JP3002479B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ソリッドステート半導体デバイスの製造に
関する。特に、本発明は、ソリッドステート半導体デバ
イスにおける接合部を形成するための改善されたプロセ
スおよび装置に関する。
〔従来の技術および解決しようとする課題〕
メルト（融成物、melt）から結晶体を成長させる技術
においては色々な方法が公知である。例えば、H.E.LaBe
lle,Jr.の米国特許第3,591,348号に開示される「EFGプ
ロセス（「側壁残し膜充填成長」プロセス（edge−defi
ned,film−fed growth process）としても公知）を用い
て、結晶成長により消費されたメルトを再充填するため
毛管作用を用いる所謂毛管ダイ部材により制御される大
きさの色々な形状に、シリコンその他の物質の結晶体を
成長させることが可能である。また、適当な導電タイプ
を決定する不純物即ちドーパントをメルト例えばホウ素
に注入することによって、上記のEFGプロセスによりＰ
またはＮタイプの導電性および予め定めた抵抗率を持つ
結晶体を生じることが可能である。シリコン太陽電池の
場合は、このような領域の抵抗率が約100Ω−cmより小
さく保持されること、また変換効率を最もよくするには
約0.001乃至10Ω−cmの範囲内に保持することが望まし
い。
Ｐ−Ｎ接合は、選択された不純物即ちドーパントを結
晶体に注入することによりこのような物質中に形成さ
れ、例えばホスファインを注入してホウ素をドープした
Ｐタイプのシリコン中にＮタイプの層を形成し、これに
よりＰ−Ｎ接合が生成される。また、このような太陽電
池において光電作用的に生じるキャリアを収集する効率
を改善するため、受光面として働く面からのＰ−Ｎ接合
の深さは小さくされる、望ましくは0.5μ程度にされ
る。
制御された断面形状を持つ結晶体を成長させる別のプ
ロセスが、Ciszekの米国特許第4,000,030号に開示され
ている。この特許における方法では、メルトの高さより
高く伸びる浸漬された突出部を使用することを含み、結
晶体の成長はこの突出部の上端部上に形成されるメルト
のメニスカス（湾曲面）から生じる。
Mlavskyの米国特許第4,036,666号に開示されるよう
に、実質的に単結晶の管を成長させ、次いでこの間を長
手方向にスライスすることによりリボンを生成できるこ
とが判った。この生成されたリボンは、EFGプロセスに
より直接メルトから成長したリボンを特徴とするため、
その縁部に隣接する表面欠陥の集中を呈すことがない。
上記の発見および他の一連の発見は、望ましい形態とし
て正しい形状の八角形または九角形（即ち、８または９
の辺を持つ多角形の形状の断面形状を有する中空体）の
成長を導く。この多角形は、後で平らなリボンを作るた
めその隅部で裁断される。
ＰタイプのEFGプロセスで成長したシリコンのリボン
から太陽電池を形成する際、このリボンは、EFGプロセ
スを用いて不活性アルゴン・ガスの雰囲気下でホウ素で
ドープされた半導体級のシリコン・メルトから成長させ
ることにより提供される。Ｐ−タイプのリボンの場合
は、太陽電池の形成は、リボンの全断面周囲に連続する
Ｎ＋層を形成するように、リボン表面へのリンの拡散ま
で導通状態において塩化ホスホリルに曝される拡散炉内
にリボンを導入することにより達成されるのが典型的で
ある。その後、公知の手法（米国特許第4,451,969号、
同第4,609,565号および同第4,557,037号）によって、窒
化シリコンその他の非反射性コーティングがリボン基板
の前面に付着され、電極がリボンの前および後の両面に
加えられる。
典型的な拡散型接合形成操作においては、拡散は側面
および縁部を含む基板の全ての面上に生じる。その結
果、太陽電池縁部は、電池の前後の面間の小さな抵抗の
電流経路（「短絡」）を取除くためトリムされねばなら
ない。トリミングは、電池の縁部を機械的に裁断するこ
とにより行なうことができる。更に最近では、この電池
の縁部裁断にはレーザが用いられている。
電池の背面を絶縁するためのこれらの手法は有効であ
る。しかし、拡散および縁部のトリミングは、コストも
かかり無駄も多い。太陽電池の全製造コストの約20乃至
