JP2002100789A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
太陽電池の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 太陽電池において、中間層からシリコン薄膜
への不純物の拡散により、シリコン薄膜中に高濃度の不
純物層を精度よく形成できる製造方法を提供すること。 【解決手段】 Ｐ型またはＮ型の不純物を含む中間層２
をシリコン層１と支持基板３との間にはさみ、熱処理に
よって前記不純物を前記シリコン層１に拡散させて、前
記シリコン層１中にＰ型またはＮ型の不純物層４を形成
するようにした。
への不純物の拡散により、シリコン薄膜中に高濃度の不
純物層を精度よく形成できる製造方法を提供すること。 【解決手段】 Ｐ型またはＮ型の不純物を含む中間層２
をシリコン層１と支持基板３との間にはさみ、熱処理に
よって前記不純物を前記シリコン層１に拡散させて、前
記シリコン層１中にＰ型またはＮ型の不純物層４を形成
するようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン薄膜でな
るシリコン層を有する太陽電池、特に結晶系シリコン薄
膜の太陽電池の製造方法に関する。
るシリコン層を有する太陽電池、特に結晶系シリコン薄
膜の太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】単結晶シリコン薄膜や多結晶シリコン薄
膜といった結晶系シリコン薄膜の太陽電池においては発
電層のシリコン薄膜の厚さが数μｍ〜数十μｍと薄く、
厚さが３００μｍ程度のキャスト基板のようには発電層
自身では支えきれない。そのため、何らかの支持基板が
必要とされる。
膜といった結晶系シリコン薄膜の太陽電池においては発
電層のシリコン薄膜の厚さが数μｍ〜数十μｍと薄く、
厚さが３００μｍ程度のキャスト基板のようには発電層
自身では支えきれない。そのため、何らかの支持基板が
必要とされる。
【０００３】そのため、このような太陽電池の作製に
は、支持基板上に化学気相成長法（ＣＶＤ法）などによ
りシリコン薄膜を直接堆積するか、他の基板上に作製し
たシリコン薄膜または他の基板上に作製したシリコン薄
膜太陽電池を必要とされる支持基板上にはりあわせる必
要がある。
は、支持基板上に化学気相成長法（ＣＶＤ法）などによ
りシリコン薄膜を直接堆積するか、他の基板上に作製し
たシリコン薄膜または他の基板上に作製したシリコン薄
膜太陽電池を必要とされる支持基板上にはりあわせる必
要がある。
【０００４】この、支持基板上に張り合わせる方法とし
て、シリコン基板上に形成されたポーラスシリコン層上
に単結晶シリコン層を形成し、太陽電池を作製後支持基
板に接着した後、シリコン基板を剥離する方法、または
シリコン基板上に形成された酸化膜上にシリコン薄膜を
形成し、必要とされる支持基板に接着した後、シリコン
基板を剥離する方法等が提案されている。
て、シリコン基板上に形成されたポーラスシリコン層上
に単結晶シリコン層を形成し、太陽電池を作製後支持基
板に接着した後、シリコン基板を剥離する方法、または
シリコン基板上に形成された酸化膜上にシリコン薄膜を
形成し、必要とされる支持基板に接着した後、シリコン
基板を剥離する方法等が提案されている。
【０００５】一方、このような太陽電池では、裏面に形
成された高濃度の不純物層による電界効果で、発生した
少数キャリアの再結合を防ぐ構造、いわゆるＢＳＦ（ｂ
ａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）構造により変換
効率を向上させることが行われている。
成された高濃度の不純物層による電界効果で、発生した
少数キャリアの再結合を防ぐ構造、いわゆるＢＳＦ（ｂ
ａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）構造により変換
効率を向上させることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のシリコ
ン薄膜を支持基板にはりあわせる方法では、はりあわせ
