JPH0918033A - Thin film solar battery and its manufacturing method - Google Patents
Thin film solar battery and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜太陽電池およびそ
の製法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film solar cell and a method for producing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】太陽電池としては、材料が環境に対し殆
ど影響がない,エネルギー変換効率が高い,発電特性が
安定している,等の理由から、シリコン太陽電池が汎用
されている。このようなシリコン太陽電池としては、例
えば、図8に示すように、単結晶シリコン基板1の表面
に、不純物(例えばリン)を高温で熱拡散させてn型の
拡散層2を形成し、電極3を形成したのち、その上にS
iO2 等の反射防止膜4を形成することによって得られ
る単結晶シリコン太陽電池がよく知られている。2. Description of the Related Art As a solar cell, a silicon solar cell is widely used because it has little influence on the environment, has a high energy conversion efficiency, and has stable power generation characteristics. As such a silicon solar cell, for example, as shown in FIG. 8, an impurity (for example, phosphorus) is thermally diffused at a high temperature on the surface of a single crystal silicon substrate 1 to form an n-type diffusion layer 2, and an electrode is formed. After forming 3, S on it
A single crystal silicon solar cell obtained by forming an antireflection film 4 such as iO 2 is well known.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記単
結晶シリコン太陽電池において、単結晶シリコン基板1
を用いるとその材料コストが高くなるため、単結晶シリ
コン基板1に代えて低コストの異種基板(SUS等の金
属基板)を用い、その上にSiの薄膜を成膜する試みが
なされている。しかし、上記Siの膜厚を、太陽電池と
して用いるのに必要な厚さ(50〜100μm)まで成
膜すると、基板とSiの熱膨張係数が大幅に異なるた
め、基板に大きなそりを生じることが判明した。上記そ
りが生じると、その後のデバイス製作上歩留りを大きく
損なう原因となるとともに、Si薄膜中に応力が残った
ままであるため、結晶欠陥が無数に生じて電気特性が悪
くなる。このように、異種基板上にSi等を成膜して得
られる薄膜太陽電池は、品質が悪いのであり、その改良
が強く望まれている。However, in the above-mentioned single crystal silicon solar cell, the single crystal silicon substrate 1 is used.
However, since the material cost becomes high, it has been attempted to use a low-cost dissimilar substrate (metal substrate such as SUS) in place of the single crystal silicon substrate 1 and form a thin film of Si thereon. However, when the Si film is formed to a thickness (50 to 100 μm) required for use as a solar cell, the substrate and the Si are greatly different in thermal expansion coefficient, so that a large warp may occur in the substrate. found. When the warp occurs, it causes a large loss in the yield in the subsequent device manufacturing, and since stress remains in the Si thin film, countless crystal defects occur and the electrical characteristics deteriorate. As described above, the thin film solar cell obtained by depositing Si or the like on a different substrate has poor quality, and improvement thereof is strongly desired.
【0004】本発明は、このような事情に鑑みなされた
もので、異種基板上に太陽電池材料を成膜しているにも
かかわらず上記のようなそりが生じない、優れた薄膜太
陽電池およびその製法を提供することをその目的とす
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an excellent thin film solar cell in which the above-mentioned warpage does not occur even though a solar cell material is formed on a different substrate. Its purpose is to provide the manufacturing method.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、導電性基板上に種結晶層が形成され、そ
の上に、多数の穴が所定間隔で並ぶマスク層が形成さ
れ、さらにその上に、上記マスク層の各穴内から成長し
穴の上方に盛り上がって島状に結晶した島状結晶が、互
いに他の島状結晶と接触しない状態で形成され、かつ上
記各島状結晶の少なくとも表面部が拡散層に形成され、
その上に、上記各島状結晶の拡散層にまたがる透明導電
層が形成されている薄膜太陽電池を第1の要旨とし、絶
縁性透明基板上に、透明導電層を介して拡散層が形成さ
れ、その上に、多数の穴が所定間隔で並ぶマスク層が形
成され、さらにその上に、上記マスク層の各穴内から成
長し穴の上方に盛り上がって島状に結晶した島状結晶
が、互いに他の島状結晶と接触しない状態で形成され、
その上に、上記各島状結晶にまたがる導電層が形成され
ている薄膜太陽電池を第2の要旨とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a seed crystal layer formed on a conductive substrate, and a mask layer having a large number of holes arranged at predetermined intervals on the seed crystal layer. , Further, island-shaped crystals that grow from inside the holes of the mask layer and rise above the holes and crystallize into islands are formed in a state in which they do not contact each other, and At least the surface portion of the crystal is formed in the diffusion layer,
A thin-film solar cell, in which a transparent conductive layer extending over each of the island-shaped crystal diffusion layers is formed thereon, is defined as a first gist, and a diffusion layer is formed on an insulating transparent substrate via the transparent conductive layer. , There is formed a mask layer on which a large number of holes are arranged at predetermined intervals, and further, island-like crystals grown from inside the holes of the mask layer and rising above the holes and crystallized into islands are It is formed without contact with other island crystals,
The second gist is a thin-film solar cell in which a conductive layer extending over each of the island crystals is formed thereon.
