JPH05218465A - 多結晶シリコン薄膜太陽電池の製造方法 - Google Patents
多結晶シリコン薄膜太陽電池の製造方法Info
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- JPH05218465A JPH05218465A JP4319333A JP31933392A JPH05218465A JP H05218465 A JPH05218465 A JP H05218465A JP 4319333 A JP4319333 A JP 4319333A JP 31933392 A JP31933392 A JP 31933392A JP H05218465 A JPH05218465 A JP H05218465A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アモルファス基板上に製造することができま
た材料を節約できる高効率の薄層太陽電池を作るための
価格的に有利なシリコンからなる多結晶薄層太陽電池の
製造方法を提供する。 【構成】 アモルファス基板上にシリコン核層をつく
り、この層を〈１１１〉面配向の核が均一に残留するま
で選択的に戻りエッチングする。その上に成長させたシ
リコン薄層は粗結晶性であり、その均一な配向に基づき
ピラミッド状に構造化された表面を有する。こうして作
られた太陽電池はすでに１０μｍの膜厚で高い光電流を
達成可能である。
た材料を節約できる高効率の薄層太陽電池を作るための
価格的に有利なシリコンからなる多結晶薄層太陽電池の
製造方法を提供する。 【構成】 アモルファス基板上にシリコン核層をつく
り、この層を〈１１１〉面配向の核が均一に残留するま
で選択的に戻りエッチングする。その上に成長させたシ
リコン薄層は粗結晶性であり、その均一な配向に基づき
ピラミッド状に構造化された表面を有する。こうして作
られた太陽電池はすでに１０μｍの膜厚で高い光電流を
達成可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は多結晶シリコン薄膜太陽
電池を製造する方法に関する。
電池を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力用の光起電力装置を広範囲に地上で
使用するには、高効率で低価格で大表面を有しておりか
つ長時間耐性の環境に優しい材料からなる太陽電池を必
要とする。現在のところこれらの要件を同時に満たす太
陽電池は存在しない。
使用するには、高効率で低価格で大表面を有しておりか
つ長時間耐性の環境に優しい材料からなる太陽電池を必
要とする。現在のところこれらの要件を同時に満たす太
陽電池は存在しない。
【０００３】多結晶シリコン（ポリシリコン）からなる
薄膜太陽電池は価格の見合った析出方法で廉価な基板上
に製造可能である。この種の太陽電池は大表面に析出可
能であり、比較的高い効率を有し、結晶性太陽電池に比
べて材料が僅かでよく、集積してモジュールに組立可能
であり、優れた長時間耐性の他に高度の環境調和性をも
有する。
薄膜太陽電池は価格の見合った析出方法で廉価な基板上
に製造可能である。この種の太陽電池は大表面に析出可
能であり、比較的高い効率を有し、結晶性太陽電池に比
べて材料が僅かでよく、集積してモジュールに組立可能
であり、優れた長時間耐性の他に高度の環境調和性をも
有する。
【０００４】シリコンからなる多結晶薄膜太陽電池は、
例えば鋳造され塊として多結晶性に固化されたシリコン
から製造することもできるが、その際個々の太陽電池を
大きな塊から鋸で切り出さねばならない。鋸引きの際に
大量の材料が失われることまた切られたウェハの機械的
耐性にとって必要とされるウェハの厚さがこの方法にお
いての欠点である。この厚さは太陽スペクトルの完全吸
収に要求される厚さの数倍ともなり、これが物理的欠点
となるばかりでなく更に不必要な材料損失をも招く。
例えば鋳造され塊として多結晶性に固化されたシリコン
から製造することもできるが、その際個々の太陽電池を
大きな塊から鋸で切り出さねばならない。鋸引きの際に
大量の材料が失われることまた切られたウェハの機械的
耐性にとって必要とされるウェハの厚さがこの方法にお
いての欠点である。この厚さは太陽スペクトルの完全吸
収に要求される厚さの数倍ともなり、これが物理的欠点
となるばかりでなく更に不必要な材料損失をも招く。
【０００５】ＣＶＤ法及びプラズマエッチング法により
アモルファス層から微結晶層までを直接基板上に必要と
される厚さに析出することが可能となる。例えばレーザ
によるような経費のかさむ再結晶法によってこれらのア
モルファス層から微結晶層までを一層粗い結晶層に転移
し、これらから製造される多結晶太陽電池に必要な高効
率を与えることができる。
アモルファス層から微結晶層までを直接基板上に必要と
される厚さに析出することが可能となる。例えばレーザ
によるような経費のかさむ再結晶法によってこれらのア
モルファス層から微結晶層までを一層粗い結晶層に転移
し、これらから製造される多結晶太陽電池に必要な高効
率を与えることができる。
【０００６】エピタキシー法により結晶基板上に太陽電
池としても使用することのできる結晶及び多結晶層を成
長させることができる。しかしこの方法における欠点は
基板が概して高価であり、これらの太陽電池を経済的に
かつ広範囲に利用するには障害となることである。
池としても使用することのできる結晶及び多結晶層を成
長させることができる。しかしこの方法における欠点は
基板が概して高価であり、これらの太陽電池を経済的に
