JP3351679B2

JP3351679B2 - 多結晶シリコン薄膜積層体の製造方法及びシリコン薄膜太陽電池

Info

Publication number: JP3351679B2
Application number: JP12680096A
Authority: JP
Inventors: 均近藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 2002-12-03
Anticipated expiration: 2016-05-22
Also published as: JPH09312258A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多結晶シリコン薄
膜積層体の製造方法及びシリコン薄膜太陽電池に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、光線を電力に変換する太陽電池が
各種装置に利用されており、その効率向上が要望されて
いる。一般的な太陽電池は非晶質シリコンを利用してお
り、これは生産性は良好であるが光電変換の効率が充分
でないので、多結晶シリコンの利用が検討されている。

【０００３】これを実現する多結晶シリコン薄膜積層体
の製造方法が、特開平5-109638号公報、特開平4-35021
号公報、特開平5-136062号公報、等に記載されている。
例えば、特開平5-109638号公報に記載された固層成長法
では、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition）法により基
板の表面に非晶質のシリコン薄膜を形成し、このシリコ
ン薄膜を600(℃）程度の高温でアニールして結晶化させ
ることにより、多結晶シリコン薄膜積層体を製造する。
また、特開平4-35021 号公報や特開平5-136062号公報に
記載されたレイヤバイレイヤ法や化学アニール法では、
プラズマＣＶＤ法において非晶質のシリコン薄膜の堆積
と水素プラズマによる暴露とを繰り返すことにより、多
結晶シリコン薄膜積層体を製造する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような方法によ
り多結晶シリコン薄膜積層体を製造することができる
が、上述した方法では高品質な多結晶シリコン薄膜積層
体を良好な生産性で製造することは困難である。

【０００５】つまり、特開平5-109638号公報に記載され
た固層成長法では、アニールを600(℃）もの高温で行な
うので基板に耐熱性が要求され、安価なガラス基板等を
利用することができない。しかも、アニールに長い時間
を要するので、スループットが低い。

【０００６】この点、特開平4-35021 号公報や特開平5-
136062号公報に記載されたレイヤバイレイヤ法や化学ア
ニール法では、低温で比較的良好なスループットで多結
晶シリコン薄膜積層体を製造することができるが、この
方法では結晶粒径を大きくできない。

【０００７】また、上述のような各種方法により製造し
た多結晶シリコン薄膜積層体では、シリコンが（１１
０）配向となることが判明しており、この配向に成長し
た結晶粒は双晶等の欠陥が多発することが確認されてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板の表面に非晶質または微結晶質のシリコン薄膜を成
膜し、このシリコン薄膜にレーザビームを照射して（１
１１）配向の多結晶シリコンの結晶粒からなるシード層
を形成し、このシード層の表面にエネルギビームを照射
しながらシリコン原子またはシリコン化合物分子を堆積
させて（１１１）配向の多結晶シリコンの成長層を形成
するようにした。従って、（１１１）配向の多結晶シリ
コンからなるシード層の表面に（１１１）配向の多結晶
シリコンからなる成長層が堆積するので、（１１１）配
向の多結晶シリコン薄膜が所望の膜厚に形成され、結晶
欠陥が少ない多結晶シリコン薄膜積層体が製造される。
また、シード層や成長層が製造過程で酸化性の雰囲気に
暴されないので、多結晶シリコン薄膜が（１１１）配向
のまま成長し、（１１１）配向の多結晶シリコンからな
るシード層の表面に、（１１１）配向の多結晶シリコン
が大きな粒径で成長する。

【０００９】請求項２記載の発明のシリコン薄膜太陽電
池は、請求項１記載の多結晶シリコン薄膜積層体の製造
方法により製造された多結晶シリコン薄膜積層体を光キ
ャリア発生層として有する。従って、請求項１記載の多
結晶シリコン薄膜積層体の製造方法により製造された多
結晶シリコン薄膜積層体は欠陥が少なく粒径が大きいの
で、これを光キャリア発生層として有するシリコン薄膜
太陽電池は変換効率が高い。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第一の形態を図１
および図２に基づいて以下に説明する。まず、本実施の
形態の多結晶シリコン薄膜積層体１は、図１（ｃ）に示
すように、パイレックス製の基板２と多結晶シリコン薄
膜３とを有している。前記多結晶シリコン薄膜３は、前
記基板２の表面に積層されており、この基板２の表面と
平行な結晶面の大部分が（１１１）配向となるよう形成
されている。この配向の比率は、下記に数式として示す
ように、Ｘ線の解析強度に基づいて定義している。

