JP2002261305A - 薄膜多結晶シリコン太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた光電変換特性を有する薄膜多結晶シリ
コン太陽電池の提供及びその薄膜多結晶シリコン太陽電
池を効率よくかつ容易に得ることが可能な製造方法の提
供。 【解決手段】 薄膜多結晶シリコン太陽電池１０のｐ型
多結晶シリコン層３は、正極２上に順次配置される第一
の層３２と、第二の層３４とからなる。第一の層及び第
二の層中のシリコン結晶粒の平均粒径は１０μｍ以上で
ある。第一の層中のｐ型ドーパント濃度は１×１０¹⁸個
／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成するときの熱処理
温度における固溶限界濃度である。第ニの層中のｐ型ド
ーパント濃度は、第一の層に接する界面近傍からｎ型多
結晶シリコン層４に接するｐｎ接合面近傍にかけて単調
に減少し、かつ、界面近傍では大気圧かつ第一の層を形
成するときの熱処理温度における固溶限界濃度であり、
ｐｎ接合面近傍では１×１０ ¹⁵〜５×１０¹⁷個／ｃｍ³
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜多結晶シリコ
ン太陽電池及びその製造方法に関し、より詳しくは、ｐ
型多結晶シリコン層上にｎ型多結晶シリコン層が形成さ
れており、光をｎ型多結晶シリコン層の側から受光する
構成を有する薄膜多結晶シリコン太陽電池及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球温暖化やエネルギー問題に対
する関心が高まり、建築物の屋根や壁に敷設することの
できる太陽電池の開発が望まれ、様々な開発が進められ
ている。このようなオンサイト発電のできる太陽電池と
しては、省資源、高効率、低コスト、及び安全性の観点
から、薄膜多結晶シリコン太陽電池が最も有望である。

【０００３】薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造方法と
しては、基板上に所定の不純物を含有する多結晶シリコ
ン層を形成して、更に所定の不純物のドーピングを行っ
て光電変換素子として機能する部位、すなわちｐｎ接合
或いはｐｉｎ接合を形成せしめた後、その多結晶シリコ
ン層の表面に、光閉じ込めのための反射防止膜やテキス
チャ構造、更には所定の電極を形成する方法が一般的で
ある。

【０００４】このような薄膜多結晶シリコン太陽電池の
製造工程のうち、基板上に多結晶シリコン層を形成する
工程は一般にプラズマ気相成長が採用されている。しか
し、プラズマ気相成長法により形成されたシリコン薄膜
は結晶粒径が小さいため、これを太陽電池に用いた場合
に十分な光電変換効率が得られないという問題があっ
た。また、プラズマ気相成長法ではモノシランガス等の
半導体特殊材料ガスを用いるため、設備費の高騰を招
き、太陽電池のコストを増大させるという欠点があっ
た。そこで、半導体特殊材料ガスを可能な限り用いず
に、物理蒸着法を利用して太陽電池用シリコン薄膜を形
成するための様々な検討がなされている。

【０００５】その試みの一つとして、例えば、特開平9-
181344号公報にはアルミニウムの結晶核成長効果を利用
した方法により製造されるシリコン薄膜太陽電池が開示
されている。この電池は、以下の手順により製造されて
いる。すなわち、先ず基板上にアルミニウムを含む導電
層を形成する。次いで導電層上にアモルファスシリコン
層又は微結晶シリコン層を形成する。次いでこれらのシ
リコン層のいずれかの上に絶縁体膜からなるキャップ層
を形成する。そして、ランプアニール等の処理を行な
い、導電層とシリコン層を加熱溶融させて導電層からシ
リコン層にアルミニウムを拡散させることにより、アル
ミニウムを含有するｐ型多結晶シリコン層を形成する。
次に、ｐ型多結晶シリコン層上のキャップ層をエッチン
グ等により除去する。次に、熱ＣＶＤ法、或いはプラズ
マ気相成長法を用いてホモエピタキシャル成長させるこ
とにより、ｐｎ接合を有する多結晶シリコン層、或い
は、ｐｉｎ接合を有する多結晶シリコン層を形成し、太
陽電池を構成する。

