を導入しないで行い、連続
多結晶薄膜104になったところで、今度はB2H6を導入し
て多結晶薄膜104上にｐ層105を0.2μｍ形成するという
具合いに行った。
基板601′にはモリブデンを用い、単結晶体603の固着
時のアニールは530℃で行い、酸化膜605形成時のアニー
ルは酸素雰囲気中で1000℃で行った。このようにして第
６図（Ａ）〜（Ｆ）に示すようなプロセスで、pin接合
（603、603′、606）を有する太陽電池を作製した。
時のアニールは530℃で行い、酸化膜605形成時のアニー
ルは酸素雰囲気中で1000℃で行った。このようにして第
６図（Ａ）〜（Ｆ）に示すようなプロセスで、pin接合
（603、603′、606）を有する太陽電池を作製した。
上述のプロセスを経て作製したpin接合型多結晶太陽
電池の、AM1.5照射下でのＩ−Ｖ特性を調べたところ、
セル面積0.16cm2で開放電圧0.47V、短絡光電流23mA/c
m2、曲線因子0.67となり、7.2％という高い変換効率が
得られた。
電池の、AM1.5照射下でのＩ−Ｖ特性を調べたところ、
セル面積0.16cm2で開放電圧0.47V、短絡光電流23mA/c
m2、曲線因子0.67となり、7.2％という高い変換効率が
得られた。
（実施例４） 実施例１〜３と同様にしてnip型多結晶太陽電池を作
製した。単結晶体成長用基板にはＢドープの（100）シ
リコンウエハ（ρ＝１Ω・cm）を用い、常圧CVD法によ
りSiO2膜を300Å堆積させた。SiO2膜には、一辺がａ＝
1.2μｍの正方形の開口部をｂ＝50μｍの間隔で設け
た。通常のLPCVD法により、表４の条件で選択結晶成長
を行い、結晶方位の揃った結晶体シリコンを形成した。
単結晶体をウエハから剥離した後に、表面にAlを真空蒸
着により200Å付けたモリブデン基板上に散布して、585
℃でアニールを行った。この場合、ウエハから剥離した
単結晶体がすわりの良い状態でアニールによって基板に
固着するときに、Alと単結晶体Siとの間で共晶反応が生
じ、Al-Siの中間層（P+層）が出来る。
製した。単結晶体成長用基板にはＢドープの（100）シ
リコンウエハ（ρ＝１Ω・cm）を用い、常圧CVD法によ
りSiO2膜を300Å堆積させた。SiO2膜には、一辺がａ＝
1.2μｍの正方形の開口部をｂ＝50μｍの間隔で設け
た。通常のLPCVD法により、表４の条件で選択結晶成長
を行い、結晶方位の揃った結晶体シリコンを形成した。
単結晶体をウエハから剥離した後に、表面にAlを真空蒸
着により200Å付けたモリブデン基板上に散布して、585
℃でアニールを行った。この場合、ウエハから剥離した
単結晶体がすわりの良い状態でアニールによって基板に
固着するときに、Alと単結晶体Siとの間で共晶反応が生
じ、Al-Siの中間層（P+層）が出来る。
次に、酸素雰囲気中で850℃でアニールを行い、露出
したAlの表面に酸化膜を形成した後に、さらに不活性ガ
ス中で1100℃でアニールを行った。HF水溶液で単結晶体
表面のSiO2を除去した後、実施例３と同様にして選択結
晶成長を不純物を導入しないで行い、連続多結晶薄膜に
なったところで、今度はPH3を導入して多結晶薄膜上に
ｎ層を0.2μｍ形成した。このときのｉ層、ｎ層の形成
条件は表６と同一条件で行った。多結晶膜形成後に透明
導電膜として、ITOを約1000Å電子ビーム蒸着して形成
し、さらにその上に集電電極としてCrを１μｍ真空蒸着
した。
したAlの表面に酸化膜を形成した後に、さらに不活性ガ
ス中で1100℃でアニールを行った。HF水溶液で単結晶体
表面のSiO2を除去した後、実施例３と同様にして選択結
晶成長を不純物を導入しないで行い、連続多結晶薄膜に
なったところで、今度はPH3を導入して多結晶薄膜上に
ｎ層を0.2μｍ形成した。このときのｉ層、ｎ層の形成
条件は表６と同一条件で行った。多結晶膜形成後に透明
導電膜として、ITOを約1000Å電子ビーム蒸着して形成
し、さらにその上に集電電極としてCrを１μｍ真空蒸着
した。
このようにして作製したnip型多結晶太陽電池の、AM
1.5光照射下でのＩ−Ｖ特性を調べたところ、セル面積
0.16cm2で開放電圧0.46V、短絡光電流25mA/cm2、曲線因
子0.69となり、変換効率7.9％を得た。
1.5光照射下でのＩ−Ｖ特性を調べたところ、セル面積
0.16cm2で開放電圧0.46V、短絡光電流25mA/cm2、曲線因
子0.69となり、変換効率7.9％を得た。
［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、多結晶シリコン
薄膜の構成要素である結晶粒の結晶方位を膜厚方向に対
して揃える事により、高効率の薄型太陽電池が作製でき
ることが示された。
薄膜の構成要素である結晶粒の結晶方位を膜厚方向に対
して揃える事により、高効率の薄型太陽電池が作製でき
ることが示された。
また、シリコンウエハ上に選択的エピタキシャル法に
より形成した山型単結晶体を剥離して、金属基板上に移
植出来ること、およびこの単結晶体を種結晶として選択
結晶成長を行うことにより、多結晶薄膜が金属基板上に
得られること、さらにウエハの再利用が何度も可能であ
ることから、量産性のある安価な太陽電池が製造される
ことが示された。
より形成した山型単結晶体を剥離して、金属基板上に移
植出来ること、およびこの単結晶体を種結晶として選択
結晶成長を行うことにより、多結晶薄膜が金属基板上に
得られること、さらにウエハの再利用が何度も可能であ
ることから、量産性のある安価な太陽電池が製造される
ことが示された。
さらに、本発明によれば、特性の良好な多結晶薄膜太
陽電池を金属基板上に形成することが可能となった。こ
れにより、量産性のある安価で良質の薄型太陽電池を市
場に提供することができるようになった。
陽電池を金属基板上に形成することが可能となった。こ
れにより、量産性のある安価で良質の薄型太陽電池を市
場に提供することができるようになった。
第１図は、本発明の方法により作製したpin型太陽電池
の断面図である。 第２図は、選択的結晶成長法について説明した図であ
る。 第３図は、本発明により得られた山型結晶が、三次元的
に成長していく過程を説明した図である。 第４図は、本発明の方法により作製したMIS型太陽電池
の製造工程を示した図である。 第５図は、本発明の方法により作製したヘテロ型太陽電
池の製造工程を示した図である。 第６図は、本発明の方法により作成したpin型太陽電池
の製造工程を示した図である。 第７図は、選択的結晶成長法において用いたLPCVD装置
の構造について示した図である。 （符号の説明） 101,401′,501′,601′……金属基板、102,404,504,604