【0006】また、導電性基板上に種結晶層を形成する
工程と、その上にマスク層を形成する工程と、上記マス
ク層に、開口幅が10〜100μmの穴を、互いの間隔
が100〜数100μmとなるよう等間隔で多数形成す
る工程と、上記マスク層の上に液相成長法によって結晶
膜を成長させ、上記マスク層の穴内から穴の上方に盛り
上がる島状結晶を、互いに他の島状結晶と接触しない状
態で得る工程と、上記各島状結晶の少なくとも表面部に
拡散層を形成する工程と、上記各島状結晶の拡散層にま
たがる導電層を形成する工程とを備えた薄膜太陽電池の
製法を第3の要旨とし、絶縁性透明基板上に導電層を形
成する工程と、その上に拡散層を形成する工程と、その
上にマスク層を形成する工程と、上記マスク層に、開口
幅が10〜100μmの穴を、互いの間隔が100〜数
100μmとなるよう等間隔で多数形成する工程と、上
記マスク層の上に液相成長法によって結晶膜を成長さ
せ、上記マスク層の穴内から穴の上方に盛り上がる島状
結晶を、互いに他の島状結晶と接触しない状態で得る工
程と、上記各島状結晶にまたがる導電層を形成する工程
とを備えた薄膜太陽電池の製法を第4の要旨とする。Further, a step of forming a seed crystal layer on a conductive substrate, a step of forming a mask layer thereon, a hole having an opening width of 10 to 100 μm, and a distance of 100 from each other in the mask layer. A step of forming a large number of films at equal intervals to several hundreds of μm, and growing a crystal film on the mask layer by a liquid phase epitaxy method to form island-shaped crystals rising from the inside of the mask layer above the hole with each other. Of the island crystals, a step of forming a diffusion layer on at least the surface of each of the island crystals, and a step of forming a conductive layer across the diffusion layers of each of the island crystals. The method of manufacturing a thin-film solar cell according to the third aspect, a step of forming a conductive layer on an insulating transparent substrate, a step of forming a diffusion layer thereon, a step of forming a mask layer thereon, The mask layer has an opening width of 10 to 100 μm. A large number of holes are formed at equal intervals such that the distance between them is 100 to several 100 μm, and a crystal film is grown on the mask layer by a liquid phase growth method, and the holes are formed in the holes of the mask layer above the holes. A method for producing a thin-film solar cell, comprising: a step of obtaining island-shaped crystals that rise up in a state where they do not come into contact with other island-shaped crystals; and a step of forming a conductive layer that extends over each of the island-shaped crystals. To do.
【0007】[0007]
【作用】すなわち、本発明は、従来、基板上に連続した
層として成膜していた結晶を、多数の穴が所定間隔で並
ぶマスク層を介して成長させることにより、上記マスク
層の各穴内から上方に盛り上がった島状結晶として得、
しかも、各島状結晶を、隣合う他の島状結晶と互いに接
触しない状態で得るようにしたものである。したがっ
て、各島状結晶が、基板に対し連続しない「点」として
分散した状態で存在することになり、基板の熱膨張に追
従して膨張しやすい構造となる。このため、低コスト基
板を用い、高温下において上記基板と結晶膜とが異なる
割合で熱膨脹しても、その積層体が大きなそりを生じる
ことがなく、デバイス作製に有利となる。また、結晶膜
中の残留応力が小さいため、従来から問題となっていた
結晶欠陥を大幅に低減することができ、電気特性に優れ
た高品質の太陽電池を得ることができる。さらに、島状
結晶が点在して、結晶表面が微小な突起の繰り返しとな
るため、わざわざテクスチャ処理を施さなくても光の反
射を抑えることができる。このため、従来必要であった
テクスチャ処理工程が不要となり、製造コストを大幅に
軽減することができる。That is, according to the present invention, the crystal that has conventionally been formed as a continuous layer on a substrate is grown through a mask layer in which a large number of holes are arranged at a predetermined interval, so that each hole in the mask layer is Obtained as an island-shaped crystal that rises upward from
Moreover, each island crystal is obtained in a state where it does not come into contact with another adjacent island crystal. Therefore, the respective island-shaped crystals exist in a dispersed state as “dots” which are not continuous with the substrate, and the structure easily expands following the thermal expansion of the substrate. Therefore, even if a low-cost substrate is used and the substrate and the crystal film are thermally expanded at different rates at a high temperature, the laminated body does not warp significantly, which is advantageous for device fabrication. Further, since the residual stress in the crystal film is small, crystal defects, which have been a problem in the past, can be significantly reduced, and a high-quality solar cell having excellent electrical characteristics can be obtained. Furthermore, since island-shaped crystals are scattered and minute projections are repeated on the crystal surface, it is possible to suppress light reflection without performing a texturing process. For this reason, the texture processing step which has been conventionally required becomes unnecessary, and the manufacturing cost can be significantly reduced.
【0008】つぎに、本発明を詳細に説明する。Next, the present invention will be described in detail.
【0009】本発明の薄膜太陽電池は、独特の島状結晶
を備えたものであり、その製法は、つぎに述べる2通り
の製法がある。The thin-film solar cell of the present invention is provided with a unique island crystal, and the manufacturing method thereof includes the following two manufacturing methods.