30％がこのステップにおいて生じる。拡散および縁部の
トリミングは、労働集約的かつ材料集約的な一連の作業
を必要とし、両社は共に損失の発生に寄与する。これら
の経費に加えて、縁部の損失は電池の起電面積を略々５
％減少し、電池から削正されるシリコンは無駄に捨てら
れて、これを政府の環境汚染管理当局により確立された
ガイドライン以内で処理されねばならない。
更に、当業者は、光で起電する太陽電池の広範囲の使
用が比較的低コストで12％以上の変換効率を有する信頼
性の高い太陽電池を製造可能な製造技術の展開に依存す
ることが認められている。太陽電池のコストおよび販売
の可能性は、他の半導体デバイスと同様に、（１）出発
物質のコスト、（２）出発物質を完成製品に変えるコス
ト、（３）無駄になる材料の処理コスト、（４）電池の
全製造高、および（５）受入れられる太陽電池の歩留
り、に依存している。
〔課題を解決するための手段〕
従って、本発明の基本的な目的は、拡散による太陽電
池の接合を形成するための改善された低コストの方法お
よび装置の提供にある。
本発明の別の目的は、前後の面が電池のトリミングな
しに導電性が絶縁された太陽電池の製造のための低コス
トの処理シーケンスの提供にある。
本発明の更に別の目的は、PN接合が結晶体の成長中に
形成されるソリッドステート電子デバイスの製造に際し
て使用される結晶リボンの改善された低コストの生成方
法の提供にある。
本発明の上記および他の目的は、（ａ）メルトから第
１のタイプの導電性を特徴とする半導体物質を成長さ
せ、（ｂ）結晶体が成長しつつある時新たに成長した単
結晶体の少なくとも１つの表面付近に反対のタイプの導
電性ゾーンと光起電接合とを形成するステップを含む方
法によって、達成される。太陽電池の形成においては、
中空の体部が金属接点の装着ができる複数の個々の太陽
電池基板に裁断される。本発明はまた、中空の体部がメ
ルトから引上げられる時この体部に接合を形成する新ら
しい装置をも提供する。
本発明の上記および他の色々な特徴および利点につい
ては、本発明の以降の詳細な記述および添付図面によっ
て開示される。
〔実施例〕
便宜のため、本発明の以降の詳細な説明は、Ｐタイプ
のシリコンの比較的大きな直径の中空の８つの辺を持つ
結晶体の成長のための結晶成長装置について行なう。し
かし、他の物質、例えばアルミナ、チタン酸バリウム、
ニオブ酸リチウム、あるいはイットリウムアルミニウム
ガーネットの結晶体を成長させるため類似のるつぼ／ダ
イの組合せを提供することができるため、本発明をこの
ような用途に限定する意図はない。また、るつぼ／ダイ
組立体は、他の断面形状の中空体、例えば４、６、７ま
たは９つの辺を持つ中空体、あるいは更に円形状の中空
体でも成長させるような形状とすることもできる。便宜
上、８つの辺のある中空の結晶体は八角形、９つの辺を
持つ中空の結晶体は九角形、等と呼ばれる。
第１図は、炉筺体10と、るつぼ12、モリブデンまたは
グラファイトの加熱台16、事後ヒータ組立体18、20およ
び種結晶組立体22からなるEFG法るつぼ／毛管ダイ装置
とを含む典型的な従来技術の結晶成長装置を示してい
る。以下本文において詳細に説明するように、種結晶組
立体22は、引張り機構26と結合されたステム24によって
定置され支持されている。炉筺体10は、相互に隔てられ
内外の壁面11および13からなる二重壁面を持つ構造であ
る。炉筺体10は、従来周知の構造の制御可能な無線周波
数電源（図示せず）と接続された無線周波数加熱コイル
28によって包囲されている。使用におていは、るつぼ12
は成長させる材料の供給原料（例えば、Ｐタイプのシリ
コン）30で充填される。
炉筺体10は、１対の同心状の隔てられた円筒状の石英
管11および13から構成される。詳細には示されないが、
関連する引張り機構により成長する結晶体の取出しを可
能にする頂部の開口およびアルゴンの如き選択されたガ
スを導入するための底部のポート（図示せず）を除い
て、炉筺体10は筺体内部の雰囲気の制御を可能にするた
め頂部と底部が閉鎖されている。るつぼ12は、筺体10内
部の中心に置かれた短い中空の頂部が開いた直角柱ある
いは正円柱である。毛管ダイ14は、米国特許第4,230,67
4号（関連する設計については同第4,440,728号および同