かつ広範囲に利用するには障害となることである。
【０００７】価格的に良好な多結晶太陽電池にとっては
安価従って大抵はアモルファスである異種基板（例えば
ガラス、セラミック、金属薄板など）が待望されてい
る。しかし基板上に直接太陽電池を析出する場合、高効
率の粗結晶薄膜太陽電池にとって必要とされる１０００
℃を越える高析出温度はその温度耐性に関して基板の選
択度を著しく制限するという問題を生じる。更にこの高
い析出温度の場合拡散、接着及び化学反応上の問題を考
慮しなければならない。
安価従って大抵はアモルファスである異種基板（例えば
ガラス、セラミック、金属薄板など）が待望されてい
る。しかし基板上に直接太陽電池を析出する場合、高効
率の粗結晶薄膜太陽電池にとって必要とされる１０００
℃を越える高析出温度はその温度耐性に関して基板の選
択度を著しく制限するという問題を生じる。更にこの高
い析出温度の場合拡散、接着及び化学反応上の問題を考
慮しなければならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、公知方法における上記の欠点を回避してアモルファ
ス基板上に製造することができまた材料を節約できる高
効率の薄膜太陽電池を作ることが可能な価格的に良好な
シリコンからなる多結晶薄膜太陽電池の製造方法を提供
することにある。
は、公知方法における上記の欠点を回避してアモルファ
ス基板上に製造することができまた材料を節約できる高
効率の薄膜太陽電池を作ることが可能な価格的に良好な
シリコンからなる多結晶薄膜太陽電池の製造方法を提供
することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、ａ） 導電性基板上に〈１１１〉面配向のシリコン
結晶子を含む多結晶シリコン核層を作り、ｂ） 結晶核
層を〈１１１〉面配向を有する結晶子のみが核として基
板上に残留するまで選択的に戻りエッチングし、ｃ）
工程ａ）及びｂ）を十分な核密度及び核の大きさが達成
されるまで場合によっては複数回繰り返し、ｄ） 多結
晶シリコン薄膜を核を備えている基板を介して核の配向
に応じて成長させ、ｅ） 薄膜中にｐｎ接合を作り、
ｆ） 引続き薄膜表面上に前面側接触を施す各工程より
なる多結晶太陽電池を製造する方法により解決される。
り、ａ） 導電性基板上に〈１１１〉面配向のシリコン
結晶子を含む多結晶シリコン核層を作り、ｂ） 結晶核
層を〈１１１〉面配向を有する結晶子のみが核として基
板上に残留するまで選択的に戻りエッチングし、ｃ）
工程ａ）及びｂ）を十分な核密度及び核の大きさが達成
されるまで場合によっては複数回繰り返し、ｄ） 多結
晶シリコン薄膜を核を備えている基板を介して核の配向
に応じて成長させ、ｅ） 薄膜中にｐｎ接合を作り、
ｆ） 引続き薄膜表面上に前面側接触を施す各工程より
なる多結晶太陽電池を製造する方法により解決される。
【００１０】本発明の他の実施態様並びにそれと相応し
て製造される太陽電池は請求項２以下に記載されてい
る。
て製造される太陽電池は請求項２以下に記載されてい
る。
【００１１】
【作用】本発明により、安価で少なくとも構造物から自
由に選択可能であり従ってアモルファスである基板上に
一定かつ再生可能にシリコンの核形成を行うことが初め
て可能となる。その際基板は、導電性であるか少なくと
も導電性に被膜されているか、又は導電性構造を備えて
いなければならない。このような基板の材料としては、
１０００℃以上の高い析出温度に損傷せずに耐えること
のできる物質が適している。このような基板上に本発明
方法により、その粗結晶層構造の粒径が約４０〜５０μ
ｍに達するポリシリコン薄膜を製造することができる。
由に選択可能であり従ってアモルファスである基板上に
一定かつ再生可能にシリコンの核形成を行うことが初め
て可能となる。その際基板は、導電性であるか少なくと
も導電性に被膜されているか、又は導電性構造を備えて
いなければならない。このような基板の材料としては、
１０００℃以上の高い析出温度に損傷せずに耐えること
のできる物質が適している。このような基板上に本発明
方法により、その粗結晶層構造の粒径が約４０〜５０μ
ｍに達するポリシリコン薄膜を製造することができる。
【００１２】多結晶シリコン核層のためのこの析出法に
対しては、作られた結晶核層中に〈１１１〉面配向を有
する結晶子を含んでいなければならないこと以外はいか
なる要件も課せられることはない。これらの結晶子の数
及び大きさは問題ではない。それというのもこれらの結
晶子に要求又は要望される大きさ及び密度は結晶核層の
析出の複数回に及ぶ反復及び選択性戻りエッチングによ
り調整されるからである。
対しては、作られた結晶核層中に〈１１１〉面配向を有
する結晶子を含んでいなければならないこと以外はいか
なる要件も課せられることはない。これらの結晶子の数
及び大きさは問題ではない。それというのもこれらの結
晶子に要求又は要望される大きさ及び密度は結晶核層の
析出の複数回に及ぶ反復及び選択性戻りエッチングによ
り調整されるからである。
【００１３】選択性戻りエッチングには従来特に単結晶
シリコン表面の組織化に使用されてきたエッチング液及
び方法が用いられる。それというのもこの処理も結晶配
向されている（選択性）エッチングを必要とするからで
ある。本発明方法の場合エッチング後この特殊エッチン
グに対して最低のエッチング速度又は最低の切除速度を
有する〈１１１〉面配向の核を残す。本方法では、結晶
子が数ナノメータの厚さを有することだけで十分であ
る。それというのもシリコン核層繰り返し製造する際す
でに結晶子は核としての作用を有し、それによりその大