【００１６】(１１１)回折強度比＝１(一定) (２２０)回折強度比＝［試料の(２２０)の(１１１)に対
する相対強度］／［粉末の(２２０)の(１１１)に対する
相対強度］ (３１１)回折強度比＝［試料の(３１１)の(１１１)に対
する相対強度］／［粉末の(３１１)の(１１１)に対する
相対強度］ (４００)回折強度比＝［試料の(４００)の(１１１)に対
する相対強度］／［粉末の(４００)の(１１１)に対する
相対強度］ (１１１)配向比率＝(１１１)回折強度比／［(１１１)回
折強度比＋(２２０)回折強度比＋(３１１)回折強度比＋
(４００)回折強度比］ (１１０)配向比率＝(２２０)回折強度比／［(１１１)回
折強度比＋(２２０)回折強度比＋(３１１)回折強度比＋
(４００)回折強度比］なお、ここで云う大部分とは、全体に対する比率が０．
５以上であることを意味している。

【００１７】つぎに、上述した多結晶シリコン薄膜積層
体１を製造する製造システム１１の構造を図２に基づい
て以下に説明する。この製造システム１１は、第一・第
二の真空チャンバ１２，１３を有しており、これらの真
空チャンバ１２，１３はゲートバルブ１４を介して連結
されている。前記真空チャンバ１２，１３の内部には、
ガイドレール等により基板搬送機構（図示せず）が設け
られており、この基板搬送機構により前記基板２が搬送
されて所定位置に保持される。

【００１８】前記第一の真空チャンバ１２の管壁には透
光窓１５が形成されており、この透光窓１５に対向する
位置には、例えば、ＡｒＦエキシマレーザからなるレー
ザ光源１６が配置されている。

【００１９】前記第二の真空チャンバ１３には、ビーム
発生装置１７が設けられており、シリコン源１８と蒸発
源１９とが配置されている。前記シリコン源１８は、シ
リコンが充填された坩堝からなり、前記蒸発源１９は、
ボロンが充填された坩堝からなる。前記ビーム発生装置
１７は、ここでは電子銃（図示せず）を有しており、こ
の電子銃はエネルギビームとして電子ビームを出射す
る。この電子銃は、例えば、フィラメント、加速電極、
収束レンズ、偏向レンズ、を有しており、出射する電子
ビームを偏向走査する。

【００２０】つぎに、上述のような製造システム１１を
利用した多結晶シリコン薄膜積層体１の製造方法を以下
に説明する。まず、パイレックス製の基板２の表面に、
電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ
リング法、プラズマＣＶＤ法、等の薄膜技術により、非
晶質または微結晶質のシリコン薄膜４を、膜厚500(nm)
以下、好ましくは10〜200(nm）に成膜する。このように
シリコン薄膜４を成膜した基板２を第一の真空チャンバ
１２の内部の基板搬送機構にセットし、このセット後に
真空チャンバ１２の内部を真空とする。

【００２１】つぎに、図１（ｂ）に示すように、レーザ
光源１６からシリコン薄膜４にレーザビームを照射し、
シリコンを多結晶化させてシード層５を形成する。この
場合、エキシマレーザのエネルギを 200〜500(mJ／c
m²)、そのショット数を20〜200とする。この場合、基板
２の温度は300〜500(℃)、好ましくは400(℃）以下とす
る。このように真空中で非晶質または微結晶質のシリコ
ン薄膜４をレーザ照射により多結晶化させてシード層５
を形成すると、これは（１１１）配向の多結晶シリコン
の結晶粒により形成される。