第4,647,437号も参照）に詳細が尽くされたるつぼ12の
側壁面の一体部分である。当技術において周知のよう
に、毛管ダイ14には、成長される結晶の形状および大き
さを制御する形状および寸法の端面即ち縁部32（第１
図）が設けられている。端面32は、平面図で見るように
中空の壁面が薄い正多角形である。端面32には、端面の
中心となる類似の形状の毛管間隙34が設けられる。複数
の長いスロット35がるつぼ12の側壁面の内側に形成さ
れ、毛管間隙34とるつぼの内側との間で連通し、融解し
た供給原料30が毛管間隙内に流入し得、ここで原料が毛
管作用によって上昇して結晶が成長されるに伴い端面32
上の材料を再充填する。ダイ14は、例えば米国特許第3,
687,633号および同第3,591,348号に記載される如くるつ
ぼとほ別個に形成することもできることは理解されよう
が、当業者には、これが米国特許第4,230,674号の第６
図に示された実施態様の構成であることが認められよ
う。
るつぼ12（およびダイ14）の構成材料は、成長される
材料に基いて選定される。望ましい１つの実施態様にお
いてはシリコンが成長させられ、この場合には、るつぼ
12およびダイ14はグラファイトから形成され種結晶はシ
リコンであることが望ましい。るつぼ12およびダイ14は
異なる組成の個々の部分でよいことが理解されよう。本
発明の目的のためには、ダイ14の端面32は平面図におい
て正多角形の形状である必要はなく、あるいは閉鎖され
た面形態である限り多角形である必要さえないことも理
解されるべきである。
加熱台16は、典型的にはるつぼ12を収容する大きさの
短い中空の頂部が開いた円筒状または柱体である。加熱
台16は、炉筺体10の下端部に取付けられた台部17により
支持される。加熱台16の高さは、毛管ダイ14が加熱台の
頂部を越えて上方へ突出することを許すように選定され
る。シリコン体を成長させる場合には、選定は一部加熱
コイル28の得られる励起周波数に依存する（例えば、モ
リブデンの場合は10KHz付近の周波数、またグラファイ
トの場合は8KHz付近の周波数が望ましい）が、加熱台16
はモリブデンまたはグラファイトの如き材料から作られ
る。
加熱台16の頂部は、外側の光遮蔽部36を支持してい
る。外側遮光部36は、加熱台16と類似の形状および外径
の薄い壁面を持つ中空の円筒あるいは柱体の形態を呈
し、毛管ダイ14の端面32と類似する形状の内側フランジ
37を持つ。外側遮光部36は、フランジ37が端面32とは別
個であるが略々同一面内にあるような寸法および配置と
なっている。シリコンの成長においては、前記外側遮光
部はモリブデンまたはグラファイトから作られることが
望ましい。毛管ダイ14の内側に取付けられているのは、
内側遮光部38である。内側遮光部38は、平行に隔てられ
た対向する位置関係に一緒に保持された１枚以上の環状
のグラファイト板から形成されている。内側遮光部38の
外径は、端面32と類似の形状であるがその内径より小さ
な形状を呈する。遮光部38は、ダイ14の内周に置かれた
複数のピン40により、ダイ14から隔てられた位置関係に
支持されている。遮光部38には、中心部の円形孔39が設
けられ、あるいはこれを画成している。望ましい実施例
においては、内側遮光部38は、一体に固定された多くの
シートから形成可能なことが理解されようが、１つのグ
ラファイト片から加工される。
１対の事後ヒータ18および20が、ダイの端面32上でこ
れと同心状の位置関係で配置されている。事後ヒータ18
はダイの表面の外側に置かれているが、事後ヒータ20は
内側に置かれている。事後ヒータ18は中空の端部が開い
た正柱体形状を呈するが、その基部はダイの端面32と形
状が類似している。事後ヒータ18の対応する面即ち側面
は、端面32により形成された八角形状の対応側面と平行
に配置され、かつこの端面の面と略々直角に延長してい
る。事後ヒータ組立体18は、二重壁面構造であり、グラ
ファイトの内側壁面42と外側の炭素繊維フェルトの絶縁
壁面44とを有する。事後ヒータ18は、複数のピン46によ
って、外側遮光部36のフランジ37から隔てて支持されて
いる。
中空の内側の事後ヒータ20は、円筒状の壁面48、頂部
板50およびテーパ状部分52を有する。円筒状壁面48は、
ダイ14の端面32の平面即ち断面形状内に含むことができ