きさを増すからである。
シリコン表面の組織化に使用されてきたエッチング液及
び方法が用いられる。それというのもこの処理も結晶配
向されている（選択性）エッチングを必要とするからで
ある。本発明方法の場合エッチング後この特殊エッチン
グに対して最低のエッチング速度又は最低の切除速度を
有する〈１１１〉面配向の核を残す。本方法では、結晶
子が数ナノメータの厚さを有することだけで十分であ
る。それというのもシリコン核層繰り返し製造する際す
でに結晶子は核としての作用を有し、それによりその大
きさを増すからである。
【００１４】基板上の核密度に関しては核の平均間隔
を、多結晶シリコン薄膜の少なくとも後の膜厚に匹敵す
るものを選択する。これにより高効率の太陽電池にとっ
て同様に必要不可欠である主として基板に垂直に走る粒
界が層中に生じることが保証される。
を、多結晶シリコン薄膜の少なくとも後の膜厚に匹敵す
るものを選択する。これにより高効率の太陽電池にとっ
て同様に必要不可欠である主として基板に垂直に走る粒
界が層中に生じることが保証される。
【００１５】基板上に数も大きさも十分であるシリコン
核が生じると直ちに、こられの核を多結晶層の成長に使
用する。これは通常エピタキシーから公知の方法によ
り、例えば溶融層からの気相又は液相析出により行われ
る。
核が生じると直ちに、こられの核を多結晶層の成長に使
用する。これは通常エピタキシーから公知の方法によ
り、例えば溶融層からの気相又は液相析出により行われ
る。
【００１６】核の〈１１１〉面配向はいくつかの理由か
ら有利である。この配向により成長させた多結晶層は垂
直な粒界を有しており、結果としてピラミッド状の隆起
を有する粗面化された表面を作る。核の成長は〈１１
１〉面方向で最も緩慢に行われ、それに対して基板に平
行した側方ではより速やかに行われるので、多結晶層の
成長の際に良好かつ迅速な面被覆が達成される。
ら有利である。この配向により成長させた多結晶層は垂
直な粒界を有しており、結果としてピラミッド状の隆起
を有する粗面化された表面を作る。核の成長は〈１１
１〉面方向で最も緩慢に行われ、それに対して基板に平
行した側方ではより速やかに行われるので、多結晶層の
成長の際に良好かつ迅速な面被覆が達成される。
【００１７】ｐｎ接合及び前面側接触の製造はそれ自体
公知の方法で、例えば燐拡散又は導電性ペーストでのス
クリーン印刷法により行われる。
公知の方法で、例えば燐拡散又は導電性ペーストでのス
クリーン印刷法により行われる。
【００１８】有利な基板材料としては、熱的にも化学的
にも高い耐性を有し更にシリコンと同等の膨張係数を有
する黒鉛がある。これをウェハ又は箔の形で使用しても
よく、またその導電性の故に後の太陽電池に背面側接触
として直接用いることも可能である。黒鉛基板上に直接
シリコン核を形成することにより、黒鉛の非湿潤性に基
づきシリコンにより生じる接着性の問題は解決される。
可撓性の黒鉛箔を使用することにより可撓性の太陽電池
を作ることができる。
にも高い耐性を有し更にシリコンと同等の膨張係数を有
する黒鉛がある。これをウェハ又は箔の形で使用しても
よく、またその導電性の故に後の太陽電池に背面側接触
として直接用いることも可能である。黒鉛基板上に直接
シリコン核を形成することにより、黒鉛の非湿潤性に基
づきシリコンにより生じる接着性の問題は解決される。
可撓性の黒鉛箔を使用することにより可撓性の太陽電池
を作ることができる。
【００１９】結晶核層を作るにはＣＶＤ法を使用しても
よい。１分当り５μｍまでの析出率でほぼ１０００〜１
２００℃までの温度でシリコンにより黒鉛の良好な湿潤
化が達成される。析出ガスとしては有利にはシラン水素
混合物を使用するが、しかしその際他のシリコン含有ガ
ス又は塩化シランとの混合物のようなガス混合物も適し
ている。上述の条件下に本方法により特に基板表面に対
して垂直に〈１１１〉面配向を有するシリコン結晶子が
得られる。この配向に影響を与える他の方法ではトル圧
力範囲から大気圧までの圧力のもとに行われる。低圧で
は結晶核層の成長速度は僅かとなる。
よい。１分当り５μｍまでの析出率でほぼ１０００〜１
２００℃までの温度でシリコンにより黒鉛の良好な湿潤
化が達成される。析出ガスとしては有利にはシラン水素
混合物を使用するが、しかしその際他のシリコン含有ガ
ス又は塩化シランとの混合物のようなガス混合物も適し
ている。上述の条件下に本方法により特に基板表面に対
して垂直に〈１１１〉面配向を有するシリコン結晶子が
得られる。この配向に影響を与える他の方法ではトル圧
力範囲から大気圧までの圧力のもとに行われる。低圧で
は結晶核層の成長速度は僅かとなる。
【００２０】選択性エッチングは有利には水酸化カリウ
ム水溶液中で、例えば４０℃で２０％溶液中で行われ
る。その際〈１１１〉面配向ではない結晶子に対しては
約０．２μｍ／分のエッチング率に調整する。選択性エ
ッチング率はエッチング溶液の温度及び濃度に関係す
る。
ム水溶液中で、例えば４０℃で２０％溶液中で行われ
る。その際〈１１１〉面配向ではない結晶子に対しては
約０．２μｍ／分のエッチング率に調整する。選択性エ
ッチング率はエッチング溶液の温度及び濃度に関係す
る。
【００２１】湿式化学的戻りエッチングではなくプラズ
マ再エッチングを代わりに行ってもよい。それには結晶
核層を有利には低圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ）に基づき反
応炉内で作る（この反応炉は同時にプラズマエッチング
にも使用できる）。その際複数回交互にシラン水素混合