……金属シリコン中間層、103,603……ｎ型シリコン
層、104,403′,503′,603′……ｉ型シリコン層、105,6
06……ｐ型シリコン層、106,507,607……透明導電層、1
07,405,505,605……金属酸化層、108,408,508,608……
集電電極、201,401,501,601……シリコンウエハ、202,3
02,402,502,602……絶縁層、203,303,403,503,603……
単結晶体シリコン、204,301……開口部、406……SiO2、
407……障壁電極、506……ｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイト層、701……石英ベルジャー、702……ウエハ支
持用凹部、703……サセプタ、704……基板加熱用ヒータ
ー。
の断面図である。 第２図は、選択的結晶成長法について説明した図であ
る。 第３図は、本発明により得られた山型結晶が、三次元的
に成長していく過程を説明した図である。 第４図は、本発明の方法により作製したMIS型太陽電池
の製造工程を示した図である。 第５図は、本発明の方法により作製したヘテロ型太陽電
池の製造工程を示した図である。 第６図は、本発明の方法により作成したpin型太陽電池
の製造工程を示した図である。 第７図は、選択的結晶成長法において用いたLPCVD装置
の構造について示した図である。 （符号の説明） 101,401′,501′,601′……金属基板、102,404,504,604
……金属シリコン中間層、103,603……ｎ型シリコン
層、104,403′,503′,603′……ｉ型シリコン層、105,6
06……ｐ型シリコン層、106,507,607……透明導電層、1
07,405,505,605……金属酸化層、108,408,508,608……
集電電極、201,401,501,601……シリコンウエハ、202,3
02,402,502,602……絶縁層、203,303,403,503,603……
単結晶体シリコン、204,301……開口部、406……SiO2、
407……障壁電極、506……ｐ型アモルファスシリコンカ
ーバイト層、701……石英ベルジャー、702……ウエハ支
持用凹部、703……サセプタ、704……基板加熱用ヒータ
ー。
Claims (3)
- 【請求項１】金属基体上に結晶方位の揃った単結晶体シ
リコンを間隔をあけて配置した後に、加熱することによ
り該金属基体と該単結晶体シリコンとの間に金属−シリ
コンの中間層を形成し、次に、露出している該金属基体
表面を酸化し、次いで、選択的エピタキシャル成長法に
より、該単結晶体シリコンを種結晶として結晶成長を行
う工程を有することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項２】前記単結晶体シリコンを前記金属基体上に
配置する際に、シリコンウエハ上に絶縁層を形成し、該
絶縁層の一部に微小の開口部を設けた後に、選択的エピ
タキシャル成長法により、単結晶体シリコンを形成し、
次に、該絶縁層をエッチングで除去した後に、該単結晶
体シリコンを、超音波振動により該シリコンウエハより
剥離して前記金属基体上に配置する工程を有することを
特徴とする請求項１記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】前記単結晶体シリコンを、前記金属基体上
に配置する際に、超音波振動をかけることを特徴とする
請求項１記載の太陽電池の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2315084A JP2721271B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 太陽電池の製造方法 |
| DE4138121A DE4138121C2 (de) | 1990-11-20 | 1991-11-19 | Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle |
| US07/794,462 US5254481A (en) | 1990-11-20 | 1991-11-19 | Polycrystalline solar cell manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2315084A JP2721271B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 太陽電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04184979A JPH04184979A (ja) | 1992-07-01 |
| JP2721271B2 true JP2721271B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=18061224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2315084A Expired - Fee Related JP2721271B2 (ja) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | 太陽電池の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5254481A (ja) |
| JP (1) | JP2721271B2 (ja) |
| DE (1) | DE4138121C2 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4219436C2 (de) * | 1992-06-13 | 1994-11-10 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur Abscheidung glatter polykristalliner Schichten |
| EP0659911A1 (en) * | 1993-12-23 | 1995-06-28 | International Business Machines Corporation | Method to form a polycrystalline film on a substrate |
| KR100362751B1 (ko) * | 1994-01-19 | 2003-02-11 | 소니 가부시끼 가이샤 | 반도체소자의콘택트홀및그형성방법 |
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