【０００６】また、特開2000-232231号公報には、大結
晶粒の多結晶シリコン薄膜の製造方法とそれを用いた薄
膜多結晶シリコン太陽電池の製造方法が開示されてい
る。この電池は、アルミニウムの代わりにニッケルなど
の触媒金属を用いて以下の手順により製造されている。
すなわち、先ず、基板上にシリコン層等の半導体層を形
成する。このとき、該半導体層にはｐ型ドーパントとな
るホウ素を0.001〜0.1％原子％含有させておく。次に、
半導体層の結晶化を促進する触媒となるニッケル等の金
属を含む層を前記半導体層に隣接して形成する。次に、
550℃、４〜８時間加熱処理を行い、触媒となる金属を
含む層から前記金属触媒元素を半導体層内に拡散させ
る。このとき、半導体層中のシリコンは金属触媒の作用
によって結晶化される。次に、触媒となる金属を含む層
を除去後、結晶化したシリコン結晶粒を含有する半導体
層の上に燐ガラス層を形成する。次に、550℃で１〜４
時間熱処理し、半導体層中に拡散した触媒金属元素を燐
ガラス層中にゲッタリングさせて、半導体層の触媒とな
る金属元素濃度を５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に減少させ、上
記半導体層を高純度化させる。その後、燐ガラス層を除
去して半導体層を露出させ、該半導体層上にn型結晶シ
リコン層を形成し、pn接合を形成して太陽電池を構成す
る。

【０００７】更に、Applied Physics Letters vol. 7
3、 No. 22 (1998) pp. 3214-3216には、シリコン層の
多結晶化に寄与する金属としてアルミニウム等のシリコ
ンと共晶反応する金属を用いて以下の手順により多結晶
シリコン薄膜を製造する方法が提案されている。すなわ
ち、先ず、基板上に、シリコンと共晶反応するアルミニ
ウム等の金属からなる金属層を形成する。次いで、金属
層上にアモルファスシリコン層を形成する。次いで、シ
リコンと金属とが共晶反応するときの共晶温度よりも低
い温度で熱処理することにより、上記アモルファスシリ
コン層を形成するシリコン原子を金属層中に拡散させる
と同時に粒径10μｍ以上のシリコン結晶粒を金属層と基
板との界面に析出させる。そして、金属層と基板との間
にシリコンと共晶反応する金属をほぼ固溶限界濃度(〜
１０¹⁹ｃｍ^-3)含有する多結晶シリコン薄膜を形成す
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9-181344号公報に記載のシリコン薄膜太陽電池及びその
製造方法においては、次の３つの問題点があった。すな
わち、第１の問題点は、この方法は、シリコン結晶粒の
粒径を十分に大きくする観点から、アルミニウムを含む
導電層とシリコン層との積層体を加熱溶融させた後の冷
却工程における冷却速度を厳密に制御する必要があり製
造工程が複雑になることである。

【０００９】また、第２の問題点は、得られる多結晶シ
リコン層のアルミニウムの含有量は、上記の積層体の溶
融条件と冷却条件とにより決るので、導電層の組成、導
電層の膜厚に対するシリコン層の膜厚を精密に制御しな
いと多結晶シリコン層の上面にアルミニウム層が残って
しまうということである。アルミニウム層が残留してし
まうと、これを十分に取り除くためにエッチングを行な
う必要が生じる。そして、残留したアルミニウム層を十
分に取り除かない状態のままｐｎ接合を有するシリコン
層或いはｐｉｎ接合を有するシリコン層を積層した場
合、十分にホモエピタキシャル成長させることができ
ず、十分な粒径を有するシリコン結晶粒からなる多結晶
シリコン層を形成させることができなくなる。ここで、
例えば、残留したアルミニウム層を取り除かずにこの上
にキャップ層を形成し、その後、エッチングによりキャ
ップ層と残留したアルミニウム層とを同時に除去する手
法も考えられるが、キャップ層のエッチングに使用する
エッチング液やエッチングガス（反応性イオンエッチン
グ法でエッチングする場合）は、通常はアルミニウム層
のエッチングに適した種類や組成を有していないので、
必ずしも完全に取り除けるとは限らない。

