JPH04261068A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
太陽電池の製造方法Info
- Publication number
- JPH04261068A JPH04261068A JP3011188A JP1118891A JPH04261068A JP H04261068 A JPH04261068 A JP H04261068A JP 3011188 A JP3011188 A JP 3011188A JP 1118891 A JP1118891 A JP 1118891A JP H04261068 A JPH04261068 A JP H04261068A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- silicon layer
- conductivity type
- amorphous silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池の製造方法に係
り、より詳しくは、太陽電池のpn接合を固相成長法で
形成する太陽電池の製造方法に関する。
り、より詳しくは、太陽電池のpn接合を固相成長法で
形成する太陽電池の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シリコン多結晶を用いた太陽電池は知ら
れている。シリコン多結晶はシリコン単結晶よりも大面
積化が容易であり、かつ安価である利点があり、太陽電
池用半導体基板として非常に有望である。シリコン多結
晶基板にpn接合を形成する方法としては、一般的に、
n型シリコン基板上にCVD法でp型シリコン層をエピ
タキシャル成長するか、またはn型シリコン基板に拡散
法でp型拡散層を形成する方法がとられている。
れている。シリコン多結晶はシリコン単結晶よりも大面
積化が容易であり、かつ安価である利点があり、太陽電
池用半導体基板として非常に有望である。シリコン多結
晶基板にpn接合を形成する方法としては、一般的に、
n型シリコン基板上にCVD法でp型シリコン層をエピ
タキシャル成長するか、またはn型シリコン基板に拡散
法でp型拡散層を形成する方法がとられている。
【0003】また、例えば、pn接合がp− 型シリコ
ン基板とその表面のn+ 型層からなる場合に基板の裏
面にp+ 型層を設けてBSF効果(裏面電界効果:B
ack Surface.Field Effect)
を得ることができることが知られているが、このp+
型層も一般的にはアルミペーストや蒸着アルミ等の熱拡
散で形成されている。
ン基板とその表面のn+ 型層からなる場合に基板の裏
面にp+ 型層を設けてBSF効果(裏面電界効果:B
ack Surface.Field Effect)
を得ることができることが知られているが、このp+
型層も一般的にはアルミペーストや蒸着アルミ等の熱拡
散で形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、CVD
法でシリコン層をエピタキシャル成長する方法は高温を
必要とし、用いうる基板に制約があり、プラズマCVD
法では低温成長できるが、その後電極ペースト焼成など
高温の熱処理を経るため膜質が低下する(デバイス特性
が低下する)欠点がある。また、拡散法では1020c
m−3以上の高濃度の拡散層を形成することが困難であ
り、しかも高濃度にすると拡散深さが深くなる、拡散層
形成の制御性が低いという欠点がある。また、裏面に高
濃度層を形成する場合、熱処理の工程が増え、プロセス
が簡単でない。
法でシリコン層をエピタキシャル成長する方法は高温を
必要とし、用いうる基板に制約があり、プラズマCVD
法では低温成長できるが、その後電極ペースト焼成など
高温の熱処理を経るため膜質が低下する(デバイス特性
が低下する)欠点がある。また、拡散法では1020c
m−3以上の高濃度の拡散層を形成することが困難であ
り、しかも高濃度にすると拡散深さが深くなる、拡散層
形成の制御性が低いという欠点がある。また、裏面に高
濃度層を形成する場合、熱処理の工程が増え、プロセス
が簡単でない。
【0005】そこで、本発明は、低温で、浅い高濃度の
pn接合を形成しかつそのとき同時に裏面高濃度層を形
成する方法を提供し、よって高品質の太陽電池を提供し
かつそのプロセスを簡単化することを目的とする。
pn接合を形成しかつそのとき同時に裏面高濃度層を形
成する方法を提供し、よって高品質の太陽電池を提供し
かつそのプロセスを簡単化することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、第一導電型の結晶シリコンからなる基板