【００２２】つぎに、第二の真空チャンバ１３の内部を
真空とし、この完了後にゲートバルブ１４を開口させて
基板搬送機構により基板２を第一の真空チャンバ１２か
ら第二の真空チャンバ１３に移送する。この移送後にゲ
ートバルブ１４を閉止して第二の真空チャンバ１３の内
部気圧を１×10~⁴(Pa)以下とし、ビーム発生装置１７に
より基板２にエネルギビームとして電子ビームを照射す
る。この場合、電子ビームのエネルギは、加速電圧を 1
00(Ｖ)〜100(kＶ)、好ましくは1.0(kＶ)〜30(kＶ）と
し、電流密度を1.0(μＡ／cm²)〜1.0(Ａ／cm²)、好まし
くは10(μＡ／cm²)〜1.0(mＡ／cm²)とする。この場合
も、基板２の温度は300〜500(℃)、好ましくは400(℃）
以下とする。これと同時に、例えば、電子ビーム蒸着法
によりシリコン源１８からシリコン原子を発生させ、こ
れをシード層５の表面に堆積させる。

【００２３】上記のビーム照射によりシード層５の表面
でのシリコン原子の移動度が増大するので、図１（ｃ）
に示すように、粒径が大きく配向性が高い多結晶シリコ
ンの成長層６が形成される。この成長層６は必要に応じ
た膜厚に形成されるが、例えば、多結晶シリコン薄膜積
層体１をシリコン太陽電池に利用する場合には、1.0〜5
0(μm)程度の膜厚に形成される。

【００２４】このように真空中で（１１１）配向の多結
晶シリコンからなるシード層５の表面に成長層６を堆積
させると、これも（１１１）配向の多結晶シリコンとし
て成長するので、基板２の表面に（１１１）配向の多結
晶シリコン薄膜３が形成されることになる。

【００２５】つまり、本実施の形態の多結晶シリコン薄
膜積層体１の製造方法では、一般的な薄膜技術により成
膜した非晶質等のシリコン薄膜４をレーザ照射により多
結晶化させるので、結晶粒径が大きい（１１１）配向の
シード層５を容易に形成することができる。このシード
層５の表面に成長層６を堆積させるので、結晶粒径が大
きい（１１１）配向の多結晶シリコン薄膜３を容易に形
成することができる。

【００２６】この製造方法では高温の加熱を要しないの
で、基板２として安価なガラス等を利用することがで
き、長時間のアニール等も要しないので、スループット
が良好である。しかも、シード層５の形成と成長層６の
堆積とを真空中で行なうので、シード層５や成長層６が
製造過程で酸化性の雰囲気に暴されず、多結晶シリコン
薄膜３は（１１１）配向として形成されるので欠陥が少
ない。

【００２７】このように（１１１）配向で形成された多
結晶シリコン薄膜３には欠陥が少ないことを検証する実
験の結果を図３に基づいて以下に説明する。まず、上述
した方法で製造した多結晶シリコン薄膜積層体１に電極
２１を装着し、ショットキーダイオード２２を製作し
た。ただし、基板２はｎ型の単結晶シリコンにより形成
し、多結晶シリコン薄膜３はボロンのドープによりｐ型
として形成した。また、このショットキーダイオード２
２と比較する供試材として、同様な構造で多結晶シリコ
ン薄膜をレイヤバイレイヤ法により（１１０）配向とし
て形成したショットキーダイオード（図示せず）も製作
した。

【００２８】これらのショットキーダイオード２２のダ
イオード因子ｎを電流−電圧特性から求めたところ、多
結晶シリコン薄膜３が（１１１）配向のものはｎ＝1.2
で、多結晶シリコン薄膜が（１１０）配向のものはｎ＝
1.6であった。ダイオード因子が“１”に近いほど結晶
性は良好と考えられるので、多結晶シリコン薄膜３は
（１１１）配向であるほうが（１１０）配向より結晶欠
陥が少ないことになる。

【００２９】なお、本発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、各種の変形を許容する。例えば、上述した多
結晶シリコン薄膜積層体１では、基板２の材料としてパ
イレックスを例示したが、例えば、これはソーダライム
ガラスまたはポリイミド等の耐熱性プラスチックでも良
く、ガラス、セラミック、プラスチック、金属、等も利
用可能である。

【００３０】また、上述した多結晶シリコン薄膜積層体
１の製造方法では、基板２の表面にシード層５を直接に
形成することを例示したが、この中間に熱バッファ層を
形成して多結晶シリコン薄膜３の結晶性を向上させるこ
とも可能である。適正な熱バッファ層を介してシード層
５を形成すると、その結晶粒径は膜厚より遥かに大きく
なるので、結晶粒径が大きい多結晶シリコン薄膜３を容
易に得ることができる。