【0010】第1の製法は、例えばつぎのようにして薄
膜太陽電池を製造する方法である。すなわち、まず、図
1に示すように、低コスト導電性基板(SUS,カーボ
ン等)10を準備し、この基板10の表面に、真空化学
エピタキシー法(VaperChemical Epi
taxy、以下「VCE」と略す),化学蒸着法(Ch
emical Vaper Deposition、以
下「CVD」と略す)あるいはスパッタ法等を用いて半
導体材料からなる薄膜を成膜する。この半導体薄膜が種
結晶層11となる。The first manufacturing method is a method for manufacturing a thin film solar cell, for example, as follows. That is, first, as shown in FIG. 1, a low-cost conductive substrate (SUS, carbon, etc.) 10 is prepared, and a vacuum chemical epitaxy method (Vaper Chemical Epi) is formed on the surface of the substrate 10.
taxy, hereinafter abbreviated as "VCE"), chemical vapor deposition (Ch
A thin film made of a semiconductor material is formed by using an electronic vapor deposition (hereinafter abbreviated as “CVD”) method or a sputtering method. This semiconductor thin film becomes the seed crystal layer 11.
【0011】なお、上記種結晶層11の厚さは、0.1
〜10μm、なかでも0.5〜1.0μmに設定するこ
とが、結晶成長の見地から好適である。また、上記種結
晶層11を形成する半導体材料としては、Siの外、G
aAs,InP等、太陽電池用材料として用いることの
できる各種の半導体材料があげられる。The seed crystal layer 11 has a thickness of 0.1.
From the viewpoint of crystal growth, it is preferable to set the thickness to 10 μm, especially 0.5 to 1.0 μm. Further, as the semiconductor material forming the seed crystal layer 11, in addition to Si, G
There are various semiconductor materials that can be used as materials for solar cells, such as aAs and InP.
【0012】つぎに、上記種結晶層11の表面に、図2
に示すように、所定寸法の大きさの穴12が所定間隔で
多数形成されたマスク層13を成膜する。このマスク層
13は、例えばスクリーン印刷によるゾルゲル法を用い
て得ることができる。すなわち、まずテトラエトキシシ
ランを含む溶液に所定の触媒を加え、20〜50℃で混
合して加水分解を行い、テトラヒドロキシシラン溶液を
得る。つぎに、スクリーン製版によって、マスク層13
を形成すべき部分に、上記テトラヒドロキシシラン溶液
の層を形成する。この層の厚さは1〜40μm程度とす
る。これを80〜500℃で約30分間処理すると、上
記テトラヒドロキシシランが脱水してSiO2 膜が形成
される。このようにして、上記マスク層13を得ること
ができる。また、熱CVD法を用いてSiO2 膜からな
るマスク層13を形成したのちエッチングにより所定間
隔の穴12を形成するようにしてもよい。Next, on the surface of the seed crystal layer 11, as shown in FIG.
As shown in, a mask layer 13 having a large number of holes 12 having a predetermined size is formed at a predetermined interval. The mask layer 13 can be obtained by using, for example, a sol-gel method by screen printing. That is, first, a predetermined catalyst is added to a solution containing tetraethoxysilane and mixed at 20 to 50 ° C. for hydrolysis to obtain a tetrahydroxysilane solution. Next, the mask layer 13 is formed by screen plate making.
A layer of the above-mentioned tetrahydroxysilane solution is formed on the portion to be formed. The thickness of this layer is about 1 to 40 μm. When this is treated at 80 to 500 ° C. for about 30 minutes, the above tetrahydroxysilane is dehydrated to form a SiO 2 film. In this way, the mask layer 13 can be obtained. Alternatively, the mask layer 13 made of a SiO 2 film may be formed by using the thermal CVD method, and then the holes 12 at predetermined intervals may be formed by etching.
【0013】上記マスク層13の厚さは、3000Å〜
10μm、なかでも0.5〜1μmに設定することが、
結晶成長の見地から好適である。そして、このマスク層
13に形成される穴12は、つぎに述べるように、Si
結晶を島状に成長させるために必要な窓であり、その開
口形状は、図示のように角形状であっても円形状その他
の形状であっても差し支えはない。そして、その大きさ
は、開口幅(角穴の場合はその縦横の開口幅、丸穴の場
合はその直径、他の形状の場合はこれらに準ずる)が1
0〜100μmに設定することが必要である。上記範囲
よりも穴12の開口が小さいと、穴加工が容易でないと
ともに、この穴から成長して得られる各島状結晶が非常
に小さなものとなり、島状結晶表面による凹凸が微小す
ぎて光の反射防止効果が小さくなるからである。逆に上
記範囲よりも穴12の開口が大きいと、島状結晶が大き
くなりすぎて反射防止効果が小さくなるとともにその後
のデバイス製作工程での歩留りが低下するからである。
また、上記穴12を形成する間隔は、穴の大きさにもよ
るが、通常、各穴ピッチ(図2においてPで示す)が1
00〜数100μmとなるよう設定することが必要であ
る。穴ピッチが上記範囲よりも狭いと、結晶が充分島形
状に成長する以前に隣同士が接触してしまうおそれがあ
り、逆に穴ピッチが上記範囲よりも広いと、結晶成長に
長時間を要するとともに光の反射防止効果が小さくなる
からである。The thickness of the mask layer 13 is 3000 Å
10 μm, especially 0.5 to 1 μm,
It is preferable from the viewpoint of crystal growth. The holes 12 formed in the mask layer 13 are made of Si as described below.