る前に高濃度の拡散層を形成しなければならないので、
拡散濃度や拡散深さの制御に制限があったり、高濃度の
拡散層の形成そのものが困難であるという問題があっ
た。
ン薄膜を支持基板にはりあわせる方法では、はりあわせ
る前に高濃度の拡散層を形成しなければならないので、
拡散濃度や拡散深さの制御に制限があったり、高濃度の
拡散層の形成そのものが困難であるという問題があっ
た。
【０００７】また、シリコン薄膜を支持基板上に直接堆
積する場合は、高濃度の拡散層を先に推積しその後、所
定のシリコン薄膜を形成する必要がありプロセスが複雑
になっていた。
積する場合は、高濃度の拡散層を先に推積しその後、所
定のシリコン薄膜を形成する必要がありプロセスが複雑
になっていた。
【０００８】このように従来の製造方法では、ＢＳＦ構
造に必要な高濃度の拡散層を精度よく制御して形成する
ことは困難であり、また、プロセスが複雑である。
造に必要な高濃度の拡散層を精度よく制御して形成する
ことは困難であり、また、プロセスが複雑である。
【０００９】本発明は上記に鑑みなされたもので、中間
層からの不純物の熱拡散により、シリコン薄膜中に高濃
度の不純物層を精度よく形成することができる製造方法
を提示して、太陽電池の製造工程の簡略化を図り、かつ
太陽電池の変換効率を向上させることを目的とする。
層からの不純物の熱拡散により、シリコン薄膜中に高濃
度の不純物層を精度よく形成することができる製造方法
を提示して、太陽電池の製造工程の簡略化を図り、かつ
太陽電池の変換効率を向上させることを目的とする。
【００１０】また、本発明は、シリコン薄膜のはりあわ
せ法にもシリコン薄膜の直接推積法にも適用できるた
め、幅広い応用が可能である。
せ法にもシリコン薄膜の直接推積法にも適用できるた
め、幅広い応用が可能である。
【００１１】
【課題を解決するための手段】（１）本発明にかかる太
陽電池の製造方法は、Ｐ型またはＮ型の不純物を含む中
間層がシリコン層と支持基板とにはさまれ、熱処理によ
って前記不純物が前記シリコン層に拡散されることで前
記シリコン層中にＰ型またはＮ型の不純物層を形成する
ものである。
陽電池の製造方法は、Ｐ型またはＮ型の不純物を含む中
間層がシリコン層と支持基板とにはさまれ、熱処理によ
って前記不純物が前記シリコン層に拡散されることで前
記シリコン層中にＰ型またはＮ型の不純物層を形成する
ものである。
【００１２】（２）さらに、本発明にかかる太陽電池の
製造方法は、前記シリコン層が単結晶シリコンまたは多
結晶シリコンで形成されていることである。
製造方法は、前記シリコン層が単結晶シリコンまたは多
結晶シリコンで形成されていることである。
【００１３】すなわち本発明は、厚さが１００μｍ以下
の単結晶または、多結晶のシリコン層（シリコン薄膜）
と支持基板との間に不純物を含む中間層を形成し、この
中間層に含まれる不純物が熱処理によってシリコン薄膜
に拡散することによってＰ型またはＮ型の高濃度の不純
物層を形成することを特徴としている。
の単結晶または、多結晶のシリコン層（シリコン薄膜）
と支持基板との間に不純物を含む中間層を形成し、この
中間層に含まれる不純物が熱処理によってシリコン薄膜
に拡散することによってＰ型またはＮ型の高濃度の不純
物層を形成することを特徴としている。
【００１４】（３）さらに本発明にかかる太陽電池の製
造方法は、前記中間層に含まれる不純物が第ＩＩＩ族の
元素もしくはその化合物または第Ｖ族の元素もしくはそ
の化合物で形成されているものである。
造方法は、前記中間層に含まれる不純物が第ＩＩＩ族の
元素もしくはその化合物または第Ｖ族の元素もしくはそ
の化合物で形成されているものである。
【００１５】すなわち本発明は、前記（１）または
（２）の発明に加えて、この中間層に含まれる不純物が
ボロン、アルミニウムのような第ＩＩＩ族の元素もしく
はその化合物またはリン、アンチモンのような第Ｖ族の
元素もしくはその化合物であることを特徴としている。
また、この中間層には上記元素またはその化合物を含有
した珪酸ガラス等のガラスをはじめアルカリ金属ケイ酸
塩を含む無機接着剤、シリコン酸化膜またはシリコン窒
化膜が使用できる。
