JP2596547B2 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

太陽電池及びその製造方法

Info

Publication number
JP2596547B2
JP2596547B2 JP62014104A JP1410487A JP2596547B2 JP 2596547 B2 JP2596547 B2 JP 2596547B2 JP 62014104 A JP62014104 A JP 62014104A JP 1410487 A JP1410487 A JP 1410487A JP 2596547 B2 JP2596547 B2 JP 2596547B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
solar cell
substrate
single crystal
conductivity type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP62014104A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS63182872A (ja
Inventor
茂樹 近藤
英正 水谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP62014104A priority Critical patent/JP2596547B2/ja
Priority to EP88300574A priority patent/EP0276961A3/en
Publication of JPS63182872A publication Critical patent/JPS63182872A/ja
Priority to US07/610,310 priority patent/US5087296A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2596547B2 publication Critical patent/JP2596547B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0368Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors
    • H01L31/03682Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367Substrates
    • H01L21/0237Materials
    • H01L21/02373Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02381Silicon, silicon germanium, germanium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/02543Phosphides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/02546Arsenides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02636Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02639Preparation of substrate for selective deposition
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/02636Selective deposition, e.g. simultaneous growth of mono- and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H01L21/02639Preparation of substrate for selective deposition
    • H01L21/02645Seed materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H01L31/1804Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof comprising only elements of Group IV of the Periodic Table
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S117/00Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10S117/913Graphoepitaxy or surface modification to enhance epitaxy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00Metal treatment
    • Y10S148/122Polycrystalline
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00Metal treatment
    • Y10S148/152Single crystal on amorphous substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は太陽電池及びその製造方法に関し、特にエネ
ルギー変換効率が良好な太陽電池及びその製造方法に関