It is a window necessary for growing a crystal in an island shape, and its opening shape may be a square shape as shown in the drawing, a circular shape, or another shape. The size of the opening is 1 (width in the case of square holes, width in the case of round holes, diameter in the case of round holes, and the same for other shapes).
It is necessary to set it to 0 to 100 μm. If the opening of the hole 12 is smaller than the above range, it is not easy to machine the hole, and each island-shaped crystal obtained by growing from this hole becomes very small. This is because the antireflection effect is reduced. On the contrary, if the opening of the hole 12 is larger than the above range, the island crystal becomes too large, the antireflection effect becomes small, and the yield in the subsequent device manufacturing process decreases.
In addition, the interval for forming the holes 12 depends on the size of the holes, but is usually 1 for each hole pitch (indicated by P in FIG. 2).
It is necessary to set it to be from 00 to several 100 μm. If the hole pitch is narrower than the above range, adjacent crystals may come into contact with each other before the crystals grow sufficiently in an island shape. Conversely, if the hole pitch is wider than the above range, it takes a long time for crystal growth. At the same time, the antireflection effect of light decreases.
【0014】そして、上記マスク層13は必ずしもSi
O2 で形成する必要はなく、前記種結晶層11の形成材
料を酸化したもの、あるいはTiO2 ,Si3 N4 等、
従来から太陽電池において表面安定化皮膜形成材料とし
て用いられているものを適宜用いることができる。The mask layer 13 is not necessarily made of Si.
Need not be formed by O 2, those that have been oxidized to form a material of the seed crystal layer 11, or TiO 2, Si 3 N 4 or the like,
Materials conventionally used as surface stabilizing film forming materials in solar cells can be appropriately used.
【0015】つぎに、上記マスク層13の上に半導体材
料からなる結晶膜(P型)を成膜する。成膜工程は、成
膜速度が面方位依存性の大きい、液相エピタキシャル成
長法(Liquid Phase Epitaxy、以
下「LPE」と略す)によって行うことが好適である。
上記LPEの例としては、図3に示すように、上記マス
ク層13が形成された基板10を、成膜原料14(図
中、模式的に示す)が溶媒中に溶解された溶融槽15内
に浸漬し、溶融槽15内を冷却して上記基板10のマス
ク層13表面に結晶を析出させる方法がよく知られてい
る。このようにして結晶を成長させると、結晶は、図4
に示すように、上記マスク層13の各穴12内から成長
し、穴12の開口上部に盛り上がり、徐々に島形状を形
成する。そこで、各島状結晶16が、互いに接触しない
時点で成膜を終了する。このためには、島状結晶16の
高さ(図4においてHで示す)を10〜100μmに設
定することが好適である。Next, a crystal film (P type) made of a semiconductor material is formed on the mask layer 13. The film forming step is preferably performed by a liquid phase epitaxial growth method (Liquid Phase Epitaxy, hereinafter abbreviated as “LPE”) in which the film forming rate is highly dependent on the plane orientation.
As an example of the LPE, as shown in FIG. 3, a substrate 10 on which the mask layer 13 is formed is melted in a solvent in a film forming raw material 14 (schematically shown in the drawing) in a melting tank 15. A well-known method is to immerse the substrate in the melt bath 15 to cool the inside of the melting tank 15 to precipitate crystals on the surface of the mask layer 13 of the substrate 10. When the crystal is grown in this manner, the crystal is formed as shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the mask layer 13 grows from inside each hole 12, rises above the opening of the hole 12, and gradually forms an island shape. Therefore, the film formation ends when the island crystals 16 do not contact each other. For this purpose, it is preferable to set the height of the island crystal 16 (indicated by H in FIG. 4) to 10 to 100 μm.
【0016】なお、上記島状結晶16の材料は、前記種
結晶層11の材料と同一に設定することが好ましい。The island crystal 16 is preferably made of the same material as the seed crystal layer 11.
【0017】つぎに、従来から知られている熱拡散法,
常圧CVD法,プラズマCVD法等によって、図5に示
すように、上記島状結晶16の表面部の所定厚み部分
を、N型の拡散層17に形成する。上記拡散層17の厚
さは適宜設定されるが、通常、0.1〜0.5μm程度
である。そして、拡散させるドーパントは、島状結晶1
6の材料に応じて適宜選択される。Next, the conventionally known thermal diffusion method,
As shown in FIG. 5, a portion of the surface of the island crystal 16 having a predetermined thickness is formed in the N type diffusion layer 17 by the atmospheric pressure CVD method, the plasma CVD method, or the like. The thickness of the diffusion layer 17 is appropriately set, but is usually about 0.1 to 0.5 μm. The dopant to be diffused is the island crystal 1
It is appropriately selected according to the material of No. 6.
