JP2989055B2

JP2989055B2 - 太陽電池の製造方法

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Publication number: JP2989055B2
Application number: JP3249728A
Authority: JP
Inventors: 政史佐野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-10-23
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: JPH04355970A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽電池の製造方法に
関し、特に、太陽電池のパワー出力特性を安定的に改良
することによって入射光を拡散し、太陽電池の活性層に
吸収された光を効果的に用いることのできる太陽電池の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、各種機器において、駆動エネルギ
ー源として太陽電池が利用されている。太陽電池は機
能部分にＰＮ接合またはＰＩＮ接合を用いており、該Ｐ
Ｎ接合を構成する半導体としては、一般にシリコンが用
いられている。光エネルギーを起電力に変換する効率の
点からは、半導体材料として単結晶シリコンを用いるの
が好ましいが、大面積化および低コスト化の点からはア
モルファスシリコンが有利といわれている。

【０００３】一方、近年においては、アモルファスシリ
コンなみの低コストと単結晶シリコンなみの高エネルギ
ー変換効率とを得る目的で多結晶シリコンの使用が検討
されているが、未だ単結晶シリコンなみの高エネルギー
変換効率を得るには至っていない。

【０００４】単結晶シリコンにおいては、種々の高効率
化技術、例えば、ポイント−コンタクト法(Richard M.
Swanson et al., IEEE, Vol.ED-31, No.5, MAY(1984) P
661)や、表面パッシベーション技術や電極面積の低減化
技術(T.Nammori, Research Forum of Crystalline Sola
r Cells,(1989)p77,Tokyo)、光閉じ込め技術(T.Uematsu
et al., Conf.Recordof the 20th IEEEPVSC (1988)p79
2)等の検討が行なわれているが、いずれも低コスト化の
点からは十分な技術とはいえないのが現状である。すな
わち、コストを下げるためには十分な薄膜化が必要であ
る。

【０００５】また、従来の単結晶シリコン太陽電池の薄
型化では、単結晶シリコンをエッチングによって薄くし
た平板型の基板を用いるしかなく、熱拡散、酸化等の熱
処理工程において基板の歪や電極形成による基板の湾曲
が問題となり、微細構造の形成や形成プロセスの安定
化、大面積化等困難なところが多かった。

【０００６】また、米国特許4,816,420号明細書には、
タンデム型太陽電池の製造方法が開示されている。この
方法は、まず結晶基板上にマスク層を形成し、マスク層
の上に横成長結晶物質を与える条件の下で基体のマスク
されていない領域に結晶物質を蒸着し、単結晶物質のシ
ートが得られるまで横成長を続け、基体からそのシート
を分離し、その分離されたシートから薄膜太陽電池を形
成する。タンデム型太陽電池を形成するには前記太陽電
池ともう一枚の太陽電池とを貼り合わせる。

【０００７】しかしながら、比較的薄い半導体層にて変
換効率の高い太陽電池を提供するには決して充分なもの
とは言えず未だ改良の余地があった。また、歩留まりに
おいても同様に改善の余地があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の同じ材料、同じ層厚で形成した太陽電池よりも光電変
換効率が向上した太陽電池を歩留まりよく製造すること
にある。

【０００９】本発明の他の目的は、大面積の太陽電池パ
ネルを低コストで作製するのに好適な太陽電池の製造方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の太陽電池の製造方法は、光閉じ込め効果を奏
する凹凸部を備えた光起電力素子を具備する太陽電池の
製造方法において、前記凹凸部形成用の型となる凹凸面
を呈するように第１の基板表面を加工する工程と、前記
第１の基板の前記凹凸面上に前記光起電力素子となる凹
凸部を有する単結晶半導体層を形成する工程と、前記凹
凸部を有する単結晶半導体層を第２の基板上に接合する
工程と、前記凹凸部を有する単結晶半導体層を前記第１
の基板から剥離する工程と、を含む太陽電池の製造方法
である。

【００１１】以下、本発明の好適な実施態様について説
明するが、本発明は該実施態様に限定されることはな
く、本発明の目的を達成するものであれば、用いる材料
や形状及び大きさ、製造工程等が変更されたものをも包
含する。

【００１２】本発明に用いられる第１の基板は、Ｓｉ，
Ｇｅ，Ｃ，ＳｉＣ，ＳｉＧｅ等からなる単結晶基板や、
ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＣｄＴｅ等からなる基板が用いられ
る。また、酸化シリコンや窒化シリコン等の非単結晶材
料からなる基板であっても良い。勿論、単結晶Ｓｉ上に
ＳｉＯ₂が形成されたものや、樹脂等からなる基板上に
上記各材料がコーティングされたものであっても良
い。

