JPS6140149B2 - - Google Patents
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- JPS6140149B2 JPS6140149B2 JP53136650A JP13665078A JPS6140149B2 JP S6140149 B2 JPS6140149 B2 JP S6140149B2 JP 53136650 A JP53136650 A JP 53136650A JP 13665078 A JP13665078 A JP 13665078A JP S6140149 B2 JPS6140149 B2 JP S6140149B2
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- JP
- Japan
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- polycrystalline silicon
- solar cell
- substrate
- porous silicon
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光電変換装置に係り、特にいくつかの
結晶粒からなるシリコン結晶所謂る多結晶シリコ
ンを基板として用いた半導体光電変換装置の製造
方法に関する。
結晶粒からなるシリコン結晶所謂る多結晶シリコ
ンを基板として用いた半導体光電変換装置の製造
方法に関する。
近年、所謂る石油シヨツク以来、エネルギー源
として太陽光エネルギーの利用が注目されてい
る。光電変換装置の一つである太陽電池は、光エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する素子で
あり、従来から人工衛星等の宇宙用および無人灯
台、無人無線中継所等僻地における電源として用
いられてきた。しかし、この太陽電池がより汎用
電源として用いられるためには、素子価格の低減
がなされないと、他の火力発電等の汎用の発電手
段に比べ、コスト的に困難である。
として太陽光エネルギーの利用が注目されてい
る。光電変換装置の一つである太陽電池は、光エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する素子で
あり、従来から人工衛星等の宇宙用および無人灯
台、無人無線中継所等僻地における電源として用
いられてきた。しかし、この太陽電池がより汎用
電源として用いられるためには、素子価格の低減
がなされないと、他の火力発電等の汎用の発電手
段に比べ、コスト的に困難である。
太陽電池価格の低減のため、とくに太陽電池用
基板に関して種々の方法が提案されている。しか
し、現状ではこれら基板はいくつかの結晶粒より
構成される多結晶状のシリコンである場合が多
く、これを用いて太陽電池を作製すると、結晶粒
界部分においてリーク電流が発生し、太陽電池特
性を悪化させるという欠点を有している。
基板に関して種々の方法が提案されている。しか
し、現状ではこれら基板はいくつかの結晶粒より
構成される多結晶状のシリコンである場合が多
く、これを用いて太陽電池を作製すると、結晶粒
界部分においてリーク電流が発生し、太陽電池特
性を悪化させるという欠点を有している。
本発明は、上記のような従来法で製作される多
結晶状のシリコンを基板とする光電変換装置の結
晶粒界部分におけるリーク電流による特性悪化現
象に鑑みなされたもので、このリーク電流を抑制
する光電変換装置の製造方法を提供しようとする
ものである。
結晶状のシリコンを基板とする光電変換装置の結
晶粒界部分におけるリーク電流による特性悪化現
象に鑑みなされたもので、このリーク電流を抑制
する光電変換装置の製造方法を提供しようとする
ものである。
すなわち、本発明は多結晶シリコンの結晶粒界
部分を選択的に酸化して、絶縁物質化することに
より、太陽電池のリーク電流を減少させる半導体
光電変換装置の製造方法である。
部分を選択的に酸化して、絶縁物質化することに
より、太陽電池のリーク電流を減少させる半導体
光電変換装置の製造方法である。
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。
る。
基板に用いたシリコン結晶は従来のチヨクラル