【００３１】このような熱バッファ層は、薄すぎると効
果がないが厚すぎても効果は上がらないので、膜厚0.2
(μm)以上、好ましくは 0.3〜3.0(μm)に成膜すること
が好ましい。その材料としては、熱拡散率（＝熱伝導率
／密度×比熱）が小さいものが好ましく、例えば、Ｚr
Ｏ₂、ＴiＯ₂、ＳiＯ₂、等が適正である。このような熱
バッファ層は、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティン
グ法、プラズマＣＶＤ法、ＭＯ(Metal Organic)ＣＶＤ
法、ゾルゲル法、湿式コーティング法、等により容易に
成膜することができる。

【００３２】また、上述した製造方法では、シード層５
の表面に電子ビーム蒸着法により成長層６を堆積させる
ことを例示したが、例えば、これをイオンプレーティン
グ法、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等とするこ
とも可能である。これらの場合、第二の真空チャンバ１
３の内部の雰囲気を各々に対応した状態とすることにな
り、例えば、イオンプレーティング法やスパッタリング
法では、１×10~²〜10(Pa)のＡｒ、Ｈｅ、Ｎ₂ 、Ｈ₂ 、
または、これらの混合ガスとし、プラズマＣＶＤ法で
は、１×10~²〜100(Pa）のＳiＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳiＦ₄、
ＳiＨ₂Ｃl₂、または、これらとＨ₂ との混合ガスとす
る。電子ビーム蒸着法の場合に、雰囲気を１×10~³(Pa)
以下のＨ₂ とすることも可能である。

【００３３】また、スパッタリング法では、シリコン源
１８に換えてシリコンのターゲットが利用され、プラズ
マＣＶＤ法では、シリコン源１８に換えてカソード電極
が利用される。ビーム発生装置１７が出射するエネルギ
ビームも電子ビームに限定されず、イオンビーム、レー
ザビーム、Ｘ線、等が利用できる。ただし、電子ビーム
は、荷電粒子の質量が小さいので薄膜層に与えるダメー
ジが小さく、成長層６を少ない欠陥で堆積させることが
でき、偏向も容易なので簡単な制御で大面積の成長層６
を均一に堆積させることができる。なお、成膜中のチャ
ンバ内圧が高い場合には、電子銃の内部を差動排気して
動作を安定させることが好ましい。

【００３４】また、上述した製造システム１１では、二
個の真空チャンバ１２，１３の内部でシード層５と成長
層６とを個々に形成することを例示したが、これらの層
５，６を一個の真空チャンバの内部で形成することも可
能である。

【００３５】つぎに、本発明の実施の第二の形態を図４
に基づいて以下に説明する。まず、本実施の形態のシリ
コン太陽電池３１は、その一部として前述した多結晶シ
リコン薄膜積層体１と同様な構造を有しており、この部
分は基板２の表面に熱バッファ層３２を介して（１１
１）配向のシード層５と成長層６とからなる多結晶シリ
コン薄膜３が積層されている。

【００３６】ただし、シード層５は、ボロンが高濃度に
ドープされてｐ＋型に形成され、シリコン太陽電池３１
の下部電極として作用し、成長層６はボロンがドープさ
れてｐ型に形成され、シリコン太陽電池３１の光キャリ
ア発生層として作用する。この多結晶シリコン薄膜３の
表面にはｎ型のシリコン薄膜３３が積層されており、こ
の表面には透明な導電性薄膜３４が積層されている。

【００３７】つぎに、上述のような構造のシリコン太陽
電池３１の製造方法の第一例を以下に説明する。まず、
パイレックス製の基板２の表面に熱バッファ層３２をＺ
rＯ₂でスパッタリング法等により膜厚1.0(μm)に成膜
し、この熱バッファ層３２を成膜した基板２を製造シス
テム１１の第二の真空チャンバ１３の内部に配置してか
ら 300(℃)に加熱する。つぎに、真空チャンバ１３の内
部気圧を5.0×10~⁵(Pa）とし、電子ビーム加熱によりシ
リコン源１８からシリコン蒸気を発生させるとともに蒸
発源１９からボロン蒸気を発生させ、熱バッファ層３２
の表面にｐ型の非晶質のシリコン薄膜４を膜厚80(nm)に
成膜する。