物からポリシリコンを配向して析出し、その後シリコン
層をＣＣｌ4 ／Ｏ2 プラズマにより選択的にエッチング
するが、その際有利には〈１１１〉面配向されたシリコ
ン核も生じる。この方法の場合もちろん低成長及び低エ
ッチング率を受容せねばならない。
マ再エッチングを代わりに行ってもよい。それには結晶
核層を有利には低圧ＣＶＤ法（ＬＰＣＶＤ）に基づき反
応炉内で作る（この反応炉は同時にプラズマエッチング
にも使用できる）。その際複数回交互にシラン水素混合
物からポリシリコンを配向して析出し、その後シリコン
層をＣＣｌ4 ／Ｏ2 プラズマにより選択的にエッチング
するが、その際有利には〈１１１〉面配向されたシリコ
ン核も生じる。この方法の場合もちろん低成長及び低エ
ッチング率を受容せねばならない。
【００２２】基板上のシリコン核の密度はエッチングの
継続時間及び／又は強度により調整される。その際エッ
チング時間が長いと核密度は減少されることになる。有
利には核間の平均間隔が後の多結晶薄膜の厚さの１〜５
倍となるように調整する。最適間隔は例えば５０μｍで
ある。平滑な表面を有する従来の太陽電池の場合シリコ
ンが吸収することができる太陽光線を殆ど完全に捕らえ
るには約１００μｍの厚さを必要とするのに対して、本
発明方法ではポリシリコン層の膜厚を約１０μｍにまで
削減可能である。結晶配向により自ずから調整されてい
る多結晶薄膜の表面のピラミッド状の組織は薄膜の内部
に光波導体効果を生じさせる。太陽の入射光線も反射光
線も吸収されるまでは全反射により薄膜内部に導かれ
る。
継続時間及び／又は強度により調整される。その際エッ
チング時間が長いと核密度は減少されることになる。有
利には核間の平均間隔が後の多結晶薄膜の厚さの１〜５
倍となるように調整する。最適間隔は例えば５０μｍで
ある。平滑な表面を有する従来の太陽電池の場合シリコ
ンが吸収することができる太陽光線を殆ど完全に捕らえ
るには約１００μｍの厚さを必要とするのに対して、本
発明方法ではポリシリコン層の膜厚を約１０μｍにまで
削減可能である。結晶配向により自ずから調整されてい
る多結晶薄膜の表面のピラミッド状の組織は薄膜の内部
に光波導体効果を生じさせる。太陽の入射光線も反射光
線も吸収されるまでは全反射により薄膜内部に導かれ
る。
【００２３】ポリシリコン層の成長は有利にはシリコン
核を備えている黒鉛基板をシリコン飽和金属溶融物と接
触させるＬＰＤ（液相蒸着）法により行われる。これに
適した金属は例えば錫、インジウム、アンチモン、ビス
マス又はこれらの金属のいくつかからなる混合物である
が、この方法を行う温度は６００〜１０００℃が選択さ
れる。金属溶融物中に融解されているシリコンがまだｐ
ドープされていない場合、このシリコンに付加的に少量
の硼素を添加するが、これは成長するシリコン層中に組
み込こまれ、層を弱ｐ導電性（約１Ω／ｃｍ）にする。
上記条件で析出率は１分当り０．４〜４μｍの間であ
り、従って数分間で所望の膜厚に達する。膜厚を１０〜
５０μｍに、有利には１０〜３０μｍに選択すると、後
の太陽電池内の高い光電流にとって十分である。ポリシ
リコン薄膜の成長中にすでに核に予め形成されているピ
ラミッド状構造は成長工程全体にわたって進行し、自動
的にピラミッド状の粗面を有する薄膜表面を生じさせ
る。その結果所望の光トラップ形状が作られ、この形は
入射する光線が屈曲されて複数回反射することにより薄
膜の内部で延ばされて、全吸収を行うことになる。
核を備えている黒鉛基板をシリコン飽和金属溶融物と接
触させるＬＰＤ（液相蒸着）法により行われる。これに
適した金属は例えば錫、インジウム、アンチモン、ビス
マス又はこれらの金属のいくつかからなる混合物である
が、この方法を行う温度は６００〜１０００℃が選択さ
れる。金属溶融物中に融解されているシリコンがまだｐ
ドープされていない場合、このシリコンに付加的に少量
の硼素を添加するが、これは成長するシリコン層中に組
み込こまれ、層を弱ｐ導電性（約１Ω／ｃｍ）にする。
上記条件で析出率は１分当り０．４〜４μｍの間であ
り、従って数分間で所望の膜厚に達する。膜厚を１０〜
５０μｍに、有利には１０〜３０μｍに選択すると、後
の太陽電池内の高い光電流にとって十分である。ポリシ
リコン薄膜の成長中にすでに核に予め形成されているピ
ラミッド状構造は成長工程全体にわたって進行し、自動
的にピラミッド状の粗面を有する薄膜表面を生じさせ
る。その結果所望の光トラップ形状が作られ、この形は
入射する光線が屈曲されて複数回反射することにより薄
膜の内部で延ばされて、全吸収を行うことになる。
【００２４】薄膜の単結晶範囲の粒の大きさは理想的に
は基板上に核の所定の間隔に達し、従って５０μｍまで
となる。その結果高効率の太陽電池に必要な少数電荷キ
ャリアの拡散距離が得られる。
は基板上に核の所定の間隔に達し、従って５０μｍまで
となる。その結果高効率の太陽電池に必要な少数電荷キ
ャリアの拡散距離が得られる。
【００２５】すなわち本発明により短時間で廉価な導電
性炭素基板上に粗い粒子の多結晶シリコン薄膜を作るこ
とができ、この膜は更に高効率の薄膜太陽電池に加工可
能である。その際結晶核層用の析出法もシリコン薄膜用
の成長方法も共に大表面基板の被膜に適しており、従っ
て比較的価格の見合った太陽電池の製造を可能にする。
性炭素基板上に粗い粒子の多結晶シリコン薄膜を作るこ
とができ、この膜は更に高効率の薄膜太陽電池に加工可
能である。その際結晶核層用の析出法もシリコン薄膜用
の成長方法も共に大表面基板の被膜に適しており、従っ
て比較的価格の見合った太陽電池の製造を可能にする。
【００２６】機能的な薄膜太陽電池の以後の処理化は公