する。
[従来の技術及びその問題点] 各種機器において、駆動エネルギー源として太陽電池
が利用されている。
太陽電池は機能部分にpn接合を用いており、該pn接合
を構成する半導体としては一般にシリコンが用いられて
いる。光エネルギーを起電力に変換する効率の点から
は、単結晶シリコンを用いるのが好ましいが、大面積化
及び低コスト化の点からはアモルファスシリコンが有利
とされている。
近年においては、アモルファスシリコンなみの低コス
トと単結晶シリコンなみの高エネルキー変換効率とを得
る目的で多結晶シリコンの使用が検討されている。とこ
ろが、従来提案されている方法では塊状の多結晶をスラ
イスして板状体としこれを用いていたために厚さを0.3m
m以下にすることは困難であり、従ってpn接合に到達す
る光量を十分に確保できず、この点でエネルギー変換効
率が十分ではなかった。即ち効率を高めるためには十分
な薄型化が必要である。
そこで、化学的気相成長法(CVD)等の薄膜形成技術
を用いて多結晶シリコンの薄膜を形成する試みがなされ
ているが、結晶粒径がせいぜい百分の数ミクロン程度に
しかならず、塊状多結晶シリコンスライス法の場合に比
べてもエネルギー変換効率が低い。
また、上記CVD法により形成した多結晶シリコン薄膜
にレーザ光を照射し溶融再結晶化させて結晶粒径を大き
くするという試みもなされているが、低コスト化が十分
でなく、また安定した製造も困難である。
そこで、本発明は、上記従来技術に鑑み、エネルギー
変換効率が良好な太陽電池を提供することを目的とす
る。
更に、本発明は十分な薄型化が可能であり、これによ
り良好なエネルギー変換効率を得ることのできる太陽電
池を提供することを目的とする。
本発明の更に別の目的は、多結晶型の太陽電池におい
て結晶粒径を大きくすることによりエネルギー変換効率
を向上させることにある。
また、本発明はこの様な太陽電池製造に好適な方法を
提供することを目的とする。
更に、本発明は上記の様な太陽電池を低コスト且つ安
定して製造することのできる方法を提供することをも目
的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとし
て、 (A)表面が非晶質材料で構成されている基体の前記表
面上に、 前記表面を構成する非晶質材料よりも核形成密度が十
分に大きい材料で構成され且つ単一の核だけが成長する
程度に十分微細な面積を有する異種材料部が設けられ、 該異種材料部及び前記基体の表面上に前記異種材料部を
起源として単一的に成長した単結晶からなる第1の導電
型を有する第1の半導体層と、前記第1の導電型と異な
る第2の導電型を有する第2の半導体層とを有すること
を特徴とする太陽電池、 及び (B)表面が非晶質材料で構成されている基体の前記表
面上に、前記表面を構成する非晶質材料よりも核形成密
度が十分に大きい材料で構成され且つ単一の核だけが成
長する程度に十分微細な面積を有する異種材料部を設
け、 該異種材料部及び前記基体の表面上に前記異種材料部
を起源として単一的に単結晶を成長させて該単結晶から
なる第1の導電型を有する第1の半導体層を形成し、 前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第2
の半導体層を形成する、ことを特徴とする太陽電池の製
造方法、 が提供される。
[作用] 本発明において、基体表面上の第1の導電型の半導体
の実質的単結晶層の形成には、該基体表面上に選択的に
堆積膜を形成する選択堆積法が用いられる。ここで基体
として板状体(即ち基板)を用いた場合の選択堆積法に
ついて説明する。
選択堆積法とは、表面エネルギ、付着係数、脱離係
数、表面拡散速度等という薄膜形成過程での核形成を左
右する因子の材料間での差を利用して、基板上に選択的
に薄膜を形成する方法である。
第8図(A)および(B)は選択堆積法の説明図であ
る。まず同図(A)に示すように、基板1上に、基板1
と上記因子の異なる材料から成る薄膜2を所望部分に形
成する。そして、適当な堆積条件によって適当な材料か
ら成る薄膜の堆積を行うと、薄膜3は薄膜2上にのみ成
長し、基板1上には成長しないという現象を生じさせる
ことができる。この現象を利用することで、自己整合的
に成形された薄膜3を成長させることができ、従来のよ
うなレジストを用いたリソグラフィ工程の省略が可能と
なる。
このような選択堆積法による堆積を行うことができる
材料としては、たとえば基板1としてSiO2、薄膜2とし
てSi、GaAs、窒化シリコン、そして堆積させる薄膜3と
してSi、W、GaAs、InP等がある。
第9図は、SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との
核形成密度の経時変化を示すグラフである。
同グラフが示すように、堆積を開始して間もなくSiO2
上での核形成密度は103cm-2以下で飽和し、20分後でも
その値はほとんど変化しない。
それに対して窒化シリコン(Si3N4)上では、〜4×1
05cm-2で一旦飽和し、それから10分ほど変化しないが、
それ以降は急激に増大する。なお、この測定例では、Si
Cl4ガスをH2ガスで希釈し、圧力175Torr、温度1000℃の
条件下でCVD法により堆積した場合の示している。他にS
iH4、SiH2Cl2、SiHCl3、SiF4等を反応ガスとして用い
て、圧力、温度等を調整することで同様の作用を得るこ
とができる。また、真空蒸着でも可能である。
この場合、SiO2上での核形成はほとんど問題とならな
いが、反応ガス中にHClガスを添加することで、SiO2
での核形成を更に抑制し、SiO2上でのSiの堆積を皆無に
することができる。
このような現象は、SiO2および窒化シリコンの材料表