【００３８】つぎに、第一の真空チャンバ１２の内部を
真空としてからゲートバルブ１４を開口させ、基板２を
第二の真空チャンバ１３から第一の真空チャンバ１２に
移送してからゲートバルブ１４を閉止する。この基板２
を 400(℃)に加熱した状態で、その表面にレーザビーム
を350(mJ／cm²)のエネルギ密度で 100ショットまで照射
し、シリコン薄膜４を多結晶化させて（１１１）配向の
多結晶シリコンのシード層５を形成する。

【００３９】つぎに、この基板２を第一の真空チャンバ
１２から第二の真空チャンバ１３に移送し、 400(℃)に
加熱した状態で電子ビームを 10(kＶ)の加速電圧で200
(μＡ／cm²)の電流密度に照射する。このとき、電子ビ
ーム加熱によりシリコン源１８からシリコン蒸気を発生
させるとともに蒸発源１９からボロン蒸気を発生させ、
シード層５の表面に成長層６を膜厚5.0(μm)まで成膜す
る。これで（１１１）配向のｐ型の多結晶シリコン薄膜
３が基板２の表面に形成されるので、多結晶シリコン薄
膜積層体１が製造されたことになる。なお、上述のよう
に成長層６を堆積させる場合、そのボロン蒸気の発生量
はシリコン薄膜４を成膜する場合より少なくする。

【００４０】つぎに、上述のように形成された多結晶シ
リコン薄膜積層体１を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置
（図示せず）の真空チャンバの内部に設置して 300(℃)
に加熱し、真空チャンバの内部を真空としてからＰＨ₃
／ＳiＨ₄＝0.5(％）の原料ガスを総流量50(sccm)で導入
する。この原料ガスの圧力を30(Pa)としてからプラズマ
ＣＶＤ装置のカソードにＲＦ(Radio-Frequency）電力を
供給し、多結晶シリコン薄膜３の表面にｎ型のシリコン
薄膜３３を膜厚20(nm)に成膜する。

【００４１】つぎに、このシリコン薄膜３３の表面に透
明な導電性薄膜３４をスパッタリング法によりＩＴＯ(I
ndium-Tin Oxide)で膜厚100(nm)に成膜することによ
り、シリコン太陽電池３１が完成する。実際に上述のよ
うにシリコン太陽電池３１を製造して変換効率を測定し
たところ、10.2(％)[ＡＭ1.5、100(mＷ／cm²)]と高効率
であることが確認できた。

【００４２】つまり、本実施の形態のシリコン太陽電池
３１の製造方法では、前述した多結晶シリコン薄膜積層
体１と同様に結晶粒径が大きい（１１１）配向の多結晶
シリコン薄膜３を容易に形成し、これを光キャリア発生
層として利用するので、変換効率が良好なシリコン太陽
電池３１を製造することができる。なお、上述のように
製造した多結晶シリコン薄膜３の結晶粒径を測定したと
ころ、約3.0(μm)と大径であることが確認できた。

【００４３】なお、本発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、各種の変形を許容する。例えば、上記形態の
シリコン太陽電池３１では、ｐ型の多結晶シリコン薄膜
３にｎ型のシリコン薄膜３３を積層することを例示した
が、このｐ型とｎ型とを反対とすることも可能である。

【００４４】また、シリコン薄膜３３に換えてＰｔやＡ
ｕ等の仕事関数の大きい金属薄膜によりショットキー障
壁を形成することも可能であり、この場合は導電性薄膜
３４を省略することができる。さらに、熱バッファ層３
２の表面にＡｇやＣｕやＭｏ等の金属薄膜を膜厚 30〜1
00(nm)に成膜し、多結晶シリコン薄膜３の下層として裏
面反射層を形成することも可能である。

【００４５】また、上記したシリコン太陽電池３１の製
造方法では、成長層６をｐ型として形成するため、その
成膜時にボロン蒸気を蒸発源１９から発生させることを
例示した。しかし、このようなボロンやアルミを固体ソ
ースやガスソースを利用した蒸発源から供給することも
可能であり、クヌーセンセルやイオン銃により供給する
ことも可能である。この場合、ガスソースとしては、Ｂ
₂Ｈ₆、Ｂ（Ｃ₂Ｈ₅Ｏ)₃、Ａl（Ｃ₅Ｈ₇Ｏ₂)₃、Ａl(Ｃ₃Ｈ₇
Ｏ)₃、等が利用できる。