る円よりも小さな外径の薄い壁面を持つ中空のグラファ
イトの正円柱体である。頂部板50は、円筒状壁面48の一
端部と嵌合しかつ閉鎖する寸法の円形グラファイト板で
あることが望ましい。テーパ状部分52は、広い基部によ
り円筒状壁面48の外端部に取付けられた中空の端部が開
いた円錐台形状を呈している。テーパ状部分52の小さな
基部は、内側遮光部38の円形孔39と類似の直径に選定さ
れる。内側事後ヒータ20の頂部を除いて、各部の壁面は
一重である。内側事後ヒータ20の頂部は二重壁面構造を
呈し、頂部板50はやや小さな直径の炭素繊維フェルトの
絶縁パッド54を支持している。内側事後ヒータ20は、事
後ヒータの内側が遮光部38の開口を介してるつぼ12の内
側と連通するように、テーパ状部分52により内側遮光部
38の頂部に支持されている。内側事後ヒータ20の円筒状
部分48は、その円筒軸心が端面32の面に対して略々直角
をなすように配置される。
種結晶組立体22は、種結晶ホルダー56および種結晶58
からなっている。種結晶ホルダー56は、ダイ14の端面32
の内周部と類似の寸法および形状の望ましくはグラファ
イトの板である。種結晶ホルダー56は、ステム24のフラ
ンジ64を包囲してその上に静置している。種結晶ホルダ
ー56は、複数の開口55、57を有し、フランジ56は孔57と
連通する開口59を有する。これらの開口は、ガスが成長
する中空体内部で上方へ流れることを許容する。ステム
24は、種結晶58および成長する中空体により包囲された
空間内へ開口55、57、59を介してガスを導入するための
通路25を有する。
種結晶58は、８つの辺を有し、本発明により前に成長
した結晶体の短い長さを構成することができ、あるいは
また、種結晶58は、所要の成長した結晶の厚さ程度であ
るが典型的にはこれよりやや厚い厚さを有する複数の矩
形状シートまたはリボンの多角形列から形成することも
できる。
種結晶組立体の構造的な詳細のこれ以上の説明は、St
ormont等の米国特許第4,440,727号および同第4,544,528
号に見出することができる。
最初に、ステム24は、引張り機構26に対して多くの従
来の緊締手段（図示せず）のいずれかにより固定され、
それ全体は種結晶ホルダー56で種結晶58を支持するよう
に調整され、種結晶58の側壁面が内側の事後ヒータ20お
よび外側の事後ヒータ18の対応する面と同心状にかつ対
向する平行位置関係にあるようにする。このような位置
から引張り機構26を引伸ばすことができ、ステム24およ
び種結晶ホルダー56をるつぼ12に向けて引下げ、また種
結晶58をダイの端面32に向けて引下げる。
成長を開始するため、種結晶ホルダー56が内側事後ヒ
ータ20頂部で絶縁パッド54と接触する前に、引張り機構
26を用いて種結晶58をダイの端面32と接触するように引
下げる。種結晶58はこの時成長を開始する位置にある。
もしダイの端面32が種結晶58の材料の融解点より高く加
熱されるならば、ダイ端面と接触する種結晶の部分は融
解してこの端面を潤して毛管間隙34内へ流れる。引張り
機構26は、ステム24および拘束した種結晶組立体22を上
昇させるよう作動される。種結晶58がダイから上昇する
と、ダイ端面を濡らした融解種結晶材料が表面張力によ
り種結晶とダイの端面との間の薄膜に引出される。前に
融解した供給原料30は毛管作用により上昇してダイ端面
にある材料を再充填する。この融解供給原料はその融解
点よりも略々30℃高い温度に維持されるが、ダイの端面
32における温度は融解点より略々20℃高い温度に保持さ
れる。
種結晶58は、選択された引張り速度、例えば約1.8cm/
分でダイの端面32から引離される。この引張り速度は、
潜在する融解熱が結晶の前面、即ち成長するリボンとダ
イ／るつぼ組立体の上端面における融解膜との間の界面
におけるリボンから取除かれる速度に従って設定され
る。結晶は、ダイ／るつぼ組立体の上端部で種結晶58上
で連続的に成長させられ、シリコン体部の形成中費やさ
れたメルトが毛管部を介してるつぼからのメルトの上方
への流れによって再充填される。
成長する結晶の熱的制御は、RF（無線周波数）ヒータ
28および事後ヒータ18、20によって行なわれる。事後ヒ
ータ18、20は、一部は成長する結晶からの輻射線により
