JPH10209048A - Method of forming semiconductor thin film - Google Patents

Method of forming semiconductor thin film

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JPH10209048A
JPH10209048A JP9006591A JP659197A JPH10209048A JP H10209048 A JPH10209048 A JP H10209048A JP 9006591 A JP9006591 A JP 9006591A JP 659197 A JP659197 A JP 659197A JP H10209048 A JPH10209048 A JP H10209048A
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JP
Japan
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target
thin film
layer
laser beam
laser
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JP9006591A
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Japanese (ja)
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Naoki Nakamura
直樹 中村
Hiroshi Hasegawa
弘 長谷川
Mitsugi Hanabusa
貢 英
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の技術では得られなかった、高効率の太
陽電池に適した浅くて高濃度のドープ層を構成する半導
体薄膜を形成する。 【解決手段】 真空チャンバ内で、ターゲットにレーザ
ービームを照射し、この照射によるターゲットからの放
出物を基板上に堆積させるレーザーアブレーション法に
よる半導体薄膜の形成方法において、半導体ターゲット
およびドーパント含有ターゲットにレーザービームを照
射することにより、基板上に、ドープされた半導体薄膜
を形成する。
(57) [Problem] To form a semiconductor thin film constituting a shallow and highly-doped layer suitable for a high-efficiency solar cell, which cannot be obtained by conventional techniques. In a method of forming a semiconductor thin film by a laser ablation method in which a target is irradiated with a laser beam in a vacuum chamber and an emission from the target is deposited on a substrate, a laser is applied to the semiconductor target and a dopant-containing target. By irradiating the beam, a doped semiconductor thin film is formed on the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーアブレー
ション法による半導体薄膜の形成方法に関し、特に高効
率の太陽電池のpn接合等に適した浅くて高濃度のドー
プ層を構成する半導体薄膜の形成方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a semiconductor thin film by a laser ablation method, and more particularly to a method for forming a semiconductor thin film forming a shallow and highly doped layer suitable for a pn junction of a high efficiency solar cell. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のシリコン太陽電池におけるpn接
合の形成は、燐(P)の拡散によるn層の形成か、硼素
(B)の拡散によるp層の形成により行うのが一般的で
あった。また、薄膜半導体においては、プラズマCVD
法によるp層・n層の形成が一般的である。いずれも、
化学反応によるドーピング法であるため、高効率太陽電
池に要求される浅くて高濃度のp層・n層を形成するこ
とはできなかった。
2. Description of the Related Art In a conventional silicon solar cell, a pn junction is generally formed by forming an n-layer by diffusion of phosphorus (P) or a p-layer by diffusion of boron (B). . For thin film semiconductors, plasma CVD
Generally, a p-layer and an n-layer are formed by a method. In each case,
Since it is a doping method by a chemical reaction, a shallow and high-concentration p-layer / n-layer required for a high-efficiency solar cell cannot be formed.

【0003】一方、レーザーアブレーション法による良
質のシリコン薄膜製造技術は、低コスト・高効率の薄膜
型太陽電池や薄膜トランジスタ(TFT)等の電子・光
デバイスの実用化技術として期待されている。また、ダ
イヤモンド状カーボン(DLC:diamond-like carbon)
薄膜、高温超電導薄膜、強誘電体薄膜の成膜技術として
も活発に研究が行われている。
On the other hand, a high-quality silicon thin film manufacturing technology by a laser ablation method is expected as a technology for practical use of a low-cost, high-efficiency thin-film solar cell or an electronic / optical device such as a thin film transistor (TFT). Also, diamond-like carbon (DLC)
Research is also actively being conducted on thin film, high-temperature superconducting thin film, and ferroelectric thin film forming techniques.

【0004】従来のレーザーアブレーション法による半
導体薄膜の形成においては、ドーピングの手段としてp
型シリコンやn型シリコンのターゲットを用いる方法が
ある。p型シリコンやn型シリコンは、シリコン結晶の
製造時に硼素あるいは燐を含有させたものであり、シリ
コン結晶を正常に成長させるためには、これら不純物を
多量に含有させることはできず、結局これをターゲット
に用いたのでは高濃度にドープした薄膜半導体を形成す
ることができない。
In the formation of a semiconductor thin film by a conventional laser ablation method, p is used as a doping means.
There is a method using a target of type silicon or n-type silicon. P-type silicon and n-type silicon contain boron or phosphorus at the time of manufacturing a silicon crystal. In order to grow a silicon crystal normally, these impurities cannot be contained in large amounts. Using as a target cannot form a highly doped thin film semiconductor.

【0005】また、特開平6−248439号公報に
は、高濃度のp型不純物をII−VI族化合物半導体にドー
プするために、パルスノズルからの励起窒素ガスの基板
への照射と、II−VI族化合物半導体の構成元素から成る
ターゲットへのパルスレーザー照射とを交互に行う技術
が開示されている。この方法は物理的ドーピングではあ
るが、この半導体形成に用いているイオンビームでは燐
や硼素の照射はできない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-248439 discloses that a substrate is irradiated with an excited nitrogen gas from a pulse nozzle in order to dope a high-concentration p-type impurity into a II-VI compound semiconductor. There is disclosed a technique of alternately performing pulsed laser irradiation on a target made of a constituent element of a group VI compound semiconductor. Although this method is physical doping, the ion beam used for forming the semiconductor cannot irradiate phosphorus or boron.

【0006】このように、従来の技術では、高効率の太
陽電池を実現するために必要な浅くて高濃度のドープ層
を形成することができなかった。
As described above, in the conventional technique, a shallow, high-concentration doped layer required for realizing a highly efficient solar cell could not be formed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
技術では得られなかった、高効率の太陽電池に適した浅
くて高濃度のドープ層を構成する半導体薄膜を形成する
方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method of forming a semiconductor thin film forming a shallow and highly doped layer suitable for a high-efficiency solar cell, which was not obtained by the above-mentioned prior art. The purpose is to:

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体薄膜の形成方法は、真空チャンバ
内で、ターゲットにレーザービームを照射し、この照射
によるターゲットからの放出物を基板上に堆積させるレ
ーザーアブレーション法による半導体薄膜の形成方法に
おいて、半導体ターゲットおよびドーパント含有ターゲ
ットにレーザービームを照射することにより、基板上
に、ドープされた半導体薄膜を形成することを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, a method of forming a semiconductor thin film according to the present invention comprises irradiating a target with a laser beam in a vacuum chamber, and discharging a substance emitted from the target by the irradiation. In a method for forming a semiconductor thin film by a laser ablation method deposited on a substrate, the semiconductor target and the dopant-containing target are irradiated with a laser beam to form a doped semiconductor thin film on the substrate.