【００４６】また、ｎ型のシリコン薄膜３３は、多結晶
でも非晶質でも微結晶質でも良く、その成膜方法も一般
的な各種の薄膜技術を利用でき、その膜厚も 10〜100(n
m)程度に形成することができる。このようなシリコン薄
膜３３をｎ型として形成する場合、成膜位置にＰ、Ａｓ
等を上記の方法により供給するか、ＰＨ₃、Ｐ(Ｃ
₂Ｈ₅)₃、ＡsＨ₃をＣＶＤガスソースとして供給すれば良
い。

【００４７】また、導電性薄膜３４も、スパッタリング
法、電子ビーム蒸着法、イオンプレーティング法、ＭＯ
ＣＶＤ法、等の各種の薄膜技術を利用でき、その膜厚も
10(nm)〜1.0(μm)程度に形成することが可能である。

【００４８】さらに、シリコン太陽電池３１の製造方法
の第二例を以下に説明する。なお、上述した製造方法の
第一例と同一の部分は説明を省略する。まず、パイレッ
クス製の基板２の表面に熱バッファ層３２をＥＣＲ(Ele
ctronic Cyclotron Resonanse)プラズマＣＶＤ法により
ＳiＯxで膜厚2.0(μm)に成膜し、この熱バッファ層３２
が成膜された基板２を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置
（図示せず）の内部に設置して 300(℃)に加熱する。そ
の真空チャンバの内部を真空としてからＰＨ₃／ＳiＨ₄
＝2.0(％）の原料ガスを総流量50(sccm)で導入し、この
原料ガスの圧力を30(Pa)としてからカソードにＲＦ電力
を供給し、ｎ＋型のシリコン薄膜４を膜厚 100(nm)に成
膜する。

【００４９】このシリコン薄膜４を成膜した基板２を製
造システム１１の第一の真空チャンバ１２の内部に配置
し、全体を 400(℃)に加熱した状態で表面にレーザビー
ムを照射して（１１１）配向のｎ＋型の多結晶シリコン
のシード層５を形成する。つぎに、この基板２を第一の
真空チャンバ１２から第二の真空チャンバ１３に移送
し、 400(℃)に加熱した状態で電子ビームを 10(kＶ)の
加速電圧で200(μＡ／cm²)の電流密度に照射する。この
とき、電子ビーム加熱によりシリコン源１８からシリコ
ン蒸気を発生させるとともに蒸発源１９から燐蒸気を発
生させ、シード層５の表面にｎ型の成長層６を膜厚4.0
(μm)まで堆積させる。これで（１１１）配向のｎ型の
多結晶シリコン薄膜３が基板２の表面に形成されるの
で、多結晶シリコン薄膜積層体１が製造されたことにな
る。

【００５０】つぎに、上述のように形成された多結晶シ
リコン薄膜積層体１を平行平板型のプラズマＣＶＤ装置
の内部に設置して 300(℃)に加熱し、その真空チャンバ
の内部を真空としてからＢ₂Ｈ₆／ＳiＨ₄＝0.1(％）の原
料ガスを総流量50(sccm)で導入する。この原料ガスの圧
力を30(Pa)としてからプラズマＣＶＤ装置のカソードに
ＲＦ電力を供給し、ｎ型の多結晶シリコン薄膜３の表面
にｐ型のシリコン薄膜３３を膜厚20(nm)に成膜する。

【００５１】つぎに、このシリコン薄膜３３の表面に透
明な導電性薄膜３４をスパッタリング法によりＩＴＯで
膜厚100(nm)に成膜することにより、シリコン太陽電池
３１が完成する。実際に上述のようにシリコン太陽電池
３１を製造して変換効率を測定したところ、 9.5(％)と
高効率であることが確認できた。