面のSiに対する吸着係数、脱離係数、表面拡散係数等の
差によるところが大きいが、Si原子自身によってSiO2
反応し、蒸気圧が高い一酸化シリコンが生成されること
でSiO2自身がエッチングされ、窒化シリコン上ではこの
ようなエッチング現象は生じないということも選択堆積
を生じさせる原因となっていると考えられる(T.Yoneha
ra,S.Yoshioka,S.Miyazawa Journal of Applied Physic
s 53,6839,1982)。
このように堆積面の材料としてSiO2および窒化シリコ
ンを選択し、堆積材料としてシリコンを選択すれば、同
グラフに示すように十分に大きな核形成密度差を得るこ
とができる。なお、ここでは堆積面の材料としてSiO2
望ましいが、これに限らずSiOxであっても核形成密度差
を得ることができる。
勿論、これらの材料に限定されるものではなく、核形
成密度の差が同グラフで示すように核の密度で102倍以
上であれば十分であり、後に例示するような材料によっ
ても堆積膜の十分な選択形成を行うことができる。
この核形成密度差を得る他の方法としては、SiO2上に
局所的にSiやN等をイオン注入して過剰にSiやN等を有
する領域を形成してもよい。
このような選択堆積法を利用し、堆積面の材料より核
形成密度の十分大きい異種材料を単一の核だけが成長す
るように十分微細に形成することによって、その微細な
異種材料の存在する箇所だけに単結晶を選択的に成長さ
せることができる。
なお、単結晶の選択的成長は、堆積面表面の電子状
態、特にダングリングボンドの状態によって決定される
ために、核形成密度の低い材料(たとえばSiO2)はバル
ク材料である必要はなく、任意の材料や基板等の表面の
みに形成されて上記堆積面を成していればよい。
[実施例] 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第1図(A)〜(F)は、本発明による太陽電池の製
造方法の第一実施例を示す工程図であり、第2図(A)
および(B)は、第1図(A)および(D)における斜
視図である。
まず、第1図(A)および第2図(A)に示すよう
に、基板4上に、選択堆積を可能にする核形成密度の小
さい薄膜5を形成し、その上に核形成密度の大きい異種
材料を薄く堆積させ、リソグラフィ等によってパターニ
ングすることで異種材料6を十分微細に形成する。ただ
し、基板4の大きさ、結晶構造および組成は任意のもの
でよく、機能素子が形成された基板であってもよい。ま
た、異種材料6とは、上述したように、SiやN等を薄膜
5にイオン注入して形成される過剰にSiやN等を有する
変質領域も含めるものとする。
次に、適当な堆積条件によって異種材料6だけに薄膜
材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料6
は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成す
る必要がある。異種材料6の大きさは、材料の種類によ
って異なるが、数ミクロン以下であればよい。更に、核
は単結晶構造を保ちながら成長し、第1図(B)に示す
ように島状の単結晶粒7となる。島状の単結晶粒7が形
成されるためには、すでに述べたように、薄膜5上で全
く核形成が起こらないように条件を決めることが必要で
ある。
島状の単結晶粒7は単結晶構造を保ちながら異種材料
6を中心して更に成長し、同図(C)に示すように薄膜
5全体を覆う。
続いて、エッチング又は研磨によって単結晶粒7を平
坦化し、第1図(D)および第2図(B)に示すよう
に、単結晶層8が薄膜5上に形成される。
このように堆積面の材料である薄膜5が基板4上に形
成されているために、支持体となる基板4は任意の材料
を使用することができ、更に基板4に機能素子等が形成
されたものであっても、その上に容易に単結晶層を形成
することができる。
該単結晶層8は太陽電池の第1の電極層とされるもの
であり、第1の導電型(たとえばn型)とされる。即
ち、たとえば第1図(D)の工程の後で、通常のIC製造
プロセスの場合と同様にしてP(リン)やAs(ヒ素)等
の不純物を拡散させたり、あるいはこれら不純物のイオ
ン打込みを行なったりして上記単結晶層8をn型とす
る。単結晶層8への不純物導入は、第1図(B),
(C)の工程にて単結晶成長を行なう際に堆積ガス中に
PH3やASH3等のガスを混入することにより、堆積と同時
に行うことも可能である。
次に、第1導電型の単結晶層8上に、通常のIC製造プ
ロセスで使用されるエピタキシャル成長技術により、第
1図(E)に示される様に、太陽電池の中間層となる不
純物濃度の比較的低い単結晶層8a形成する。
続いて、上記中間層8a上に、エピタキシャル成長技術
により、第1図(F)に示される様に、単結晶層8bを形
成する。該単結晶層は太陽電池の第2の電極層とされる
ものであり、第2の導電型(たとえばp型)とされる。
即ち、たとえば第1図(F)の工程の後に、通常のIC製
造プロセスの場合と同様にしてB(ホウ素)等の不純物
を拡散させたり、あるいはイオン打込みを行なったりし
て上記単結晶層8bをp型とする。
以上の様にして、薄膜堆積技術を利用して、第1電極
層8、中間層8a及び第2電極層8bの厚さがそれぞれ数ミ
クロンから十分の数ミクロン程度の極めて薄い太陽電池
を製造することができる。
尚、第1電極層8の導電型及び第2電極層8bの導電型
は上記と逆にしてもよい。
なお、上記実施例では、堆積面の材料を薄膜5で形成
したが、勿論第3図に示すように、選択堆積を可能にす
る核形成密度の小さい材料から成る基板をそのまま用い
て、単結晶層を同様に形成してもよい。
第3図(A)〜(F)は、本発明の第二実施例を示す