【0018】そして、上記拡散層17の上に、図6に示
すように、真空蒸着法,スパッタ法,常圧CVD法等に
よって、ITO,SnO2 等の皮膜を形成して透明導電
層18を得る。この透明導電層18が表面電極となる。
なお、上記透明導電層18の厚さも適宜設定されるが、
通常、500〜1000Å程度である。Then, as shown in FIG. 6, a film of ITO, SnO 2 or the like is formed on the diffusion layer 17 by a vacuum deposition method, a sputtering method, an atmospheric pressure CVD method or the like to form a transparent conductive layer 18. obtain. This transparent conductive layer 18 becomes a surface electrode.
The thickness of the transparent conductive layer 18 is also set as appropriate,
Usually, it is about 500 to 1000Å.
【0019】このようにして得られた薄膜太陽電池は、
島状結晶16が、隣同士接触することなく、点として分
散した状態で存在しているため、低コスト導電性基板1
0の熱膨張に追従して膨張しやすい構造になっている。
このため、高温下において、、基板10と島状結晶16
が互いに熱膨脹係数が異なるにもかかわらず、大きなそ
りを生じることがなく、デバイス作製に有利となる。ま
た、島状結晶16中の残留応力が小さいため、従来から
問題となっていた結晶欠陥を大幅に低減することがで
き、電気特性に優れた高品質の太陽電池を得ることがで
きる。さらに、島状結晶16の存在によって、表面が微
小な突起の繰り返しとなるため、図6に示すように、矢
印のように光照射を受けた場合に、光の反射防止効果が
高く、テクスチャ処理を施す必要がない、という利点を
有する。The thin film solar cell thus obtained is
Since the island-shaped crystals 16 exist in a dispersed state as points without contacting each other, the low-cost conductive substrate 1
The structure is such that it easily expands following the thermal expansion of 0.
Therefore, under high temperature, the substrate 10 and the island-shaped crystal 16 are
Despite having different thermal expansion coefficients from each other, a large warpage does not occur, which is advantageous for device fabrication. Moreover, since the residual stress in the island-shaped crystal 16 is small, crystal defects, which have been a problem in the past, can be significantly reduced, and a high-quality solar cell having excellent electrical characteristics can be obtained. Further, the presence of the island crystals 16 causes the surface to repeat minute projections. Therefore, as shown in FIG. 6, when light irradiation is performed as shown by an arrow, the effect of preventing light reflection is high and the texture treatment is performed. It has the advantage that there is no need to apply.
【0020】一方、第2の製法は、例えばつぎのように
して薄膜太陽電池を製造する方法である。すなわち、ま
ず、上記第1の製法と同様、基板を用意するが、この場
合は、低コスト基板として絶縁性透明基板(石英板,ガ
ラス板等)20を準備する(図7参照)。そして、この
基板20の表面に、真空蒸着法,スパッタ法等によっ
て、ITO,SnO2 等の皮膜を形成して透明導電層2
1を得る。この透明導電層21が表面電極となる。な
お、上記透明導電層21の厚さは、適宜設定されるが、
通常、500〜1000Å程度に設定される。On the other hand, the second manufacturing method is a method for manufacturing a thin film solar cell, for example, as follows. That is, first, a substrate is prepared similarly to the first manufacturing method, but in this case, an insulating transparent substrate (quartz plate, glass plate, etc.) 20 is prepared as a low-cost substrate (see FIG. 7). Then, a film of ITO, SnO 2 or the like is formed on the surface of the substrate 20 by a vacuum deposition method, a sputtering method or the like to form the transparent conductive layer 2
Get 1. This transparent conductive layer 21 becomes a surface electrode. The thickness of the transparent conductive layer 21 is set as appropriate,
Usually, it is set to about 500 to 1000Å.
【0021】つぎに、上記透明導電層21の上に、VC
E法,CVD法等によって、N型の半導体材料(Siに
ドーパントとしてPを添加したもの等)を成膜し、これ
を拡散層22とする。上記拡散層22の厚さは、層を形
成する半導体材料の種類に応じて適宜設定されるが、S
iの場合、0.3μm程度である。なお、この拡散層2
2は、その後の成膜の種結晶としての役割も果たす。Next, on the transparent conductive layer 21, VC
An N-type semiconductor material (such as Si doped with P as a dopant) is formed into a film by the E method, the CVD method, or the like, and is used as the diffusion layer 22. The thickness of the diffusion layer 22 is appropriately set according to the type of semiconductor material forming the layer.
In the case of i, it is about 0.3 μm. In addition, this diffusion layer 2
2 also serves as a seed crystal for the subsequent film formation.
【0022】つぎに、上記拡散層22の上に、前記第1
の製法と同様にして、所定間隔で穴12が多数形成され
たマスク層13を成膜する。そして、同じく前記第1の
製法と同様にして、上記マスク層13の上に、半導体材
料からなる島状結晶16を成膜し、さらにその表面に、
真空蒸着法,スクリーン印刷法等によって、Al,Ag
等の皮膜を形成して導電層23を得る。この導電層23
が裏面電極となる。なお、上記導電層23の厚さも、適
宜設定されるが、通常、40〜100μm程度である。Next, the first layer is formed on the diffusion layer 22.
In the same manner as in the above manufacturing method, a mask layer 13 having a large number of holes 12 formed at predetermined intervals is formed. Then, similarly to the first manufacturing method, an island-shaped crystal 16 made of a semiconductor material is formed on the mask layer 13 and further formed on the surface thereof.