【００５２】つまり、本実施の形態のシリコン太陽電池
３１の製造方法では、前述した多結晶シリコン薄膜積層
体１と同様に結晶粒径が大きい（１１１）配向の多結晶
シリコン薄膜３を容易に形成し、これを光キャリア発生
層として利用するので、変換効率が良好なシリコン太陽
電池３１を製造することができる。なお、上述のように
製造した多結晶シリコン薄膜３の結晶粒径を測定したと
ころ、約2.0(μm)と大径であることが確認できた。

【００５３】さらに、上述のようなシリコン太陽電池３
１の第一・第二の製造方法の効果を検証するため、従来
の方法でもシリコン太陽電池を製造して変換効率を測定
した。その場合、基板２の表面に熱バッファ層３２とｎ
型のシード層５とを形成し、これを外気に暴露させてか
ら、マイクロ波プラズマを利用したレイヤバイレイヤ法
によりｎ型の多結晶シリコンの成長層６を膜厚4.0(μm)
に成膜した。このとき、基板２は 400(℃)に加熱し、Ｐ
Ｈ₃ ／ＳiＦ₄＝0.5(％）の原料ガスを総流量60(sccm)で
導入した。この原料ガスによる 10(sec)の成膜とＨ₂ ガ
スによる 30(sec)の処理とを１サイクルとし、これを 4
00サイクルまで繰り返した。

【００５４】これで（１１０）配向のｎ型の多結晶シリ
コン薄膜３が基板２の表面に形成されたので、この上に
ｐ型のシリコン薄膜３３と導電性薄膜３４とを成膜して
シリコン太陽電池を形成した。このように製造したシリ
コン太陽電池の変換効率を測定したところ、6.5(％)[Ａ
Ｍ1.5、100(mＷ／cm²)］と低効率であることが確認でき
た。さらに、多結晶シリコン薄膜３の結晶粒径を測定し
たところ、約1.0(μm)と小径であることが確認できた。

【００５５】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、基板の表面に非
晶質または微結晶質のシリコン薄膜を成膜し、このシリ
コン薄膜にレーザビームを照射して（１１１）配向の多
結晶シリコンの結晶粒からなるシード層を形成し、この
シード層の表面にエネルギビームを照射しながらシリコ
ン原子またはシリコン化合物分子を堆積させて（１１
１）配向の多結晶シリコンの成長層を形成するようにし
た。従って、（１１１）配向の多結晶シリコンからなる
シード層の表面に（１１１）配向の多結晶シリコンから
なる成長層が堆積するので、（１１１）配向の多結晶シ
リコン薄膜が所望の膜厚に形成され、結晶欠陥が少ない
多結晶シリコン薄膜積層体を製造することができる。ま
た、シード層や成長層が製造過程で酸化性の雰囲気に暴
されないので、多結晶シリコン薄膜が（１１１）配向の
まま成長し、（１１１）配向の多結晶シリコンからなる
シード層の表面に、（１１１）配向の多結晶シリコンが
大きな粒径で成長させることができる。

【００５６】請求項２記載の発明のシリコン薄膜太陽電
池は、請求項１記載の多結晶シリコン薄膜積層体の製造
方法により製造された多結晶シリコン薄膜積層体は欠陥
が少なく粒径が大きいので、変換効率が高いシリコン薄
膜太陽電池を得ることができる。

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【００６０】

【００６１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第一の形態の多結晶シリコン薄
膜積層体の製造方法を示す工程図である。

【図２】多結晶シリコン薄膜積層体の製造システムを示
す模式図である。

【図３】多結晶シリコン薄膜積層体を一部とするショッ
トキーダイオードを示す断面図である。

【図４】シリコン太陽電池を示す断面図である。

【符号の説明】

１多結晶シリコン薄膜積層体２基板３多結晶シリコン薄膜４シリコン薄膜５シード層６成長層３１シリコン太陽電池

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に非晶質または微結晶質のシ
リコン薄膜を成膜し、このシリコン薄膜にレーザビーム
を照射して（１１１）配向の多結晶シリコンの結晶粒か
らなるシード層を形成し、このシード層の表面にエネル
ギビームを照射しながらシリコン原子またはシリコン化
合物分子を堆積させて（１１１）配向の多結晶シリコン
の成長層を形成するようにしたことを特徴とする多結晶
シリコン薄膜積層体の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の多結晶シリコン薄膜積層
体の製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜積層
体を光キャリア発生層として有することを特徴とするシ
リコン薄膜太陽電池。