【００１０】第３の問題点は、上記ｐｎ接合又はｐｉｎ
接合を有する多結晶シリコン層を形成する際に、ホモエ
ピタキシャル成長の手段として気相成長法を利用してお
り、モノシラン、ジシラン等の半導体特殊ガスを用いて
おりのでややコスト高となってしまうということであ
る。

【００１１】これに対して、上述の特開2000-232231号
公報に記載の薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造方法
は、はじめに基板上に形成するシリコン層中のシリコン
を結晶化させる際に該シリコン層を溶融させないので、
冷却速度を厳しく制御することがなく、形成された大結
晶粒の多結晶シリコン層をそのまま太陽電池の能動層と
して使用できる。また、n型結晶シリコン層の形成にイ
オン注入法を利用することにすれば半導体特殊材料ガス
を用いることがないという利点を有している。しかしな
がら、特開2000-232231号公報に記載の製造方法により
製造された薄膜多結晶シリコン太陽電池においては、能
動層となるべき多結晶シリコン層中に、５×１０¹⁸ｃｍ
^-3ものドーパント元素以外の触媒金属が含有されてお
り、これが光によって発生したキャリアのいわゆるキラ
ー(殺し手)となって該キャリアを消滅させてしまうた
め、光電変換効率が設計値どおりに向上しないという問
題点があった。

【００１２】更に、Applied Physics Letters vol. 7
3、 No. 22 (1998) pp. 3214-3216に記載の方法により
形成されたｐ型多結晶シリコン薄膜は、シリコンと共晶
反応する金属としてｐ型ドーパントとなりうる金属を用
いているので、これを薄膜多結晶シリコン太陽電池に適
用すれば上記の特開2000-232231号公報における発電中
のキャリアの消滅の問題を回避できる可能性がある。ま
た、この方法は、上記の金属とシリコンとの共晶反応の
温度よりも低い温度で金属層とシリコン層とを熱処理す
るので、金属層とシリコン層とを溶融させることなく該
シリコン層中のシリコンを結晶化させることができる。
そのため、特開平9-181344号公報の方法のように冷却速
度を厳密に制御する必要がなくなるという利点を有して
いる。しかしながら、このｐ型多結晶シリコン薄膜はそ
のドーパント濃度が上記のように高すぎるため薄膜多結
晶シリコン太陽電池の能動層として用いることはできな
かった。

【００１３】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みてなされたものであり、優れた光電変換特性を有する
薄膜多結晶シリコン太陽電池を提供すること、及びその
薄膜多結晶シリコン太陽電池を効率よくかつ容易に得る
ことが可能な製造方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ｐ型多結
晶シリコン層上にｎ型多結晶シリコン層が形成されてお
り、光をｎ型多結晶シリコン層の側から受光する構成を
有する薄膜多結晶シリコン太陽電池について上記目的を
達成すべく鋭意研究を重ねた結果、ｐ型多結晶シリコン
層をｎ型多結晶シリコン層に接しない第一の層と、ｎ型
多結晶シリコン層に接する第二の層とからなる二層の構
造とし、第一の層にはシリコンと共晶反応することが可
能なｐ型ドーパントをほぼ固溶限界の濃度で含有させ、
第二の層には上記のｐ型ドーパントをその濃度が第一の
層に接する界面近傍からｎ型多結晶シリコン層に接する
界面近傍に向けて単調に減少するように含有させること
が、電池の光電変換効率の向上を図る上で極めて有効で
あることを見出した。

【００１５】更に、本発明者らは、上記の構造を有する
ｐ型多結晶シリコン層を形成する際に、先ず第一の層上
にアモルファスシリコン、微結晶シリコン、又は、アモ
ルファスシリコンと微結晶シリコンとの混合物から構成
されたシリコン層を形成し、これに熱処理又は光照射処
理を行なうことにより、上記のｐ型ドーパント原子の濃
度分布を有する第二の層を容易かつ効率よく形成できる
ことを見出し、本発明に到達した。