表面上に該第一導電型と反対の導電型である第二導電型
の第一のアモルファスシリコン層を堆積し、かつ該基板
の該第一アモルファスシリコン層と反対側表面上に該基
板より高濃度の該第一導電型の第二のアモルファスシリ
コン層を堆積し、そして該基板を熱処理して該第一及び
第二アモルファスシリコン層を結晶質シリコン層に変換
し、よって該第一アモルファスシリコン層と該第一導電
型シリコン結晶基板とでpn接合を形成すると同時に該
基板裏面に高濃度第一導電型結晶シリコン層を形成する
ことを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
成するために、第一導電型の結晶シリコンからなる基板
表面上に該第一導電型と反対の導電型である第二導電型
の第一のアモルファスシリコン層を堆積し、かつ該基板
の該第一アモルファスシリコン層と反対側表面上に該基
板より高濃度の該第一導電型の第二のアモルファスシリ
コン層を堆積し、そして該基板を熱処理して該第一及び
第二アモルファスシリコン層を結晶質シリコン層に変換
し、よって該第一アモルファスシリコン層と該第一導電
型シリコン結晶基板とでpn接合を形成すると同時に該
基板裏面に高濃度第一導電型結晶シリコン層を形成する
ことを特徴とする太陽電池の製造方法を提供する。
【0007】基板は、第一導電型シリコン結晶からなる
ものである。低温プラズマCVD法で多結晶シリコン層
を成長する場合には基板の面方位によって得られる膜質
の差が大きいが固相成長法ではそのような制約はない。 基板は、1017〜1015/cm3程度のドーパント
濃度、抵抗率で0.1 〜10Ωcm程度のn− 型又
はp− 型の結晶質とする。
ものである。低温プラズマCVD法で多結晶シリコン層
を成長する場合には基板の面方位によって得られる膜質
の差が大きいが固相成長法ではそのような制約はない。 基板は、1017〜1015/cm3程度のドーパント
濃度、抵抗率で0.1 〜10Ωcm程度のn− 型又
はp− 型の結晶質とする。
【0008】基板の表面は、アモルファスシリコン層の
堆積前に清浄化処理を行うことが良質のpn接合を固相
成長法で形成するために極めて望ましい。具体的には、
有機洗浄後、アルカリ性液又は混酸によるエッチングに
より清浄な基板表面を出す。この他、インサイトでのプ
ラズマによるエッチングによっても可能である。この第
一導電型シリコン結晶からなる基板上に、先ず、ノンド
ープのアモルファスシリコン層を堆積してグレーデッド
構造を形成するようにしてもよい。ここでノンドープと
は、試料ガスとしてPH3 などのドーパントガスを含
まないもの、あるいは数十から百ppm 程度のドーパ
ントガスを含んだものを用いて成膜するもので1016
/cm3以下のドーパント濃度の場合を含めていう。
堆積前に清浄化処理を行うことが良質のpn接合を固相
成長法で形成するために極めて望ましい。具体的には、
有機洗浄後、アルカリ性液又は混酸によるエッチングに
より清浄な基板表面を出す。この他、インサイトでのプ
ラズマによるエッチングによっても可能である。この第
一導電型シリコン結晶からなる基板上に、先ず、ノンド
ープのアモルファスシリコン層を堆積してグレーデッド
構造を形成するようにしてもよい。ここでノンドープと
は、試料ガスとしてPH3 などのドーパントガスを含
まないもの、あるいは数十から百ppm 程度のドーパ
ントガスを含んだものを用いて成膜するもので1016
/cm3以下のドーパント濃度の場合を含めていう。
【0009】ノンドープ層を形成するかどうかは別とし
て、基本的には、第一導電型結晶シリコン基板上に、第
二導電型のアモルファスシリコン層を堆積する。この堆
積の一般的条件は下記の如くである。 シリコン源: SiH4 ドーパント(p型): B2H6 ドーパント(n型): PH3 ドーパント濃度: 0.1 〜3%ガス流量:
10 〜50sccm 基板温度: 150〜350 ℃ 圧力: 200mTorr プラズマ電力: 10 〜20W 膜厚: 100 〜2000Å或いはそれ以上この堆積
法によれば、低温で、高濃度にドープしたアモルファス
シリコン層を所望の厚さに形成することができる。
て、基本的には、第一導電型結晶シリコン基板上に、第
二導電型のアモルファスシリコン層を堆積する。この堆
積の一般的条件は下記の如くである。 シリコン源: SiH4 ドーパント(p型): B2H6 ドーパント(n型): PH3 ドーパント濃度: 0.1 〜3%ガス流量:
10 〜50sccm 基板温度: 150〜350 ℃ 圧力: 200mTorr プラズマ電力: 10 〜20W 膜厚: 100 〜2000Å或いはそれ以上この堆積