加熱される。更に、内側事後ヒータ20は、内側遮光部38
の開口39を介してメルトから輻射線を受取る。事後ヒー
タ18、20はまた、効果において加熱台でもあり、一部は
コイル28からの無線周波数輻射線により加熱される。輻
射線によるエネルギの伝達に加えて、事後ヒータ18、20
および成長する結晶はまた対流によって冷却されもす
る。当業者には、成長する結晶における温度の垂直方向
への進行が事後ヒータ18、20の位置、開口39の大きさお
よび炭素繊維フェルト壁面44、54により生じる遮蔽量の
如き手段によって制御できることもまた理解されよう。
特に、テーパ状部分52と成長する結晶との間の小さくな
る間隙を用いて、端面32の付近に略々一定の温度の成長
ゾーンを提供することができる。
本文において前に述べたEFGプロセスによる成長結晶
の通常の操作モードによれば、アルゴン・ガス（通常
は、必須ではないが少量の酸素を含む）が、時に「成長
ゾーン」と呼ばれる液相／固相の界面領域へのるつぼ12
の外壁面を包囲する環状通路60を介して、連続的に比較
的大きな速度で炉内で上方へ送られる。通路60は、炉筺
体10の下端部におけるガス流入ポート（図示せず）と連
通している。このガスの速度は、一般に、成長結晶によ
り拾われる可能性を低減するように成長ゾーンの領域内
の揮発性の不純物が炉から排出されることを確保しなが
ら、結晶の前面を妨げないように計算される。一般に、
ガスは室温で導入され、ピン46間の通路60から種結晶58
と外側の事後ヒータ18との間の空間内へ向けて上方へ流
れる。次いで、ガスは炉の頂端部から運び出される。ガ
スは、成長する結晶をやや冷却する別の効果を有する傾
向がある。既に述べた範囲で、第１図の装置は、1985年
10月１日発行のR.W.Stormont等の米国特許第4,544,528
号に示され記述された装置に類似している。種結晶およ
び成長結晶体内部の別のガス流が、前述の如く、通路25
を介して炉内にガスを送ることによって得られる。
本発明の主旨は、成長ゾーン内へ不純物を慎重に導入
すること、およびこれら不純物を成長結晶の表面に付着
拡散させてＰ−Ｎ接合を形成することである。ホウ素を
ドープした供給原料30から成長する結晶はＰタイプのシ
リコンとなるため、Ｐ−Ｎタイプの接合を形成するには
反対の導電性タイプのドーパントを成長体に対して拡散
させることが必要とされる。これは、炉内にある間に成
長結晶に浅い深さのＮタイプの領域を形成するように、
成長結晶に対して蒸着し拡散する代りに、リンの如き選
択されたドーパントの固相のソースを付着させることに
より達成される。事例であってこれに限定するものでは
ないが、このドーパント・ソースは、二リン酸シリコ
ン、即ちSiP2O7、あるいはメタン酸シリコン、即ちAl
（PO3）３の如きガラスを含むシリコン・カーバイド・
スポンジでよい。
次に、第２図においては、ここで示される炉は、ドー
パント・ソース62がグラファイト・ホルダー80に取付け
られる点を除いて、第１図の従来技術の炉において述べ
た通りである。後者は、ドーパント・ソース62がステム
24の軸心に対し平行に昇降することを許容するように、
炉筺体10の壁面11に対して調整自在に固定されている。
ドーパント・ソース62は、成長結晶体への露呈を最大に
するように第２図に示したように、ホルダー80の底端部
に取付けられることが望ましい。固相のリンのドーパン
ト・ソースは、液相／固相の成長界面の上方であるがそ
の近くに置かれる。アルゴン・ガスは、るつぼの下方で
炉筺体内に導入され、加熱台と炉室の内部壁面13との間
の通路60内で上方へ流れるように指向される。第２図に
矢印で示されるように、このアルゴン・ガスはるつぼの
加熱台の外面に沿って遡上し、次いで、成長結晶体と外
側事後ヒータとの間でドーパント・ソース62およびその
ホルダー80の両側面に沿って遡上する。そらせ板82は、
外側事後ヒータ18と内部の炉壁面13との間のアルゴン・
ガスの上方への流れを制限するかあるいは完全に阻止す
るように、この外側事後ヒータと壁面13の間に挟まれる
ことにより上方に流れるガスを加熱台16の上端部と外側
事後ヒータの下端部との間から外側事後ヒータと種結晶
58上で成長する結晶体との間の環状空間83に流れるよう