工程図である。同図に示すように、選択堆積を可能にす
る核形成密度の小さい材料から成る基板9上に、異種材
料6を十分微小に形成することで、第一実施例と同様に
して単結晶層8を形成し、以下同様にして太陽電池を製
造することができる。
第4図(A)〜(F)は、本発明による太陽電池の製
造方法の第三実施例を示す工程図である。
第4図(A)に示すように、非晶質絶縁物基板11上
に、距離lを隔てて上記選択堆積を可能とする異種材料
12を十分に小さく配置する。この距離lは、たとえば所
望のエネルギー変換効率を得るのに必要とされる単結晶
領域の大きさと同じか又はそれ以上に設定される。
次に、適当な堆積条件によって異種材料12だけに薄膜
材料の単一の核が形成される。すなわち、異種材料12
は、単一の核のみが形成される程度に十分微細に形成す
る必要がある。異種材料12の大きさは、材料の種類によ
って異なるが、数ミクロン以下であればよい。更に、核
は単結晶構造を保ちながら成長し、第4図(B)に示す
ように島状の単結晶粒13となる。島状の単結晶粒13が形
成されるためには、すでに述べたように、基板11上で全
く核形成が起こらないように条件を決めることが必要で
ある。
島状の単結晶粒13の基板法線方向の結晶方位は、基板
11の材料および堆積する薄膜材料の界面エネルギを最小
にするように一定に決まる。なぜならば、表面あるいは
界面エネルギは結晶面によって異方性を有するからであ
る。しかしながら、すでに述べたように、非晶質基板に
おける基板面内の結晶方位は決定されない。
島状の単結晶粒13は更に成長して、第4図(C)に示
すように隣りの単結晶粒13と接触するが、基板面内の結
晶方位は一定ではないために、異種材料12の中間位置に
結晶粒界14が形成される。
続いて、単結晶粒13は三次元的に成長するが、成長速
度の遅い結晶面がファセットとして現われるために、エ
ッチング又は研磨によって表面の平坦化を行い、第4図
(D)に示すように所定の大きさの単結晶の薄膜が粒界
を介して連続的に配列された多結晶層21を形成する。該
多結晶層を構成する単結晶薄膜の大きさは、上述したよ
うに異種材料12の間隔lによって決定される。すなわ
ち、異種材料12の形成パターンを適当に定めることによ
って、粒界の位置を制御することができ、所望の大きさ
の単結晶を所望の配列で形成することができる。該多結
晶層21は上記第一実施例と同様にして第1導電型とさ
れ、太陽電池の第1の電極層となる。
次に、上記第一実施例と同様にして、多結晶層21上
に、第4図(E)に示される様に、太陽電池の中間層と
なる不純物濃度の低い層21aを形成する。この際、上記
選択堆積法を用いて形成された多結晶層21の結晶粒界14
と同じ位置に結晶粒界14aが形成され、従って中間層21a
は多結晶となる。
続いて、上記第一実施例と同様にして、上記中間層21
a上に、第4図(F)に示される様に、太陽電池の第2
の電極層21bを形成する。この際、上記中間層21aの結晶
粒界14aと同じ位置に結晶粒界14bが形成され、従って該
層21bは多結晶となる。該層はもちろん第2の導電型と
される。
以上の様に、第1電極層の形成に選択堆積法を用いて
いるために、異種材料12の間隔lにより結晶粒径を十分
良好に制御することができ、容易に数十ミクロン程度の
大きな結晶粒径をもつ多結晶層を得ることができる。こ
のため、単結晶層を用いた太陽電池に近いエネルギー変
換効率をもつ多結晶型の太陽電池が得られる。
本実施例では、上記第二実施例と同様に、選択堆積を
可能にする核形成密度の小さい材料から成る基板11を用
いて該基板の表面上に直接第1の電極層を形成したが、
選択堆積の際の堆積面として上記第一実施例と同様な堆
積面を用いることもできる。この場合は、すでに述べた
ように、基板の材料や構造等に制約されることなく、多
結晶層を形成することができる。
(具体例) 次に、上記各実施例における第1の電極層の具体的形
成方法を第4図に示す第三実施例を中心に説明する。
Si単結晶ウエハを熱酸化して表面にSiO2を形成して基
板11とする。勿論、石英基板を用いてもよいし、金属、
半導体、磁性体、圧電体、絶縁体等の任意の基板上に、
スパッタ法、CVD法、真空蒸着法等を用いて基板表面にS
iO2層を形成してもよい。また、堆積面材料としてはSiO
2が望ましいが、SiOxとしてのxの値を変化させたもの
でもよい。
こうして形成されたSiO2層11上に減圧気相成長法によ
って窒化シリコン層(ここではSi3N4層)又は多結晶シ
リコン層を異種材料として堆積させ、通常のリソグラフ
ィ技術又はX線、電子線若しくはイオン線を用いたリソ
グラフィ技術で窒化シリコン層又は多結晶シリコン層を
パターニングし、数ミクロン以下、望ましくは〜1μm
以下の微小な異種材料12を形成する。
続いて、HClとH2と、SiH2Cl2、SiCl4、SiHCl3、SiF4
若しくはSiH4との混合ガスを用いて上記基板11上にSiを
選択的に成長させる。その際の基板温度は700〜1100
℃、圧力は約100Torrである。
数十分程度の時間で、SiO2上の窒化シリコン又は多結
晶シリコンの微細な異種材料12を中心として、単結晶の
Siの粒13が成長し、最適の成長条件とすることで、その
大きさは数十μm以上に成長する。
続いて、SiとSiO2との間にエッチング速度差がある反
応性イオンエッチング(RIE)によって、Siのみをエッ
チングして平坦化することで、粒径制御された多結晶シ
リコン層21が形成される。なお、単結晶粒13の表面の凹
凸が大きい場合は、機械的研磨を行った後にエッチング
を行う。
(窒化シリコンの組成) 第1電極層形成の際に、これまで述べてきたような堆
積面材料と異種材料との十分な核形成密度差を得るに
は、Si3N4に限定されるものではなく、窒化シリコンの