スキ法（CZ）により得たものではあるが、多数
の結晶粒界を含有するものであつた。この結晶は
Asドープｎ型結晶でその電子濃度は室温にて１
×1017cm-3であつた。このシリコン結晶には第１
図に示すように、２個の結晶粒界１１，１２によ
り三つの結晶領域１３，１４，１５に分けられて
いる。それぞれの結晶領域にオーミツク電極１
６，１７，１８を取りつけて、この三つの電極の
うちの二つを二端子とする素子の特性を実験的に
調べた。これらの素子の電流−電圧特性を光照射
した時としない時について調べた結果を第２図、
第３図、第４図に示す。第２図は電極１６と１８
を二端子とする素子の特性で、図において２１は
タングステンランプ光で入力エネルギー約80m
Ｗ／cm2の光照射した時の特性、２２は光照射をし
ない時の特性であり、この二つの特性はｎ−ｐ−
ｎ接合（又はＰ−ｎ−Ｐ接合）ダイオードの特性
と一致する。一方第３図は電極１６と１７を二端
子とする素子の特性で電流と電圧は比例関係にあ
り、二端子間の抵抗も１Ωと第２図の場合に比べ
極めて小さくなつている。第４図は電極１７と１
８を二端子とする素子の特性で４１はタングステ
ンランプ光で入力エネルギー約80mV/cm2の光を
照射した時の特性、４２は光を照射しない時の特
性であり、第２図とほとんど同一の特性である。
一方、熱電能による判定で第１図における結晶領
域１３，１４，１５はｎ型であることがわかつ
た。従つて第２図、第３図、第４図に示す特性か
ら、ｎ型多結晶シリコンの結晶粒界１２付近はｐ
型に反転しており、結晶粒界１１付近はｐ型に反
転していないといえる。なお、結晶粒界付近がＰ
型に反転したものと反転していないものとが存在
する原因については、現時点においても、まだ明
確になつていない。この結晶を基に考えれば多結
晶シリコンを基板として作製したＰ−ｎ接合型太
陽電池の場合、結晶粒界１２と同種の粒界が表面
から裏面へ走つていれば、表面のＰ型層から裏面
のオーミツク電極まで、このＰ型に反転した結晶
粒界を介して電位障壁なしに電気的に導通する結
果となり、また表面から裏面まで走らずとも結晶
粒界部のＰ−ｎ接合は、結晶性も悪く不完全なの
で太陽電池表面層と基板側の電流をリークさせる
ことになり、太陽電池において結晶粒界部が電流
リークの径路として働らくという現象を矛循なく
説明できる。
スキ法（CZ）により得たものではあるが、多数
の結晶粒界を含有するものであつた。この結晶は
Asドープｎ型結晶でその電子濃度は室温にて１
×1017cm-3であつた。このシリコン結晶には第１
図に示すように、２個の結晶粒界１１，１２によ
り三つの結晶領域１３，１４，１５に分けられて
いる。それぞれの結晶領域にオーミツク電極１
６，１７，１８を取りつけて、この三つの電極の
うちの二つを二端子とする素子の特性を実験的に
調べた。これらの素子の電流−電圧特性を光照射
した時としない時について調べた結果を第２図、
第３図、第４図に示す。第２図は電極１６と１８
を二端子とする素子の特性で、図において２１は
タングステンランプ光で入力エネルギー約80m
Ｗ／cm2の光照射した時の特性、２２は光照射をし
ない時の特性であり、この二つの特性はｎ−ｐ−
ｎ接合（又はＰ−ｎ−Ｐ接合）ダイオードの特性
と一致する。一方第３図は電極１６と１７を二端
子とする素子の特性で電流と電圧は比例関係にあ
り、二端子間の抵抗も１Ωと第２図の場合に比べ
極めて小さくなつている。第４図は電極１７と１
８を二端子とする素子の特性で４１はタングステ
ンランプ光で入力エネルギー約80mV/cm2の光を
照射した時の特性、４２は光を照射しない時の特
性であり、第２図とほとんど同一の特性である。
一方、熱電能による判定で第１図における結晶領
域１３，１４，１５はｎ型であることがわかつ
た。従つて第２図、第３図、第４図に示す特性か
ら、ｎ型多結晶シリコンの結晶粒界１２付近はｐ
型に反転しており、結晶粒界１１付近はｐ型に反
転していないといえる。なお、結晶粒界付近がＰ
型に反転したものと反転していないものとが存在
する原因については、現時点においても、まだ明
確になつていない。この結晶を基に考えれば多結
晶シリコンを基板として作製したＰ−ｎ接合型太
陽電池の場合、結晶粒界１２と同種の粒界が表面
から裏面へ走つていれば、表面のＰ型層から裏面