（２）の発明に加えて、この中間層に含まれる不純物が
ボロン、アルミニウムのような第ＩＩＩ族の元素もしく
はその化合物またはリン、アンチモンのような第Ｖ族の
元素もしくはその化合物であることを特徴としている。
また、この中間層には上記元素またはその化合物を含有
した珪酸ガラス等のガラスをはじめアルカリ金属ケイ酸
塩を含む無機接着剤、シリコン酸化膜またはシリコン窒
化膜が使用できる。
【００１６】また、支持基板は、熱膨張係数がシリコン
に近い材料が望ましく、セラミック基板、珪酸ガラス等
のガラス基板、高融点金属基板またはシリコン酸化膜、
シリコン窒化膜もしくは高融点金属が表面に形成されて
いるセラミック基板もしくはガラス基板が使用できる。
に近い材料が望ましく、セラミック基板、珪酸ガラス等
のガラス基板、高融点金属基板またはシリコン酸化膜、
シリコン窒化膜もしくは高融点金属が表面に形成されて
いるセラミック基板もしくはガラス基板が使用できる。
【００１７】また、上記支持基板の表面に凹凸をつけ拡
散反射率を向上させることができる。
散反射率を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明にかかる太陽電池の製造方
法は、シリコン薄膜（シリコン層）と支持基板との間に
Ｐ型またはＮ型の不純物を含んだ中間層を設け、熱処理
によりこの中間層から不純物がシリコン薄膜中に拡散
し、このシリコン薄膜中に高濃度の不純物層を形成する
製造方法を提供することで、太陽電池の製造工程の簡略
化を図ることができ、特に、結晶系シリコン薄膜の太陽
電池の製造に適している。
法は、シリコン薄膜（シリコン層）と支持基板との間に
Ｐ型またはＮ型の不純物を含んだ中間層を設け、熱処理
によりこの中間層から不純物がシリコン薄膜中に拡散
し、このシリコン薄膜中に高濃度の不純物層を形成する
製造方法を提供することで、太陽電池の製造工程の簡略
化を図ることができ、特に、結晶系シリコン薄膜の太陽
電池の製造に適している。
【００１９】さらに、この不純物層は裏面電界層または
裏面電極層して機能するため、太陽電池の効率を向上さ
せることができる。 （１）実施形態例−１ 図１を参照して、本発明にかかる太陽電池の製造方法の
実施形態例−１を説明する。図１は、本発明の実施形態
例−１を説明するための図であり、シリコン薄膜をはり
あわせる例を示したものである。
裏面電極層して機能するため、太陽電池の効率を向上さ
せることができる。 （１）実施形態例−１ 図１を参照して、本発明にかかる太陽電池の製造方法の
実施形態例−１を説明する。図１は、本発明の実施形態
例−１を説明するための図であり、シリコン薄膜をはり
あわせる例を示したものである。
【００２０】まず、図１（ａ）に示すように、基板（シ
リコン基板）１０上に形成したポーラスシリコン層１１
に、厚さ１０μｍのシリコン薄膜（シリコン層）１を化
学気相成長法により作製する。
リコン基板）１０上に形成したポーラスシリコン層１１
に、厚さ１０μｍのシリコン薄膜（シリコン層）１を化
学気相成長法により作製する。
【００２１】次に、図１（ｂ）に示すように、支持基板
（セラミック基板）３の上に、ボロンを含む珪酸ガラス
を有機溶剤に混合した溶液を塗布し、３００℃から５０
０℃の範囲で仮焼成し塗膜中の樹脂を除去する。そして
その上に、シリコン薄膜１を下向きにして基板１０を重
ねる。この珪酸ガラス層が中間層２になる。
（セラミック基板）３の上に、ボロンを含む珪酸ガラス
を有機溶剤に混合した溶液を塗布し、３００℃から５０
０℃の範囲で仮焼成し塗膜中の樹脂を除去する。そして
その上に、シリコン薄膜１を下向きにして基板１０を重
ねる。この珪酸ガラス層が中間層２になる。
【００２２】次に、図１（ｃ）に示すように、５００℃
から１１００℃の範囲の熱処理によって、基板１０に形
成されているシリコン薄膜１と支持基板３とを密着させ
て、はりあわせる。この工程において、珪酸ガラス中の
ボロンがシリコン薄膜１中に拡散し、高濃度の不純物層
（ｐ+ 層）４を形成する。この高濃度の不純物層４の濃
度は、１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3、シリコン薄膜１