強制することが望ましい。成長結晶体の内側面に沿って
上方へのアルゴン・ガスの同時の流れは、ガス流を通路
25へ導入することによって達成される。この内側のガス
流の一部は、メルト30の上面を覆うように遮光部38とダ
イ／るつぼ組立体の上端部との間で流下する。しかし、
この内側のガス流の大部分は、種結晶58の内面および成
長結晶体部と接触するように孔55、57、59を介して上方
へ流れる。
例えば九角形の中空のシリコン体を成長させる際、EF
Gプロセスのダイの上端部における温度は約1200℃に保
持され、成長する体部に沿った温度は成長界面からの距
離から増加すると共に低下する。ドーパント・ソース
は、温度がこのソースからドーパントを追出してこれを
成長するＰタイプのシリコン体に拡散させるに充分であ
る高さに置かれる。ドーパントのシリコン体内への拡散
速度は、ドーパント・ソースの領域における温度によ
り、また成長シリコン体の引張り速度によって部分的に
制御される。ドーパント・ソースの成長界面の高さに対
する位置が高くなる程、拡散に使用できる駆動温度が低
くなり、またシリコン体内へのリンの拡散速度が低下す
る。ドーパント・ソースは、平均温度が約975乃至1,000
℃の間である高さに置かれることが望ましい。成長シリ
コン体を通過するガス流の速度は拡散速度に対しある効
果を有するが、この効果はドーパント・ソースの温度お
よび引張り速度に比較して重要ではない。更に、連続的
なメルトの再充填を使用する時、不活性パージ・ガスの
上方向の流れはドーパントがシリコン・メルトを汚染す
ることを防止することになる。
このステップの結果として、比較的浅いＮタイプの領
域即ちゾーンを形成するように、リンがＰタイプの結晶
体の外表面に拡散される。典型的には、このＮタイプの
領域は、0.3乃至0.7μの範囲内の深さを持つことにな
る。
その後、中空のシリコン体はリボンに裁断される。こ
のリボンは、Ｐ−Ｎ接合が片側にのみ形成されるため、
これ以上トリミングを要さない。
リボンは、当技術において周知の色々な方法のいずれ
かで裁断することができる。例えば、中空の八角形体を
再分割するためレーザー裁断具を使用することもでき
る。別の可能な方法は、エッチングによる。１つのエッ
チング裁断法は、シリコン体の各側の外表面を周知の正
の抵抗物質でコーティングし、抵抗層の直線状の狭い長
手方向に伸びる部分を細い光線に露出させ、所望の溶剤
即ちメチルイソブチルケトンの如きエッチャントを用い
てこの抵抗層を現像して、露出された領域はシリコン体
の各側壁面の狭い線状部分を露出するように分解される
が抵抗コーティングの露出されない部分がそのままに残
るようにし、次いで中空のシリコン体をその露出領域に
沿って再分割するように、このシリコン体にシリコン・
エッチャントを塗布することからなる。KOH、即ちHFが
１、HNO3が３の割合の混合物をシリコン・エッチャント
として使用することができる。シリコン体の切除は、結
果として得るリボンを蒸留水ですすぎ、次いでトリクロ
ロエチレンの如き適当な溶剤で残りの抵抗コーティング
を除去した後に行なわれる。その後、このリボンを用い
て太陽電池を形成することができる。
太陽電池を作るには、電極をリボンの両面に添付する
最後のステップを必要とする。これらの電極は、従来周
知のメタライゼーション法により形成される。必ずしも
必要ではないが、このメタライゼーションは、リボンの
Ｐタイプ導電性の側の全面をアルミニウムの連続する接
着コーティングで覆い、次いでリボンのＮおよびＰタイ
プの両側を１つ以上のニッケル層で覆い、その後このニ
ッケル層を銅とスズの隣接層で更に覆うことを含むこと
が望ましい。リボンのＮタイプの導電性側に形成された
電極は、例えば米国特許第3,886,036号または同第3,81
1,954号に示されるパターンの多数のフィンガを持つ格
子形態を有し、この面の大部分がむき出しにされ太陽光
線を受けるように露出されるようにする。その結果得る
構造は、電池の上面近くに存在する略々平坦なＰ−Ｎ接
合と、この電池を電気装置に接続するための電極とを持
つ太陽電池となる。一例として、この電極は、1982年３
月23日発行のK.B.Patel等の米国特許第4,321,283号に記
載されたプロセス、あるいは1984年６月５日発行のA.R.