法によれば、低温で、高濃度にドープしたアモルファス
シリコン層を所望の厚さに形成することができる。
【0010】また、第一導電型結晶シリコン基板の反対
側表面(裏面)には、基板より高濃度にドープした第一
導電型のアモルファスシリコン層を堆積する。この堆積
の一般的条件は、導電型が反対である以外、上記の第二
導電型のアモルファスシリコン層を堆積する場合と同様
である。2つのアモルファスシリコン層の堆積順序は問
わない。
側表面(裏面)には、基板より高濃度にドープした第一
導電型のアモルファスシリコン層を堆積する。この堆積
の一般的条件は、導電型が反対である以外、上記の第二
導電型のアモルファスシリコン層を堆積する場合と同様
である。2つのアモルファスシリコン層の堆積順序は問
わない。
【0011】次に、上記2つのアモルファスシリコン層
を堆積した基板を熱処理して、アモルファスシリコン層
を両方とも結晶化させる。この熱処理は結晶シリコン層
の堆積の場合( 一般に900 〜1100℃) と比
べて低温でよく、アモルファスシリコン層の膜質等によ
るが、典型的には600 〜700 ℃でよい。500
℃未満では良好な結晶が得られにくく、一方より高温
にするとランダム結晶核発生によりエピタキシャル成長
せずに粒径の小さな多結晶となる。熱処理雰囲気は不活
性雰囲気、例えばアルゴンがよい。
を堆積した基板を熱処理して、アモルファスシリコン層
を両方とも結晶化させる。この熱処理は結晶シリコン層
の堆積の場合( 一般に900 〜1100℃) と比
べて低温でよく、アモルファスシリコン層の膜質等によ
るが、典型的には600 〜700 ℃でよい。500
℃未満では良好な結晶が得られにくく、一方より高温
にするとランダム結晶核発生によりエピタキシャル成長
せずに粒径の小さな多結晶となる。熱処理雰囲気は不活
性雰囲気、例えばアルゴンがよい。
【0012】この熱処理により、第二導電型のアモルフ
ァスシリコン層は結晶化し、pn接合が形成される。こ
の方法によれば、先ず、低温でpn接合が形成できるの
で、半導体膜或いは層の品質を低下させることがない。 また、低温であるのでドーパントが基板中に深く拡散す
ることもない。結晶化されるシリコン層の厚さは200
Å程度までは薄くすることができる。従来の熱拡散法
では高濃度に拡散しようとすると少なくとも5000Å
程度まで達したが、本発明ではドーパント濃度と無関係
に薄くすることができる。但し、100 Åより薄くす
ると開放電圧、短絡光電流ともに減少し、太陽電池の変
換効率が低下する。結晶化した第二導電型シリコン層の
ドーパント濃度としては1021cm−3程度までは容
易に実現できる。従って、浅くかつ急峻な濃度勾配を持
つpn接合が得られる。
ァスシリコン層は結晶化し、pn接合が形成される。こ
の方法によれば、先ず、低温でpn接合が形成できるの
で、半導体膜或いは層の品質を低下させることがない。 また、低温であるのでドーパントが基板中に深く拡散す
ることもない。結晶化されるシリコン層の厚さは200
Å程度までは薄くすることができる。従来の熱拡散法
では高濃度に拡散しようとすると少なくとも5000Å
程度まで達したが、本発明ではドーパント濃度と無関係
に薄くすることができる。但し、100 Åより薄くす
ると開放電圧、短絡光電流ともに減少し、太陽電池の変
換効率が低下する。結晶化した第二導電型シリコン層の
ドーパント濃度としては1021cm−3程度までは容
易に実現できる。従って、浅くかつ急峻な濃度勾配を持
つpn接合が得られる。
【0013】同様にして、上記の熱処理により第一導電
型アモルファスシリコン層も結晶化し、基板裏面に高濃
度の第一導電型結晶シリコン層を形成する。この結晶シ
リコン層も高濃度であり、かつ浅いので、大きなBSF
効果を得ることができる。従来BSF効果を得るために
は例えば、基板がp型の場合ボロン、アルミニウムなど
の熱拡散が主として用いられているがこの方法ではやは
り高温処理が必要となる。これに対し固相成長法を用い
ることにより低温でp+ 型結晶層の厚さや不純物濃度
の制御が容易でありBSF効果の最適化を図り易い。ま
た、この層の形成はpn接合の形成のための熱処理と同
時に行われるので、プロセスが簡単である。
型アモルファスシリコン層も結晶化し、基板裏面に高濃
度の第一導電型結晶シリコン層を形成する。この結晶シ
リコン層も高濃度であり、かつ浅いので、大きなBSF
効果を得ることができる。従来BSF効果を得るために
は例えば、基板がp型の場合ボロン、アルミニウムなど
の熱拡散が主として用いられているがこの方法ではやは
り高温処理が必要となる。これに対し固相成長法を用い
ることにより低温でp+ 型結晶層の厚さや不純物濃度
の制御が容易でありBSF効果の最適化を図り易い。ま