のオーミツク電極まで、このＰ型に反転した結晶
粒界を介して電位障壁なしに電気的に導通する結
果となり、また表面から裏面まで走らずとも結晶
粒界部のＰ−ｎ接合は、結晶性も悪く不完全なの
で太陽電池表面層と基板側の電流をリークさせる
ことになり、太陽電池において結晶粒界部が電流
リークの径路として働らくという現象を矛循なく
説明できる。
次に第１図の結晶の結晶粒界１２付近がＰ型に
なつていることを利用して当結晶粒界付近を次の
ようにして選択酸化した。
なつていることを利用して当結晶粒界付近を次の
ようにして選択酸化した。
第５図において、ポリエチレン容器５１に50％
の沸化水素酸水溶液５２を入れ、その中に第１図
の多結晶シリコン５３を陽極、白金５４を陰極と
して、直流電源５５を用いて電解エツチングを行
なつた。直流電源を1Vとして、電解エツチング
を行なうと、Ｐ型である結晶粒界付近は他のｎ型
領域に比べエツチング速度が大きく、多孔質シリ
コン層が形成された。
の沸化水素酸水溶液５２を入れ、その中に第１図
の多結晶シリコン５３を陽極、白金５４を陰極と
して、直流電源５５を用いて電解エツチングを行
なつた。直流電源を1Vとして、電解エツチング
を行なうと、Ｐ型である結晶粒界付近は他のｎ型
領域に比べエツチング速度が大きく、多孔質シリ
コン層が形成された。
多結晶シリコンに対する上記電解エツチング時
間を10分間としたところ、結晶粒界部分１２の多
孔質化層の深さは10〜20ミクロンに達した。一方
結晶粒界部分１１には多孔質化層の形成は認めら
れなかつた。
間を10分間としたところ、結晶粒界部分１２の多
孔質化層の深さは10〜20ミクロンに達した。一方
結晶粒界部分１１には多孔質化層の形成は認めら
れなかつた。
このようにして、多孔質層を形成した多結晶シ
リコンを1100℃で30分間湿潤酸素中に置き、酸化
させると多孔質層は深さ４ミクロン程度にまで酸
化されたのに対し、その他の部分では0.2〜0.3ミ
クロン程度の厚さしか酸化されず、多孔質層にお
ける酸化速度は他と比べて10〜20倍程度速かつ
た。このようにして酸化させた多結晶シリコンを
沸化水素水溶液中に短時間入れ、上記、その他の
部分に形成された0.2〜0.3ミクロンの酸化物層を
エツチングすることにより、本発明による太陽電
池作製用の基板とした。第６図はこの基板の断面
を結晶粒界１２付近について模式的に示したもの
で６１にｎ型多結晶シリコン、６２は結晶粒界、
６３は多孔質シリコン層、６４は多孔質シリコン
層の酸化された領域である。
リコンを1100℃で30分間湿潤酸素中に置き、酸化
させると多孔質層は深さ４ミクロン程度にまで酸
化されたのに対し、その他の部分では0.2〜0.3ミ
クロン程度の厚さしか酸化されず、多孔質層にお
ける酸化速度は他と比べて10〜20倍程度速かつ
た。このようにして酸化させた多結晶シリコンを
沸化水素水溶液中に短時間入れ、上記、その他の
部分に形成された0.2〜0.3ミクロンの酸化物層を
エツチングすることにより、本発明による太陽電
池作製用の基板とした。第６図はこの基板の断面
を結晶粒界１２付近について模式的に示したもの
で６１にｎ型多結晶シリコン、６２は結晶粒界、
６３は多孔質シリコン層、６４は多孔質シリコン
層の酸化された領域である。
この基板を用いて、Ｐ−ｎ接合型太陽電池を作
製する工程は通常の製造工程をそのまま用いた。
すなわち、この基板上にボロンをドープしたガラ
ス膜を沈着させ、これを用いて窒素雰囲気中でボ
ロンを基板中へ熱拡散することにより、基板表面
に厚さ１ミクロン程度のＰ型層を形成する。この
あと、ｎ型側、Ｐ型側にそれぞれオーミツク電極
を形成し、太陽電池を作製した。第７図はこのよ
うにして完成した本発明による多結晶シリコン太
陽電池の断面を結晶粒界１２付近について模式化
して示す。７１は基板のｎ型多結晶シリコン、７
２は結晶粒界、７３−１，７３−２は多孔質化し
たシリコン層、７４−１，７４−２は多孔質化し
たシリコンを酸化させた層、７５はＰ型層、７６
はＰ型層に対するオーミツク電極、７７はｎ型基
板に対するオーミツク電極である。
製する工程は通常の製造工程をそのまま用いた。
すなわち、この基板上にボロンをドープしたガラ
ス膜を沈着させ、これを用いて窒素雰囲気中でボ
ロンを基板中へ熱拡散することにより、基板表面
に厚さ１ミクロン程度のＰ型層を形成する。この