Chaudhuriの米国特許第4,451,969号に記載のプロセスに
よって形成することができる。
以下は、本発明の望ましい一実施例による本発明の実
施方法の一例である。
事例 第２図に示されるるつぼおよびダイ装置は、約10.2cm
（約４インチ）の壁面巾と、約0.25cm（約0.010イン
チ）の壁面厚さを持つＰタイプのシリコンの中空の八角
形体を作るため使用される。二リン酸シリコン（SiP
2O7）を含むシリコン・カーバイド・スポンジの形態の
固相のリンのドーピング・ソースが62に設けられる。ソ
ース62は、シリコン種結晶と、シリコン体が種結晶上に
成長されつつある時固相のリンが1,000℃を越える状態
となるように選定された高さの外側事後ヒータとの間に
置かれる。アルゴン・ガスが、それぞれ８／分および
14／分の速度で通路60と25に送入されて、リンがメル
トに拡散するのを防止する。このメルトはホウ素のドー
プしたシリコンを含み、中空の八角形体はこのメルトを
端面32から引上げることによりEFGプロセスに従って成
長させられる。るつぼ内の融解したシリコン供給原料30
は、その融点より約30℃高い温度に維持され、またダイ
14の上端面32の温度は、シリコンの融点より約20℃高い
温度に保持される。種結晶は、適合膜を形成するに充分
な長さでダイ14の上端面32と接触させられ、次いで種結
晶は結晶の成長を許すため引出される。一旦成長が開始
すると、この引張り速度は約1.8cm/分に保持される。成
長は、るつぼ内のシリコンの略々全量が消費されるまで
継続する。この時、アルゴン・ガスの速度即ち流量は、
シリコン八角形体内にリンが更に拡散することを阻止す
るため増量される。Ｎタイプ層即ちゾーンが、八角形体
の面の下方に約0.3μの深さに形成される。
本文に用いられる用語「結晶体」とは、長手方向に一
緒に成長するが比較的小さな角度の（即ち、約４゜）の
粒界により分離される、多結晶質であるか、あるいは単
結晶または２つ以上の結晶、例えば二重または三重結晶
からなる半導体物質の結晶体を包含することを意図す
る。
無論、本発明は、Ｐタイプ層即ちゾーンをシリコンに
導入することにより有用なＰ−Ｎ接合を生じるようにＮ
タイプのシリコンおよびＰタイプのソースを用いること
により実施することも可能である。
液状のドーパントもまた使用できる。このような使用
においては、多孔質のちりめん状のガラス質炭素を液状
ドーパントに含ませることもできる。この後者の試み
は、液状のドーパントを容易にこの材料中に再充填でき
るという可能性の故に魅力的である。
更に可能な修正例として、別量のシリコンをメルト30
の再充填のため供給が可能な通路を画成するため、るつ
ぼに中空の中央部ライザ（riser）を設けることもでき
る。後者のるつぼの形態およびるつぼに対して別のソー
ス物質を供給するための適当な機構が、米国特許第4,66
1,324号に示されている。アルゴンの如きガス、あるい
は酸素を混ぜたアルゴンを、中央部ライザを介してるつ
ぼへ供給することもでき、またこのようなガスはるつぼ
から種結晶58と内側事後ヒータとの間の空間内へ流れ、
このガス流が孔55、57および59に流れる。
本文に含まれる本発明の範囲から逸脱することなく上
記のプロセスにおいて変更が可能であるため、本文の記
述に含まれかつ添付図面に示される全ての事項は例示と
見做すべきものである。本発明は、頭書の特許請求の範
囲が記述される用語の広い一般的な意味により示される
ものである。
【図面の簡単な説明】
本発明の性質および目的を更によく理解するためには、
添付図と共に考察されるべき以降の詳細な記述を参照す
べきである。図面においては、 第１図は従来技術の装置を示す図、および第２図は本発
明による中空のシリコン体を成長させる際使用されるEF
G装置の望ましい太陽を示す縦断面図である。 10……炉筺体、11……壁面、12……るつぼ、13……壁
面、14……毛管ダイ、16……加熱台、17……台部、18、
20……事後ヒータ組立体、22……種結晶組立体、24……
ステム、25……通路、26……引張り機構、28……加熱コ
イル、30……融解供給原料、32……端面、34……毛管間
隙、35……長形スロット、36、38……光遮蔽部、37……
内側フランジ、39……中心部円形孔、40、46……ピン、
42……内側壁面、44……絶縁壁面、48……円筒状壁面、
50……頂部板、52……テーパ状部分、54……炭素繊維フ
ェルト絶縁パッド、55、57、59……孔、56……種結晶ホ
ルダー、58……種結晶、60……環状通路、62……ドーパ
ント・ソース、64……フランジ、80……グラファイト・
ホルダー、82……そらせ板、83……環状空間。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メアリー・キャサリン・クレテラ アメリカ合衆国マサチューセッツ州ベッ ドフォード，コンコード・ロード 22 (72)発明者 アーロン・スペンサー・テイラー アメリカ合衆国マサチューセッツ州アク トン，パイン コーン・ストランド 397 (56)参考文献 特開 昭57−118089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−140791（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−109885（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−167563（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4544528（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078 C30B 19/00