中への拡散深さは、０．１〜１μｍの間が望ましい。
から１１００℃の範囲の熱処理によって、基板１０に形
成されているシリコン薄膜１と支持基板３とを密着させ
て、はりあわせる。この工程において、珪酸ガラス中の
ボロンがシリコン薄膜１中に拡散し、高濃度の不純物層
（ｐ+ 層）４を形成する。この高濃度の不純物層４の濃
度は、１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3、シリコン薄膜１
中への拡散深さは、０．１〜１μｍの間が望ましい。
【００２３】なお、仮焼成およびはりあわせの温度や時
間は、中間層２の珪酸ガラス中に酸化鉛、酸化バリウ
ム、酸化アルミニウムまたは酸化亜鉛を含む量によって
調節される。また、シリコン薄膜１中の不純物濃度およ
び拡散深さは、中間層２の珪酸ガラス中のボロンの濃度
およびはりあわせの温度や時間によって調整することが
できる。
間は、中間層２の珪酸ガラス中に酸化鉛、酸化バリウ
ム、酸化アルミニウムまたは酸化亜鉛を含む量によって
調節される。また、シリコン薄膜１中の不純物濃度およ
び拡散深さは、中間層２の珪酸ガラス中のボロンの濃度
およびはりあわせの温度や時間によって調整することが
できる。
【００２４】支持基板３としては、セラミックのような
熱膨張係数がシリコンに近く、拡散反射率の高いものが
望ましい。また、支持基板３の表面に凹凸を付け拡散反
射率を大きくしてもよい。
熱膨張係数がシリコンに近く、拡散反射率の高いものが
望ましい。また、支持基板３の表面に凹凸を付け拡散反
射率を大きくしてもよい。
【００２５】その後、基板１０およびポーラスシリコン
層１１を剥離して、図１（ｄ）に示すような、シリコン
薄膜１、不純物層４、中間層２および支持基板３の層構
造を作製する。
層１１を剥離して、図１（ｄ）に示すような、シリコン
薄膜１、不純物層４、中間層２および支持基板３の層構
造を作製する。
【００２６】なお、この層構造を作製した後に、熱処理
を行うことによって、さらに不純物層４の濃度および深
さの調整を行うことができる。
を行うことによって、さらに不純物層４の濃度および深
さの調整を行うことができる。
【００２７】このように、作製した層構造のシリコン薄
膜１の上に図１（ｅ）に示すように、熱拡散あるいは化
学気相成長法により中央部分に濃度２×１０19ｃｍ-3の
ｎ+領域１２および周囲に濃度１×１０20ｃｍ-3のｐ+
領域１３をそれぞれ形成し、それぞれに電極１４を形成
して、ＢＳＦ層を有する太陽電池が完成する。この電極
１４として、アルミニウム、銀またはチタン／パラジウ
ム／銀の３層構造等を用いることができる。
膜１の上に図１（ｅ）に示すように、熱拡散あるいは化
学気相成長法により中央部分に濃度２×１０19ｃｍ-3の
ｎ+領域１２および周囲に濃度１×１０20ｃｍ-3のｐ+
領域１３をそれぞれ形成し、それぞれに電極１４を形成
して、ＢＳＦ層を有する太陽電池が完成する。この電極
１４として、アルミニウム、銀またはチタン／パラジウ
ム／銀の３層構造等を用いることができる。
【００２８】また、この不純物層４を裏面電極層として
用いることも可能で、図１（ｆ）に示すような構造の太
陽電池も作製できる。すなわち、図１（ｄ）の層構造か
ら、ｎ+ 領域１２を形成するとともに、シリコン薄膜１
の一部を剥離したところの不純物層４の上に電極１４を
形成し、またｎ+ 領域１２の上にも電極１４を形成す
る。
用いることも可能で、図１（ｆ）に示すような構造の太
陽電池も作製できる。すなわち、図１（ｄ）の層構造か
ら、ｎ+ 領域１２を形成するとともに、シリコン薄膜１
の一部を剥離したところの不純物層４の上に電極１４を
形成し、またｎ+ 領域１２の上にも電極１４を形成す
る。
【００２９】ただしこの場合は、高濃度の不純物層４は
ｎ+ 領域１２とは逆の導電性（ｐ+）を有している必要
がある。不純物層４がｎ+ の導電性を有している場合に
は、１２はｐ+ の導電性を有するように作製すればよ
い。 （２）実施形態例−２ 図２を参照して、本発明にかかる太陽電池の製造方法の
実施形態例−２を説明する。図２は、本発明の実施形態
例−２を説明するための図であり、シリコン薄膜を直接
推積する例を示すものである。