Al, Ag by vacuum deposition method, screen printing method, etc.
A film such as is formed to obtain the conductive layer 23. This conductive layer 23
Is the back electrode. The thickness of the conductive layer 23 is appropriately set, but is usually about 40 to 100 μm.
【0023】このようにして得られた薄膜太陽電池は、
第1の製法によって得られた薄膜太陽電池とは異なり、
絶縁性透明基板20の裏面側(図7において下側)が受
光面となるが、その作用効果は、上記第1の製法によっ
て得られたものと同様である。The thin film solar cell thus obtained is
Unlike the thin film solar cell obtained by the first manufacturing method,
The back surface side (lower side in FIG. 7) of the insulative transparent substrate 20 serves as a light receiving surface, and the function and effect thereof are the same as those obtained by the first manufacturing method.
【0024】つぎに、実施例について説明する。Next, an embodiment will be described.
【0025】[0025]
【実施例1】スチール製の基板(厚さ1mm×10cm
×10cm)にスパッタ法によりシリコン膜を1μm成
膜して種結晶層を得た。なお、スパッタのターゲットは
1×1020のボロン濃度を有するものを使用し、得られ
た種結晶のボロン濃度は5×1019〜1×1020となっ
た。なお、上記種結晶のボロン濃度を大きくする理由
は、スチール製基板との接触抵抗を下げるためである。[Example 1] Steel substrate (thickness 1 mm x 10 cm
A silicon film having a thickness of 1 μm was formed on the (10 cm) by a sputtering method to obtain a seed crystal layer. The sputtering target used had a boron concentration of 1 × 10 20 , and the obtained seed crystal had a boron concentration of 5 × 10 19 to 1 × 10 20 . The reason for increasing the boron concentration of the seed crystal is to reduce the contact resistance with the steel substrate.
【0026】上記種結晶層の上に、前述したゾルゲルス
クリーン印刷法によってマスク層(厚さ1μm)を形成
した。なお、マスク開口部の大きさは100μm、その
ピッチは200μmとした。そして、溶媒としてスズを
用い、LPE法によって、上記マスク開口部からシリコ
ンを結晶成長させた。すなわち、1100℃の飽和シリ
コンスズ溶液に、上記の通り処理された基板を浸漬し、
毎分1℃の割合で温度を降下させ、シリコンを析出させ
ることにより、シリコンの島状結晶を得た。なお、上記
マスク層を用いて繰り返された予備実験において、島状
結晶同士の結合は、温度降下開始後約70分経過後に観
察されたため、この実施例では、結晶成長時間を60分
とした。このようにして得られた積層基板は、そりが殆
どなく無視できる程度であった。A mask layer (thickness: 1 μm) was formed on the seed crystal layer by the sol-gel screen printing method described above. The size of the mask openings was 100 μm and the pitch was 200 μm. Then, using tin as a solvent, silicon was crystal-grown from the mask opening by the LPE method. That is, the substrate treated as described above is immersed in a saturated silicon tin solution at 1100 ° C.,
By lowering the temperature at a rate of 1 ° C./min to deposit silicon, an island crystal of silicon was obtained. In the preliminary experiment repeated using the mask layer, the bond between the island-shaped crystals was observed about 70 minutes after the start of the temperature drop. Therefore, in this example, the crystal growth time was set to 60 minutes. The laminated substrate thus obtained had almost no warpage and was negligible.
【0027】そして、この積層基板を所定の方法で洗浄
し、熱拡散法(拡散温度850℃、処理時間30分、拡
散源POCl3 )によって約0.3μmの拡散層を形成
した。その後、フッ酸による酸化膜除去を行い、スパッ
タ法によりITOを500Å成膜し、透明導電膜とし
た。以下、通常の方法に従って、目的とする薄膜太陽電
池を得た。この薄膜太陽電池は、約9%のエネルギー変
換効率であった。また、上記薄膜太陽電池を走査型電子
顕微鏡で観察したところ、その表面は、島状結晶による
ピラミッド状の突起が規則的に形成されていた。Then, this laminated substrate was washed by a predetermined method, and a diffusion layer of about 0.3 μm was formed by a thermal diffusion method (diffusion temperature 850 ° C., processing time 30 minutes, diffusion source POCl 3 ). After that, the oxide film was removed with hydrofluoric acid, and ITO was deposited to a thickness of 500 Å by a sputtering method to form a transparent conductive film. Hereinafter, the intended thin film solar cell was obtained according to a usual method. The thin film solar cell had an energy conversion efficiency of about 9%. When the thin-film solar cell was observed with a scanning electron microscope, pyramid-shaped projections of island crystals were regularly formed on its surface.
【0028】[0028]
【実施例2】石英製の基板(厚さ1mm×10cm×1
0cm)をスパッタ法によりITO膜を約500Å成膜
して透明導電膜を形成した。つぎに、常圧CVD法によ
り約0.3μmの種結晶層および拡散層を形成した。な
お、上記拡散層のP濃度は1×1020程度とした。ま
た、ガスは、Si成膜用としてモノシラン(Si
H4 )、ドーピング用としてホスフィン(PH3 )を用
いた。Example 2 Quartz substrate (thickness 1 mm × 10 cm × 1
An ITO film of about 500 cm was formed by sputtering to form a transparent conductive film. Next, a seed crystal layer and a diffusion layer of about 0.3 μm were formed by the atmospheric pressure CVD method. The P concentration of the diffusion layer was set to about 1 × 10 20 . Further, the gas is monosilane (Si
H 4 ) and phosphine (PH 3 ) for doping.