知の工程により行われる。まず薄膜内にｐｎ接合を例え
ば燐拡散により作る。従来の燐拡散装置内で薄膜の表面
内０．２〜０．３μｍの深さに約８５０℃で燐を拡散
し、そこに接合を作る。
知の工程により行われる。まず薄膜内にｐｎ接合を例え
ば燐拡散により作る。従来の燐拡散装置内で薄膜の表面
内０．２〜０．３μｍの深さに約８５０℃で燐を拡散
し、そこに接合を作る。
【００２７】これまで作られた薄膜上にドーピング元素
として燐を含む第２の金属溶融物からなるもう１つのｎ
導電性層を成長させる。
として燐を含む第２の金属溶融物からなるもう１つのｎ
導電性層を成長させる。
【００２８】最終工程として金属製フィンガ接触を太陽
電池の前面側に施すが、それには従来のスクリーン印刷
法及び金属粒子含有印刷ペーストが適している。
電池の前面側に施すが、それには従来のスクリーン印刷
法及び金属粒子含有印刷ペーストが適している。
【００２９】更に反射損失を阻止することにより太陽ス
ペクトルを一層良好に利用し又は薄膜内に吸収できるよ
うに、付加的に前面側接触上に反射防止層を施してもよ
い。
ペクトルを一層良好に利用し又は薄膜内に吸収できるよ
うに、付加的に前面側接触上に反射防止層を施してもよ
い。
【００３０】
【実施例】本発明を図面に基づき以下に詳述する。
【００３１】図１は基板Ｓとして導電性黒鉛箔又は黒鉛
ウェハを使用するものである。第１の処理工程ａ）では
基板に１回の析出に基づく一般にナノ結晶の多結晶シリ
コン核層ＫＳを作る。〈１１１〉面配向を有する結晶子
の他に結晶核層ＫＳは他の任意の配向を有する別の結晶
種を含んでいる。
ウェハを使用するものである。第１の処理工程ａ）では
基板に１回の析出に基づく一般にナノ結晶の多結晶シリ
コン核層ＫＳを作る。〈１１１〉面配向を有する結晶子
の他に結晶核層ＫＳは他の任意の配向を有する別の結晶
種を含んでいる。
【００３２】図２はその上に析出される結晶核層を有す
る基板Ｓを示すもので、この核層は一般に結晶種の最大
粒径に相当する厚さのみに析出されていなければならな
い。
る基板Ｓを示すもので、この核層は一般に結晶種の最大
粒径に相当する厚さのみに析出されていなければならな
い。
【００３３】選択性戻りエッチングにより、例えばＫＯ
Ｈ水溶液（例えば４０℃で２０％）により又はプラズマ
エッチング（例えばＣＣｌ4 ／Ｏ2 プラズマ）により結
晶核層ＫＳから〈１１１〉面配向をもたない全結晶子を
エッチング除去する。
Ｈ水溶液（例えば４０℃で２０％）により又はプラズマ
エッチング（例えばＣＣｌ4 ／Ｏ2 プラズマ）により結
晶核層ＫＳから〈１１１〉面配向をもたない全結晶子を
エッチング除去する。
【００３４】図３は互いに平均間隔Ｄの〈１１１〉面配
向の残留核Ｋを有する基板Ｓを示す。この間隔が小さす
ぎると、すなわち平均間隔Ｄが薄膜内の所望の粒の大き
さよりも小さい場合、所望の核密度又はその結果生じる
核と核との平均間隔に相当する数の核Ｋが残る程度にエ
ッチング処理を継続する。約５０μｍの平均核間隔Ｄが
最適である。すでに核Ｋを備えている基板Ｓ上に新たに
もう１つに結晶核層ＫＳを析出することによりすでに存
在する核Ｋは有利に成長する。新たな選択性戻りエッチ
ングにより大きくされた核Ｋは所望の密度を得る。〈１
１１〉面配向に基づき核Ｋは上向きの尖端を有するピラ
ミッド状の形を有する。
向の残留核Ｋを有する基板Ｓを示す。この間隔が小さす
ぎると、すなわち平均間隔Ｄが薄膜内の所望の粒の大き
さよりも小さい場合、所望の核密度又はその結果生じる
核と核との平均間隔に相当する数の核Ｋが残る程度にエ
ッチング処理を継続する。約５０μｍの平均核間隔Ｄが
最適である。すでに核Ｋを備えている基板Ｓ上に新たに
もう１つに結晶核層ＫＳを析出することによりすでに存
在する核Ｋは有利に成長する。新たな選択性戻りエッチ
ングにより大きくされた核Ｋは所望の密度を得る。〈１
１１〉面配向に基づき核Ｋは上向きの尖端を有するピラ
ミッド状の形を有する。
【００３５】核Ｋと接触するシリコンで飽和された金属
溶融物（例えば錫／８００〜１０００℃）から多結晶薄
膜ＤＳ上にＫを介して成長させる。平均核間隔Ｄに相当
する平均粒径を有する結晶粒子Ｋｒｋが生じる。粒界Ｋ
Ｇは基板に対し垂直であり、後の太陽電池内に作られる
電荷キャリアに対して電気的接触への途中でいかなる再
結合中心も示さない。薄膜ＤＳの結晶配向は核Ｋの〈１
１１〉面配向に相当する。従って薄膜ＤＳの表面Ｏｆｌ
は同様にピラミッド状構造を得る。図４はこうして製造
された配列を示すものである。
溶融物（例えば錫／８００〜１０００℃）から多結晶薄
膜ＤＳ上にＫを介して成長させる。平均核間隔Ｄに相当
する平均粒径を有する結晶粒子Ｋｒｋが生じる。粒界Ｋ
Ｇは基板に対し垂直であり、後の太陽電池内に作られる
電荷キャリアに対して電気的接触への途中でいかなる再
結合中心も示さない。薄膜ＤＳの結晶配向は核Ｋの〈１
１１〉面配向に相当する。従って薄膜ＤＳの表面Ｏｆｌ
は同様にピラミッド状構造を得る。図４はこうして製造
された配列を示すものである。
【００３６】図５は例えば弱ｐ導電性化された薄膜ＤＳ
の表面Ｏｆｌ上の燐拡散により表面の近くの範囲にｎド
ーピング層Ｄｏｔ及びそれと共にｐｎ接合を作るもので
ある。
の表面Ｏｆｌ上の燐拡散により表面の近くの範囲にｎド
ーピング層Ｄｏｔ及びそれと共にｐｎ接合を作るもので
ある。
【００３７】図６はスクリーン印刷及び例えば銀粒子を
含むペーストによりフィンガ形の電極構造を前面側接触
ＶＫとして薄膜ＤＳの表面Ｏｆｌ上に印刷したものを示
すものである。同様にしてすでに導電性の基板Ｓを接触