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】太陽電池を製造する際使用される光起電作
    用を持つ接合を有する結晶体を形成する方法において、 （ａ） るつぼに含まれているメルトから第１のタイプ
    の導電性を特徴とする光導体材料の結晶体を成長させ、 （ｂ） 前記結晶体をもった前記メルトの液相／固体の
    成長界面の上に前記るつぼの外側に配置されるドーパン
    ト・ソースからドーパントを前記結晶体中に拡散するこ
    とにより該結晶体が成長しつつある時、新たに成長した
    結晶体に反対の導電性タイプのゾーンを形成して当該結
    晶体の少なくとも一表面付近に光起電作用を持つ接合を
    形成する、ステップを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記るつぼは、炉に配置され、前記ドーパ
    ント・ソースは前記炉の中に置かれている、請求項１記
    載の方法。
  3. 【請求項３】前記結晶体を個々の基板に裁断するステッ
    プを更に含む、請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記結晶体は中空である、請求項１から３
    の何れかに記載の方法。
  5. 【請求項５】前記反対の導電性タイプのゾーンが、前記
    中空の結晶体の外表面上に形成されることを特徴とする
    請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】前記反対のタイプの導電性ゾーンが、前記
    るつぼの上の前記中空の結晶体を包囲する外側事後ヒー
    タに置かれたドーパント・ソースからの拡散により形成
    されることを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】前記ドーパントは、該ドーパントが成長さ
    れつつあるとき、事後ヒータと前記結晶体の間に置かれ
    た固体に含まれる、請求項１から６の何れかに記載の方
    法。
  8. 【請求項８】第１のタイプの導電性のゾーンが前記中空
    の結晶体の内表面に形成されることを特徴とする請求項
    ４記載の方法。
  9. 【請求項９】前記結晶体が中空であり、前記反対のタイ
    プの導電性ゾーンが、該中空の結晶体の内表面上にのみ
    形成されることを特徴とする請求項１、２、３、８の何
    れかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記結晶体が中空であり、前記反対のタ
    イプの導電性ゾーンが、該中空の結晶体の内表面および
    外表面の両面に形成されることを特徴とする請求項１、
    ２、３の何れかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記反対の導電性ゾーンが、成長界面よ
    り上方に置かれたソリッド・ドーパント・ソースからの
    ドーパントの拡散により形成され、前記結晶体への該ド
    ーパントの拡散速度が、前記ドーパント・ソースの位置
    により部分的に制御されることを特徴とする請求項１か
    ら10の何れかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記反対のタイプの導電性ゾーンの形成
    が、900℃を越える温度において行なわれることを特徴
    とする請求項１から11の何れかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記結晶体は、シリコンを含む、請求項
    １から12の何れかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記結晶体は、ホウ素でドープされたシ
    リコンを含む、請求項１から13の何れかに記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記結晶体は、Ｎタイプのシリコンを含
    む、請求項１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記結晶体が多角形状の断面を呈するこ
    とを特徴とする請求項１から15の何れかに記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記結晶体は、前記るつぼに配置された
    毛管ダイにより達成される液相／固相の界面から成長さ
    れる、請求項１から16の何れかに記載の方法。
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