あと、ｎ型側、Ｐ型側にそれぞれオーミツク電極
を形成し、太陽電池を作製した。第７図はこのよ
うにして完成した本発明による多結晶シリコン太
陽電池の断面を結晶粒界１２付近について模式化
して示す。７１は基板のｎ型多結晶シリコン、７
２は結晶粒界、７３−１，７３−２は多孔質化し
たシリコン層、７４−１，７４−２は多孔質化し
たシリコンを酸化させた層、７５はＰ型層、７６
はＰ型層に対するオーミツク電極、７７はｎ型基
板に対するオーミツク電極である。
この図からわかるように、酸化物層７４−１の
深さx1をＰ型層７５の深さx2より大きくすれば、
結晶粒界付近を通じてのＰ型層とｎ型基板との間
の電流リークは酸化物層７４−１が絶縁物質
SiO2であるので起こらない。このように、本発
明による多結晶シリコン太陽電池は、結晶粒界に
よる電流リークを起こさないため、光電変換効率
（以下「効率」と略す）が向上する。結晶粒界周
辺のシリコンの酸化される領域が結晶表面に露出
している面積は、多結晶シリコン中の結晶粒界の
存在密度に依存するが、大部分の多結晶シリコン
では大きい場合でも、太陽電池全表面積の10パー
セント未満であり、これによる有効受光面積の低
下すなわち効率の低下は10パーセント未満といえ
るので、結晶粒界における電流リークによる効率
低下が50パーセント以上になることが多い事実を
考えると、本発明が多結晶シリコン太陽電池の高
効率化に果たす役割は極めて大きい。
深さx1をＰ型層７５の深さx2より大きくすれば、
結晶粒界付近を通じてのＰ型層とｎ型基板との間
の電流リークは酸化物層７４−１が絶縁物質
SiO2であるので起こらない。このように、本発
明による多結晶シリコン太陽電池は、結晶粒界に
よる電流リークを起こさないため、光電変換効率
（以下「効率」と略す）が向上する。結晶粒界周
辺のシリコンの酸化される領域が結晶表面に露出
している面積は、多結晶シリコン中の結晶粒界の
存在密度に依存するが、大部分の多結晶シリコン
では大きい場合でも、太陽電池全表面積の10パー
セント未満であり、これによる有効受光面積の低
下すなわち効率の低下は10パーセント未満といえ
るので、結晶粒界における電流リークによる効率
低下が50パーセント以上になることが多い事実を
考えると、本発明が多結晶シリコン太陽電池の高
効率化に果たす役割は極めて大きい。
第８図は、従来法により作製された多結晶シリ
コン太陽電池の光照射下の電流−電圧特性を示す
が結晶粒界における電流リークのため逆方向特性
が所謂ソフトで効率も４％と低い。
コン太陽電池の光照射下の電流−電圧特性を示す
が結晶粒界における電流リークのため逆方向特性
が所謂ソフトで効率も４％と低い。
第９図は、本発明による多結晶シリコン太陽電
池の光照射下の電流−電圧特性を示す。第８図に
示す太陽電池との比較のため、同じ程度の結晶粒
界の存在密度の基板を用いて作製されたものであ
る。逆方向特性も第８図のようにソフトではなく
電流リークも減少し、効率も９％と高くなつてお
り、本発明の効果が現われている。
池の光照射下の電流−電圧特性を示す。第８図に
示す太陽電池との比較のため、同じ程度の結晶粒
界の存在密度の基板を用いて作製されたものであ
る。逆方向特性も第８図のようにソフトではなく
電流リークも減少し、効率も９％と高くなつてお
り、本発明の効果が現われている。
また上記実施例はＰ−ｎ接合型太陽電池につい
て述べてあるが、シヨツトキー接触型さらにはヘ
テロ接合型太陽電池の場合も、第６図のような多
結晶シリコンを基板に用いることにより、結晶粒
界における電流リークを抑制し高効率化を促進す
ることができるのは言うまでもない。
て述べてあるが、シヨツトキー接触型さらにはヘ
テロ接合型太陽電池の場合も、第６図のような多
結晶シリコンを基板に用いることにより、結晶粒
界における電流リークを抑制し高効率化を促進す
ることができるのは言うまでもない。
以上のように、本発明によれば、多結晶シリコ
ン太陽電池の結晶粒界における電流リークを抑制
することができ、高効率化への効果は絶大であ
る。
ン太陽電池の結晶粒界における電流リークを抑制
することができ、高効率化への効果は絶大であ
る。
第１図は、シリコン結晶の結晶粒界の特性を調
べるための素子構造の模式図、第２図、第３図、
第４図は第１図に示す素子の電流−電圧特性を示
す図、第５図は、本発明一実施例における太陽電