【0029】つぎに、酸化法によってマスク層となる酸
化膜(厚さ3000Å)を形成し、通常のICのエッチ
ング技術に従って、大きさ100μm,ピッチ200μ
mの開口部を形成した。つぎに、上記実施例1と同様に
して、LPE法により島状のシリコン結晶を成長させ、
ついでスクリーン印刷法によりアルミ電極を形成し、目
的とする薄膜太陽電池を得た。この薄膜太陽電池は、約
10%のエネルギー変換効率であった。また、上記薄膜
太陽電池を走査型電子顕微鏡で観察したところ、その表
面は、実施例1と同様、島状結晶によるピラミッド状の
突起が規則的に形成されていた。Next, an oxide film (thickness 3000 Å) to be a mask layer is formed by an oxidation method, and the size is 100 μm and the pitch is 200 μm according to a usual IC etching technique.
m openings were formed. Next, in the same manner as in Example 1 above, an island-shaped silicon crystal was grown by the LPE method,
Then, an aluminum electrode was formed by a screen printing method to obtain a desired thin film solar cell. This thin film solar cell had an energy conversion efficiency of about 10%. When the thin-film solar cell was observed with a scanning electron microscope, pyramid-shaped projections of island crystals were regularly formed on the surface, as in Example 1.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上のように、本発明は、従来、基板上
に連続した層として成膜していた結晶を、多数の穴が所
定間隔で並ぶマスク層を介して成長させることにより、
上記マスク層の各穴内から上方に盛り上がった島状結晶
として得、しかも、各島状結晶を、隣合う他の島状結晶
と互いに接触しない状態で得るようにしたものである。
したがって、各島状結晶が、基板に対し連続しない
「点」として分散した状態で存在することになり、基板
の熱膨張に追従して膨張しやすい構造となる。このた
め、低コスト基板を用い、高温下において上記基板と結
晶膜とが異なる割合で熱膨脹しても、その積層体が大き
なそりを生じることがなく、デバイス作製に有利とな
る。また、結晶膜中の残留応力が小さいため、従来から
問題となっていた結晶欠陥を大幅に低減することがで
き、電気特性に優れた高品質の太陽電池を得ることがで
きる。さらに、島状結晶が点在して、結晶表面が微小な
突起の繰り返しとなるため、わざわざテクスチャ処理を
施さなくても光の反射を抑えることができる。このた
め、製造コストを大幅に軽減することができる。As described above, according to the present invention, by growing a crystal, which was conventionally formed as a continuous layer on a substrate, through a mask layer in which a large number of holes are arranged at predetermined intervals,
It is obtained as an island-shaped crystal that rises upward from each hole of the mask layer, and each island-shaped crystal is obtained in a state where it does not come into contact with another adjacent island-shaped crystal.
Therefore, the respective island-shaped crystals exist in a dispersed state as “dots” which are not continuous with the substrate, and the structure easily expands following the thermal expansion of the substrate. Therefore, even if a low-cost substrate is used and the substrate and the crystal film are thermally expanded at different rates at a high temperature, the laminated body does not warp significantly, which is advantageous for device fabrication. Further, since the residual stress in the crystal film is small, crystal defects, which have been a problem in the past, can be significantly reduced, and a high-quality solar cell having excellent electrical characteristics can be obtained. Furthermore, since island-shaped crystals are scattered and minute projections are repeated on the crystal surface, it is possible to suppress light reflection without performing a texturing process. Therefore, the manufacturing cost can be significantly reduced.
【図1】本発明の一実施例における工程説明図である。FIG. 1 is a process explanatory diagram according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例における工程説明図である。FIG. 2 is a process explanatory diagram according to an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例における工程説明図である。FIG. 3 is a process explanatory diagram according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例における工程説明図である。FIG. 4 is a process explanatory diagram according to an embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例における工程説明図である。FIG. 5 is a process explanatory diagram according to an embodiment of the present invention.
【図6】本発明の一実施例における工程説明図である。FIG. 6 is a process explanatory diagram according to an embodiment of the present invention.
【図7】本発明の他の実施例における工程説明図であ
る。FIG. 7 is a process explanatory diagram according to another embodiment of the present invention.
【図8】従来の、一般的なシリコン太陽電池の構成を示
す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a conventional, general silicon solar cell.
10 基板 11 種結晶層 12 穴 13 マスク層 16 島状結晶 17 拡散層 18 透明導電層 10 Substrate 11 Seed Crystal Layer 12 Hole 13 Mask Layer 16 Island Crystal 17 Diffusion Layer 18 Transparent Conductive Layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 豪 大阪府堺市築港新町2丁6番地40 大同ほ くさん株式会社堺研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Go Matsuda 2-6-6 Chikko Shinmachi, Sakai City, Osaka Prefecture 40 Daido Hokusan Co., Ltd.