化（ＲＫ）するが、それには電極密度を少なく選択する
ことができる。選択的に前面側接触ＶＫ上に施された反
射防止層ＡＲはすでに完全に機能性を有する太陽電池を
補完することができる。
含むペーストによりフィンガ形の電極構造を前面側接触
ＶＫとして薄膜ＤＳの表面Ｏｆｌ上に印刷したものを示
すものである。同様にしてすでに導電性の基板Ｓを接触
化（ＲＫ）するが、それには電極密度を少なく選択する
ことができる。選択的に前面側接触ＶＫ上に施された反
射防止層ＡＲはすでに完全に機能性を有する太陽電池を
補完することができる。
【００３８】
【発明の効果】本発明方法により初めて任意のアモルフ
ァス基板上に均一に配向された核を作ることが可能とな
る。従って全く同様に初めて任意のアモルファス基板上
に均一に配向された多結晶薄膜を成長させることも可能
である。従って有利な必然的結果として簡単な方法で薄
膜のピラミッド状の表面構造が生じる。従ってこうして
作られた薄膜太陽電池はすでに１０〜３０μｍの膜厚で
高い光電流を得ることができる。それというのもこの表
面構造は光トラップの働きをするからである。従ってこ
のように作られた薄膜太陽電池の薄い膜厚は公知の多結
晶薄膜太陽電池に比べて明らかにシリコン材料を節約す
ることになり、簡略化された処理工程の他に経費の節約
をもたらす。更に良好に配設された垂直粒界及び均一な
結晶配向により再結合中心の少ない物理的に好都合であ
る薄い膜厚により高効率の太陽電池を作ることができ
る。
ァス基板上に均一に配向された核を作ることが可能とな
る。従って全く同様に初めて任意のアモルファス基板上
に均一に配向された多結晶薄膜を成長させることも可能
である。従って有利な必然的結果として簡単な方法で薄
膜のピラミッド状の表面構造が生じる。従ってこうして
作られた薄膜太陽電池はすでに１０〜３０μｍの膜厚で
高い光電流を得ることができる。それというのもこの表
面構造は光トラップの働きをするからである。従ってこ
のように作られた薄膜太陽電池の薄い膜厚は公知の多結
晶薄膜太陽電池に比べて明らかにシリコン材料を節約す
ることになり、簡略化された処理工程の他に経費の節約
をもたらす。更に良好に配設された垂直粒界及び均一な
結晶配向により再結合中心の少ない物理的に好都合であ
る薄い膜厚により高効率の太陽電池を作ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄膜太陽電池を製造する際の一工程段階の横断
面図。
面図。
【図２】薄膜太陽電池を製造する際の一工程段階の横断
面図。
面図。
【図３】薄膜太陽電池を製造する際の一工程段階の横断
面図。
面図。
【図４】薄膜太陽電池を製造する際の一工程段階の横断
面図。
面図。
【図５】薄膜太陽電池を製造する際の一工程段階の横断
面図。
面図。
【図６】完成した太陽電池の横断面図。
Ｓ 基板 ＫＳ 結晶核層 Ｋ 核 Ｄ 平均核間隔 ＤＳ 多結晶シリコン薄膜 Ｏｆｌ 薄膜表面 Ｋｒｋ 結晶粒子 ＫＧ 粒界 Ｄｏｔ ドーピング層 ＲＫ 背面側接触 ＡＲ 反射防止層 ＶＫ 前面側接触
フロントページの続き (71)出願人 390041494 シーメンス、ソーラー、ゲゼルシヤフト、 ミツト、ベシユレンクテル、ハフツング ＳＩＥＭＥＮＳ ＳＯＬＡＲ ＧＥＳＥＬ ＬＳＣＨＦＴ ＭＩＴ ＢＥＳＣＨＲＡＮ ＫＴＥＲ ＨＡＦＴＵＮＧ ドイツ連邦共和国ミユンヘン （番地な し) (72)発明者 アルツール エンドレス ドイツ連邦共和国 8000 ミユンヘン ２ ツムブリンガーシユトラーセ 10 (72)発明者 ウオルフガング クリユーラー ドイツ連邦共和国 8025 ウンターハツヒ ング ルートヴイツヒ‐トーマ‐シユトラ ーセ 80 (72)発明者 リヒアルト アインチンガー ドイツ連邦共和国 8019 シユタインヘー リング アベルスドルフアーシユトラーセ ７ (72)発明者 ロルフ プレトナー ドイツ連邦共和国 8012 リーマーリング ホツホアツカーシユトラーセ 28ツエー
Claims (8)
- 【請求項１】ａ） 導電性基板（Ｓ）上に〈１１１〉面
配向のシリコン結晶子を含む多結晶シリコン核層（Ｋ
Ｓ）を作り、 ｂ） 結晶核層（ＫＳ）を〈１１１〉面配向を有する結
晶子のみが核（Ｋ）として基板上に残留するまで選択的
に戻りエッチングし、 ｃ） 工程ａ）及びｂ）を十分な核密度及び核の大きさ
が達成されるまで場合によっては複数回繰り返し、 ｄ） 多結晶シリコン薄膜（ＤＳ）を核（Ｋ）を備えて
いる基板（Ｓ）を介して核の配向に応じて成長させ、 ｅ） 薄膜（ＤＳ）中にｐｎ接合を作り、 ｆ） 引続き薄膜表面（Ｏｆｌ）上に前面側接触（Ｖ
Ｋ）を施すことを特徴とする多結晶シリコン薄膜太陽電
池の製造方法。 - 【請求項２】 黒鉛からなる基板を使用することを特徴
とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 結晶核層（ＫＳ）をＣＶＤ法によりシラ
ンから作ることを特徴とする請求項１又は２記載の方
法。 - 【請求項４】 ＫＯＨ水溶液により戻りエッチングする
ことを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の方
法。 - 【請求項５】 薄膜（ＤＳ）を１０〜５０μｍの厚さ
に、有利には１０〜３０μｍに作り、核の平均間隔
（Ｄ）が膜厚の１〜５倍であることを特徴とする請求項
１ないし４の１つに記載の方法。 - 【請求項６】 多結晶シリコン薄膜（ＤＳ）をＬＰＤ法
によりシリコン飽和金属溶融物から核（Ｋ）を備えてい
る基板（Ｓ）上に成長させることを特徴とする請求項１
