JPH0491482A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、低コストで、高いエネルギー変換効率を実
現する太陽電池の製造方法に関するものである。

〔従来の技術］ 第４図（ａ）　〜（ｇ）は、例えばＴｈｅ　Ｃｏｎｆｅ
−ｒｅｎｃｅ　　Ｒｅｃｏｒｄ　　ｏｆ　　ｔｈｅ　　
１８ｔｈ　　ＩＥＥＥ　　ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳ
ｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ−１９８
５，ｐ１９２−１９７に記載された太陽電池の製造方法
の一例を工程順に示す断面図である。

この図において、１は、例えばｐ４型Ｓｉからなる基板
である（第４図（ａ））。

この基板１上に、例えば熱ＣＶＤ法によりＳｉＯ□から
なる拡散防止膜２を形成する。拡散防止膜２は基板１か
らこの後形成する活性層１１へ不純物が拡散するのを防
ぐほか、後述するように光の裏面反射層としても機能す
る（第４図（ｂ））。

拡散防止膜２は絶縁物であり、このままでは裏面側の電
気的接続がとれないため、拡散防止膜２を、例えばエツ
チングにより間隔４００ｕｍ、直径２００μｍの開口部
３を形成して選択的に基板１を露出させる（第４図（Ｃ
））。

拡散防止膜２上および開口部３の基板１上に、例えば５
ｎ−３ｉ液相成長法によりｐ−型多結晶Ｓｔ薄膜４．ｎ
′″型多結晶Ｓｔ薄膜５を順次形成する（第４図（ｄ）
）。

ｎ＋型多結晶Ｓｉ薄膜５上に、例えばスパック蒸着法に
よりＩＴＯ（インジウムとスズの酸化物）からなる反射
防止膜兼透明導電膜６を形成する（第４図（ｅ））。

反射防止膜兼透明導電膜６上に、例えば電子ビーム蒸着
法によりＡｇからなる表面金属電極７をパターン形成す
る（第４図（ｆ））。

基板１の裏面上に、例えば電子ビーム蒸着法によりＡｇ
からなる裏面金属電極８を形成する（第４図（ｇ））。

以上の工程により太陽電池９が構成される。裏面電極１
０は基板１および裏面金属電極８により構成され、光電
変換をおこなう活性層１１は、ｐ−型多結晶Ｓｉ薄膜４
およびｎ１型多結晶Ｓｉ薄膜５により構成され、さらに
、表面電極１２は反射防止膜兼透明導電膜６および表面
金属電極７により構成されている。

次に、動作について説明する。

太陽電池９に入射し、活性層１１で吸収された光は、そ
の光エネルギーにより電子と正孔の励起キャリア対を生
成する。活性層１１内に形成されているｐｎ接合により
、励起されたキャリアのうち電子はｎ１型多結晶ＳＬ薄
膜５へ流れ込み、逆に正孔はｐ−型多結晶Ｓｉ薄膜４へ
流れ込む。これにより光エネルギーは電気エネルギーへ
と変換され、表面電極１２、あるいは裏面電極１０を通
じて外部へ取り出される。反射防止膜兼透明導電膜６は
表面の光反射を抑え、拡散防止膜２は活性層１１を透過
した光を反射して、いずれも活性層１１へ有効な光吸収
がなされるよう機能している。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の太陽電池の製造方法では、絶縁膜である拡散防止
膜２上および開口部３の基板１上に直接活性層１１を形
成していた。しかし、開口部３の基板１上に比べて絶縁
膜上では活性層１１である半導体が結晶成長しづらく、
活性層１１を膜として形成するためには開口部３を太き
（、高密度で形成する必要があった。ところが、基板１
と活性層１１が直接接触している開口部３では、活性層
１１の形成時の高温下で基板１と活性層１１の間で不純
物の拡散がおこる。基板材料に安価な低純度のものを使
用した場合、これらはＦｅ、Ｃｕなと半導体物性に悪影
響を及ぼす金属不純物を大量に含んでいるため、太陽電
池の特性を悪くする原因となる。逆に、高純度のものを
用いると、基板コストが高くなってしまう、といった問
題点があった。また、この構造では基板１は裏面電極１
０の一部として機能するため導電性が必要となり、基板
材料の選択の幅を狭め、これも低コスト化を阻害する要
因になっていた。