た、この層の形成はpn接合の形成のための熱処理と同
時に行われるので、プロセスが簡単である。
【0014】また、固相成長のための熱処理の後、固相
成長温度以上の温度に昇温してドープした不純物を拡散
させて接合界面を改善するようにしてもよい。pn接合
の形成及び裏面高濃度層以外の電極等の形成は、通常の
太陽電池と同様にすることができる。
成長温度以上の温度に昇温してドープした不純物を拡散
させて接合界面を改善するようにしてもよい。pn接合
の形成及び裏面高濃度層以外の電極等の形成は、通常の
太陽電池と同様にすることができる。
【0015】
【作用】基板上に固相成長法で導電層を形成するので、
高濃度でかつ浅いpn接合を形成でき、低温処理である
ので、基板等の結晶品質を低下させることもない。また
、pn接合の形成と同時に基板裏面に高濃度層を形成し
て、簡単なプロセスでBSF効果を得ることができる。
高濃度でかつ浅いpn接合を形成でき、低温処理である
ので、基板等の結晶品質を低下させることもない。また
、pn接合の形成と同時に基板裏面に高濃度層を形成し
て、簡単なプロセスでBSF効果を得ることができる。
【0016】
【実施例】図1に示した如き成長装置を用いた。同図中
、1はシリコン基板、2は基板ホルダー兼RF電極、3
はヒータ、4はガスノズル、5はRF電極、6はガス導
入管、7はプラズマ発生領域、8は真空チャンバーであ
る。図2を参照すると、(100) 又は(111)
Cz 単結晶シリコン(抵抗率2〜6Ωcm) または
キャスト多結晶シリコンを用い、アルカリエッチングし
た後、製膜前処理として、アセトンによる超音波有機洗
浄、純水洗浄、フッ酸による酸化膜除去、純水リンス、
そして乾燥窒素ブローを行った。
、1はシリコン基板、2は基板ホルダー兼RF電極、3
はヒータ、4はガスノズル、5はRF電極、6はガス導
入管、7はプラズマ発生領域、8は真空チャンバーであ
る。図2を参照すると、(100) 又は(111)
Cz 単結晶シリコン(抵抗率2〜6Ωcm) または
キャスト多結晶シリコンを用い、アルカリエッチングし
た後、製膜前処理として、アセトンによる超音波有機洗
浄、純水洗浄、フッ酸による酸化膜除去、純水リンス、
そして乾燥窒素ブローを行った。
【0017】このp− 型シリコン基板11を成長装置
中に搭載し、下記の条件でn+ 型アモルファスシリコ
ン層12を堆積した。 ソースガス: PH3 を1%含むSiH4ガスガ
ス流量: 25 sccm 基板温度:
170 ℃ 圧力: 200 mToor 電力:
10 W 膜厚: 250 Å また、p− 型シリコン基板11の裏面側に、同様にし
て下記の条件でp+ 型アモルファスシリコン層13を
堆積した。
中に搭載し、下記の条件でn+ 型アモルファスシリコ
ン層12を堆積した。 ソースガス: PH3 を1%含むSiH4ガスガ
ス流量: 25 sccm 基板温度:
170 ℃ 圧力: 200 mToor 電力:
10 W 膜厚: 250 Å また、p− 型シリコン基板11の裏面側に、同様にし
て下記の条件でp+ 型アモルファスシリコン層13を
堆積した。
【0018】ソースガス: B2H6を0.3%含
むSiH4ガスガス流量: 10 sccm
基板温度: 200℃ 圧力: 200 mToor 電力:
10 W 膜厚: 100 Å 次いで、アモルファスシリコン層12, 13を堆積し
た基板11をイメージ炉中で、120 ℃/ 分の速度
で昇温し、600 ℃に5 分間保持した後、徐冷した
。
むSiH4ガスガス流量: 10 sccm
基板温度: 200℃ 圧力: 200 mToor 電力:
10 W 膜厚: 100 Å 次いで、アモルファスシリコン層12, 13を堆積し
た基板11をイメージ炉中で、120 ℃/ 分の速度
で昇温し、600 ℃に5 分間保持した後、徐冷した
。
【0019】得られた結晶化膜の特性として、結晶構造
を紫外表面反射及びR−HEED( 反射型高エネルギ
ー電子線回折) により、また電気特性をホール効果測
定および拡がり抵抗測定により観測した。その結果、キ
ャリア濃度1021cm−1程度、抵抗率10−4Ω・
cm程度の結晶化膜が得られていることが分った。
を紫外表面反射及びR−HEED( 反射型高エネルギ
ー電子線回折) により、また電気特性をホール効果測
定および拡がり抵抗測定により観測した。その結果、キ
ャリア濃度1021cm−1程度、抵抗率10−4Ω・
cm程度の結晶化膜が得られていることが分った。
【0020】それから、太陽電池を図3 を参照して説
明すると、次の如く作成した。図3 中、21は透明電
極、22はくし型表面電極、23はn+ 型結晶質シリ
コン層、24p− 型結晶質シリコン層、25はp+