Claims (4)
の上に、多数の穴が所定間隔で並ぶマスク層が形成さ
れ、さらにその上に、上記マスク層の各穴内から成長し
穴の上方に盛り上がって島状に結晶した島状結晶が、互
いに他の島状結晶と接触しない状態で形成され、かつ上
記各島状結晶の少なくとも表面部が拡散層に形成され、
その上に、上記各島状結晶の拡散層にまたがる透明導電
層が形成されていることを特徴とする薄膜太陽電池。1. A seed crystal layer is formed on a conductive substrate, a mask layer in which a large number of holes are arranged at a predetermined interval is formed on the seed crystal layer, and a hole is formed on each of the holes in the mask layer. Of island-shaped crystals rising in the shape of an island above each other are formed in a state where they do not contact each other, and at least the surface portion of each of the island-shaped crystals is formed in the diffusion layer,
A thin-film solar cell, in which a transparent conductive layer straddling each of the island-shaped crystal diffusion layers is formed thereon.
て拡散層が形成され、その上に、多数の穴が所定間隔で
並ぶマスク層が形成され、さらにその上に、上記マスク
層の各穴内から成長し穴の上方に盛り上がって島状に結
晶した島状結晶が、互いに他の島状結晶と接触しない状
態で形成され、その上に、上記各島状結晶にまたがる導
電層が形成されていることを特徴とする薄膜太陽電池。2. A diffusion layer is formed on an insulating transparent substrate via a transparent conductive layer, a mask layer having a large number of holes arranged at predetermined intervals is formed thereon, and the mask layer is further formed thereon. The island-shaped crystals that grow from inside each hole and rise above the hole and crystallize in an island shape are formed in a state where they do not contact each other, and a conductive layer that extends over each of the island crystals is formed thereon. A thin film solar cell characterized by being formed.
と、その上にマスク層を形成する工程と、上記マスク層
に、開口幅が10〜100μmの穴を、互いの間隔が1
00〜数100μmとなるよう等間隔で多数形成する工
程と、上記マスク層の上に液相成長法によって結晶膜を
成長させ、上記マスク層の穴内から穴の上方に盛り上が
る島状結晶を、互いに他の島状結晶と接触しない状態で
得る工程と、上記各島状結晶の少なくとも表面部に拡散
層を形成する工程と、上記各島状結晶の拡散層にまたが
る導電層を形成する工程とを備えたことを特徴とする薄
膜太陽電池の製法。3. A step of forming a seed crystal layer on a conductive substrate, a step of forming a mask layer thereon, a hole having an opening width of 10 to 100 μm, and a distance of 1 from each other in the mask layer.
And a step of forming a large number of crystal films on the mask layer by a liquid phase epitaxy method so as to form island-shaped crystals rising from the inside of the mask layer above the hole. A step of obtaining a state without contact with other island crystals, a step of forming a diffusion layer on at least a surface portion of each island crystal, and a step of forming a conductive layer extending over the diffusion layer of each island crystal. A method of manufacturing a thin-film solar cell, which is characterized by being provided.
程と、その上に拡散層を形成する工程と、その上にマス
ク層を形成する工程と、上記マスク層に、開口幅が10
〜100μmの穴を、互いの間隔が100〜数100μ
mとなるよう等間隔で多数形成する工程と、上記マスク
層の上に液相成長法によって結晶膜を成長させ、上記マ
スク層の穴内から穴の上方に盛り上がる島状結晶を、互
いに他の島状結晶と接触しない状態で得る工程と、上記
各島状結晶にまたがる導電層を形成する工程とを備えた
ことを特徴とする薄膜太陽電池の製法。4. A step of forming a conductive layer on an insulating transparent substrate, a step of forming a diffusion layer thereon, a step of forming a mask layer thereon, and an opening width of 10 in the mask layer.
~ 100μm holes, the mutual spacing is 100 ~ several 100μ
m, and forming a large number of crystal films on the mask layer by a liquid phase epitaxy method so as to form island-like crystals rising from the inside of the mask layer above the holes to the other islands. A method of manufacturing a thin film solar cell, comprising: a step of obtaining a state without contacting the island-shaped crystal; and a step of forming a conductive layer extending over each of the island-shaped crystals.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7161216A JPH0918033A (en) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Thin film solar battery and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7161216A JPH0918033A (en) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Thin film solar battery and its manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0918033A true JPH0918033A (en) | 1997-01-17 |
Family
ID=15730830
Family Applications (1)
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JP7161216A Withdrawn JPH0918033A (en) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Thin film solar battery and its manufacturing method |
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---|---|
JP (1) | JPH0918033A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001044463A (en) * | 1999-07-27 | 2001-02-16 | Canon Inc | Solar cell and manufacture thereof |
CN100352004C (en) * | 2002-04-30 | 2007-11-28 | 住友电气工业株式会社 | Substrate for growing gallium nitride, itsproducing method and method for preparing gallium nitride substrate |
-
1995
- 1995-06-27 JP JP7161216A patent/JPH0918033A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2001044463A (en) * | 1999-07-27 | 2001-02-16 | Canon Inc | Solar cell and manufacture thereof |
CN100352004C (en) * | 2002-04-30 | 2007-11-28 | 住友电气工业株式会社 | Substrate for growing gallium nitride, itsproducing method and method for preparing gallium nitride substrate |
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