組成を変化させたものでもよい。
RFプラズマ中でSiH4ガスとNH3ガスとを分解させて低
温で窒化シリコン膜を形成するプラズマCVD法では、SiH
4ガスとNH3ガスとの流量比を変化させることで、堆積す
る窒化シリコン膜のSiとNの組成比を大幅に変化させる
ことができる。
第5図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリ
コン膜中のSiおよびNの組成比との関係を示したグラフ
である。
この時の堆積条件は、RF出力175W、基板温度380℃で
あり、SiH4ガス流量を300cc/minに固定し、NH3ガスの流
量を変化させた。同グラフに示すようにNH3/SiH4のガス
流量比を4〜10へ変化させると、窒化シリコン膜中のSi
/N比は1.1〜0.58に変化することがオージェ電子分光法
によって明らかとなった。
また、減圧CVD法でSiH2Cl2ガスとNH3ガスとを導入
し、0.3Torrの減圧下、温度約800℃の条件で形成した窒
化シリコン膜の組成は、ほぼ化学量論比であるSi3N4(S
i/N=0.75)に近いものであった。
また、SiをアンモニアあるいはN2中で約1200℃で熱処
理すること(熱窒化法)で形成される窒化シリコン膜
は、その形成方法が熱平衡下で行われるために、更に化
学量論比に近い組成を得ることができる。
以上の様に種々の方法で形成した窒化シリコンをSiの
核形成密度がSiO2より高い堆積面材料として用いて上記
Siの核を成長させると、その組成比により核形成密度に
差が生じる。
第6図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグ
ラフである。同グラフに示すように、窒化シリコン膜の
組成を変化させることで、その上に成長するSiの核形成
密度は大幅に変化する。この時の核形成条件は、SiCl4
ガスを175Torrに減圧し、1000℃でH2と反応させてSiを
生成させる。
このように窒化シリコンの組成によって核形成密度が
変化する現象は、単一の核を成長させる程度に十分微細
に形成される異種材料としての窒化シリコの大きさに影
響を与える。すなわち、核形成密度が大きい組成を有す
る窒化シリコンは、非常に微細に形成しない限り、単一
の核を形成することができない。
したがって、核形成密度と、単一の核が選択できる最
適な窒化シリコの大きさとを選択する必要がある。たと
えば〜105cm-2の核形成密度を得る堆積条件では、窒化
シリコンの大きさは約4μm以下であれば単一の核を選
択できる。
(イオン注入による異種材料の形成) Siに対して核形成密度差を実現する方法として、核形
成密度の低い堆積面材料であるSiO2の表面に局所的にS
i,N,P,B,F,Ar,He,C,As,Ga,Ge等をイオン注入してSiO2
堆積面に変質領域を形成し、この変質領域を核形成密度
の高い堆積面材料としても良い。
例えば、SiO2表面をレジストで覆い、所望の箇所を露
光、現像、溶解させてSiO2表面を部分的に表出させる。
続いて、SiF4ガスをソースガスとして用い、Siイオン
を10keVで1×1016〜1×1018cm-2の密度でSiO2表面に
打込む。これによる投影飛程は114Åであり、SiO2表面
ではSi濃度が〜1022cm-3に達する。SiO2はもともと非晶
質であるために、Siイオンを注入した領域も非晶質であ
る。
なお、変質領域を形成するには、レジストをマスクと
してイオン注入を行うこともできるが、集束イオンビー
ム技術を用いて、レジストマスクを使用せずに絞られた
SiイオンをSiO2表面に注入してもよい。
こうしてイオン注入を行った後、レジストを剥離する
ことで、SiO2面にSiが過剰な変質領域が形成される。こ
のような変質領域が形成されたSiO2堆積面にSiを気相成
長させる。
第7図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を
示すグラフである。
同グラフに示すように、Si+注入量が多い程、核形成
密度が増大することがわかる。
したがって、変質領域を十分微細に形成することで、
この変質領域を異種材料としてSiの単一の核を成長させ
ることができ、上述したように単結晶を成長させること
ができる。
なお、変質領域を単一の核が成長する程度に十分微細
に形成することは、レジストのパターニングや、集束イ
オンビームのビームを絞ることによって容易に達成され
る。
(CVD以外のSi堆積方法) Siの選択核形成によって単結晶を成長させるには、CV
D法だけではなく、Siを真空中(<10-6Torr)で電子銃
により蒸発させ、加熱した基板に堆積させる方法も用い
られる。特に、超高真空中(<10-9Torr)で蒸着を行う
MBE(Molecular Beam Epitaxy)法では、基板温度900℃
以上でSiビームとSiO2が反応を始め、SiO2上でのSiの核
形成は皆無になることが知られている(T.Yonehara,S,Y
oshioka and S.Miyazawa Journal of Applied Physics
53,10,p6839,1983)。
この現象を利用してSiO2上に点在させた微小な窒化シ
リコンに完全な選択性をもってSiの単一の核を形成し、
そこに単結晶Siを成長させることができた。この時の堆
積条件は、真空度10-8Torr以下、Siビーム強度9.7×10
14atoms/cm2・sec、基板温度900℃〜1000℃であった。
この場合、SiO2+Si→2SiO↑という反応により、SiO
という蒸気圧の著しく高い反応生成物が形成され、この
蒸発によるSiO2自身のSiによるエッチングが生起してい
る。
これに対して、窒化シリコン上では上記エッチング現
象は起こらず、核形成、そして堆積が生じている。
