(57)【要約】【課題】アルミニウムとシリコンの接合状態がばらついたり、ステンレス基板上に錫層を溶融して粒状結晶半導体と接合させるのは、低融点すぎて信頼性に欠けたり、加熱接合時にアルミニウムがｎ形表皮部に拡散しｎ形が破壊されたりするという問題あった。【解決手段】少なくとも表面にアルミニウム層２を有する基板１上にｐ形粒状結晶質シリコン半導体５を接合する際に、上記基板１と上記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体５を５７７度以上６６０度以下の温度で加熱処理した後、４００度以上６００度未満の温度で再加熱処理することによって、上記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体５の底部に形成されるアルミニウム・シリコン合金部２の周辺にｐ＋領域８を形成すると同時に、オーミック接合を形成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面にアルミニウム層を有する基板上にｐ形粒状結晶質シリコン半導体を接合する光電変換装置の製造方法において、前記基板と前記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体を５７７度以上６６０度以下の温度で加熱処理した後、４００度以上６００度未満の温度で再加熱処理することによって、前記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体の底部に形成されるアルミニウム・シリコン合金部の周辺にｐ＋領域を形成すると同時に、オーミック接合を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記再加熱処理を３分以上行うことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記アルミニウム・シリコン合金部の垂直最大断面積が前記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体の平均垂直最大断面積の５０％未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体上にｎ形半導体部を形成してｐｎ接合を形成する工程を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は粒状結晶半導体を用いた光電変換装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から提案されている粒状結晶半導体を用いた光電変換装置を図２、図３、図４に示す。
【０００３】
図２に示すように、米国特許４５１４５８０号公報によれば、鋼基板８の周囲にアルミニウム膜９を形成し、粉砕シリコン粒子１０をアルミニウム膜９に接合し、絶縁物質層４、ｎ形シリコン部１１、透明導電層１２を順次形成した光電変換装置が開示されている。
【０００４】
また、特許２６４１８００号公報には、図３に示すように、ステンレス基板１３上に低融点の錫層１４を形成し、この錫層１４上に第１導電形の粒状結晶半導体５を配設し、この粒状結晶半導体５上に第２導電形の非晶質半導体層１５を上記錫層１４との間に絶縁層４を介して形成する光電変換装置が開示されている。
【０００５】
さらに、特開昭６１−１２４１７９号公報によれば、図４に示すように、第１のアルミニウム箔２１に開口を形成し、その開口にｐ形シリコン部２２の上にｎ形シリコン表皮部２３を持つシリコン球を挿入し、球２２の裏側のｎ形表皮部２３を除去し、アルミニウム２５上に酸化物コーティング２４を形成し、ｐ形シリコン部２２の裏面側の酸化物２４を除去し、第２のアルミニウム箔２５と接合する光電変換装置が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２に示す米国特許４５１４５８０号公報の光電変換装置では、アルミニウムの融点である６６０℃に加熱したアルミニウム融液上に粉砕シリコン粒子１０を配置して接合させるために、アルミニウム９とシリコン１０との接合状態がばらつき、接合特性の制御が困難であるという問題があった。接合特性の制御が困難であるのは、アルミニウム９の融液上に粉砕シリコン粒子１０を配置する場合、融液が流れてしまうために、粒子１０のごく一部しか接合できない融液がシリコン粒子１０の表面をはい上がり、融液が飛散してショートの原因になるためである。
【０００７】
また、図３に示す特許２６４１８００号公報の光電変換装置では、ステンレス基板１３上の錫層１４を溶融して第１導電形の粒状結晶半導体４と接合させるが、錫は極めて低融点であり信頼性に欠けるという問題があった。
【０００８】
さらに、図４に示す特開昭６１−１２４１７９号公報の光電変換装置では、ｐ形中心核２２の上にｎ形表皮部２３をもつシリコン球を第２のアルミニウム箔２５と接合する際に、シリコン２２とアルミニウム２５の接合部にアルミニウム・シリコン合金層を形成しようとすると、アルミニウム２５がｎ形表皮部２３へ拡散してｎ形が破壊されてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明の製造方法は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウムとシリコンの接合状態がばらついたり、ステンレス基板上に錫層を溶融して粒状結晶半導体と接合させる場合は、低融点すぎて信頼性に欠けたり、加熱接合時にアルミニウムがｎ形表皮部に拡散してｎ形が破壊されたりするという従来の問題点を解消した光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光電変換装置の製造方法によれば、少なくとも表面にアルミニウム層を有する基板上にｐ形粒状結晶質シリコン半導体を接合する光電変換装置の製造方法において、前記基板と前記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体を５７７度以上６６０度以下の温度で加熱処理した後、４００度以上６００度未満の温度で再加熱処理することによって、前記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体の底部に形成されるアルミニウム・シリコン合金部の周辺にｐ＋領域を形成すると同時に、オーミック接合を形成する。
【００１１】
上記光電変換装置の製造方法によれば、前記再加熱処理を３分以上行うことが望ましい。
【００１２】
また、上記光電変換装置の製造方法によれば、前記アルミニウム・シリコン合金部の垂直最大断面積が前記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体の平均垂直最大断面積の５０％未満であることが望ましい。
【００１３】
また、上記光電変換装置の製造方法によれば、前記ｐ形粒状結晶質シリコン半導体上にｎ形半導体部を形成してｐｎ接合を形成する工程を有することが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、基板１は、金属、セラミック、樹脂等からなる。基板１は導電性をもつものがよく、セラミックや樹脂等の絶縁物質を基板１として用いる場合はその表面に導電層を形成する必要がある。
【００１５】
アルミニウム層２は、主としてアルミニウムからなるが、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ等を３０％程度添加した場合であっても同様の効果がある。アルミニウム層２は固体状態の金属アルミニウムに限らず、アルミニウムペーストを用いてもよい。
【００１６】
アルミニウム・シリコン合金部３はアルミニウム層２にｐ形粒状結晶質シリコン半導体５を加圧してアルミニウム層２をｐ形粒状結晶質シリコン半導体５の形状に変形させて加熱することにより形成する。加熱温度は５７７度以上６６０度以下、加熱時間は１分以上３０分未満が好適である。
【００１７】
また、５７７度以上６６０度以下の温度で加熱処理することによってアルミニウム・シリコン合金部３を形成した後、４００度以上６００度未満の温度で再加熱処理することによって、ｐ形粒状結晶質シリコン半導体５の底部に形成されるアルミニウム・シリコン合金部の周辺にｐ＋領域８を形成すると同時に、オーミック接合を形成する。再加熱時間は３分以上が好適である。
【００１８】
アルミニウム・シリコン合金部３における、シリコンのアルミニウムに対する組成比が１．５％以上２０％以下であることが好適である。シリコンのアルミニウムに対する組成比が１．５％以下であるときはアルミニウムを含むｐ＋領域８が十分形成されずに変換効率が低下し、２０％以上であるときは電気抵抗が大きくなって変換効率が低下するために適当ではない。
【００１９】
アルミニウムを含むｐ＋領域８は、アルミニウム層２とｐ形粒状結晶質シリコン半導体５が接触した状態で加熱することにより形成する。
【００２０】
基板１を平面視したときのアルミニウム・シリコン合金部３の形状は、例えば円形状、多角形状、線状、あるいは点状などになる。
【００２１】
アルミニウム・シリコン合金部３の垂直最大断面積は粒状結晶質シリコン半導体５の平均垂直最大断面積の５０％未満が好適である。５０％以上であるときアルミニウムを含むｐ＋領域８が形成され過ぎ、ｎ形半導体部６に接してショートの原因となり、またｐ形粒状結晶質シリコン半導体５の発電に寄与する実効面積が小さくなって変換効率が低下するために適当ではない。
【００２２】
絶縁物質層４は、正極負極の分離を行うための絶縁材料からなる。例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ等を任意な成分とするガラススラリーを用いた絶縁物質等がある。
【００２３】
ｐ形粒状結晶質シリコン半導体５は、Ｓｉにｐ形を呈するＢ、Ａｌ、Ｇａ等が微量元素含まれているものである。ｐ形粒状結晶質シリコン半導体５の形状としては多角形を持つもの、曲面を持つもの等があるが、例えば後述のｐ形粒状結晶質シリコン半導体５を押し込んでアルミニウム層２に接触させる際に、絶縁物質層４を効率よく押しのけるためには曲面を持つもの特に球状であるものがよい。
【００２４】
ｎ形半導体部６は、拡散、イオン注入、気相成長法等により形成される。例えば気相成長法を用いる場合、シラン化合物の気相にｎ形を呈するリン系化合物の気相を微量導入して形成する。なお、ｎ形半導体部６は、単結晶質、多結晶質、微結晶質又は非晶質であればよい。
【００２５】
保護膜７は透明誘電体の特性を持つものがよく、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等により例えば酸化珪素、酸化セシウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、酸化チタン、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２、酸化タンタル、酸化イットリウム等を単一組成又は複数組成で単層又は組み合わせてｎ形半導体部６上に形成する。光の入射面に接しているために保護層７は透明性が必要である。
【００２６】
なお、直列抵抗値を低くするためにｎ形半導体部６又は保護層７の上に一定間隔のフィンガーやバスバーといったパターン電極を設け、変換効率を向上させることも可能である。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明の光電変換装置の実施例を説明する。
まず、アルミニウム基板上に平均直径０．３ｍｍのｐ形粒状結晶質シリコン半導体を配設した。次にｐ形粒状結晶質シリコン半導体に圧力をかけて６２５度で５分加熱し、アルミニウム・シリコン合金部を形成した。次に５７０度で３０分の再加熱処理をすることによってアルミニウムを含むＰ＋領域を形成し、かつ同時にオーミック接合を形成した。再加熱処理は窒素水素混合ガス雰囲気中でも可能であるが、本実験は大気中で再加熱処理を行った。
【００２８】
再加熱処理を行ったサンプルと行わなかったサンプルの変換効率を評価した結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１からわかるように、再加熱処理を施すことによって開放電圧とＦＦ値が向上し、その結果、良好な変換効率を得ることができる。つまり、再加熱処理を行わない従来の太陽電池では開放電圧が５００ｍＶでＦＦ値が０．６８〜０．７１であるのに対し、再加熱処理を行ったものでは開放電圧が５３０〜５４０ｍＶでＦＦ値が０．７２〜０．７３となった。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る光電変換装置の製造方法によれば、アルミニウム層を有する基板上にｐ形粒状結晶質シリコン半導体を５７７度以上６６０度以下の温度で加熱処理した後、４００度以上６００度未満の温度で再加熱処理することによって、ｐ形粒状結晶質シリコン半導体の底部に形成されているアルミニウム・シリコン合金部の周辺にｐ＋領域を形成すると同時に、オーミック接合を形成することによって、より高い変換効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法によって製造される光電変換装置の一例を示す断面図である。
【図２】従来例１の光電変換装置の例を示す断面図である。
【図３】従来例２の光電変換装置の例を示す断面図である。
【図４】従来例３の光電変換装置の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１　・・・基板
２　・・・アルミニウム層
３　・・・アルミニウム・シリコン合金部
４　・・・絶縁物質層
５　・・・ｐ形粒状結晶質シリコン半導体
６　・・・ｎ形半導体部
７　・・・保護層
８　・・・ｐ＋領域
【図１】
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【図２】
2004063534.tif 000005
【図３】
2004063534.tif 000006
【図４】
2004063534.tif 000007