池用基板の結晶粒界の選択的多孔質化を行なうた
めの方法を示す図、第６図は本発明一実施例にお
ける太陽電池用基板の断面図、第７図は本発明一
実施例における太陽電池の断面図、第８図は従来
法によつて作製した多結晶太陽電池の電流−電圧
特性の一例を示す図、第９図は本発明一実施例に
おける多結晶太陽電池の電流−電圧特性の一例を
示す図である。 ６１：ｎ型多結晶シリコン、６２：結晶粒界、
６３：多孔質シリコン層、６４：多孔質シリコン
層の酸化された領域。
べるための素子構造の模式図、第２図、第３図、
第４図は第１図に示す素子の電流−電圧特性を示
す図、第５図は、本発明一実施例における太陽電
池用基板の結晶粒界の選択的多孔質化を行なうた
めの方法を示す図、第６図は本発明一実施例にお
ける太陽電池用基板の断面図、第７図は本発明一
実施例における太陽電池の断面図、第８図は従来
法によつて作製した多結晶太陽電池の電流−電圧
特性の一例を示す図、第９図は本発明一実施例に
おける多結晶太陽電池の電流−電圧特性の一例を
示す図である。 ６１：ｎ型多結晶シリコン、６２：結晶粒界、
６３：多孔質シリコン層、６４：多孔質シリコン
層の酸化された領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一部の結晶粒界付近がＰ型に反転しているｎ
型多結晶シリコン基板中の前記Ｐ型反転領域を表
面からPn接合が形成される位置より深い位置ま
で電界蝕刻により多孔質シリコン領域に変換する
工程と、該多孔質シリコン領域の少なくとも一部
を酸化して酸化シリコン膜を形成する工程と、該
工程で前記多孔質シリコン領域以外に形成された
薄い酸化膜を除去する工程とを含むことを特徴と
する半導体光電変換装置の製造方法。 ２ 前記多結晶シリコン基板中に存在するＰ型反
転領域を表面からPn接合が形成される位置より
深い位置まで電界蝕刻により多孔質シリコン領域
に変換する際に、前記多結晶シリコン基板を陽
極、沸化水素水溶液に腐蝕されない物質を陰極と
し、陽極−陰極間に電圧を印加することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の半導体光電変換
装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13665078A JPS5563883A (en) | 1978-11-08 | 1978-11-08 | Manufacturing method of photoelectric semiconductor converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13665078A JPS5563883A (en) | 1978-11-08 | 1978-11-08 | Manufacturing method of photoelectric semiconductor converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5563883A JPS5563883A (en) | 1980-05-14 |
| JPS6140149B2 true JPS6140149B2 (ja) | 1986-09-08 |
Family
ID=15180279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13665078A Granted JPS5563883A (en) | 1978-11-08 | 1978-11-08 | Manufacturing method of photoelectric semiconductor converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5563883A (ja) |
-
1978
- 1978-11-08 JP JP13665078A patent/JPS5563883A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5563883A (en) | 1980-05-14 |
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