したがって、核形成密度の高い堆積面材料としては、
窒化シリコン以外に、タンタル酸化物(Ta2O5)、窒化
シリコン酸化物(SiON)等を使用しても同様の効果を得
ることができる。すなわち、これらの材料を微小材料と
して上記異種材料とすることで、同様に単結晶を成長さ
せることができる。
なお、これまで述べた堆積面材料、異種材料および堆
積材料の組合せは、上記各実施例に示したものだけでは
なく、十分な核形成密度差を有する材料の組合せであれ
ばよいことは明らかである。したがって、選択堆積可能
なGaAsやInP等の化合物半導体を用いて、本発明の太陽
電池を得ることもできる。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本発明によれば、結晶粒
径が大きく且つ十分に薄い電極層の形成が可能であるの
で、十分高いエネルギー変換効率をもつ太陽電池が得ら
れる。
また、本発明によれば、通常のIC製造プロセスと類似
の方法を用いて容易且つ安定的に性能良好な太陽電池を
低コストにて製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(F)は、本発明による太陽電池の製造
方法の第一実施例を示す工程図、 第2図(A)および(B)は、第1図(A)および
(D)における斜視図、 第3図(A)〜(F)は、本発明による太陽電池の製造
方法の第二実施例を示す工程図、 第4図(A)〜(F)は、本発明による太陽電池の製造
方法の第三実施例を示す工程図、 第5図は、SiH4とNH3の流量比と形成された窒化シリコ
ン膜中のSiおよびNの組成比との関係を示したグラフ、 第6図は、Si/N組成比と核形成密度との関係を示すグラ
フ、 第7図は、Siイオンの注入量と核形成密度との関係を示
すグラフ、 第8図(A)および(B)は選択堆積法の説明図、 第9図は、SiO2の堆積面と窒化シリコンの堆積面との核
形成密度の経時変化を示すグラフである。 4,9,11:基板、 5:薄膜、 6,12:異種材料、 8,21:第1の電極層、 8a,21a:中間層、 8b,21b:第2の電極層、 14,14a,14b:粒界。

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面が非晶質材料で構成されている基体の
    前記表面上に、 前記表面を構成する非晶質材料よりも核形成密度が十分
    に大きい材料で構成され且つ単一の核だけ成長する程度
    に十分微細な面積を有する異種材料部が設けられ、 該異種材料部及び前記基体の表面上に前記異種材料部を
    起源として単一的に成長した単結晶からなる第1の導電
    型を有する第1の半導体層と、前記第1の導電型と異な
    る第2の導電型を有する第2の半導体層とを有すること
    を特徴とする太陽電池。
  2. 【請求項2】前記第1の半導体層と前記第2の半導体層
    との間に、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い
    第3の半導体層を有することを特徴とする、特許請求の
    範囲第1項記載の太陽電池。
  3. 【請求項3】前記第1の半導体層と前記第2の半導体層
    とを組にして、該組が同一基体表面上に複数形成されて
    いることを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の太
    陽電池。
  4. 【請求項4】前記第1の半導体層がシリコンで構成され
    ていることを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の
    太陽電池。
  5. 【請求項5】表面が非晶質材料で構成されている基体の
    前記表面上に、前記表面を構成する非晶質材料よりも核
    形成密度が十分に大きい材料で構成され且つ単一の核だ
    けが成長する程度に十分微細な面積を有する異種材料部
    を設け、 該異種材料部及び前記基体の表面上に前記異種材料部を
    起源として単一的に単結晶を成長させて該単結晶からな
    る第1の導電型を有する第1の半導体層を形成し、 前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有する第2の
    半導体層を形成する、ことを特徴とする太陽電池の製造
    方法。
  6. 【請求項6】前記第1の半導体層の形成後、前記第2の
    半導体層の形成前に、前記第1の半導体層よりも不純物
    濃度の低い第3の半導体層を形成することを特徴とす
    る、特許請求の範囲第5項記載の太陽電池の製造方法。
  7. 【請求項7】前記第1の半導体層と前記第2の半導体層
    とを組にして、該組を同一基体表面上に複数形成するこ
    とを特徴とする、特許請求の範囲第5項記載の太陽電池
    の製造方法。
  8. 【請求項8】前記第1の半導体層がシリコンで構成され
    ていることを特徴とする、特許請求の範囲第5項記載の
    太陽電池の製造方法。
  9. 【請求項9】前記異種材料部は、前記核形成密度が十分
    に大きい材料を前記基体表面上に一様に堆積しリソグラ
    フィーによってパターニングすることにより形成される
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第5項記載の太陽電
    池の製造方法。
  10. 【請求項10】前記異種材料部は、前記核形成密度が十
    分に大きい材料を前記基体表面の微細な領域に局所的に
    イオン注入することにより形成されることを特徴とす
    る、特許請求の範囲第5項記載の太陽電池の製造方法。