ないし５の１つに記載の方法。 - 【請求項７】 結晶核層（ＫＳ）をＬＰＣＶＤ法で作
り、選択性戻りエッチングを同じ反応炉内でプラズマエ
ッチングにより行うことを特徴とする請求項１ないし６
の１つに記載の方法。 - 【請求項８】 黒鉛基板、その上にある平均粒径１０〜
５０μｍの〈１１１〉面配向の結晶子を有する厚さ１０
〜５０μｍの多結晶シリコン層、ピラミッド状に構成さ
れているシリコン薄膜の表面、薄膜内のｐｎ接合及びシ
リコン薄膜の表面上に前面側接触をなすフィンガ電極構
造を有することを特徴とする多結晶シリコン薄膜太陽電
池。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4136815.0 | 1991-11-08 | ||
| DE4136815 | 1991-11-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218465A true JPH05218465A (ja) | 1993-08-27 |
Family
ID=6444378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4319333A Withdrawn JPH05218465A (ja) | 1991-11-08 | 1992-11-04 | 多結晶シリコン薄膜太陽電池の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5340410A (ja) |
| EP (1) | EP0541033A3 (ja) |
| JP (1) | JPH05218465A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010538448A (ja) * | 2007-08-31 | 2010-12-09 | アルセロールミタル−ステインレス アンド ニッケル アロイズ | 結晶学的にテクスチャード加工した金属基体、結晶学的にテクスチャード加工した装置、そのような装置を含む太陽電池モジュールおよび薄層付着方法 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19605245A1 (de) * | 1996-02-13 | 1997-08-14 | Siemens Ag | Verfahren zur Erzeugung von Kristallisationszentren auf der Oberfläche eines Substrats |
| DE19632834C2 (de) * | 1996-08-14 | 1998-11-05 | Siemens Ag | Verfahren zur Herstellung feiner Strukturen und dessen Verwendung zur Herstellung einer Maske und eines MOS-Transistors |
| JP2002343993A (ja) * | 2001-03-15 | 2002-11-29 | Canon Inc | 薄膜多結晶太陽電池及びその形成方法 |
| DE102005058713B4 (de) * | 2005-12-08 | 2009-04-02 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur Reinigung des Volumens von Substraten, Substrat sowie Verwendung des Verfahrens |
| KR20130133883A (ko) * | 2006-01-20 | 2013-12-09 | 에이엠지 아이디얼캐스트 솔라 코포레이션 | 광전 변환 소자용 단결정 캐스트 실리콘 및 단결정 캐스트 실리콘 바디들을 제조하는 방법 및 장치 |
| US20080280030A1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-11-13 | Van Duren Jeoren K J | Solar cell absorber layer formed from metal ion precursors |
| WO2009014963A1 (en) * | 2007-07-20 | 2009-01-29 | Bp Corporation North America Inc. | Methods and apparatuses for manufacturing cast silicon from seed crystals |
| KR20100050510A (ko) * | 2007-07-20 | 2010-05-13 | 비피 코포레이션 노쓰 아메리카 인코포레이티드 | 시드 결정으로부터 캐스트 실리콘을 제조하는 방법 |
| WO2009015167A1 (en) | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Bp Corporation North America Inc. | Methods for manufacturing monocrystalline or near-monocrystalline cast materials |
| US8591649B2 (en) | 2007-07-25 | 2013-11-26 | Advanced Metallurgical Group Idealcast Solar Corp. | Methods for manufacturing geometric multi-crystalline cast materials |
| KR20090029494A (ko) * | 2007-09-18 | 2009-03-23 | 엘지전자 주식회사 | 비정질 실리콘 및 나노 결정질 실리콘의 복합 박막을이용한 태양전지 및 그 제조방법 |
| TW201012978A (en) * | 2008-08-27 | 2010-04-01 | Bp Corp North America Inc | Apparatus and method of use for a casting system with independent melting and solidification |
| DE102009042886A1 (de) * | 2009-09-24 | 2011-05-26 | Schott Ag | Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle oder eines Transistors mit einer kristallinen Silizium-Dünnschicht |
| MD4377C1 (ro) * | 2010-05-19 | 2016-05-31 | Вильгельм КОСОВ | Convertor fotovoltaic semiconductor şi procedeu de fabricare a acestuia |
| WO2011161901A1 (ja) * | 2010-06-25 | 2011-12-29 | パナソニック株式会社 | 多結晶シリコン薄膜の形成方法、多結晶シリコン薄膜基板、シリコン薄膜太陽電池及びシリコン薄膜トランジスタ装置 |
| TW202429539A (zh) * | 2023-01-13 | 2024-07-16 | 美商應用材料股份有限公司 | 用於邏輯元件之低電阻率間隙填充 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4772564A (en) * | 1985-10-30 | 1988-09-20 | Astrosystems, Inc. | Fault tolerant thin-film photovoltaic cell fabrication process |
| JP2505767B2 (ja) * | 1986-09-18 | 1996-06-12 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置の製造方法 |
| JPH0834177B2 (ja) * | 1987-10-23 | 1996-03-29 | 三菱電機株式会社 | 半導体多結晶薄膜の製造方法 |
| DE58905580D1 (de) * | 1988-03-24 | 1993-10-21 | Siemens Ag | Verfahren zum Herstellen von polykristallinen Schichten mit grobkristallinem Aufbau für Dünnschichthalbleiterbauelemente wie Solarzellen. |
| DE3901042A1 (de) * | 1989-01-14 | 1990-07-26 | Nukem Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines halbleiter-schichtsystems |
| US5094697A (en) * | 1989-06-16 | 1992-03-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Photovoltaic device and method for producing the same |
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| JP2965094B2 (ja) * | 1991-06-28 | 1999-10-18 | キヤノン株式会社 | 堆積膜形成方法 |
-
1992
- 1992-11-02 EP EP19920118775 patent/EP0541033A3/de not_active Withdrawn
- 1992-11-03 US US07/970,836 patent/US5340410A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-11-04 JP JP4319333A patent/JPH05218465A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010538448A (ja) * | 2007-08-31 | 2010-12-09 | アルセロールミタル−ステインレス アンド ニッケル アロイズ | 結晶学的にテクスチャード加工した金属基体、結晶学的にテクスチャード加工した装置、そのような装置を含む太陽電池モジュールおよび薄層付着方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0541033A3 (en) | 1993-06-30 |
| US5340410A (en) | 1994-08-23 |
| EP0541033A2 (de) | 1993-05-12 |
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