【0009】レーザーアブレーション法は、真空チャン
バ内でターゲットから放出された原子、分子、イオンの
みを成膜材料とするため、不純物の極めて少ない高純度
の薄膜が得られると共に、ターゲット組成がそのまま薄
膜組成に反映されるという特徴がある。したがって、半
導体ターゲットおよびドーパント含有ターゲットにレー
ザービームを照射する本発明の方法によれば、各ターゲ
ットへの照射の時期や時間を変えることで任意の組成の
半導体薄膜を形成することができるので、高効率太陽電
池に要求される浅くて高濃度のドープ層を容易に形成す
ることができる。
In the laser ablation method, only atoms, molecules, and ions released from a target in a vacuum chamber are used as a film forming material, so that a high-purity thin film with very few impurities can be obtained, and the target composition can be used as it is. There is a feature that is reflected in. Therefore, according to the method of the present invention for irradiating a semiconductor target and a dopant-containing target with a laser beam, a semiconductor thin film of any composition can be formed by changing the timing and time of irradiation on each target. A shallow, high-concentration doped layer required for an efficient solar cell can be easily formed.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明により成膜する半導体は、
シリコン等の単体から成る半導体であってもよいし、複
数元素から成る化合物半導体であってもよい。半導体タ
ーゲットとしては、シリコン等の元素単体から成る単体
半導体薄膜を形成する場合には、それと同じ元素単体か
ら成る単体ターゲットを用いる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Semiconductors formed according to the present invention include:
It may be a semiconductor composed of a simple substance such as silicon or a compound semiconductor composed of a plurality of elements. When a single semiconductor thin film made of a single element such as silicon is formed as the semiconductor target, a single target made of the same single element is used.

【0011】III-V 族化合物等の化合物半導体薄膜を形
成する場合には、(1) 形成する薄膜と同じ組成の化合物
から成る化合物ターゲット、(2) 形成する薄膜の組成に
対応する混合比率の混合物からなる混合物ターゲット、
または(3) 形成する薄膜の各構成成分をそれぞれ含む複
数の半導体成分含有ターゲットを用いる。ドーパント含
有ターゲットとしては、ドーパント元素から成るターゲ
ット、あるいはドーパント元素を含む化合物から成るタ
ーゲットを用いることができる。化合物から成るターゲ
ットとしては、ドーパント元素と、成膜対象である半導
体と同一組成の成分および/またはレーザーアブレーシ
ョン処理中にガス化して除去し得る成分とから成る材質
のターゲットを用いることができる。ドーパントは、成
膜対象の半導体に対してn型のドープ層を形成するn型
ドーパントであってもよいし、p型のドープ層を形成す
るp型ドーパントであってもよい。
When a compound semiconductor thin film such as a group III-V compound is formed, (1) a compound target composed of a compound having the same composition as the thin film to be formed, and (2) a compound target having a mixing ratio corresponding to the composition of the thin film to be formed. A mixture target comprising a mixture,
Or (3) a plurality of semiconductor component-containing targets each containing each component of the thin film to be formed. As the dopant-containing target, a target composed of a dopant element or a target composed of a compound containing a dopant element can be used. As the target made of a compound, a target made of a material made of a dopant element and a component having the same composition as the semiconductor to be formed into a film and / or a component which can be removed by gasification during laser ablation treatment can be used. The dopant may be an n-type dopant that forms an n-type doped layer with respect to the semiconductor to be formed, or a p-type dopant that forms a p-type doped layer.

【0012】半導体ターゲットおよびドーパント含有タ
ーゲットへのレーザービーム照射は、必要なドーパント
濃度およびその膜厚方向分布に応じて交互に行ってもよ
いし、同時に行ってもよい。もちろん、レーザーアブレ
ーション処理期間全体の中で、ある期間は交互照射を行
い、別の期間は同時照射を行うこともできる。同様に、
化合物半導体薄膜を形成するために、半導体ターゲット
として複数の半導体成分含有ターゲットを用いる場合
は、望みの化合物組成に応じて各半導体成分含有ターゲ
ットに交互または同時にレーザービーム照射を行うこと
ができる。
The laser beam irradiation on the semiconductor target and the dopant-containing target may be performed alternately or simultaneously according to the required dopant concentration and its thickness direction distribution. Of course, in the entire laser ablation period, alternate irradiation may be performed during a certain period and simultaneous irradiation may be performed during another period. Similarly,
When a plurality of semiconductor component-containing targets are used as a semiconductor target to form a compound semiconductor thin film, laser beam irradiation can be performed on each of the semiconductor component-containing targets alternately or simultaneously according to a desired compound composition.

【0013】いずれの場合にも、各ターゲットへの照射
時間を制御することによりドープ濃度を含めて薄膜組成
を任意に変化させることができる。すなわち、膜厚全体
について任意のドープ濃度および任意の基本組成を得る
ことができるし、膜厚方向に沿って任意にドープ濃度お
よび基本組成を変化させることができる。各ターゲット
への照射時間の制御は、各ターゲットとレーザービーム
とを相対的に移動させることによって行うことができ
る。
In any case, the composition of the thin film including the doping concentration can be arbitrarily changed by controlling the irradiation time to each target. That is, an arbitrary doping concentration and an arbitrary basic composition can be obtained for the entire film thickness, and the doping concentration and the basic composition can be arbitrarily changed along the film thickness direction. The control of the irradiation time to each target can be performed by relatively moving each target and the laser beam.

【0014】本発明の方法により形成した半導体薄膜を
太陽電池に用いることにより、従来得られなかった高い
発電効率が達成される。
By using a semiconductor thin film formed by the method of the present invention for a solar cell, a high power generation efficiency which has not been obtained conventionally can be achieved.

【0015】[0015]

【実施例】以下に、添付図面を参照して、実施例により
本発明を更に詳細に説明する。 〔実施例1〕本発明により高濃度にドープされた半導体
薄膜を形成するためのレーザーアブレーション成膜装置
の基本構成を図1に示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in more detail with reference to the accompanying drawings. [Embodiment 1] FIG. 1 shows a basic configuration of a laser ablation film forming apparatus for forming a highly doped semiconductor thin film according to the present invention.

【0016】図1において、レーザーアブレーション成
膜装置15は、真空チャンバ4内に、基板5を保持する
基板ホルダー6と、ターゲット8を保持するターゲット
ホルダー9が設けられている。基板5は基板ホルダー6
に内蔵されたヒーター7により所定の温度に保持され
る。基板5としては、半導体デバイス作製用のシリコン
ウェハと、合成石英基板を用いた。真空チャンバ4は、
下部に開口した排気ポート13を介して真空ポンプによ
り排気される。
In FIG. 1, a laser ablation film forming apparatus 15 is provided with a substrate holder 6 for holding a substrate 5 and a target holder 9 for holding a target 8 in a vacuum chamber 4. The substrate 5 is a substrate holder 6
Is maintained at a predetermined temperature by a heater 7 incorporated in the heater. As the substrate 5, a silicon wafer for manufacturing a semiconductor device and a synthetic quartz substrate were used. The vacuum chamber 4 is
The air is exhausted by a vacuum pump through an exhaust port 13 opened at the lower part.