  11. 【請求項11】前記微細な領域は、前記基体表面をレジ
    ストで覆い、該レジストの所望の領域を露光、現像及び
    溶解させて、前記基体表面を部分的に露出させることに
    より設定されることを特徴とする、特許請求の範囲第10
    項記載の太陽電池の製造方法。
JP62014104A 1987-01-26 1987-01-26 太陽電池及びその製造方法 Expired - Fee Related JP2596547B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62014104A JP2596547B2 (ja) 1987-01-26 1987-01-26 太陽電池及びその製造方法
EP88300574A EP0276961A3 (en) 1987-01-26 1988-01-25 Solar battery and process for preparing same
US07/610,310 US5087296A (en) 1987-01-26 1990-11-08 Solar battery and process for preparing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62014104A JP2596547B2 (ja) 1987-01-26 1987-01-26 太陽電池及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63182872A JPS63182872A (ja) 1988-07-28
JP2596547B2 true JP2596547B2 (ja) 1997-04-02

Family

ID=11851812

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62014104A Expired - Fee Related JP2596547B2 (ja) 1987-01-26 1987-01-26 太陽電池及びその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5087296A (ja)
EP (1) EP0276961A3 (ja)
JP (1) JP2596547B2 (ja)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU623861B2 (en) * 1987-08-08 1992-05-28 Canon Kabushiki Kaisha Crystal article, method for producing the same and semiconductor device utilizing the same
US5085711A (en) * 1989-02-20 1992-02-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device
US5098850A (en) * 1989-06-16 1992-03-24 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing substrate for selective crystal growth, selective crystal growth process and process for producing solar battery by use of them
US5094697A (en) * 1989-06-16 1992-03-10 Canon Kabushiki Kaisha Photovoltaic device and method for producing the same
JPH03181180A (ja) * 1989-12-11 1991-08-07 Canon Inc 太陽電池およびその製造方法
US5211761A (en) * 1990-06-29 1993-05-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Photovoltaic device and manufacturing method thereof
JP2721271B2 (ja) * 1990-11-20 1998-03-04 キヤノン株式会社 太陽電池の製造方法
JP2624577B2 (ja) * 1990-12-26 1997-06-25 キヤノン株式会社 太陽電池およびその製造方法
US5403771A (en) * 1990-12-26 1995-04-04 Canon Kabushiki Kaisha Process for producing a solar cell by means of epitaxial growth process
US5279686A (en) * 1991-02-20 1994-01-18 Canon Kabushiki Kaisha Solar cell and method for producing the same
US5269852A (en) * 1991-05-27 1993-12-14 Canon Kabushiki Kaisha Crystalline solar cell and method for producing the same
KR100362751B1 (ko) * 1994-01-19 2003-02-11 소니 가부시끼 가이샤 반도체소자의콘택트홀및그형성방법
US6188097B1 (en) * 1997-07-02 2001-02-13 Micron Technology, Inc. Rough electrode (high surface area) from Ti and TiN