型結晶質シリコン層、26は裏面電極である。太陽電池
の特性はAM1.5 による測定で開放電圧0.56V
、短絡光電流は単結晶基板上で33mA/cm2、多
結晶基板上で29mA/cm2、変換効率はそれぞれ1
4.5% と13% であった。
明すると、次の如く作成した。図3 中、21は透明電
極、22はくし型表面電極、23はn+ 型結晶質シリ
コン層、24p− 型結晶質シリコン層、25はp+
型結晶質シリコン層、26は裏面電極である。太陽電池
の特性はAM1.5 による測定で開放電圧0.56V
、短絡光電流は単結晶基板上で33mA/cm2、多
結晶基板上で29mA/cm2、変換効率はそれぞれ1
4.5% と13% であった。
【0021】また、分光感度特性の測定よりBSF効果
により長波長光に対する変換効率が上昇しその結果短絡
光電流の上昇が確認されている。
により長波長光に対する変換効率が上昇しその結果短絡
光電流の上昇が確認されている。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、低温プロセスで、高キ
ャリア濃度でかつ浅いpn接合を持ちかつ基板裏面に高
濃度層を有する膜質の優れた太陽電池が得られ、かつプ
ロセスが簡単化される。
ャリア濃度でかつ浅いpn接合を持ちかつ基板裏面に高
濃度層を有する膜質の優れた太陽電池が得られ、かつプ
ロセスが簡単化される。
【図1】アモルファスシリコン層のCVD堆積装置の模
式図である。
式図である。
【図2】実施例のpn接合の形成を示す模式断面図であ
る。
る。
【図3】実施例の太陽電池の模式図である。
1─基板
2─基板ホルダー兼RF電極
3─ヒータ
4─ガスノズル
5─RF電極
6─ガス導入管
7─プラズマ発生領域
8─真空チャンバー
11─p− 型シリコン基板
12─n+ 型シリコン層
13─p+ 型シリコン層
Claims (1)
- 【請求項1】 第一導電型の結晶シリコンからなる基
板表面上に該第一導電型と反対の導電型である第二導電
型の第一のアモルファスシリコン層を堆積し、かつ該基
板の該第一アモルファスシリコン層と反対側表面上に該
基板より高濃度の該第一導電型の第二のアモルファスシ
リコン層を堆積し、そして該基板を熱処理して該第一及
び第二アモルファスシリコン層を結晶質シリコン層に変
換し、よって該第一アモルファスシリコン層と該第一導
電型シリコン結晶基板とでpn接合を形成すると同時に
該基板裏面に高濃度第一導電型結晶シリコン層を形成す
ることを特徴とする太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011188A JPH04261068A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3011188A JPH04261068A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 太陽電池の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04261068A true JPH04261068A (ja) | 1992-09-17 |
Family
ID=11771094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3011188A Pending JPH04261068A (ja) | 1991-01-31 | 1991-01-31 | 太陽電池の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04261068A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102804392A (zh) * | 2009-06-22 | 2012-11-28 | 国际商业机器公司 | 半导体光学检测器结构 |
-
1991
- 1991-01-31 JP JP3011188A patent/JPH04261068A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102804392A (zh) * | 2009-06-22 | 2012-11-28 | 国际商业机器公司 | 半导体光学检测器结构 |
| JP2012531048A (ja) * | 2009-06-22 | 2012-12-06 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 半導体光検出構造体 |
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