【0017】真空チャンバ4の外部に設けたレーザ発生
装置(図示せず)からのパルスレーザービーム1を、レ
ンズ系2を介しレーザービーム導入ポート3から真空チ
ャンバ4内に導入する。レーザービーム照射によるター
ゲット8からの放出物は、基板5とターゲット8との間
に炎形の領域すなわちプルーム12として観察される。
形成中および形成後の薄膜の組成は、一組のRHEED
(反射高エネルギー電子回折)装置10,11により分
析する。
A pulse laser beam 1 from a laser generator (not shown) provided outside the vacuum chamber 4 is introduced into the vacuum chamber 4 from a laser beam introduction port 3 through a lens system 2. The emission from the target 8 due to the laser beam irradiation is observed as a flame-shaped region, that is, a plume 12, between the substrate 5 and the target 8.
The composition of the thin film during and after formation is a set of RHEED
(Reflection high energy electron diffraction)

【0018】例えばPドープn型Si薄膜を形成する場
合を以下に説明する。レーザービーム1としては、波長
193nmのArFエキシマレーザービームと、波長2
48nmのKrFエキシマレーザービームを用い、照射
エネルギーは15〜80mJ/パルスとする。ターゲッ
ト8は、図2に示したようにSiターゲット8aとP含
有ターゲット8bを並置した構成である。n型ドーパン
トであるPの供給源としてのP含有ターゲット8bは、
例えばP3 5 、P2 3 、PN、P単体等で作製した
ものを用いる。Siターゲット8aおよびP含有ターゲ
ット8bがレーザービーム1で照射されると、各ターゲ
ット8aおよび8bからはそれぞれSiおよびPが原子
あるいはイオンとして放出され、プルーム12を形成し
ながら基板5に到達し、基板5上に堆積して薄膜を形成
する。すなわち、基板5上ではSi膜が形成されつつP
がドープされるので、高濃度にPドープされたSi薄膜
が形成される。
For example, a case where a P-doped n-type Si thin film is formed will be described below. As the laser beam 1, an ArF excimer laser beam having a wavelength of 193 nm and a wavelength 2
The irradiation energy is set to 15 to 80 mJ / pulse using a 48 nm KrF excimer laser beam. The target 8 has a configuration in which a Si target 8a and a P-containing target 8b are juxtaposed as shown in FIG. A P-containing target 8b as a source of P as an n-type dopant includes:
For example, those made of P 3 N 5 , P 2 N 3 , PN, P alone or the like are used. When the Si target 8a and the P-containing target 8b are irradiated with the laser beam 1, Si and P are emitted from the targets 8a and 8b as atoms or ions, respectively, and reach the substrate 5 while forming the plume 12, and 5 to form a thin film. That is, while the Si film is formed on the substrate 5, the P
Is doped, so that a highly P-doped Si thin film is formed.

【0019】P含有ターゲット8bとして上記のP3
5 、P2 3 、PNを用いた場合、P−N結合はレーザ
ーの高いエネルギーにより切断され、NはN2 分子(窒
素ガス)となって除去されるので、形成される薄膜中に
取り込まれることがない。形成されるPドープn型Si
薄膜のドープ濃度およびドープ深さは、Siターゲット
8aとP含有ターゲット8bへのレーザービーム照射の
時間および時期を変えることにより任意に変えることが
できるので、用途に応じて最適なドープ濃度およびドー
プ深さを容易に得ることができる。
As the P-containing target 8b, the above P 3 N
5 , when P 2 N 3 or PN is used, the PN bond is cut by the high energy of the laser, and N is removed as N 2 molecules (nitrogen gas). Never be. P-doped n-type Si to be formed
The doping concentration and the doping depth of the thin film can be arbitrarily changed by changing the time and timing of laser beam irradiation on the Si target 8a and the P-containing target 8b. Can be easily obtained.

【0020】図2に、各ターゲットへのレーザービーム
照射の時間および時期を制御するための光学系の一例を
示す。レーザー光発生源21から放射されたレーザー光
L0は、コリメータレンズ22とシリンドリカルレンズ
23を通り、反射ミラー24によりポリゴンミラー25
に導かれる。ポリゴンミラー25の回転により放射状に
スキャンされたレーザー光L1は、fθレンズ26を通
り、シリンドリカルレンズ27を介して、スキャン範囲
Wのレーザー光L2としてターゲット8aおよび8bに
照射される。レーザー光L2はポリゴンミラー25によ
りX方向にスキャンされ、2個のターゲット8aおよび
8bの両方に照射される。実際には、レーザー光L2は
2個のターゲットを交互に照射している。レーザー光L
2は、更にシリンドリカルレンズ27の回転によりY方
向にもスキャンされ、ターゲット表面の広い範囲を有効
に用いるようになっている。
FIG. 2 shows an example of an optical system for controlling the time and timing of laser beam irradiation on each target. The laser light L0 emitted from the laser light source 21 passes through a collimator lens 22 and a cylindrical lens 23, and is reflected by a reflection mirror 24 into a polygon mirror 25.
It is led to. The laser beam L1 radially scanned by the rotation of the polygon mirror 25 passes through the fθ lens 26, and is applied to the targets 8a and 8b as the laser beam L2 in the scan range W via the cylindrical lens 27. The laser beam L2 is scanned in the X direction by the polygon mirror 25 and is irradiated on both of the two targets 8a and 8b. Actually, the laser beam L2 irradiates the two targets alternately. Laser light L
2 is also scanned in the Y direction by the rotation of the cylindrical lens 27, so that a wide range of the target surface is used effectively.

【0021】図2の光学系において、ポリゴンミラー2
5の回転を制御することにより、X方向のスキャン範囲
の大きさおよび位置を変え、ターゲット8aおよび8b
へのレーザー照射の時間および時期を変え、それにより
基板5上へのSiとPの堆積レートを変え、Si薄膜中
へのPドープの濃度および深さを変える。例えばドープ
濃度を増加させるには、Siターゲット8aに対するP
含有ターゲット8bの照射時間の比率を増加させ、Si
に対するPの堆積レートの比率を増加させる。ポリゴン
ミラー25およびシリンドリカルレンズ27の回転は、
望みのドープ濃度およびドープ深さが得られるようにコ
ンピュータによりプログラム制御することができる。
In the optical system shown in FIG.
5, the size and position of the scan range in the X direction are changed, and the targets 8a and 8b are controlled.
The time and timing of laser irradiation on the substrate 5 are changed, thereby changing the deposition rates of Si and P on the substrate 5 and changing the concentration and depth of P doping in the Si thin film. For example, to increase the doping concentration, P
Increasing the irradiation time ratio of the containing target 8b,
Increase the ratio of the P deposition rate to The rotation of the polygon mirror 25 and the cylindrical lens 27
It can be programmed by a computer to obtain the desired doping concentration and doping depth.

【0022】従来の拡散によるPドープでは、ドープ深
さ(拡散深さ)が0.2〜1μm、ドープ濃度(拡散濃
度)0.02〜0.2%程度が限度であった。本発明の
方法によれば、必要な素子特性に応じて任意のドープ深
さおよびドープ濃度が可能であり、例えばドープ深さ
0.15μm、ドープ濃度0.5%を容易に得ることが
できる。
In conventional P doping by diffusion, the doping depth (diffusion depth) and the doping concentration (diffusion concentration) were limited to about 0.2 to 1 μm and about 0.02 to 0.2%, respectively. According to the method of the present invention, any doping depth and doping concentration can be set according to the required device characteristics. For example, a doping depth of 0.15 μm and a doping concentration of 0.5% can be easily obtained.