【００１６】すなわち、本発明は、基板と、基板上に形
成される正極と、正極上に形成されるｐ型多結晶シリコ
ン層と、ｐ型多結晶シリコン層上に形成されるｎ型多結
晶シリコン層と、ｎ型多結晶シリコン層上に形成される
負極とを有する薄膜多結晶シリコン太陽電池であって、
ｐ型多結晶シリコン層は、正極に隣接して配置される第
一の層と、当該第一の層とｎ型多結晶シリコン層との間
に配置される第二の層とから構成されており、第一の層
及び第二の層を構成するシリコン結晶粒の平均粒径が１
０μｍ以上であり、第一の層中のｐ型ドーパント原子の
濃度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形
成するときの熱処理温度における固溶限界濃度であり、
第ニの層中のｐ型ドーパント原子の濃度が第一の層に接
する界面近傍からｎ型多結晶シリコン層に接するｐｎ接
合面近傍にかけて単調に減少しており、かつ、当該濃度
が界面近傍においては大気圧かつ第一の層を形成すると
きの熱処理温度における固溶限界濃度であり、ｐｎ接合
面近傍においては１×１０¹⁵〜５×１０ ¹⁷個／ｃｍ³で
あること、を特徴とする薄膜多結晶シリコン太陽電池を
提供する。

【００１７】このように、ｐ型多結晶シリコン層を上記
の条件を満たす第一の層と第二の層とからなる二層構造
とし、第二の層中のｐ型ドーパント原子の濃度を上記の
条件を満たすように傾斜分布させることにより、第二の
層中に電位勾配を形成することができる。このため、ｐ
ｎ接合領域において発生した電子の正極への移動を十分
に抑制しつつ負極への移動を十分に促進させることが可
能となる。また、ｐｎ接合領域において発生した正孔
（ホール）の負極への移動を十分に抑制しつつ正極への
移動を十分に促進させることも可能となる。従って、本
発明の薄膜多結晶シリコン太陽電池は、高い光電変換効
率のもとでの発電を行うことが可能となる。

【００１８】なお、本明細書においては、第二の層中に
含有されているｐ型ドーパントについて、ｐ型ドーパン
ト原子の濃度が第一の層に接する界面近傍からｎ型多結
晶シリコン層に接する界面近傍にかけて「単調に減少し
ている」状態をｐ型ドーパント原子の濃度が第一の層に
接する界面近傍からｎ型多結晶シリコン層に接する界面
近傍にかけて「傾斜分布を有している」として説明す
る。

【００１９】ここで、第一の層及び第二の層を構成する
多結晶シリコン結晶粒の粒径が１０μｍ未満であると、
シリコン膜中に結晶粒界が過大に存在することになり、
キャリアの移動が阻害される。そして、上記の観点か
ら、第一の層及び第二の層を構成する多結晶シリコン結
晶粒の粒径は１０μｍ以上であることが好ましい。

【００２０】また、第一の層中のｐ型ドーパント原子の
濃度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³未満であると、第二の層の
キャリア濃度の傾斜がゆるやかすぎて、正負のキャリア
の分散効果が現象する。

【００２１】なお、本明細書において、「第一の層を形
成するときの熱処理温度」とは、以下に示す熱処理温度
を示す。すなわち、基板等の所定の面上にシリコンと共
晶反応しかつシリコンに対してｐ型ドーパントとなるこ
とが可能な元素からなる金属層を形成し、更にこの金属
層上にアモルファスシリコン層を形成した場合に、アモ
ルファスシリコン層を構成するシリコン原子を金属層中
に拡散させるために、当該金属層とアモルファスシリコ
ン層とに施される熱処理の温度を示す。そしてこの熱処
理により、金属層とアモルファスシリコン層とから第一
の層が製造される。なお、第一の層を形成するときの熱
処理温度は、共晶温度よりも２０〜１００℃低い温度で
あることが好ましく、共晶温度よりも約５０℃低い温度
であることがより好ましい。「共晶温度」とは、一定の
圧力条件のもとでシリコンとｐ型ドーパントとの共晶反
応を進行せせることが可能な温度の最小値を示す。