ｎ+ 領域１２とは逆の導電性（ｐ+）を有している必要
がある。不純物層４がｎ+ の導電性を有している場合に
は、１２はｐ+ の導電性を有するように作製すればよ
い。 （２）実施形態例−２ 図２を参照して、本発明にかかる太陽電池の製造方法の
実施形態例−２を説明する。図２は、本発明の実施形態
例−２を説明するための図であり、シリコン薄膜を直接
推積する例を示すものである。
【００３０】まず、図２（ａ）に示すように、支持基板
３上に中間層２を形成する。この中間層２はボロンを含
んだ酸化膜を化学気相成長法により形成する。そしてこ
の中間層２の上にシリコン薄膜１を化学気相成長法によ
り作製する。
３上に中間層２を形成する。この中間層２はボロンを含
んだ酸化膜を化学気相成長法により形成する。そしてこ
の中間層２の上にシリコン薄膜１を化学気相成長法によ
り作製する。
【００３１】その後、５００℃から１４００℃の熱処理
を行い、図２（ｂ）に示すように、高濃度の不純物層４
をシリコン薄膜１中に形成する。この熱処理は、通常の
熱処理法のほかに、ランプによる加熱、またはレーザビ
ームや電子ビームによる加熱であってもよい。この熱処
理によって、中間層２の酸化膜中のボロンがシリコン薄
膜１中に拡散し、濃度１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3の
高濃度の不純物層４を形成する。この不純物層４はｐ+
領域である。
を行い、図２（ｂ）に示すように、高濃度の不純物層４
をシリコン薄膜１中に形成する。この熱処理は、通常の
熱処理法のほかに、ランプによる加熱、またはレーザビ
ームや電子ビームによる加熱であってもよい。この熱処
理によって、中間層２の酸化膜中のボロンがシリコン薄
膜１中に拡散し、濃度１×１０18〜１×１０21ｃｍ-3の
高濃度の不純物層４を形成する。この不純物層４はｐ+
領域である。
【００３２】このようにして、実施形態例−１の図１
（ｄ）に示す層構造と同様な層構造を作製することがで
きるので、その後、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示す
太陽電池を、それぞれ図１（ｆ）および図１（ｅ）と同
様に作製することができる。
（ｄ）に示す層構造と同様な層構造を作製することがで
きるので、その後、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示す
太陽電池を、それぞれ図１（ｆ）および図１（ｅ）と同
様に作製することができる。
【００３３】すなわち、図２（ｄ）に示す太陽電池は、
この層構造のシリコン薄膜１上に熱拡散あるいは化学気
相成長法によりｎ+ 領域１２およびｐ+ 領域１３をそれ
ぞれ形成し、それぞれに電極１４を形成することで作製
できる。
この層構造のシリコン薄膜１上に熱拡散あるいは化学気
相成長法によりｎ+ 領域１２およびｐ+ 領域１３をそれ
ぞれ形成し、それぞれに電極１４を形成することで作製
できる。
【００３４】また、図２（ｃ）に示すように、不純物層
４を裏面電極層として用いるような構造の太陽電池も作
製できる。
４を裏面電極層として用いるような構造の太陽電池も作
製できる。
【００３５】
【発明の効果】本発明にかかる太陽電池の製造方法は、
シリコン薄膜で成るシリコン層（シリコン薄膜）と支持
基板との間に不純物を含んだ中間層を設け、熱処理によ
りこの中間層から不純物がシリコン薄膜中に拡散し、シ
リコン薄膜中に高濃度の不純物層を形成する製造工程を
採用することによって、シリコン薄膜をはりあわせる前
に高濃度の不純物層を拡散させることなく、また、追加
のプロセスを加えることなく、裏面電界層や裏面電極層
を形成することが可能となり、太陽電池の高効率化およ
び低価格化を図ることができる。
シリコン薄膜で成るシリコン層（シリコン薄膜）と支持
基板との間に不純物を含んだ中間層を設け、熱処理によ
りこの中間層から不純物がシリコン薄膜中に拡散し、シ
リコン薄膜中に高濃度の不純物層を形成する製造工程を
採用することによって、シリコン薄膜をはりあわせる前
に高濃度の不純物層を拡散させることなく、また、追加
のプロセスを加えることなく、裏面電界層や裏面電極層