【0023】p型ドープSi薄膜の形成も同様に行え
る。ただしこの場合は、ターゲット8bとしてB含有タ
ーゲットを用いる。p型ドーパントをBとする場合、B
含有ターゲット8bとして、SiB4 、SiB6 を用い
ることができる。B含有ターゲット8bにレーザーが照
射されると、Si−B結合はレーザーの高いエネルギー
により切断され、BおよびSiが原子、分子あるいはイ
オンとして一緒に放出される。Bはドーパントとして、
またSiはSiターゲット8aから放出されるSiと共
に、いずれも薄膜形成材料となる。
A p-type doped Si thin film can be formed in the same manner. However, in this case, a B-containing target is used as the target 8b. When the p-type dopant is B, B
SiB 4 or SiB 6 can be used as the containing target 8b. When the B-containing target 8b is irradiated with a laser, the Si-B bond is broken by the high energy of the laser, and B and Si are released together as atoms, molecules or ions. B is a dopant,
Further, Si becomes a thin film forming material together with Si released from the Si target 8a.

【0024】〔実施例2〕本発明により、図2の光学系
を備えた図1のレーザーアブレーション成膜装置15を
用い、図3に示すSiのpin構造を持つSi薄膜型太
陽電池30を作製する例を説明する。透明ガラス基板3
1上に、レーザーアブレーション法によりSnO2 の透
明電極32(厚さ3000Å)を形成する。これはSn
2 ターゲットを用いて行う。透明電極32は、SnO
2 の代わりにITO(Indium Tin Oxide)等で形成して
もよい。透明電極32は、レーザーアブレーション法の
代わりに、真空蒸着やスパッタリング等の方法により形
成してもよい。レーザーアブレーション法により形成す
ると、透明電極32を形成した後、成膜装置外へ取り出
すことなく同一装置内でSi薄膜の形成を行えるので、
成膜装置外での汚染に配慮する必要がなく、また取り出
し/搬送/装入の工程も不要である。
Embodiment 2 According to the present invention, a Si thin-film solar cell 30 having a Si pin structure shown in FIG. 3 is manufactured using the laser ablation film forming apparatus 15 shown in FIG. 1 having the optical system shown in FIG. An example will be described. Transparent glass substrate 3
A transparent electrode 32 (thickness 3000 °) of SnO 2 is formed on the substrate 1 by a laser ablation method. This is Sn
This is performed using an O 2 target. The transparent electrode 32 is made of SnO
Instead of 2 , it may be formed of ITO (Indium Tin Oxide) or the like. The transparent electrode 32 may be formed by a method such as vacuum evaporation or sputtering instead of the laser ablation method. When formed by the laser ablation method, after forming the transparent electrode 32, the Si thin film can be formed in the same apparatus without being taken out of the film forming apparatus.
There is no need to consider contamination outside the film forming apparatus, and no take-out / transport / loading steps are required.

【0025】SnO2 透明電極32上にBドープp型S
i層33を厚さ100Åに形成する。これは、Siター
ゲット8aとSiB4 等のB含有ターゲット8bを並置
し、各ターゲットにレーザービームを交互に照射するこ
とにより行う。Bドープp型Si層33上にノンドープ
のSi層34を厚さ5000Åに形成する。これはSi
ターゲット8aのみをレーザー照射することにより行
う。
On the SnO 2 transparent electrode 32, B-doped p-type S
An i-layer 33 is formed to a thickness of 100 °. This is performed by juxtaposing the Si target 8a and the B-containing target 8b such as SiB 4 and irradiating each target with a laser beam alternately. On the B-doped p-type Si layer 33, a non-doped Si layer 34 is formed to a thickness of 5000 °. This is Si
This is performed by irradiating only the target 8a with a laser.

【0026】ノンドープSi層34上にPドープn型S
i層35を厚さ200Åに形成する。これは、Siター
ゲット8aとP3 5 等のP含有ターゲット8bを並置
し、各ターゲットにレーザービームを交互に照射するこ
とにより行う。Pドープn型Si層35上にAl電極3
6を厚さ3000Åに形成する。Al電極36は、前記
のSnO2 透明電極32と同様に、レーザーアブレーシ
ョン法に代えて真空蒸着やスパッタリング等により形成
してもよい。
On the non-doped Si layer 34, a P-doped n-type S
An i-layer 35 is formed to a thickness of 200 °. This is performed by juxtaposing the Si target 8a and the P-containing target 8b such as P 3 N 5 and irradiating each target with a laser beam alternately. Al electrode 3 on P-doped n-type Si layer 35
6 is formed to a thickness of 3000 °. The Al electrode 36 may be formed by vacuum deposition or sputtering instead of the laser ablation method, similarly to the above-mentioned SnO 2 transparent electrode 32.

【0027】従来のpin型アモルファスSi太陽電池
の場合は、シランガス、フォスフィンガス、ジボランガ
ス等を用いたプラズマCVDによる製法が一般的であっ
た。しかし前述のように、このような従来法では、p
層、n層のドープ濃度を高くすることは原理的に限界が
あった。本発明の方法によれば、上記のようにSiター
ゲットとドーパント含有ターゲットとを用いたレーザー
アブレーション法により、容易に高濃度ドープを実現す
ることができる。
In the case of a conventional pin type amorphous Si solar cell, a production method by plasma CVD using a silane gas, a phosphine gas, a diborane gas or the like has been generally used. However, as described above, in such a conventional method, p
Increasing the doping concentration of the layer and the n-layer has a limit in principle. According to the method of the present invention, high-concentration doping can be easily achieved by the laser ablation method using the Si target and the dopant-containing target as described above.

【0028】その上、従来のプラズマCVDによる製法
では、膜中への水素の混入が不可避的に起こるため、光
劣化が生じ易い等の欠点があった。本発明の方法によれ
ば、水素を含まないドーパント元素単体またはP3 5
やSiB4 等のドーパント元素化合物をターゲットとし
て用い、高真空下でレーザーアブレーション法により成
膜するので、膜中への水素混入が起こることがない。
In addition, in the conventional production method using plasma CVD, hydrogen is unavoidably mixed into the film, so that there is a disadvantage that light deterioration is apt to occur. According to the method of the present invention, a dopant element alone containing no hydrogen or P 3 N 5
Since a film is formed by a laser ablation method under a high vacuum using a dopant element compound such as SiB 4 or SiB 4 as a target, hydrogen does not enter the film.

【0029】なお、上記説明では省略したが、表面反射
防止のためにSiO2 、TiO2 、MgO等の反射防止
膜を形成することができるし、選択的エッチングによる
ピラミッド型テクスチャーの形成を行うことができるこ
とは勿論である。以下の実施例における各構造について
も同様である。
Although omitted in the above description, it is possible to form an anti-reflection film such as SiO 2 , TiO 2 , MgO or the like to prevent surface reflection, and to form a pyramid texture by selective etching. Of course you can. The same applies to each structure in the following examples.

【0030】〔実施例3〕本発明により、図2の光学系
を備えた図1のレーザーアブレーション成膜装置15を
用い、図4に示すように電極を全て基板の同じ側に設け
た構造のSi薄膜型太陽電池40を作製する例を説明す
る。ガラスあるいはアルミナセラミックス等の基板41
上に、レーザーアブレーション、スパッタリング、真空
蒸着等によりSi3 4 /SiOx 等のバッファ層42
を形成する。バッファ層42を設けたことにより、基板
41から薄膜への不純物混入を防止し、また薄膜の結晶
粒径を拡大して、良好な特性を確保する。
[Embodiment 3] According to the present invention, the laser ablation film forming apparatus 15 shown in FIG. 1 equipped with the optical system shown in FIG. 2 was used, and all electrodes were provided on the same side of the substrate as shown in FIG. An example of manufacturing the Si thin film solar cell 40 will be described. Substrate 41 of glass or alumina ceramics
A buffer layer 42 of Si 3 N 4 / SiO x or the like is formed thereon by laser ablation, sputtering, vacuum evaporation, or the like.
To form The provision of the buffer layer 42 prevents impurities from entering the thin film from the substrate 41 and enlarges the crystal grain size of the thin film, thereby ensuring good characteristics.

【0031】その上に、レーザーアブレーション法によ
りノンドープのSi層43を厚さ5μmに形成する。ノ
ンドープSi層43の上面をステンレス板等により一部
マスキングし、マスキングされない露出面上に、Pドー
プn型Si層44を厚さ2000Åに形成する。これ
は、Siターゲット8aとP3 5 等のP含有ターゲッ
ト8bを並置し、各ターゲットにレーザービームを交互
に照射することにより行う。
On top of this, a non-doped Si layer 43 is formed to a thickness of 5 μm by a laser ablation method. The upper surface of the non-doped Si layer 43 is partially masked with a stainless steel plate or the like, and a P-doped n-type Si layer 44 is formed to a thickness of 2000 ° on the unmasked exposed surface. This is performed by juxtaposing the Si target 8a and the P-containing target 8b such as P 3 N 5 and irradiating each target with a laser beam alternately.

【0032】上記のマスキングをした状態で、n型Si
層44上にSnO2 あるいはITO等の透明電極45
(厚さ3000Å)を形成する。これはSnO2 ターゲ
ットあるいはITOターゲットにレーザービーム照射す
ることにより行う。透明電極45は、真空蒸着やスパッ
タリング等の方法により形成してもよい。上記マスキン
グを除去し、その代わりに、n型Si層44および透明
電極45の形成領域を含めノンドープSi層43の一部
を残してマスキングし、マスキングされないSi層43
の露出面上に、レーザーアブレーション等によりAl電
極46を形成する。
With the above masking, n-type Si
A transparent electrode 45 such as SnO 2 or ITO is formed on the layer 44.
(Thickness 3000 mm). This is performed by irradiating a SnO 2 target or an ITO target with a laser beam. The transparent electrode 45 may be formed by a method such as vacuum evaporation or sputtering. The masking is removed, and instead, the masking is performed while leaving a part of the non-doped Si layer 43 including the region where the n-type Si layer 44 and the transparent electrode 45 are formed.
An Al electrode 46 is formed on the exposed surface by laser ablation or the like.

【0033】〔実施例4〕本発明により、図2の光学系
を備えた図1のレーザーアブレーション成膜装置15を
用いて、図5に示す構造のSi薄膜型太陽電池50を作
製する例を説明する。図5の太陽電池50は、p型Si
ウェハ53上に本発明により高濃度n++型ドープSi薄
膜54を形成し、その上に表面集電電極としてTi/P
d/Agの微細電極55を形成したものである。p型S
iウェハ53の裏面には内層のAl層52と外層のAg
層51とからなるAl/Ag電極を形成してある。Al
層52の拡散処理を施すことにより、p型Siウェハ5
3とAl層52との界面にp+層を形成してある。
Embodiment 4 According to the present invention, an example in which a Si thin-film solar cell 50 having the structure shown in FIG. 5 is manufactured using the laser ablation film forming apparatus 15 shown in FIG. 1 equipped with the optical system shown in FIG. explain. The solar cell 50 of FIG.
A high-concentration n ++- type doped Si thin film 54 is formed on a wafer 53 according to the present invention, and a Ti / P
In this case, a fine electrode 55 of d / Ag is formed. p-type S
On the back surface of the i-wafer 53, an inner Al layer 52 and an outer Ag layer
An Al / Ag electrode composed of the layer 51 is formed. Al
By performing the diffusion process of the layer 52, the p-type Si wafer 5 is formed.
A p + layer is formed at the interface between the layer 3 and the Al layer 52.

【0034】従来の単結晶Si太陽電池において、pn
接合の形成は、p型Si基板にP(燐)を拡散させる
か、あるいはn型Si基板にBを拡散させることにより
行っていた。n++層の形成はp型Siウェハ上へのPO
Cl3 を用いたP蒸気拡散により行っていたため、Pド
ープの高濃度化には限界があった。本発明によれば、S
iターゲットとP含有ターゲットとを用いたレーザーア
ブレーション法により高濃度n++層を容易に形成するこ
とができる。
In a conventional single crystal Si solar cell, pn
The junction has been formed by diffusing P (phosphorus) into the p-type Si substrate or diffusing B into the n-type Si substrate. The formation of the n ++ layer is performed by using PO on a p-type Si wafer.
Since the diffusion was performed by P vapor using Cl 3 , there was a limit in increasing the concentration of P dope. According to the present invention, S
A high-concentration n ++ layer can be easily formed by a laser ablation method using an i target and a P-containing target.

【0035】更に、従来法では基板自体に含まれている
ドーパントと新たにドープされるドーパントとで相殺作
用が働くために、高効率太陽電池に要求される浅くて高
濃度のドープが原理的に困難であった。本発明によれ
ば、このようなドーパント同士の相殺作用がないため、
浅くて高濃度のドープが可能になる。また、従来は電極
直下にn++層を形成して電極と基板Siとの界面の制御
を行っていたが、本発明によれば、本実施例に示したよ
うにこの界面制御をより効果的に行うことができる。
Further, in the conventional method, since the dopant contained in the substrate itself and the dopant newly doped have a canceling action, the shallow and high-concentration doping required for a high-efficiency solar cell is in principle required. It was difficult. According to the present invention, since there is no offsetting action between such dopants,
Shallow and high-concentration doping becomes possible. Further, conventionally, an interface between the electrode and the substrate Si was controlled by forming an n ++ layer immediately below the electrode. However, according to the present invention, as shown in this embodiment, this interface control is more effective. Can be done

【0036】本実施例では、p型Siウェハを用いた場
合を説明したが、n型Siウェハを用いた場合も、Si
ターゲットとB等のp型ドーパント含有ターゲットへの
レーザー照射にて高濃度ドープp層を形成することによ
り、図5と同様の構造を作製することができる。なお、
図5に示した構造の他、例えばマスクを用いて高濃度ド
ープ領域と非ドープ領域とを選択的に形成することによ
り、電極直下のみドーパント濃度が高いSi薄膜を形成
することができる。
In this embodiment, the case where a p-type Si wafer is used has been described.
By forming a heavily doped p-layer by irradiating the target and a target containing a p-type dopant such as B with a laser, a structure similar to that of FIG. 5 can be manufactured. In addition,
In addition to the structure shown in FIG. 5, for example, by selectively forming a high-concentration doped region and a non-doped region using a mask, it is possible to form a Si thin film having a high dopant concentration only immediately below an electrode.

【0037】〔実施例5〕Si薄膜型太陽電池におい
て、本発明の方法によりSi薄膜中のドーパント濃度を
制御することによりSi薄膜のバンドギャップを制御す
る例を説明する。図6に示したSi薄膜型太陽電池60
は、ステンレス鋼基板61上に、Ti層62、Ag層6
3、ZnO層64、n層65、傾斜濃度ドープSi薄膜
66、p/i層(バッファ層)67、p層68、および
ITO透明電極層69を有する。
[Embodiment 5] An example in which the band gap of a Si thin film is controlled by controlling the dopant concentration in the Si thin film by the method of the present invention in a Si thin film solar cell will be described. The Si thin film solar cell 60 shown in FIG.
Are a Ti layer 62 and an Ag layer 6 on a stainless steel substrate 61.
3, a ZnO layer 64, an n layer 65, a gradient concentration doped Si thin film 66, a p / i layer (buffer layer) 67, a p layer 68, and an ITO transparent electrode layer 69.

【0038】傾斜濃度ドープSi薄膜66は、ドープ濃
度を膜厚方向に連続的に変えてあり、これにより例えば
図7に示すようにバンドギャップが膜厚方向に連続的に
変わるようにバンドギャップ制御される。従来、バンド
ギャップ制御した太陽電池を作製する方法として、例え
ばアモルファスSiのバンドギャップを制御するために
Siと同じ4族元素であるC(炭素)やGe(ゲルマニ
ウム)を添加し、膜厚方向に連続的に組成比を変える方
法が行われていた。そのために、Si源としてのシラン
系ガスと、C源として炭化水素系ガスあるいはGe源と
してゲルマン系ガスとの混合ガスを用いたCVDを行っ
ていた。この場合、広い波長範囲の光吸収領域を得るに
は、バンドギャップ制御したセルを積層したタンデム構
造を取らざるを得なかった。
The doping concentration of the gradient-concentration-doped Si thin film 66 is continuously changed in the film thickness direction, so that, for example, as shown in FIG. Is done. Conventionally, as a method of manufacturing a solar cell with a band gap control, for example, C (carbon) or Ge (germanium), which is the same Group 4 element as Si, is added in order to control the band gap of amorphous Si. A method of continuously changing the composition ratio has been used. Therefore, CVD using a mixed gas of a silane-based gas as a Si source and a hydrocarbon-based gas as a C source or a germane-based gas as a Ge source has been performed. In this case, in order to obtain a light absorption region in a wide wavelength range, a tandem structure in which band gap-controlled cells are stacked must be employed.

【0039】本発明によれば、Siターゲットとドーパ
ント含有ターゲットとにレーザー照射する際に、各ター
ゲットへの照射時間および/または照射時期を変えるこ
とにより、成膜されるSi薄膜の膜厚方向のドーパント
濃度を連続的に変えることで、Si薄膜のバンドギャッ
プを膜厚方向に連続的に変えるバンドギャップ制御を容
易に行うことができる。したがって、従来行っていたC
やGe等の添加元素の濃度制御のための原料ガス流量の
精密制御を行う必要がない。
According to the present invention, when irradiating a laser to an Si target and a dopant-containing target, the irradiation time and / or the irradiation time of each target are changed to thereby increase the thickness direction of the Si thin film to be formed. By continuously changing the dopant concentration, it is possible to easily perform band gap control for continuously changing the band gap of the Si thin film in the film thickness direction. Therefore, the conventional C
It is not necessary to precisely control the flow rate of the source gas for controlling the concentration of the additional element such as Ge or Ge.

【0040】また、従来のようにタンデム構造にする
と、一般に積層数が多いほど製造工程数が増え添加物量
も増えるため、製造工程が複雑になって製造コストが高
くなるばかりでなく、膜質も悪くなってしまい、結果的
には積層したことで期待するほどには実際の変換効率が
向上しないという問題があった。本発明によれば、単層
でありながら容易にバンドギャップを広範囲に制御でき
るので、このような従来の問題が生ずることなく、低コ
ストで高効率の薄膜型太陽電池を作製することができる
という大きな利点がある。
In the case of a tandem structure as in the prior art, the number of manufacturing steps and the amount of additives generally increase as the number of layers increases, so that not only the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases, but also the film quality deteriorates. As a result, there is a problem that the actual conversion efficiency is not improved as expected as a result of the lamination. According to the present invention, since the band gap can be easily controlled in a wide range even though it is a single layer, it is possible to produce a low-cost and high-efficiency thin-film solar cell without such a conventional problem. There are great benefits.

【0041】なお、本発明は特にタンデム構造を除外す
るものではなく、積層に伴う製造コスト増加や膜質低下
が無視できる場合には、タンデム構造を採用することに
より更に変換効率を高めることもできることは言うまで
もない。本発明によりタンデム構造を形成した例を図8
に示す。薄膜型太陽電池80は、図6の傾斜濃度ドープ
Si層66と、下層のn層65と、上層のp/i層67
およびp層68とから成る構造単位を3単位積層し、最
上層にITO透明電極層69を形成したタンデム構造で
ある。ここで、図8に示した上、中、下の3個の傾斜濃
度ドープSi層66について、バンドギャップの大きさ
を大、中、小の関係にすることができる。
The present invention does not specifically exclude a tandem structure. If an increase in manufacturing cost and a decrease in film quality due to lamination can be neglected, it is possible to further increase the conversion efficiency by adopting a tandem structure. Needless to say. FIG. 8 shows an example in which a tandem structure is formed according to the present invention.
Shown in The thin-film solar cell 80 includes a gradient concentration-doped Si layer 66, a lower n-layer 65, and an upper p / i layer 67 of FIG.
And a p-layer 68, three units of which are laminated, and an ITO transparent electrode layer 69 is formed on the uppermost layer to form a tandem structure. Here, the upper, middle, and lower three graded-concentration doped Si layers 66 shown in FIG. 8 can have a large, medium, and small band gap.

【0042】〔実施例6〕既に説明したように、本発明
の方法においては、半導体ターゲットおよびドーパント
含有ターゲットにレーザービームを交互照射または同時
照射して各ターゲットへのレーザー照射時間を制御する
ことにより任意のドープ濃度を得ることができる。化合
物半導体薄膜を形成するために、半導体ターゲットとし
て複数個の半導体成分含有ターゲットを用いる場合に
は、この複数の半導体成分含有ターゲットについても交
互照射または同時照射による照射時間の制御により任意
の組成を得ることができる。
Embodiment 6 As described above, in the method of the present invention, the semiconductor target and the dopant-containing target are alternately or simultaneously irradiated with a laser beam to control the laser irradiation time on each target. Any doping concentration can be obtained. When a plurality of semiconductor component-containing targets are used as a semiconductor target to form a compound semiconductor thin film, an arbitrary composition is obtained for the plurality of semiconductor component-containing targets also by controlling irradiation time by alternate irradiation or simultaneous irradiation. be able to.

【0043】各ターゲットへの照射時間の制御は、ター
ゲットとレーザービームとを相対的に移動させることに
より行える。具体的には、既に図2を参照して説明した
ようにレーザービームをスキャンさせるか、あるいは各
ターゲットを回転または移動させる。図9に、複数個の
ターゲットへのレーザービームを交互に照射するため
に、ターゲットを回転または移動させる装置の構造例を
示す。
The irradiation time for each target can be controlled by relatively moving the target and the laser beam. Specifically, the laser beam is scanned as described with reference to FIG. 2, or each target is rotated or moved. FIG. 9 shows a structural example of an apparatus for rotating or moving a target in order to alternately irradiate a plurality of targets with a laser beam.

【0044】図9(a) の例では、固定されたレーザービ
ーム91に対して、4個の異種ターゲット92a,92
b,92c,92dを円板状ターゲットホルダー93上
にターゲット間を離間させて配置し、矢印方向へ回転さ
せることにより、各ターゲットを順次交互に照射する。
各ターゲットは、例えばSドープn型InGaAs薄膜
を形成する場合、Inターゲット92a、Gaターゲッ
ト92b、Asターゲット92c,Sターゲット92d
とすることができる。この装置では、異種ターゲット間
にホルダーが露出しているため、連続発振のレーザーは
適当でない。ホルダー露出部分がレーザービームと出会
う位置に来たときにはレーザー発振を停止する必要があ
る。そのためには、パルスレーザー、ターゲットホルダ
ーを回転させるパルスモーター、パルスコントローラー
およびコンピュータを組み合わせて用い、ターゲットホ
ルダーの回転とレーザー発振のタイミングを制御する必
要がある。
In the example shown in FIG. 9A, four different targets 92a and 92
The targets b, 92c, and 92d are arranged on the disk-shaped target holder 93 with a space between the targets, and are rotated in the direction of the arrow, so that the targets are sequentially and alternately irradiated.
For example, when forming an S-doped n-type InGaAs thin film, each target is an In target 92a, a Ga target 92b, an As target 92c, and an S target 92d.
It can be. In this apparatus, a continuous wave laser is not suitable because the holder is exposed between different kinds of targets. When the exposed part of the holder comes to a position where it meets the laser beam, it is necessary to stop the laser oscillation. For that purpose, it is necessary to control the rotation of the target holder and the timing of laser oscillation by using a pulse laser, a pulse motor for rotating the target holder, a pulse controller and a computer in combination.

【0045】図9(b) の例では、3個の異種ターゲット
92a,92b,92c同士を離間させずに隣接させて
ターゲットホルダー93上に配置してあるので、ターゲ
ットホルダーの露出部がないため、ターゲットホルダー
の回転とレーザー発振のタイミングの制御は不要であ
り、連続発振レーザーも用いることができる。図9(c)
の例では、正方形のターゲットホルダー93上に、9個
の異種ホルダー92a〜92iを相互に離間させず隣接
させて配置し、ホルダー93をxy方向へ移動させるこ
とにより、9個のうちの任意のターゲットに任意の時間
だけ照射できる。移動途中に照射不要のターゲットがあ
ればスキップするようにxy移動とレーザー発振を制御
する。
In the example of FIG. 9B, the three different targets 92a, 92b, and 92c are arranged on the target holder 93 adjacent to each other without being separated from each other. It is not necessary to control the rotation of the target holder and the timing of laser oscillation, and a continuous wave laser can be used. Fig. 9 (c)
In the example of the above, nine different holders 92a to 92i are arranged on the square target holder 93 so as to be adjacent to each other without being separated from each other, and the holder 93 is moved in the xy directions. The target can be irradiated for an arbitrary time. The xy movement and the laser oscillation are controlled so as to skip a target that does not require irradiation during the movement.

【0046】図9(a) 〜(c) のいずれの場合も、形成す
る薄膜のドープ濃度および組成およびそれらの膜厚方向
分布(濃度勾配、組成勾配)に応じて、各ターゲットへ
の照射順序と照射時間とを予め設定したプログラムによ
ってコンピュータ制御することが望ましい。
In any of FIGS. 9A to 9C, the irradiation order for each target is determined according to the doping concentration and composition of the thin film to be formed and their distribution in the thickness direction (concentration gradient and composition gradient). It is desirable to control the computer and the irradiation time by a preset program.

【0047】〔実施例7〕図10に、複数個のターゲッ
トに同時にレーザービームを照射するための装置の例を
示す。図示した装置においては、入射したレーザービー
ム101をビームスプリッター103により2つのレー
ザービーム101aと101bに分岐させ、ビーム10
1aはスプリッター103から反射ミラー104を介
し、ビーム101bはスプリッタ103から直接、それ
ぞれ異種のターゲット102aと102bに同時に照射
する。図には2種類のターゲットを用いる場合を示した
が、3種類以上のターゲットを用いる場合も同様に同時
照射することができる。
Embodiment 7 FIG. 10 shows an example of an apparatus for simultaneously irradiating a plurality of targets with a laser beam. In the illustrated apparatus, the incident laser beam 101 is split into two laser beams 101a and 101b by a beam splitter 103, and the beam 10
Reference numeral 1a denotes a beam from the splitter 103 via a reflecting mirror 104, and a beam 101b is directly irradiated from the splitter 103 to different targets 102a and 102b. Although the figure shows a case where two types of targets are used, the same irradiation can be performed similarly when three or more types of targets are used.

【0048】複数個のターゲットに同時照射する場合、
形成される薄膜の組成はレーザービーム照射により各タ
ーゲット材料から放出される物質の量に依存する。望み
の組成に制御するには、分岐後のレーザービームの光路
に光スイッチやチョッパーを設けて、必要な組成比に応
じて光路を遮断する時間を制御する。なお、既に説明し
たように半導体ターゲットとして化合物ターゲットまた
は混合物ターゲットを用いる場合は、形成する薄膜の組
成と同じ組成または混合比率のターゲットを予め用意
し、このターゲットに単一のレーザービームを照射す
る。
When simultaneously irradiating a plurality of targets,
The composition of the formed thin film depends on the amount of a substance emitted from each target material by laser beam irradiation. In order to control the composition as desired, an optical switch or a chopper is provided in the optical path of the laser beam after branching, and the time for interrupting the optical path is controlled according to the required composition ratio. As described above, when a compound target or a mixture target is used as a semiconductor target, a target having the same composition or mixture ratio as the composition of the thin film to be formed is prepared in advance, and a single laser beam is applied to the target.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体ターゲットおよびドーパント含有ターゲットにレ
ーザービームを照射することにより、従来の技術では得
られなかった、高効率の太陽電池に必要な浅くて高濃度
のドープ層を構成する半導体薄膜を形成することができ
る。
As described above, according to the present invention,
By irradiating a semiconductor target and a dopant-containing target with a laser beam, it is possible to form a semiconductor thin film that constitutes a shallow and highly-doped layer required for a high-efficiency solar cell, which cannot be obtained by conventional techniques. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、本発明により高濃度にドープされた半
導体薄膜を形成するためのレーザーアブレーション成膜
装置の基本構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic configuration of a laser ablation film forming apparatus for forming a highly doped semiconductor thin film according to the present invention.

【図2】図2は、本発明により各ターゲットへのレーザ
ービーム照射の時間および時期を制御するための光学系
の一例を示す配置図である。
FIG. 2 is a layout diagram showing an example of an optical system for controlling the time and timing of laser beam irradiation on each target according to the present invention.

【図3】図3は、本発明により作製したSiのpin構
造を持つ太陽電池を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a solar cell having a Si pin structure manufactured according to the present invention.

【図4】図4は、本発明により作製した基板の同じ側に
各電極を設けた構造の太陽電池を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a solar cell having a structure in which electrodes are provided on the same side of a substrate manufactured according to the present invention.

【図5】図5は、本発明により作製した、表面集電電極
としての微細電極を有する太陽電池を示す断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a solar cell manufactured according to the present invention and having a fine electrode as a surface current collecting electrode.

【図6】図6は、本発明により形成した傾斜濃度ドープ
Si薄膜を有する太陽電池を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a solar cell having a gradient-doped Si thin film formed according to the present invention.

【図7】図7は、図6の傾斜濃度ドープにより得られる
バンドギャップを示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a band gap obtained by the gradient concentration doping of FIG. 6;

【図8】図8は、本発明により図6の傾斜濃度ドープS
i層を含む構造単位を3単位積層したタンデム構造の太
陽電池を示す断面図である。
FIG. 8 illustrates the graded doping S of FIG. 6 in accordance with the present invention.
It is sectional drawing which shows the solar cell of a tandem structure which laminated | stacked three units of structural units containing an i layer.

【図9】図9は、本発明により複数個のターゲットへの
レーザービームを交互に照射するために、ターゲットを
回転または移動させる装置の例を示す模式図である。
FIG. 9 is a schematic view showing an example of an apparatus for rotating or moving a target in order to alternately irradiate a plurality of targets with a laser beam according to the present invention.

【図10】図10は、本発明により複数個のターゲット
に同時にレーザービームを照射するための装置の例を示
す模式図である。
FIG. 10 is a schematic view showing an example of an apparatus for simultaneously irradiating a plurality of targets with a laser beam according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…パルスレーザービーム 2…レンズ系 3…レーザービーム導入ポート 4…真空チャンバ 5…基板 6…基板ホルダー 7…内蔵ヒーター 8…ターゲット 8a…Siターゲット 8b…P含有ターゲットまたはB含有ターゲット 9…ターゲットホルダー 10,11…RHEED(反射高エネルギー電子回折)
装置 12…ターゲット8からの放出物のプルーム 13…排気ポート 15…レーザーアブレーション成膜装置 21…レーザー光発生源 L0,L1,L2…レーザー光 22…コリメータレンズ 23…シリンドリカルレンズ 24…反射ミラー 25…ポリゴンミラー 26…fθレンズ 27…シリンドリカルレンズ 30…Si薄膜型太陽電池 31…透明ガラス基板 32…SnO2 透明電極 33…Bドープp型Si層 34…ノンドープSi層 35…Pドープn型Si層 36…Al電極 40…Si薄膜型太陽電池 41…ガラスあるいはアルミナセラミックス等の基板 42…Si3 4 /SiOx 等のバッファ層 43…ノンドープSi層 44…Pドープn型Si層 45…SnO2 あるいはITO等の透明電極 46…Al電極 50…Si薄膜型太陽電池 51…Ag層 52…Al層 53…p型Siウェハ 54…高濃度n++型ドープSi薄膜 55…Ti/Pd/Agの微細電極(表面集電電極) 60…Si薄膜型太陽電池 61…ステンレス鋼基板 62…Ti層 63…Ag層63 64…ZnO層 65…n層 66…傾斜濃度ドープSi薄膜 67…p/i層(バッファ層) 68…p層 69…ITO透明電極層 91…レーザービーム 92a,92b,92c,92d,92e,92f,9
2g,92h,92i…異種ターゲット 93…ターゲットホルダー 101…入射レーザービーム 101a,101b…分岐後のレーザービーム 102a,102b…異種ターゲット 103…ビームスプリッター 104…反射ミラー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pulse laser beam 2 ... Lens system 3 ... Laser beam introduction port 4 ... Vacuum chamber 5 ... Substrate 6 ... Substrate holder 7 ... Built-in heater 8 ... Target 8a ... Si target 8b ... P containing target or B containing target 9 ... Target holder 10, 11 ... RHEED (reflection high energy electron diffraction)
Apparatus 12 Plume of emission from target 8 13 Exhaust port 15 Laser ablation film forming apparatus 21 Laser light source L0, L1, L2 Laser light 22 Collimator lens 23 Cylindrical lens 24 Reflecting mirror 25 Polygon mirror 26 f-lens 27 cylindrical lens 30 Si thin-film solar cell 31 transparent glass substrate 32 SnO 2 transparent electrode 33 B-doped p-type Si layer 34 non-doped Si layer 35 P-doped n-type Si layer 36 ... Al electrodes 40 substrate 42 ... Si such as Si thin-film solar cell 41 ... glass or alumina ceramics 3 n 4 / SiO x buffer layer, such as 43 ... non-doped Si layer 44 ... P-doped n-type Si layer 45 ... SnO 2 or Transparent electrode such as ITO 46 ... Al electrode 50 ... Si thin film type Positive battery 51: Ag layer 52: Al layer 53: p-type Si wafer 54: high-concentration n ++- type doped Si thin film 55: fine electrode of Ti / Pd / Ag (surface collecting electrode) 60: Si thin-film solar cell 61 ... Stainless steel substrate 62 ... Ti layer 63 ... Ag layer 63 64 ... ZnO layer 65 ... n layer 66 ... gradient concentration doped Si thin film 67 ... p / i layer (buffer layer) 68 ... p layer 69 ... ITO transparent electrode layer 91 ... Laser beams 92a, 92b, 92c, 92d, 92e, 92f, 9
2g, 92h, 92i: Different target 93: Target holder 101: Incident laser beam 101a, 101b: Branched laser beam 102a, 102b: Different target 103: Beam splitter 104: Reflecting mirror

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空チャンバ内で、ターゲットにレーザ
ービームを照射し、この照射によるターゲットからの放
出物を基板上に堆積させるレーザーアブレーション法に
よる半導体薄膜の形成方法において、 半導体ターゲットおよびドーパント含有ターゲットにレ
ーザービームを照射することにより、基板上に、ドープ
された半導体薄膜を形成することを特徴とする半導体薄
膜の形成方法。
In a method for forming a semiconductor thin film by a laser ablation method, in which a target is irradiated with a laser beam in a vacuum chamber and an emission from the target is deposited on a substrate, the semiconductor target and the dopant-containing target are irradiated with a laser beam. A method for forming a semiconductor thin film, comprising forming a doped semiconductor thin film on a substrate by irradiating a laser beam.
【請求項2】 前記半導体ターゲットおよび前記ドーパ
ント含有ターゲットへのレーザービーム照射を交互また
は同時に行うことを特徴とする請求項1に記載の半導体
薄膜の形成方法。
2. The method according to claim 1, wherein the semiconductor target and the dopant-containing target are alternately or simultaneously irradiated with a laser beam.
【請求項3】 前記ドーパントがn型ドーパントまたは
p型ドーパントであることを特徴とする請求項1または
2に記載の半導体薄膜の形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein the dopant is an n-type dopant or a p-type dopant.
【請求項4】 前記各ターゲットへの照射時間を制御す
ることにより薄膜組成を任意に変化させることを特徴と
する請求項1から3までのいずれか1項に記載の半導体
薄膜の形成方法。
4. The method of forming a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the composition of the thin film is arbitrarily changed by controlling the irradiation time to each of the targets.
【請求項5】 前記各ターゲットへの照射時間を制御す
るために、前記各ターゲットとレーザービームとを相対
的に移動させることを特徴とする請求項4記載の半導体
薄膜の形成方法。
5. The method according to claim 4, wherein the target and the laser beam are relatively moved to control the irradiation time on each of the targets.
【請求項6】 請求項1から6までのいずれか1項に記
載の方法により形成された半導体薄膜を用いたことを特
徴とする太陽電池。
6. A solar cell using a semiconductor thin film formed by the method according to claim 1. Description:
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