【００２２】そして、上記の観点から、例えば、第一の
層のｐ型ドーパントがホウ素の場合には、その濃度は１
×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成すると
きの熱処理温度における固溶限界濃度であり、好ましく
は１×１０¹⁹個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成す
るときの熱処理温度における固溶限界濃度である。ま
た、第一の層のｐ型ドーパントがアルミニウムの場合に
は、その濃度は１×１０ ¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一
の層を形成するときの熱処理温度における固溶限界濃度
であり、好ましくは２×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ
第一の層を形成するときの熱処理温度における固溶限界
濃度であり、より好ましくは４×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大
気圧かつ第一の層を形成するときの熱処理温度における
固溶限界濃度である。

【００２３】更に、第一の層のｐ型ドーパントがガリウ
ムの場合には、その濃度は１×１０ ¹⁸個／ｃｍ³〜大気
圧かつ共晶温度よりも５０℃低い温度における固溶限界
濃度であり、好ましくは２×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧
かつ第一の層を形成するときの熱処理温度における固溶
限界濃度であり、より好ましくは３×１０¹⁸個／ｃｍ ³
〜大気圧かつ第一の層を形成するときの熱処理温度にお
ける固溶限界濃度である。また、第一の層のｐ型ドーパ
ントがインジウムの場合には、その濃度は１×１０¹⁸個
／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成するときの熱処理
温度における固溶限界濃度であり、好ましくは２×１０
¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成するときの熱
処理温度における固溶限界濃度であり、より好ましくは
３×１０ ¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成する
ときの熱処理温度における固溶限界濃度である。

【００２４】また、第二の層中の第一の層に接する界面
近傍領域のｐ型ドーパント原子の濃度が１×１０¹⁸個／
ｃｍ³未満であると、第二の層中のｐ型ドーパント原子
の濃度勾配が過小なり、電子の正極への移動の抑制、正
孔の負極への移動の抑制が不十分となり、高効率化の実
現可能性が低下する。そして、上記の観点から、第二の
層中の第一の層に接する界面近傍領域のｐ型ドーパント
原子の濃度は２×１０ ¹⁸〜５×１０¹⁹個／ｃｍ³である
ことがより好ましい。

【００２５】更に、第二の層中のｐｎ接合面近傍領域の
ｐ型ドーパント原子の濃度が１×１０¹⁵個／ｃｍ³未満
であると、変換効率が低下することがシミュレーション
の結果から明らかになった。一方、この濃度が５×１０
¹⁷個／ｃｍ³を超えても、変換効率が低下することがシ
ミュレーションの結果から明らかになった。そして、上
記の観点から、第二の層中のｐｎ接合面近傍領域のｐ型
ドーパント原子の濃度は１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／ｃ
ｍ³であることが好ましく、５×１０¹⁵〜５×１０¹⁶個
／ｃｍ³であることがより好ましい。

【００２６】また、本発明は、基板と、基板上に形成さ
れるｐ型多結晶シリコン層と、ｐ型多結晶シリコン層上
に形成されるｎ型多結晶シリコン層と、ｎ型多結晶シリ
コン層に接触しないようにｐ型多結晶シリコン層上に形
成される正極と、ｎ型多結晶シリコン層上に形成される
負極とを有する薄膜多結晶シリコン太陽電池であって、
ｐ型多結晶シリコン層は、基板に隣接して配置される第
一の層と、当該第一の層とｎ型多結晶シリコン層との間
に配置される第二の層とから構成されており、第一の層
及び第二の層を構成するシリコン結晶粒の平均粒径が１
０μｍ以上であり、第一の層のｐ型ドーパント原子の濃
度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成
するときの熱処理温度における固溶限界濃度であり、第
ニの層中のｐ型ドーパント原子の濃度が第一の層に接す
る界面近傍からｎ型多結晶シリコン層に接するｐｎ接合
面近傍にかけて単調に減少しており、かつ、当該濃度が
界面近傍においては大気圧かつ第一の層を形成するとき
の熱処理温度における固溶限界濃度であり、ｐｎ接合面
近傍においては１×１０¹⁵〜５×１０ ¹⁷個／ｃｍ³であ
ること、を特徴とする薄膜多結晶シリコン太陽電池を提
供する。