さらに、従来例に示す構造のように、Ｓｉ／５ｉｎ２／
Ｓｔ界面による裏面からの光反射では反射率が十分でな
く、活性層１１への光の吸収が有効に行われないので、
太陽電池の高効率化が望めない、といった問題点があっ
た。また、開口部３の占める割合が太き（、すなわち絶
縁膜を有する部分の割合が小さくなると、それはますま
す顕著になる。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、活性層の形成が容易で、基板から活性層へ
の不純物拡散がなく、基板材料に対する制約が少なく、
かつ光エネルギーを有効に電気エネルギーに変換できる
。低コストで高品質の太陽電池の製造方法を得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る太陽電池の製造方法は、第１の支持基板
上に拡散防止膜を形成し、この拡散防止膜上に活性層を
形成する工程と、活性層上に電極を形成する工程と、こ
の電極上に第２の支持基板を貼り付ける工程と、第１の
支持基板を研削または溶解により除去する工程と、拡散
防止膜の少なくとも一部を溶解により除去する工程とを
含むものである。

［作用］ この発明においては、拡散防止膜には開口部を設けずに
活性層を形成するので、基板から活性層への不純物拡散
を小さく抑えられる。

また、その後に基板および拡散防止膜を除去して、活性
層と裏面電極とを接続させるようにしたので、太陽電池
の機械的強度の保持および裏面電極の一部から、製造工
程の途中までの太陽電池の機械的強度の保持へと、基板
の役割は大幅に軽減される。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面について説明する。

第１図（ａ）〜（ｊ）はこの発明による太陽電池の製造
方法の一実施例を工程順に示す断面図である。

この図において、１〜１２は第４図において同一符号で
示した部分と同一または相当する部分である。ただし、
１はその役割に若干の違いが生じているため、第１の支
持基板と呼ぶことにする。

１３は第２の支持基板であり、この実施例ではガラスが
用いられている。また、１４はｐ″″型アモルファスＳ
ｉ薄膜、１５はキャップ層、１６は成長核層、１７は充
填剤である。

まず、例えば金属縁ＳＬ粉末を溶融・成形して固化させ
た第１の支持基板１　（第１図（ａ））上にＣＶＤ法に
よりＳｉＯ□からなる拡散防止膜２を２００　ｎｍ、　
ｐ＋型アモルファスＳｉ薄膜１４を１μｍ、ＳｉＯ２か
らなるキャップ層１５を１μｍに順次形成する（第１図
（ｂ））。

次に、ｐ＋型アモルファスＳｉ薄膜１４をレーザアニー
ル、ランプアニールあるいはストリップヒータ法などで
溶融・再結晶化し、数１０ＬＬｍ〜数ｍｍの大粒径ｐ゛
型多結晶Ｓｉ薄膜を形成する。これを成長核層１６とし
て用いる。この成長核層１６は２つのＳｉＯ２膜ではさ
まれているため、ｐ＋型アモルファスＳＬ薄膜１４に加
えられた熱が逃げにくくなって溶融が容易になり、大粒
径化しやすくなる（第１図（Ｃ））。

次に、キャップ層１５をＨＦ（弗酸）処理によりエツチ
ング除去して成長核層１６を露出させる（第１図（ｄ）
）。

この上に５ｎ−３ｉ液相成長法によりｐ−型多結晶Ｓｉ
薄膜４を３０μｍ形成する。成長核層１６全面を核とし
て成長するため、容易にｐ−型多結晶Ｓｉ薄膜４を形成
できる。また、この時点では、第１の支持基板１とｐ−
型多結晶Ｓｉ薄膜４と成長核層１６とは、間に拡散防止
膜２があって直接接していないため、液相成長時の高温
でも第１の支持基板１から活性層１１への不純物拡散を
抑えることができる（第１図（ｅ））。

次に、ｐ−型子結晶ＳＬ薄膜４上にｎ′″型結晶Ｓｔ薄
膜５を２０ｎｍプラズマＣＶＤ法により形成し、この上
にＩＴＯからなる反射防止膜兼透明導電膜６をスパッタ
蒸着法により形成し、さらにこの上に、Ａｇからなる表
面金属電極７を電子ビーム蒸着法により順次形成する（
第１図（ｆ））。

さらに、例えばＥ　Ｖ　Ａ　（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｖｉ
ｎｙｌ　ａｃｅｔ−ａｔｅ）からなる充填剤１７を介し
てガラスからなる第２の支持基板１３を貼り付ける。従
来、この工程は太陽電池セル工程の後のモジュール工程
に含まれるものであったが、以下に述べる第１の支持基
板１の除去のため、この実施例ではここでおこなってい
る（第１図（ｇ））。

第２の支持基板１３を貼り付けるまでは、機械的強度保
持のため第１の支持基板１は必要であった。しかし、第
２の支持基板１３が貼り付けられたことで機械的強度は
保たれるので、第１の支持基板１は必要でなくなる。逆
に、活性層１１の裏面側の電気的接続をとるためには、
第１の支持基板１および拡散防止膜２に何らかの処理が
必要である。

そこで、例えば弗酸と硝酸の混酸、水酸化カリウム水溶
液などを用いたエツチング、あるいはラッピングなどの
機械的研削により第１の支持基板１を裏面から除去し、
拡散防止膜２を露出させる（第１図（ｈ））。

さらに、拡散防止膜２を、例えば弗酸によりエツチング
除去し、成長核層１６を裏面から露出させる。これによ
り活性層１１の裏面側の電気的接触がとれるようになる
（第１図（ｉ））。

この後、成長核層１６の裏面上に、電子ビーム蒸着法に
よりＡｇ膜を蒸着して、裏面電極８を形成する（第１図
（ｊ））。

この実施例の裏面電極８は、従来例で拡散防止膜２が果
たしていた反射層としての機能を兼ねている。１μｍの
波長の光で考えた場合、計算によると従来例のようなＳ
　ｉ　／　Ｓ　ｉ　Ｏ□／Ｓｉ界面による反射では最大
０．４９の反射率しか達成できないのに対し、この実施
例ではＳ　ｉ　／　Ａ　ｇ界面による反射であるため、
０．９５とほぼ完全な反射率が達成でき、活性層１１へ
のより有効な光吸収を図ることができる。

以上の工程により、第１図（ｊ）に示す太陽電池９が構
成される。

なお、この発明による太陽電池の製造方法を用いれば、
以下に示すように上記実施例とは表裏を逆転させた構造
の太陽電池を形成することも可能である。

すなわち、第２図（ａ）〜（ｊ）はこの発明による太陽
電池の製造方法の他の実施例を工程順に示す断面図であ
る。この図において、１〜１７は第１図において同一符
号で示す部分と同一または相当する部分である。また、
工程も第１図に示す実施例と同一である部分が多いので
、以下、第１図と異なっている部分のみについて説明す
る。

拡散防止膜２上には、ｐ＋型アモルファスＳｉ薄膜１４
を１μｍ形成しく第２図（ｂ））、これを溶融・再結晶
化して成長核層１６として用い（第２図（Ｃ））、さら
に、この上にｐ−型多結晶Ｓｉ薄膜４を３０μｍ形成す
る（第２図（ｅ））。

ｐ−型多結晶Ｓｉ薄膜４上にｐ゛型微結晶Ｓｉ薄膜（こ
れは機能的には第１図の成長核層１６に相当する）１８
．裏面電極８を順次形成する（第２図（ｆ））。

この上に、充填剤１７を介して第２の支持基板１３を貼
り付ける。

第１図に示す実施例では入射光に対して表面側の太陽電
池セルプロセスを完了させて第２の支持基板１３を貼り
付けているのに対し、この実施例では裏面側を完了させ
、裏面側から第２の支持基板１３を貼り付けている（第
２図（ｇ））。

第１の支持基板１．拡散防止膜２を除去し、（第２図（
ｈ）、（ｉ））露出させた成長核層１６の上にｎ゛梨型
微結晶Ｓｉ薄膜５反射防止膜兼透明導電膜６９表面金属
電極７を順次形成する（第２図（ｊ））。

以上の工程により、太陽電池９が構成される。

なお、上記２つの実施例では拡散防止膜２はすべて除去
しているが、拡散防止膜２の除去は選択的であってもよ
い。この場合、界面がＳ　ｉ　／　Ｓ　ｉＯａ　／　Ａ
　ｇの部分では１μｍの波長の光で最大０．９９とさら
に大きな反射率を実現でき、活性層１１への有効な光吸
収を図ることができる。

また、上記実施例では金属縁ＳＬからなる支持基板を用
いているが、支持基板の材料としては、ステンレスなど
金属のほか、ＢＮ（チッ化ホウ素）やセラミックなどを
用いてもよい。また、上記実施例では、いわゆるｎ′″
／ｐ−／ｐ”型のＳＬ太陽電池の例を示したが、ｐ′″
／ｎ−／ｎ”型＋　ｎ　／　ｐ型＋　ｐ　／　ｎ型など
、別の導電型構成の、あるいはＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｃｕ
ＩｎＳｅ２など、他の結晶半導体材料を用いた太陽電池
であってもよい。さらに、上記の結晶半導体材料を２種
以上組合せ、あるいは上記の結晶半導体材料にアモルフ
ァス半導体材料などを組み合わせて、積層型太陽電池を
構成してもよい。

第３図は、第１図（ｊ）に示した構造を利用して積層型
にした、この発明のさらに他の実施例を示す太陽電池の
構造断面図である。

第３図において、１〜１７は第１図（ｊ）において同一
符号で示す部分と同一または相当する部分である。１９
，２０．２１は前記ｎ′″型微結晶Ｓｔ薄膜５上に、例
えばプラズマＣＶＤ法により順次形成したｐ型１９．ｉ
型２０．ｎ型２１アモルファスＳｉ薄膜である。反射防
止膜兼透明導電膜６はｎ型アモルファスＳＬ薄膜２１上
に形成する。この構造により、短波長光はアモルファス
Ｓｉセル（１９，２０，２１）が（アモルファスＳｔの
光学的禁制帯幅：　１．７ｅＶ　〜１．９ｅＶ）長波長
光は多結晶Ｓｉセル（１４，４゜５）が（結晶Ｓｉの光
学的禁制帯幅：１．１ｅ■）それぞれ分担して発電をお
こない、より一層の高効率化を実現できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、第１の支持基板上に
拡散防止膜を形成し、この拡散防止膜上に活性層を形成
する工程と、活性層上に電極を形成する工程と、この電
極上に第２の支持基板を貼り付ける工程と、第１の支持
基板を研削または溶解により除去する工程と、拡散防止
膜の少なくとも一部を溶解により除去する工程とを含む
ので、支持基板が活性層に有害な不純物を多く含む場合
でも、拡散防止膜には開口部を設けずに活性層を形成で
きるので、基板から活性層への不純物拡散を小さく抑え
られる。

また、基板および拡散防止膜を除去して、活性層と一方
の電極とを接続させるようにしたので、太陽電池の機械
的強度の保持および裏面電極の一部から、製造工程の途
中までの太陽電池の機械的強度の保持へと、基板の役割
は大幅に軽減される。さらに、裏面電極に高反射のもの
を用いて、裏面からの光反射を十分におこなわせるよう
にしたので、活性層への光吸収をより有効におこなうこ
とができる。

これにより、低純度の安価な支持基板を用いて、支持基
板から不純物拡散が少ない高品質の活性層を、反射率の
大きい反射層たる絶縁膜上に容易に形成できるので、光
エネルギーを有効に電気エネルギーに変換できる高品質
の太陽電池を低コストで得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による太陽電池の製造方法の一実施例
を工程順に示す断面図、第２図はこの発明による太陽電
池の製造方法の他の実施例を工程順に示す断面図、第３
図はこの発明による太陽電池の製造方法を用いた積層太
陽電池の構造を示す断面図、第４図は従来の太陽電池の
製造方法を示す断面図である。 図において、１は第１の支持基板、２は拡散防止膜、４
はｐ−型多結晶Ｓｔ薄膜、５はｎ１型結晶Ｓｉ薄膜、６
は反射防止膜兼透明導電膜、７は表面金属電極、８は裏
面金属電極、９は太陽型池、１１は活性層、１２は表面
電極、１３は第２の支持基板、１４はｐ゛型アモルファ
スＳｉ膜、１５はキャップ層、１６は成長核層、１７は
充填剤である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄　　　　（外２名）ｒ−ｃ’Ｊ
＼了Ｕ） 第 図 そ の 第 図 そ の 図そ 正　書（自発） 平成　　年　　月

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも一層の結晶半導体膜を含む活性層を有する
   太陽電池の製造方法において、第１の支持基板上に拡散
   防止膜を形成し、この拡散防止膜上に前記活性層を形成
   する工程と、前記活性層上に電極を形成する工程と、こ
   の電極上に第２の支持基板を貼り付ける工程と、前記第
   １の支持基板を研削または溶解により除去する工程と、
   前記拡散防止膜の少なくとも一部を溶解により除去する
   工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。