を形成することが可能となり、太陽電池の高効率化およ
び低価格化を図ることができる。
【図１】本発明の実施形態例−１を説明するための図で
ある。
ある。
【図２】本発明の実施形態例−２を説明するための図で
ある。
ある。
１ シリコン薄膜（シリコン層） ２ 中間層 ３ 支持基板（セラミック基板） ４ 不純物層 １０ 基板（シリコン基板） １１ ポーラスシリコン層 １２ ｎ+ 領域 １３ ｐ+ 領域 １４ 電極
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｐ型またはＮ型の不純物を含む中間層が
シリコン層と支持基板とにはさまれ、熱処理によって前
記不純物が前記シリコン層に拡散されることで前記シリ
コン層中にＰ型またはＮ型の不純物層を形成することを
特徴とする太陽電池の製造方法。 - 【請求項２】 前記シリコン層が単結晶シリコンまたは
多結晶シリコンで形成されていることを特徴とする請求
項１に記載の太陽電池の製造方法。 - 【請求項３】 前記中間層に含まれる不純物が第ＩＩＩ
族の元素もしくはその化合物または第Ｖ族の元素もしく
はその化合物で形成されていることを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000290003A JP3513592B2 (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | 太陽電池の製造方法 |
| US09/961,142 US6692981B2 (en) | 2000-09-25 | 2001-09-24 | Method of manufacturing a solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000290003A JP3513592B2 (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | 太陽電池の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002100789A true JP2002100789A (ja) | 2002-04-05 |
| JP3513592B2 JP3513592B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=18773298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000290003A Expired - Lifetime JP3513592B2 (ja) | 2000-09-25 | 2000-09-25 | 太陽電池の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6692981B2 (ja) |
| JP (1) | JP3513592B2 (ja) |
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| US9029184B2 (en) | 2008-03-28 | 2015-05-12 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photoelectric conversion device and method for manufacturing the same |
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2000
- 2000-09-25 JP JP2000290003A patent/JP3513592B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2001
- 2001-09-24 US US09/961,142 patent/US6692981B2/en not_active Expired - Fee Related
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