AU9674498A (en) 1997-10-10 1999-05-03 Cornell Research Foundation Inc. Methods for growing defect-free heteroepitaxial layers
KR100450595B1 (ko) * 2000-02-09 2004-09-30 히다찌 케이블 리미티드 결정실리콘 반도체장치 및 그 장치의 제조방법
JP4310076B2 (ja) * 2001-05-31 2009-08-05 キヤノン株式会社 結晶性薄膜の製造方法
DE102009042886A1 (de) * 2009-09-24 2011-05-26 Schott Ag Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle oder eines Transistors mit einer kristallinen Silizium-Dünnschicht
JP2014067869A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Nobuyuki Akiyama ヘテロエピタキシャル単結晶の製造方法、ヘテロ接合太陽電池の製造方法、ヘテロエピタキシャル単結晶、ヘテロ接合太陽電池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3620833A (en) * 1966-12-23 1971-11-16 Texas Instruments Inc Integrated circuit fabrication
JPS4911085A (ja) * 1972-05-26 1974-01-31
JPS52120784A (en) * 1976-04-05 1977-10-11 Kyoto Ceramic Solar battery
US4657603A (en) * 1984-10-10 1987-04-14 Siemens Aktiengesellschaft Method for the manufacture of gallium arsenide thin film solar cells
US4677250A (en) * 1985-10-30 1987-06-30 Astrosystems, Inc. Fault tolerant thin-film photovoltaic cell
JPS63119218A (ja) * 1986-11-07 1988-05-23 Canon Inc 半導体基材とその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0276961A2 (en) 1988-08-03
JPS63182872A (ja) 1988-07-28
EP0276961A3 (en) 1989-03-08
US5087296A (en) 1992-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5269876A (en) Process for producing crystal article
JP2596547B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP2516604B2 (ja) 相補性mos集積回路装置の製造方法
US5236546A (en) Process for producing crystal article
US5733369A (en) Method for forming crystal
US5422302A (en) Method for producing a three-dimensional semiconductor device
US4999313A (en) Preparation of a semiconductor article using an amorphous seed to grow single crystal semiconductor material
JP2654055B2 (ja) 半導体基材の製造方法
JP2505754B2 (ja) 光電変換装置の製造方法
JPS6344717A (ja) 結晶の形成方法
JP2695413B2 (ja) 結晶基材の製造方法
US5653802A (en) Method for forming crystal
JP2651144B2 (ja) 結晶基材の製造方法
CA1333248C (en) Method of forming crystals
US5254211A (en) Method for forming crystals
JP2756320B2 (ja) 結晶の形成方法
JP2651146B2 (ja) 結晶の製造方法
JP2651145B2 (ja) 半導体基材の製造方法
JP2525773B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2515301B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2561263B2 (ja) 電子放出素子の製造方法
JP2592832B2 (ja) 結晶の形成方法
JP2737152B2 (ja) Soi形成方法
EP0289117B1 (en) Method of forming crystals on a substrate
JPH01132118A (ja) 半導体結晶の形成方法及びその方法により得られる半導体結晶物品

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees