(57)【要約】【課題】単結晶を基板とする太陽電池素子において、変換効率をより高くすることのできる太陽電池用シリコン単結晶基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】（１）ゲルマニウムの含有量が０．１モル％以上、１．０モル％未満とし、望ましくはゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、０．６モル％以下する太陽電池用シリコン単結晶基板である。さらに、抵抗率が１．４〜１．９Ωｃｍである場合には、ゲルマニウムの含有量が０．０３モル％以上、１．０モル％未満とする。この基板は、ＣＺ法で引き上げられたシリコン単結晶から切り出して作製することがでる。（２）ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成するに際し、ルツボ内でゲルマニウムを添加させたシリコン融液の表面に種結晶を接触させて馴染ませた後、回転させながら引き上がられてゲルマニウムを含有した単結晶から切り出す太陽電池用シリコン単結晶基板の製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲルマニウムの含有量が０．１モル％以上、１．０モル％未満であることを特徴とする太陽電池用シリコン単結晶基板。
【請求項２】
ゲルマニウムの含有量が０．１モル％以上、０．６モル％以下であることを特徴とする太陽電池用シリコン単結晶基板。
【請求項３】
抵抗率が１．４〜１．９Ωｃｍであり、ゲルマニウムの含有量が０．０３モル％以上、１．０モル％未満であることを特徴とする太陽電池用シリコン単結晶基板。
【請求項４】
チョクラルスキー法で引き上げられたシリコン単結晶から切り出されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池用シリコン単結晶基板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のシリコン単結晶基板を用いたことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項６】
チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を育成するに際し、ルツボ内でゲルマニウムを添加させたシリコン融液の表面に種結晶を接触させて馴染ませた後、回転させながら引き上げられてゲルマニウムを含有した単結晶から切り出すことを特徴とする太陽電池用シリコン単結晶基板の製造方法。
【請求項７】
前記単結晶の育成長さに応じて、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、１．０モル％未満の範囲で調整することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池用シリコン単結晶基板の製造方法。
【請求項８】
前記単結晶の育成長さに応じて、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、０．６モル％以下の範囲で調整することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池用シリコン単結晶基板の製造方法。
【請求項９】
育成された前記シリコン単結晶の抵抗率が１．４〜１．９Ωｃｍである場合に、前記単結晶の育成長さに応じて、ゲルマニウムの含有量を０．０３モル％以上、１．０モル％未満の範囲で調整することを特徴とする請求項６に記載の太陽電池用シリコン単結晶基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲルマニウムを含有する太陽電池用シリコン単結晶基板および太陽電池素子に関し、さらに詳しくは、チョクラルスキー法（以下、「ＣＺ法」という）により製造されたシリコン単結晶から得られた太陽電池用シリコン単結晶基板、およびそれを用いた太陽電池素子、並びにこれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子の基板材料として、大きく分けてアモルファスシリコン系、シリコン結晶系、化合物半導体系、および有機物系などがある。太陽電池の最も重要な特性である変換効率は、太陽電池に当たった光エネルギーのうち、電気エネルギーに変換されて取り出すことができたエネルギーの比率として示されるが、現状では、この変換効率が最大のものは化合物半導体系にて得られる。
【０００３】
ところが、高効率の化合物半導体系太陽電池を製造する場合には、その材料となる化合物半導体を安定して製造することが困難であり、太陽電池用基板の製造コストが高くなることから、化合物半導体系は限られた用途にしか適用されていない。
【０００４】
現状において、化合物半導体系には及ばないが安定して高い変換効率が得られる太陽電池用の基板材料として、シリコン結晶系が広く適用されており、年間出荷量の８５％以上を占めている。この基板用のシリコン結晶には単結晶と多結晶とがあり、一般に単結晶を基板に用いた方が高い変換効率の太陽電池素子が得られる。
【０００５】
これらシリコン結晶系ではより高い変換効率を得るため、いずれも不純物の極めて少ない高純度のシリコンが用いられ、単結晶を適用する場合には、半導体集積回路の基板材料として利用されている、溶融シリコンから直接引き上げ育成するＣＺ法にて製造された単結晶が用いられる。一方、ＣＺ法による単結晶の育成では製造コストが嵩むことから、より低コストで得られる鋳造法による多結晶も、変換効率はやや劣るが多く利用されている。
【０００６】
ＣＺ法または鋳造法により得られたシリコン結晶は、３００〜４００μｍ程度の薄片（ウェーハ）に切断され、これを基板として、表面を鏡面研磨後、ドープ剤の拡散処理を施してｐｎ接合面を形成させ、表裏面に電極を取り付け、さらに太陽光入射面に反射防止膜を施工して電池素子とされる。
【０００７】
半導体集積回路のシリコン結晶基板には、ｐ型とｎ型とがありいずれも用いられるが、太陽電池素子の基板では、大量生産に容易であるため、導伝型としてライフタイムの長いｐ型が用いられるのが一般である。
【０００８】
太陽電池素子はその変換効率向上のため、構造や形態などに様々な技術開発がなされてきたが、シリコン結晶系の基板材料に関連した従来技術として、基板のドープ剤にガリウム（Ｇａ）を用いた技術が提案されている。例えば、特許文献１ではＧａ添加シリコン単結晶の製造方法を開示しており、ＣＺ法にて基板用のシリコン単結晶を育成する際に、ドープ剤としてＧａを添加し、抵抗率を０．１〜５Ωｃｍとしている。
【０００９】
通常、太陽電池用のシリコン結晶基板では、導電性を持たせるためのドープ剤としてボロン（Ｂ）が用いられるが、基板の抵抗率が高い場合に、キャリアのライフタイムが低下することがある。特許文献１のシリコン単結晶では、ドープ剤としてボロンに替えてガリウムを用いることにより、酸素が存在していても、キャリアのライフタイムが短くなることがなく抵抗率を下げることができ、高変換効率が得られるとしている。
【００１０】
また、多結晶を基板に用いる場合、低コストであることに着目して、特にその変換効率を高める改良が数多くなされている。それらの中で、特許文献２では、同じＩＶ族のゲルマニウムを５０モル％添加し、溶融した融液を特定速度で冷却して、全体のマクロ的な組成は均一であるが、結晶内のミクロ的な部分のシリコンの濃度分布が５〜８０モル％に分散した多結晶とすることにより、この基板を用いた太陽電池の変換効率を、シリコンのみの多結晶基板より大きく向上させることができるとしている。
【００１１】
さらに、非特許文献１では、多結晶のシリコンにゲルマニウムを少量添加した基板を用いて太陽電池を試作し調査した結果、変換効率の向上が見出され、約３モル％で最大に達することが報告されている。このような多結晶基板へのゲルマニウム添加による変換効率の向上の理由は必ずしもあきらかではないが、素子の太陽光の吸収係数を向上させることが推測される。
【００１２】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０００／０７３５４２号パンフレット
【特許文献２】特開２００２−２８９８８７号公報
【非特許文献１】ウーゲン・パン（Wugen Pan）、外５名、「ミクロ的組成分布を持ったＳｉＧｅ多結晶による太陽電池の性質のＧｅ成分依存性（Ge composition dependence of properties of solar cells based on multicrystalline SiGe with microscopic compositional distribution）」ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Journal of Applied Physics）、米国、アメリカ物理学会、２００４年７月１５日、第９６巻、第２号、ｐ．１２３８−１２４１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述の通り、実用性に優れ高い変換効率を得ている太陽電池素子として、シリコン単結晶の基板が用いられている。しかし、従来技術では、太陽電池用として基板材料の性能を向上させるために、ドープ剤にガリウムを用いた単結晶の提案が僅かにあるが（例えば、特許文献１）、太陽電池用に採用される単結晶基板は、半導体集積回路用として製造されているシリコン単結晶をそのまま利用する場合が多い。
【００１４】
本発明は、単結晶を基板とする太陽電池素子において、特に太陽電池用として基板材料そのものの性能を向上させることにより、変換効率をより高くすることのできるシリコン単結晶基板、およびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
太陽電池素子に用いられるシリコン結晶の基板は単結晶と多結晶とが用いられ、一般に、単結晶を基板に用いる場合には変換効率は高くなり、多結晶を基板に用いる場合には変換効率は劣るが低コストになる。しかしながら、単結晶を基板に用いることにより、相対的に太陽電池素子のコストは高くなっても、より高い変換効率が得られれば、発電コストは低減されることになる。このような視点から、シリコン単結晶基板に用いた太陽電池素子の変換効率向上を目的とし、単結晶基板材料の検討をおこなった。
本発明者らは、シリコン多結晶を基板に用いた太陽電池素子において、ゲルマニウムを含有させた基板を用いると素子の変換効率が向上することを見出した（前記特許文献２および非特許文献１）。この場合に、ゲルマニウムはシリコン中に全率固溶するが、シリコン結晶内でミクロ的には不均一に分布しており、これが太陽光の吸収係数を増大させていると考えられた。
【００１６】
シリコン単結晶では、このようなミクロ的な不均一分布は生じないと予想されるので、ゲルマニウムの添加は効果がないと思われた。ところが、ゲルマニウムを添加したシリコン単結晶をＣＺ法にて育成し、基板として太陽電池素子に用いてみると、従来の単結晶基板に比して変換効率が大幅に向上することが見出されたのである。
【００１７】
さらに、この変換効率の向上は、ゲルマニウムの添加にあわせ、シリコン結晶に導電性を持たせるために添加するドープ剤との相互作用にも起因することが明らかになる。
【００１８】
そこで、ゲルマニウムの添加量やＣＺ法による単結晶の育成条件等をさらに検討し、その効果の限界を明かにして本発明を完成させた。したがって、本発明は、下記（１）、（２）の太陽電池用シリコン単結晶基板、および（３）の製造方法を要旨としている。
（１）ゲルマニウムの含有量が０．１モル％以上、１．０モル％未満であることを特徴とする太陽電池用シリコン単結晶基板である。さらに望ましくは、ゲルマニウムの含有量が０．１モル％以上、０．６モル％以下であることを特徴とする太陽電池用シリコン単結晶基板である。
（２）抵抗率が１．４〜１．９Ωｃｍであり、ゲルマニウムの含有量が０．０３モル％以上、１．０モル％未満であることを特徴とする太陽電池用シリコン単結晶基板である。
【００１９】
本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板は、ＣＺ法で引き上げられたシリコン単結晶から切り出して作製することができる。
【００２０】
さらに、本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板は、表面を研磨後、ｐｎ接合面を形成させ表裏面に電極を取り付け、さらに太陽光入射面に反射防止膜を施工して電池素子を構成することができる。
（３）ＣＺ法によりシリコン単結晶を育成するに際し、ルツボ内でゲルマニウムを添加させたシリコン融液の表面に種結晶を接触させて馴染ませた後、回転させながら引き上げられてゲルマニウムを含有した単結晶から切り出すことを特徴とする太陽電池用シリコン単結晶基板の製造方法である。
【００２１】
本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板の製造方法では、前記単結晶の育成長さに応じて、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、１．０モル％未満の範囲で調整することが望ましい。さらに望ましくは、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、０．６モル％以下の範囲で調整することである。
【００２２】
さらに、本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板の製造方法では、育成されたシリコン単結晶が中抵抗率であり、例えば、抵抗値が１．４〜１．９Ωｃｍである場合に、前記単結晶の育成長さに応じて、ゲルマニウムの含有量を０．０３モル％以上、１．０モル％未満の範囲で調整することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板によれば、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、１．０モル％未満の範囲とし、さらに望ましくはゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、０．６モル％以下の範囲で調整することにより、また、中抵抗率である場合に、ゲルマニウムの含有量を０．０３モル％以上、１．０モル％未満の範囲で調整することにより、従来のシリコン単結晶基板を用いた場合に比べ、変換効率を大きく向上させることができ、これにより太陽電池の発電コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板は、ゲルマニウムの含有量が０．１モル％以上、１．０モル％未満であることを特徴としている。さらに、本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板は、ゲルマニウムの含有量が０．１モル％以上、０．６モル％以下であることを望ましい特徴としている。したがって、本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板は、通常の単結晶基板と同様、導電性を持たせるためのドープ剤を含むが、ゲルマニウムを含有させたことが、従来の単結晶基板と大きく異なることである。
【００２５】
本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板のゲルマニウムの含有量の下限を限定するのは、含有量が０．１モル％に達しない場合には、変換効率向上の効果が十分でないことによる。
【００２６】
一方、本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板がゲルマニウムを１．０モル％以上含有すると、引き上げ中に多数の転位や多結晶化が生じて健全な単結晶の育成が困難となり、その結晶から採取した基板を用いて太陽電池素子を作製しても、変換効率の高い素子が得られないことから、ゲルマニウムの含有量を１．０モル％未満とする。
【００２７】
さらに望ましくは、後述する図１に示すように、単結晶基板の抵抗率の広い範囲に亘って、安定した変換効率を確保するには、ゲルマニウム含有量の上限を０．６モル％にすることができる。
【００２８】
本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板がゲルマニウムを含有することにより、変換効率が向上する理由は必ずしも明かではないが、同一条件で作製したゲルマニウムを添加しないシリコン単結晶基板と比較すると、キャリアのライフタイムが長くなっており、それによって変換効率が向上したものと想定される。
【００２９】
さらに、本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板が変換効率を向上させるのは、ゲルマニウムを含有するのにあわせ、シリコン結晶に導電性を持たせるために添加するドープ剤や不純物との相互作用によるものであることが予測される。このため、シリコン単結晶基板の抵抗率が所定の範囲内であれば、ゲルマニウムの含有量含有量が０．１モル％に達しない場合であっても、変換効率を十分に向上させることができる。
【００３０】
すなわち、シリコン単結晶基板が中抵抗率、例えば、抵抗値が１．４〜１．９Ωｃｍの範囲であれば、ゲルマニウムの含有量が０．０３モル％以上であれば、変換効率を十分に向上させることができる。
【００３１】
一方、シリコン単結晶基板がドープ剤や不純物を多く含み１．０Ωｃｍ以下と低抵抗率であると、ドープ剤や不純物の含有が結晶中で支配的となり、ゲルマニウムを含有することによる相互作用の効果は低減することになる。また、シリコン単結晶基板がドープ剤や不純物の含有が少なく２．０Ωｃｍ以上と高抵抗率になると、ゲルマニウムを含有することによる相互作用を発揮することができない。このため、シリコン単結晶基板が低抵抗率、または高抵抗率である場合には、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上にする必要がある。
【００３２】
本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板では、ｐ型半導体とするために、ドープ剤として通常利用されるボロンを用いてもよいが、ガリウムを採用することができる。ドープ剤にガリウムを用いると、長時間に亘る使用時や酸素の存在による変換効率の低下を軽減できることが予測される。
【００３３】
また、本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板では、変換効率の低下を防止するため、抵抗率を０．５〜１０Ωｃｍにするのが望ましい。抵抗率が０．５Ωｃｍ未満ではキャリアのライフタイムが短くなり、一方、１０Ωｃｍを超えるようになると、内部抵抗が大きくなり過ぎ、フィルファクタが小さくなるからである。前述の通り、ゲルマニウムの含有とドープ剤や不純物との相互作用を期待できる適正な抵抗率の範囲は、１．４〜１．９Ωｃｍである。
【００３４】
ゲルマニウムを含有するシリコン単結晶基板の製造は、一般に半導体集積回路のシリコン単結晶基板の製造に用いられるＣＺ法を適用して単結晶を育成すればよく、それによって得られた単結晶を切り出して基板とする。
【００３５】
本発明で適用するＣＺ法においては、シリコン多結晶、ゲルマニウムまたはゲルマニウム含有シリコン母合金、およびドープ剤等の原料を所要量ルツボ内にて溶解して融液とし、得られた融液の表面に種結晶を接触させて馴染ませた後、回転させながら引き上げてゲルマニウムを含有する単結晶を育成する。
【００３６】
シリコンに対するゲルマニウムの偏析係数は０．４３であり、管理目標とする単結晶のゲルマニウム含有量から融液の濃度を調整する。なお、このような偏析係数であるため、単結晶引き上げによる育成長さに応じて、融液中のゲルマニウム濃度が上昇していくが、単結晶のゲルマニウム含有量が１％に近づくと多結晶化し易いので、残存融液の濃度を配慮して、初期の融液量、ゲルマニウム濃度、および育成単結晶長さ等を選定する必要がある。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
実施例１では、ＣＺ法にて、口径３５０ｍｍの石英るつぼに合計２５ｋｇの多結晶シリコンの溶解原料、ゲルマニウム、ドープ剤等を装入し、加熱溶解後融液から直径１０６ｍｍ（４インチ）の単結晶の引き上げ育成をおこなった。育成条件は、引き上げ速度１．２ｍｍ／ｍｉｎ、結晶回転数２５ｒｐｍ、るつぼ回転数１０ｒｐｍ、および炉内アルゴン圧２６６７Ｐａ（２０Ｔｏｒｒ）とした。また、引き上げ過程での融液表面から１００ｍｍにおける単結晶の温度勾配が平均で２．５℃／ｍｍとなるホットゾーンを用いた。
【００３８】
シリコン単結晶の抵抗率が１〜２Ωｃｍとなるように、いずれもｐ型のドープ剤であるボロン（Ｂ）またはガリウム（Ｇａ）を添加して、比較用のゲルマニウムを含有しない単結晶と、ゲルマニウムを含有させた単結晶を作製した。
【００３９】
ゲルマニウムを含有させた単結晶の場合、当初の融液の目標濃度を１モル％として育成をおこなったところ、単結晶の胴頂部ではゲルマニウムの濃度は０．４３モル％であったが、２００ｍｍ育成した位置で０．４９モル％になり、３７０ｍｍ育成した位置では、０．５５モル％になっていた。
【００４０】
そして、単結晶の育成長さが５００ｍｍを超える辺りから多結晶化がはじまることから、それ以上の引き上げはおこなわなかった。育成長さが５００ｍｍを超える辺りから多結晶化が生じるのは、引き上げによる融液の減少に伴ってゲルマニウム濃度が高くなり、育成長さが長くなると、単結晶のゲルマニウム含有量が１モル％以上になるためと思われる。
【００４１】
得られた単結晶をスライスして厚さ４００μｍのウェーハとし、これから基板とする１辺１５ｍｍの正方形試片を切り出し、表面を鏡面研磨して、ケミカルエッチング後リン拡散によりｎ層を形成させ、反射防止膜、電極の焼き付け等をおこなって太陽電池素子を作製した。
【００４２】
太陽電池素子の性能は、ＪＡＳＣＯ社の試験装置（ＹＱ−２５０ＢＸ）を用い、ＡＭ１．５のソーラーシミュレータ（１００ｍＷ／ｃｍ2）を光源として測定した。素子の特性の測定結果を表１に示すが、これらの値はいずれもウェーハの中心部および端部より採取した試片による素子の測定値の平均値である。また、ｐ型のドープ剤としてボロン（Ｂ）を６４５ｇ投入した測定値である。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１の試験Ｎｏ．１は、ゲルマニウムを含まない単結晶から作製した基板による素子の結果である。試験Ｎｏ．２は融液のゲルマニウム濃度を１モル％として育成した単結晶の頂部から採取した基板による素子、試験Ｎｏ．３は、同じ単結晶の胴頂部から１９０ｍｍ下の評価位置から採取した基板による素子、さらに試験Ｎｏ．４は、同じ単結晶の胴頂部から３７０ｍｍ下の評価位置から採取した基板による素子の測定結果である。
【００４５】
これらの結果から明らかなように、試験Ｎｏ．１のゲルマニウムを含有しない通常のシリコン単結晶による素子に比較し、単結晶基板にゲルマニウムを含有させた試験Ｎｏ．２〜４の素子では、変換効率が大きく向上している。
【００４６】
表１に示す測定に加え、ドープ剤にガリウムを用いた単結晶を用いて太陽電池素子を作製し、同じ条件で素子特性の測定することにより、ｐ型ドープ剤としてガリウムを用いれば、より一層変換効率が安定化することを確認した。
（実施例２）
実施例２では、ＣＺ法にて、口径３５０ｍｍの石英るつぼに２５ｋｇの多結晶シリコンの溶解原料、およびそれに加えるゲルマニウムの添加量を変化させて装入し、加熱溶解後の融液から直径１０６ｍｍ（４インチ）の単結晶の引上げ育成をおこなった。育成条件は、実施例１の場合と同様として、ゲルマニウムの添加量が異なる結晶Ａ〜Ｇの７種の単結晶の育成を行った。
【００４７】
結晶Ａ〜Ｇにおけるゲルマニウムの添加量は表２に示すように０〜６４５ｇとし、加熱溶解後の融液から引上げ育成された単結晶インゴットの長さはいずれも１２００ｍｍとした。このとき、結晶Ｆ、Ｇの育成において、２５ｋｇの多結晶シリコン溶解原料に対し６４５ｇのゲルマニウムの添加し加熱溶解後に、初めに結晶Ｆを引き上げて炉外に取り出し、次いで炉内を安定させて結晶Ｇを引き上げた。
【００４８】
単結晶インゴット（結晶Ａ〜Ｇ）の抵抗率は、ｐ型のドープ剤であるボロン（Ｂ）を添加し、１〜３Ωｃｍの範囲とし低抵抗率、中抵抗率および高抵抗率の抵抗値になるように調整した。
【００４９】
【表２】
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【００５０】
得られた結晶Ａ〜Ｇは、所定の評価位置においてスライスし、厚さ４００μｍのウェーハとした。評価位置は育成された単結晶インゴットの胴頂部からの距離で管理し、評価位置におけるゲルマニウムの含有量、抵抗率およびライフタイムの測定を行った。ライフタイムの測定には、得られたウェーハを研磨した後、フッ硝酸で表面ダメージ層をエッチングし、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）で表面酸化膜を除去して、μ−ＰＣＤ法を用いた。
【００５１】
さらに、スライスされたウェーハから１辺１５ｍｍの正方形試片を切り出し、表面を研磨して、化学研磨後リンドープによりｎ層を形成させ、反射防止膜、電極の焼き付け等をおこなって太陽電池素子を作製した。太陽電池素子の性能は、実施例１の場合と同様の条件で測定した。
【００５２】
評価位置での結晶特性および太陽電池素子の特性の測定結果を表３および表４に示した。これらに示す値はいずれもウェーハの中心部および端部より採取した試片による測定値を平均した値である。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
【表４】
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【００５５】
図１は、全抵抗値の範囲におけるゲルマニウム含有量と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。図１に示す結果から明らかなように、ゲルマニウムを含有しないシリコン単結晶による素子に比較し、単結晶基板にゲルマニウムを０．１モル％以上、１．０モル％未満の範囲で含有させた素子では、変換効率が向上している。さらに、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、０．６モル％以下とした素子では、一層、安定して変換効率が向上することが分かる。
【００５６】
図２は、抵抗値が１．０±０．１Ωｃｍと低抵抗率である場合のゲルマニウム含有量と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。図３は、抵抗値が２．０〜２．７Ωｃｍと高抵抗率である場合のゲルマニウム含有量と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。
【００５７】
図２および図３に示すように、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、０．６モル％以下とした素子によれば、いずれの抵抗値の範囲においても、ゲルマニウムを含有しないシリコン単結晶による素子に比べ、変換効率が向上している。
【００５８】
図４は、抵抗値が１．４〜１．９Ωｃｍと中抵抗率である場合のゲルマニウム含有量と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。中抵抗率のシリコン単結晶による素子では、ゲルマニウムの含有とドープ剤や不純物との相互作用が発揮されることから、ゲルマニウムを含有しないシリコン単結晶による素子に比較し、ゲルマニウムを０．０３モル％以上、１．０モル％未満の範囲で含有させることによって、変換効率を向上させることができる。しかも、前記表３および表４に示す測定結果から、安定した素子特性を確保できることが分かる。
【００５９】
したがって、本発明のゲルマニウム含有基板を用いて、従来より開発されてきたシリコン単結晶基板による変換効率の向上を図る技術を適用すれば、より一層変換効率の高い太陽電池が得られることが期待される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の太陽電池用シリコン単結晶基板によれば、ゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、１．０モル％未満の範囲とし、さらに望ましくはゲルマニウムの含有量を０．１モル％以上、０．６モル％以下の範囲で調整することにより、また、中抵抗率である場合に、ゲルマニウムの含有量を０．０３モル％以上、１．０モル％未満の範囲で調整することにより、従来のシリコン単結晶基板を用いた場合に比べ、変換効率を大きく向上させることができる。これにより太陽電池の発電コストを低減できるので、今後ますます高効率化を要望される太陽電池用基板として、広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】全抵抗値の範囲におけるゲルマニウム含有量と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。
【図２】抵抗値が１．０±０．１Ωｃｍと低抵抗率である場合のゲルマニウム含有量と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。
【図３】抵抗値が２．０〜２．７Ωｃｍと高抵抗率である場合のゲルマニウム含有量と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。
【図４】抵抗値が１．４〜１．９Ωｃｍと中抵抗率である場合のゲルマニウム含有量と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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