【００１３】そして、非単結晶材料からなる実質的に平
坦な表面を有する基板を用いて、複数の単結晶領域を有
し、かつ、複数の結晶面からなる凹凸表面を有する半導
体層を形成する場合には、特開平３−９４４７７に記載
されている単結晶半導体層の形成工程を利用すれば良
い。

【００１４】一方、単結晶基板を用いて凹凸表面を有す
る半導体層を形成する場合には、用いる単結晶基板自体
に凹凸が形成されていることが好ましい。

【００１５】また、上述した各種基板上に凹凸表面を有
する半導体層を形成するための堆積膜形成方法として
は、物理的気相堆積法（ＰＶＤ）や化学的気相堆積法
（ＣＶＤ）が用いられる。とりわけ、単結晶総領域を含
む堆積膜を形成するためには、バイアススパッタリング
法やＣＶＤ法によるエピタキシャル成長法が好ましい。
その中でも、堆積速度を向上させ、かつ良質の凹凸表面
を有する単結晶半導体層形成のためには、後に詳しく説
明するＣＶＤ法が望ましい。このようなＣＶＤ法につい
ては米国特許４，８３５，００５号明細書に詳しく開示
されている。

【００１６】本発明に用いられるより好ましい技術の一
つは、図１に示すように、単結晶シリコンウエハー上に
光閉じ込め効果を奏するように凹凸部としてのＶ型溝を
形成し、さらに超薄膜の絶縁層を前記Ｖ型溝上に形成す
ることである。

【００１７】ここで、光閉じ込め効果を奏するに好まし
いＶ型溝を形成することについて簡単に説明する。

【００１８】光閉じ込め効果を奏するようなＶ型溝の形
成法とは、図１(a)に示されるように、(100)面を持つシ
リコンウエハーを用い、酸化シリコン膜、窒化シリコン
膜等のエッチングマスクを形成した後、水酸化カリウム
液やヒドラジン等の異方性エッチングを起こさせる溶液
でシリコンウエハーをエッチングする。このエッチング
で、エッチング速度の早い(100)面は時間が経つにつれ
てウエハ内部へエッチングが進み、最終的に(111)面で
囲まれたＶ型溝が形成される。Ｖ型溝の傾きは、結晶面
方位で決まっており、その開き角は約70.5°となる。

【００１９】Ｖ型溝の深さ（エッチングの深さ）は(10
0) 面を持つシリコンウエハの厚さと、エッチングマス
クの間隔によって任意に制御することができる。

【００２０】ついで、フッ化水素水溶液等のエッチング
マスクを溶かし得る液でエッチングマスクを除去し、図
１(b)に示すような光閉じ込め効果を奏する構造に加工
されたＶ型溝を有する第１の基板103を形成することが
できる。

【００２１】次に、図１(c)に示すように、Ｖ型溝を有
する第１の基板103の表面に、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法、熱
酸化法等により絶縁層として酸化シリコン薄膜104を不
均一に堆積させる。これにより、複数箇所で下地の単結
晶Ｓｉ表面が露出し、表面エネルギー等に差が生じ、ま
たエッジエネルギーの発生等により、より結晶成長が起
こり易くなる。また、光閉じ込め効果を奏する構造に加
工されたＶ型溝を有する第１の基板からの結晶成長層の
剥離をも容易にする。このような酸化シリコン薄膜104
の膜厚は適宜所望に従って決められるが、好ましくは２
Å〜100Å、より好ましくは３Å〜50Å、最適には４Å
〜10Åである。このくらい薄い膜であれば従来の成膜方
法をもってしても、自然に不均一な膜となり易い。

【００２２】本発明に用いられるより好ましい技術のも
う一つは、前述の図１(c)に示された光閉じ込め効果を
奏する構造に加工された前記第１の基板を、堆積膜を形
成するための成膜空間内に配設し、前記第１の基板上に
ケイ素とハロゲンとを含む化合物を分解することにより
生成される活性種（Ａ）と該活性種（Ａ）と化学的相互
作用をする成膜用の化学物質より生成される活性種
（Ｂ）とを同時に、または各々別々に導入し、該活性種
の化学作用を利用して図２(a)に示すように、第１の導
電型の実質的に単結晶で構成される層201（以下、第１
の導電型の層と称す）を形成し、該第１の導電型の層20
1の上方に第２の導電型の実質的に単結晶で構成される
層202（以下、第２の導電型の層と称す）を形成する技
術である。このような単結晶層201及び202の層厚は適宜
所望に従って決められるが、特に層202の層厚として
は、好ましくは3μm〜50μm、さらに好ましくは4μm〜3
0μm、最適には5μm〜20μmであるのが望ましい。

【００２３】この方法では堆積膜を形成するための成膜
空間においてプラズマを生起させる代わりに、ケイ素と
ハロゲンとを含む化合物を成膜空間とは異なる活性空間
（Ａ）において活性化エネルギーを与えて分解すること
により生成される活性種（Ａ）と成膜用の化学物質より
生成される活性種（Ｂ）との共存下において、化学的相
互作用を生起させるため、形成される堆積膜はプラズマ
や生成されたイオン等によるスパッタリングや電子等の
悪影響を受けない。また、本発明によれば、成膜空間の
雰囲気温度、基体温度を所望に従って任意に制御するこ
とにより、より安定したＣＶＤ法とすることができる。

【００２４】この方法が通常のＣＶＤ法と違う点の一つ
は、予め成膜空間とは異なる空間（以下活性化空間とい
う）において活性化された活性種を使用することであ
る。これにより従来のＣＶＤ法により成膜速度を飛躍的
に延ばしたり、堆積膜形成の際の基板温度も一層の低温
化を図ることが可能となる。しかも、単結晶層を形成し
易い方法でもある。

【００２５】本発明では、成膜空間に導入される活性化
空間（Ａ）からの活性種（Ａ）は生産性および取り扱い
易さなどの点から、その寿命が0.1秒以上、より好まし
くは１秒以上、最適には10秒以上あるものが所望に従っ
て選択されて使用され、この活性種（Ａ）の構成要素が
成膜空間で形成される堆積膜を構成する成分を構成する
ものとなる。また、成膜用の化学物質は、活性化空間
（Ｂ）において活性化エネルギーを作用させられること
により、活性化されて活性種（Ｂ）となる。活性種
（Ｂ）は成膜空間に導入され堆積膜を形成する際、同時
に活性化空間（Ａ）から導入され、形成される堆積膜の
構成成分となる構成要素を含む活性種（Ａ）と化学的に
相互作用する。活性化空間（Ａ）に導入されるケイ素と
ハロゲンを含む化合物としては、例えば、鎖状または環
状シラン化合物の水素原子の一部乃至全部をハロゲン原
子で置換した化合物が用いられ、具体的には、例えば、
Ｓｉ_uＹ₂ _u+2（uは１以上の正数、ＹはＦ，Ｃｌ，Ｂｒお
よびＩより選択される少なくとも一種の元素である。）
で示される環状ハロゲン化ケイ素、Ｓｉ_vＹ_2v（v は３
以上の正数、Ｙは前述の意味を有する。）で示される環
状ハロゲン化ケイ素、Ｓｉ _uＨ_xＹ_y（uおよびＹは前述の
意味を有する。x+y=2uまたは2u+2である。）で示される
鎖状または環状化合物などが挙げられる。

【００２６】具体的には、例えば、ＳｉＦ₄，（Ｓｉ
Ｆ₂）₅，（ＳｉＦ₂）₆，Ｓｉ₂Ｆ₆，Ｓｉ₃Ｆ₈，ＳｉＨＦ
₃，ＳｉＨ₂Ｆ₂，ＳｉＣｌ₄，（ＳｉＣｌ₂）₅，ＳｉＢｒ
₄，（ＳｉＢｒ₂）₅，Ｓｉ₂Ｃｌ₆，Ｓｉ₂Ｂｒ₆，ＳｉＨ
Ｃｌ₃，ＳｉＨ₃Ｃｌ，ＳｉＨ₂Ｃｌ₂，ＳｉＨＢｒ₃，Ｓ
ｉＨＩ₃，Ｓｉ₂Ｃｌ₃Ｆ₃などのガス状態の、または容易
にガス化し得るものが挙げられる。

【００２７】活性種（Ａ）を生成させるためには、前記
ケイ素とハロゲンを含む化合物に加えて、必要に応じて
ケイ素単体や他のケイ素化合物、水素、ハロゲン化合物
（例えばＦ₂ガス、Ｃｌ₂ガス、ガス化したＢｒ₂，Ｉ₂
等）などを併用することができる。

【００２８】活性化空間（Ａ）で活性種（Ａ）を生成さ
せる方法としては、各々の条件、装置を考慮してマイク
ロ波、ＲＦ、低周波、ＤＣ等の電気エネルギー、ヒータ
加熱、赤外線加熱等による熱エネルギー、光エネルギー
などの活性化エネルギーが使用される。

【００２９】活性化空間（Ｂ）において、活性種（Ｂ）
を生成させる前記成膜用の化学物質としては、水素ガス
および／またはハロゲンガス（例えば、Ｆ₂ガス、Ｃｌ₂
ガス、ガス化したＢｒ₂，Ｉ₂等）が有利に用いられる。
また、これらの成膜用の化学物質に加えて、例えばヘリ
ウム、アルゴン、ネオン等の不活性ガスを用いることが
できる。これらの成膜用の化学物質の複数を用いる場合
には、予め混合して活性化空間（Ｂ）内にガス状態で導
入することもできるし、あるいはこれらの成膜用の化学
物質をガス状態で各々独立した供給源から各個別に活性
化空間（Ｂ）に導入することもできる。また各々独立の
活性化空間に導入して、各々個別に活性化することもで
きる。

【００３０】本発明において、成膜空間に導入させる前
記活性種（Ａ）と前記活性種（Ｂ）との量の割合は、成
膜条件、活性種の種類などで適宜所望に従って決められ
るが、好ましくは10:1〜1:10（導入流量比）が適当であ
り、より好ましくは、8:2〜4:6とされるのが望ましい。

【００３１】またこの方法により形成される堆積膜は、
成膜中または成膜後にいわゆる半導体分野でいう不純物
元素でドーピングすることが可能である。使用する不純
物元素としては、ｐ型不純物として、周期表第３Ｂ族の
元素、例えば、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ等が好適な
ものとして挙げられ、ｎ型不純物としては、周期表第５
Ｂ族の元素、例えば、Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ等が好適
なものとして挙げられるが、特にＢ，Ｇａ，Ｐ，Ｓｂ等
が最適である。ドーピングされる不純物の量は、所望さ
れる電気的・光学的特性に応じて適宜決定される。

【００３２】かかる不純物元素を成分として含む物質
（不純物導入用物質）としては、常温常圧でガス状態で
ある、あるいは少なくとも活性化条件下で気体であり、
適宜の気化装置で容易に気化し得る化合物を選択するの
が好ましい。このような化合物としては、ＰＨ₃，Ｐ₂Ｈ
₄，ＰＦ₃，ＰＦ₅，ＡｓＨ₃，ＡｓＦ₃，ＡｓＦ₅，ＡｓＣ
ｌ₃，ＳｂＨ₃，ＳｂＦ₅，ＳｉＨ₃，ＢＦ₃，ＢＣｌ₃，Ｂ
Ｂｒ₃，Ｂ₂Ｈ₆，Ｂ₄Ｈ₁₀，Ｂ₅Ｈ₉，Ｂ₅Ｈ₁₁，Ｂ₆Ｈ₁₀，
Ｂ₆Ｈ₁₂，ＡｌＣｌ₃等を挙げることができる。不純物元
素を含む化合物は、１種用いても２種以上併用してもよ
い。

【００３３】不純物元素を成分として含む化合物は、ガ
ス状態で直接成膜空間内に導入しても差し支えないし、
あるいは予め活性化空間（Ａ）ないしは活性化空間
（Ｂ）、または第３の活性化空間（Ｃ）で活性化させた
後、成膜空間に導入することもできる。

【００３４】尚、このＣＶＤ法において「活性種」と
は、形成される堆積膜の原料にはなり得るが、そのまま
のエネルギー状態では堆積膜を形成することが全くまた
は殆どできない前駆体と化学的相互作用を起こして、例
えば、前記前駆体にエネルギーを与えたり、前駆体と化
学的に反応したりして、前駆体を堆積膜を形成すること
ができる状態にする役目を担うものである。従って、活
性種としては、形成される堆積膜を構成する要素になる
構成要素を含んでいても良く、あるいはそのような構成
要素を含んでいなくても良い。

【００３５】次に図２(b)に示すように、導電性接着剤2
03を介して、前記第２の導電型の層を固定する支持体20
4とを接着し固定する。導電性接着剤203としては、例え
ばＡｇ系ペースト、Ａｇ／Ｃｕ系ペースト、Ｎｉ系ペー
スト等が使用され、前記単結晶層を固定する支持体（第
２の基板）204としては、導電性を有する支持体が使用
され、例えば、ステンレス板、アルミ板、鉄板等が使用
される。

【００３６】本発明に用いられる好ましいもう一つの技
術は、図３(a),(b)に示すように、図２(b)における光閉
じ込め効果を奏する構造に加工されたＶ型溝を有する第
１の基板103と、前記第１の導電型の層201とを剥離する
ことである。

【００３７】ここで前記Ｖ型溝を有する第１の基板103
と前記第１の導電型の層201とを剥離する方法について
簡単に説明する。

【００３８】前記図２(b)において、前記Ｖ型溝を有す
る第１の基板103の表面上に、ＣＶＤ法等により不均一
に堆積した薄膜の酸化シリコン膜104を、該酸化シリコ
ン膜を溶解し得る液、例えばフッ化水素水溶液等に浸
し、超音波振動等を加えることにより、第１の導電型の
層201を、前記第１の基板の表面から剥離する。

【００３９】次いで、図３(c)に示すように、前記剥離
した第１の導電型の層201の表面上に、透明電極301、例
えばＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＩＴＯ(Indium-Tin Oxide)等
を蒸着し、次いで図４に示すように、前記透明電極上に
集電電極401を、例えば、Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｐ
ｄ，Ａｌ等を真空蒸着法にて、または、Ａｇ，Ａｌ，Ｃ
ｕ，Ｎｉ等の粉末を含む導電ペーストを印刷した後焼成
する印刷法等により形成して太陽電池を作製する。ま
た、剥離した前記第１の基板103は再び酸化シリコン薄
膜104を不均一に堆積させる工程に戻り、第１の基板と
して再利用される。

【００４０】すなわち、本発明の一つの実施態様は、前
記第１の基板の前記凹凸面上に互いに分離している複数
の絶縁層を形成する工程、前記第１の基板を堆積膜を形
成するための成膜空間内に配設して、前記第１の基板上
にケイ素とハロゲンとを含む化合物を分解することによ
り生成される活性種（Ａ）と、該活性種（Ａ）と化学的
相互作用をする、成膜用の化学物質により形成される活
性種（Ｂ）とを同時にまたは各々別々に導入し、該活性
種の化学作用を利用して第１の導電型の層を形成する工
程、該第１の導電型の層の上方に第２の導電型の層を形
成する工程、とを含む前記の太陽電池の製造方法であ
る。

【００４１】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらの実施例によって何等限定される
ものではない。

【００４２】実施例１（光閉じ込め効果を奏し、かつ剥離が容易なＶ型溝を有
する第１の基板の形成工程）図１(a)に示すように、250
μm厚の(100)シリコンウエハ101の表面に絶縁層102とし
て熱酸化膜を2000Å形成した。次にフォトリソグラフィ
ーを用いてエッチングを行ない、絶縁層102の幅(a')が
１μm、絶縁層102の間隔(b')が200μmであるような基体
を作製し、ＫＯＨ水溶液やヒドラジン溶液中にて約70℃
で約24時間結晶面選択エッチングを行なった後、流水洗
浄を行なった。次いで、５％濃度のフッ化水素水溶液に
１時間浸し、エッチングマスクである絶縁層102を除去
し、流水洗浄した後乾燥させて、図１(b)に示すような
光閉じ込め効果を奏する構造に加工されたＶ型溝を有す
る第１の基板103を形成させた。

【００４３】次に、前記Ｖ型溝を有する第１の基板103
を、容量結合形電極を有する従来型のＲＦプラズマＣＶ
Ｄ装置内の反応室内に設置し、ＳｉＨ₄ガスとＯ₂ガスを
それぞれ20sccmと40sccmにて別系統から反応室内に導入
しながら、基板温度270℃、高周波電力50W、高周波周波
数13.56MHz、圧力0.8Torrで数分間放電することによ
り、図１(c)に示すような不均一で単結晶が一部分露出
した酸化シリコン薄膜104を層厚8Åで形成させた。

【００４４】（結晶層の形成）図５に示すような装置を用いて、前記Ｖ型溝を有する第
１の基板103の表面上に結晶層を形成させた。図５にお
いて、501はケイ素とハロゲンを含む化合物を導入する
ガス導入管、502はケイ素とハロゲンを含む化合物を分
解することにより生成される活性種（Ａ）と化学反応す
る成膜用化学物質を導入するガス導入管、503は基体、5
04は基板503を保持するホルダーであり基板温度を適宜
設定できるようヒーターが内蔵されている。ガス導入管
501及び502より導入される各ガスは未反応、または反応
生成物を含め真空ポンプ（図示せず）で排気される。

【００４５】ガス導入管501より導入されるケイ素とハ
ロゲンを含む化合物は、高周波電力発生装置の制御によ
り、一部または全てが分解され会合空間505へ導入され
る。一方、ガス導入管502より導入される活性種（Ｂ）
となるガスを導入し、高周波電力発生装置により導入さ
れたガスをプラズマ分解させ、活性種（Ｂ）を多量生成
し、会合空間505へ導入させる。会合空間505にてケイ素
とハロゲンを含む化合物の分解生成物である活性種
（Ａ）およびこれと化学反応する活性種（Ｂ）は、化学
反応を経て基体503へと輸送され、基板表面反応を経
て、堆積膜を形成する。今、表１に示す結晶性シリコン
の作製条件にしたがって、ＳｉＦ₄ガス75sccmをガス導
入管501より、また、Ｈ₂及びＡｒガスを各々9,75sccmず
つガス導入管502より導入し、成膜空間圧力を380mTorr
になるよう排気バルブ（図示せず）を調整する。高周波
電力2.45GHzを400Wに調整し、堆積を開始する。基板503
として、Ｓｉ(100)ウエハー（抵抗率１ｋΩcm程度）を
用いた。これは予め有機洗浄した後、一般にＲＣＡ洗浄
として知られる洗浄法（ＮＨ₃:Ｈ₂Ｏ₂:Ｈ₂Ｏ＝1:1:4mol
比にて10分間の煮沸の後、さらにＨＣｌ:Ｈ₂Ｏ₂:Ｈ₂Ｏ
＝1:1:4mol比にて10分間煮沸）を実施した後にエッチン
グ液（ＨＦ:Ｈ₂Ｏ＝1:9mol比）で30秒間ディッピングを
行なったものである。

【００４６】

【表１】以上のような作製条件下で作製される結晶シリコンは、
堆積速度18Å／sと高速であり、反射型高速電子線回折
像からは菊池帯の観察される優れた単結晶薄膜であるこ
とがわかる。

【００４７】次に、基板503として、前記図１(c)に示す
ような光閉じ込め効果を奏する構造に加工されたＶ型溝
を有する第１の基板を用い、先に説明した表１に示す結
晶性シリコン作製条件の下で、図５に示す装置を用いて
堆積を行なった（図２(a)）。但し、基体の有機洗浄及
びＲＣＡ洗浄、ＨＦディッピングは行なわず、また、前
記第１の基板表面に形成された第１の導電型の層201
は、不純物導入用物質としてＢ₂Ｈ₆／ＡｒガスをＳｉＦ
₄ガスに対して１ppm、Ｈ₂及びＡｒガスと共にガス導入
管502より導入し、また、第２の導電型の層202は、不純
物導入用物質として、ＰＨ₃／ＡｒガスをＳｉＦ₄ガスに
対して１ppm、Ｈ₂及びＡｒと共にガス導入管502より導
入してシリコン結晶層を堆積させた。

【００４８】次に、シリコン結晶層を堆積させた基板50
3を基板温度410℃から自然冷却により冷却した後、基板
503を堆積装置より取り出し、導電性接着剤203としての
銀ペーストを第２の導電型の層202の表面上に塗布し、
次いで前記単結晶層を固定する支持体204として、厚さ
1.5mmのステンレス板を貼り着けた（図２(b)）。

【００４９】（結晶層の剥離）図２(b)に示す単結晶層を堆積させ、導電性接着剤を介
してステンレス板を貼着けた基板の第１の基板103側よ
り第１の導電型の層201までを、５％フッ化水素水溶液
に浸し、超音波振動を加えることにより層201と第１の
基板103とを剥離して（図３(a)）、図３(b)に示すステ
ンレス支持体側に残ったものに流水洗浄を十分に行なっ
た。

【００５０】次いで、十分に乾燥させた層201の表面上
にＲＨ法により透明電極301としてＳｎＯ₂／ＩＴＯを80
0Å蒸着した（図３(c)）。最後に前記透明電極301上に
集電電極401を、Ａｇの粉末を含む導電ペーストを印刷
した後焼成する印刷法により形成して、図４に示すよう
な薄膜単結晶シリコン太陽電池を得た。

【００５１】このようにして得られた薄膜単結晶シリコ
ン太陽電池のＩ−Ｖ特性について、ＡＭ1.5、100mW／cm
²の光照射下で測定を行なった。その結果、光起電力の
変換効率は１７％であり、実用の単結晶シリコン太陽電
池特性として優れたものであった。尚、測定時の太陽電
池の面積は４cm²で行なった。

【００５２】また、剥離した前記第１の基板103を再び
用いて合計１０回、単結晶シリコン太陽電池の作製を行
ない、同様にＩ−Ｖ特性を測定したところ、光起電力の
変換効率のばらつきは±５％以内であった。

【００５３】実施例２実施例１において単結晶シリコン膜形成を図５の装置に
代えて図６の概略図に示す成膜装置にて行なった。

【００５４】同図において、601はガス導入リングで、
主としてシリコン原子とハロゲンを含む化合物を真空チ
ャンバー603へ導入する。602はガス導入管であり、主と
して活性種（ｂ）の原料となるガスを石英キャビティ60
3内へ導入する。マイクロ波はマイクロ波発振器（図示
せず）より発生し、導波管605内を伝搬し、しぼり606を
適宜調整することによりしぼり606とメッシュ604の間に
定在波を発生させ石英キャビティ603内に存在するガス
をプラズマ化することができる。607はヒーター内蔵の
ホルダーであり、基板608を所望の温度に加熱保持する
ことが可能である。本実施例では、実施例１と同様にし
て作製した光閉じ込め効果を奏する構造に加工されたＶ
型溝を有する第１の基板を基板608として配置した。

【００５５】ガス導入管602より水素ガス25sccm及びＨe
ガス35sccmを石英キャビティ603へ導入した。また、ガ
ス導入リング601よりＳｉ₂Ｆ₆ガス12sccmを図６に示す
ように基板608に向けて導入した。マイクロ波発振器の
電力を300Wに調整し、しぼり606を調整することで石英
キャビティ603内の水素ガス及びＨｅガスをプラズマ化
することが可能である。表２に結晶シリコン作製の条件
を示す。

【００５６】

【表２】このようにして生成される水素ラジカルはガス導入リン
グ601より噴出するＳｉ₂Ｆ₆ガスと化学反応し、基板608
上にシリコン結晶層を堆積する。

【００５７】まず、第１の導電型の層201を基板608上に
堆積させるために、Ｓｉ₂Ｆ₆ガスにＢＦ₃ガスを1.5ppm
混入させて行なった。これにより基板608上に0.5μmの
シリコン結晶層が堆積された。その後、マイクロ波発振
器の出力をゼロにし、堆積を停止し、また各ガスの供給
を停止した後、真空チャンバー609を十分排気し残留ガ
スを完全に排出した後、Ｓｉ₂Ｆ₆ガスにＰＨ₃ガス0.7pp
mを混入し、他は同一の作製条件で第２の導電型の層202
を層厚7.5μm、続けて堆積させた。

【００５８】次に、シリコン結晶層を堆積させた基板60
3を基板温度360℃から自然冷却により冷却した後、基板
603を堆積装置より取り出し、導電性接着剤203としての
銀ペーストを第２の導電型の層202の表面上に塗布し、
次いで前記単結晶層を固定する支持体204として、厚さ
2.0mmのステンレス板を貼り着けた（図２(b)）。

【００５９】上記ステンレス板を貼り着けた基板のＶ型
溝を有する第１の基板103側より第１の導電型の層201ま
でを、５％フッ化水素水溶液に浸し、超音波振動を加え
ることにより層201と第１の基板103とを剥離して（図３
(a)）、ステンレス支持体上に残ったものを流水洗浄を
十分に行なった。

【００６０】次いで、十分に乾燥させた層201の表面上
にＲＨ法により透明電極301としてＳｎＯ₂／ＩＴＯを80
0Å蒸着した（図３(c)）。最後に前記透明電極301上に
集電電極401を、Ａｇの粉末を含む導電ペーストを印刷
した後焼成する印刷法により形成して、図４に示すよう
な薄膜単結晶シリコン太陽電池を得た。

【００６１】このようにして得られた薄膜単結晶シリコ
ン太陽電池のＩ−Ｖ特性について、ＡＭ1.5、100mW／cm
²の光照射下で測定を行なった。その結果、光起電力の
変換効率は16.5％であり、実用の単結晶シリコン太陽電
池特性として優れたものであった。尚、測定時の太陽電
池の面積は144cm²で行なった。

【００６２】また、剥離した第１の基板103を再び用い
て合計７回、単結晶シリコン太陽電池の作製を行ない、
同様にＩ−Ｖ特性を測定したところ、光起電力の変換効
率のばらつきは±７％以内であった。

【００６３】実施例３実施例１において、Ｖ型溝を有する第１の基板103の表
面上に堆積させる不均一な酸化シリコン薄膜104の膜厚
を表３に示すように変化させて、以下の操作を実施例１
と同様にして薄膜単結晶シリコン太陽電池を作製した。

【００６４】得られた薄膜単結晶シリコン太陽電池のＩ
−Ｖ特性について、ＡＭ1.5、100mW／cm²の光照射下で
測定を行なった。光起電力の変換効率の結果を表３に併
せて示す。

【００６５】表３の結果から、Ｖ型溝を有する第１の基
板103上に形成される不均一な酸化シリコン薄膜104の膜
厚の最適領域が４〜１０Åであることがわかった。

【００６６】

【表３】実施例４実施例２においてシリコン結晶層の層厚に関して、特に
第２の導電型の層202の層厚を表４に示すように変化さ
せて薄膜単結晶シリコン太陽電池を作製した。

【００６７】得られた薄膜単結晶シリコン太陽電池のＩ
−Ｖ特性について、ＡＭ1.5、100mW／cm²の光照射下で
測定を行なった。光起電力の変換効率の結果を表４に併
せて示す。

【００６８】

【表４】表４から、シリコン結晶層の層厚に最適な領域が存在す
ることがわかった。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
によれば、光閉じ込め効果を奏する構造に加工された凹
凸表面を有する変換効率の高い薄膜単結晶シリコン太陽
電池を製造することが可能であり、特に太陽電池の大面
積化が容易に行なえる。さらに第１の基板が複数回使用
可能であるために良質の薄膜太陽電池をより安価に量産
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池の製造方法における各過程の
模式的断面図である。

【図２】本発明の太陽電池の製造方法における各過程の
模式的断面図である。

【図３】本発明の太陽電池の製造方法における各過程の
模式的断面図である。

【図４】本発明の方法により製造される太陽電池の概略
斜視図である。

【図５】実施例１において使用した成膜装置の模式的概
略図である。

【図６】実施例２において使用した成膜装置の模式的概
略図である。

【符号の説明】 101 シリコンウエハー 102 絶縁層 103 光閉じ込め効果を奏する構造に加工されたＶ型溝
を有する第１の基板 104 酸化シリコン薄膜 201 第１の導電型の層 202 第２の導電型の層 203 導電性接着剤層 204 導電性支持体 301 透明電極 401 集電電極 501,502 ガス導入管 503 基板 504 ホルダー 505 会合空間 601 ガス導入リング 602 ガス導入管 603 石英キャビティ 604 メッシュ 605 マイクロ波 606 しぼり 607 ホルダー 608 基板 609 真空チャンバー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光閉じ込め効果を奏する凹凸部を備えた
光起電力素子を具備する太陽電池の製造方法において、前記凹凸部形成用の型となる凹凸面を呈するように第１
の基板表面を加工する工程と、前記第１の基板の前記凹凸面上に前記光起電力素子とな
る凹凸部を有する単結晶半導体層を形成する工程と、前記凹凸部を有する単結晶半導体層を第２の基板上に接
合する工程と、前記凹凸部を有する単結晶半導体層を前記第１の基板か
ら剥離する工程と、を含む太陽電池の製造方法。
【請求項２】前記第１の基板が単結晶半導体からなる
ものである請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】前記第１の基板が単結晶半導体からなる
表面を有するものである請求項１記載の太陽電池の製造
方法。
【請求項４】前記光起電力素子が、ＰＮ接合またはＰ
ＩＮ接合を有する請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】前記凹凸部を有する単結晶半導体層は、
第１導電型の層の上に第２導電型の層を結晶成長させて
積層した層である請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】前記凹凸部を有する単結晶半導体層は、
第１導電型の層の一部にドーパントを拡散させて形成さ
れた層を含む請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】前記第１の基板の前記凹凸面上に互いに
分離している複数の絶縁層を形成する工程、前記第１の基板を堆積膜を形成するための成膜空間内に
配設して、前記第１の基板上にケイ素とハロゲンとを含
む化合物を分解することにより生成される活性種（Ａ）
と、該活性種（Ａ）と化学的相互作用をする、成膜用の
化学物質により形成される活性種（Ｂ）とを同時にまた
は各々別々に導入し、該活性種の化学作用を利用して第
１の導電型の層を形成する工程、該第２の導電型の層の上方に第２の導電型の実質的に単
結晶で構成される層を形成する工程、とを含む請求項１記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】前記凹凸部を有する前記第１の基板を複
数回使用することを特徴とする請求項１記載の太陽電池
の製造方法。
【請求項９】前記加工工程は、前記第１の基板の表面
にＶ型溝を形成する工程である請求項１記載の太陽電池
の製造方法。
【請求項１０】前記第１の基板の前記凹凸面上に、互
いに分離している複数の絶縁層を介して、前記凹凸部を
有する単結晶半導体層を形成する請求項１記載の太陽電
池の製造方法。
【請求項１１】前記絶縁層の厚みが４〜１０Åである
請求項７又は１０記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１２】前記第２導電型の層の層厚が５〜２０
μｍである請求項５又は７記載の太陽電池の製造方法。