【００２７】上記の条件を満たす第一の層は、ｐ型ドー
パント原子の濃度が高く電気電導性が高い。従って、こ
のような第一の層を備えることにより、ｐ型多結晶シリ
コン層のｎ型多結晶シリコン層の形成されていない外部
に露出した部分に当該ｎ型多結晶シリコン層に接触しな
いように正極を形成した構成の薄膜多結晶シリコン太陽
電池であっても、ｐｎ接合領域において発生したキャリ
ア（正孔）を第一の層を介して最小限のジュール損で負
極へ移動させることが可能となる。従って、先に述べた
ような基板とｐ型多結晶シリコン層との間に正極をいわ
ゆる下部電極として配置した構成の薄膜多結晶シリコン
太陽電池と同様に、高い光電変換効率のもとでの発電を
行うことが可能となる。

【００２８】なお、この場合、正極は第二の層の形成さ
れていない第一の層の露出面上に形成されていることが
好ましい。電気電導性が高い第一の層上に正極を形成す
ることにより、第一の層の電気抵抗に基因するジュール
損を低減することができる。

【００２９】また、本発明は、基板上に形成した正極上
に、シリコンと共晶反応しかつシリコンに対してｐ型ド
ーパントとなることが可能な元素からなる金属層を形成
し、次いで金属層上にアモルファスシリコン層を形成す
る工程と、金属層とアモルファスシリコン層に熱処理を
行うことにより、平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結
晶粒から構成されており、ｐ型ドーパント原子の濃度が
１×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ熱処理の温度におけ
る固溶限界濃度である第一の層を形成する第一の層形成
工程と、第一の層上に、アモルファスシリコン、微結晶
シリコン、又は、アモルファスシリコンと微結晶シリコ
ンとの混合物から構成される第三の層を形成する第三の
層形成工程と、熱処理又は光照射処理を行い、第三の層
を構成するシリコンを結晶化させて平均粒径が１０μｍ
以上のシリコン結晶粒とし、かつ同時に、第一の層中の
ｐ型ドーパントの一部を第三の層中に拡散させることに
より、ｐ型ドーパントを含有する第二の層を形成する第
二の層形成工程と、第二の層上にｎ型多結晶シリコン層
を形成するｐｎ接合形成工程と、を含んでおり、かつ、
第二の層形成工程において、得られる第二の層中のｐ型
ドーパント原子の濃度を第一の層に接する界面近傍から
ｎ型多結晶シリコン層に接するｐｎ接合面近傍にかけて
単調に減少させるとともに、当該濃度を界面近傍におい
ては大気圧かつ第一の層を形成するときの熱処理温度に
おける固溶限界濃度とし、ｐｎ接合近傍においては１×
１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／ｃｍ³とすること、を特徴とす
る薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供する。

【００３０】この製造方法によれば、先に述べた２つの
異なる構成を有する本発明の薄膜多結晶シリコン太陽電
池のうち、基板とｐ型多結晶シリコン層との間に正極を
配置した構成を有する電池を製造することができる。こ
の製造方法は、従来の製造方法のように、基板上に形成
されるシリコン層及び該シリコン層の結晶化を促進する
ために形成する金属層を溶融させる必要がなく、シリコ
ン層及び金属層を溶融させた後の冷却工程における冷却
速度を厳密に制御する必要がなく、金属層の組成や厚さ
も厳密に制御する必要がない。すなわち、大きなシリコ
ン結晶粒を有する第一の層を種結晶層としてその上に積
層されたシリコン層を結晶化させ、かつ同時に、第一の
層中のｐ型ドーパントを該シリコン層中に拡散させるこ
とによってドーピングするため、シリコン層の厚さに応
じて拡散時間を制御し、該シリコン層表面のｐ型ドーパ
ント原子の濃度を任意に制御できる。然も、第二の層に
なる前のシリコン層の多結晶化を促進するために第一の
層から供給される元素はシリコンのｐ型ドーパントであ
るためキャリアのキラーとならず、発電中のキャリアの
消滅の問題を回避できる。従って、本発明の製造方法は
効率よくかつ容易にシリコン層を多結晶化でき、従来の
製造方法よりも生産性を向上させることができる。

【００３１】また、本発明の製造方法は、太陽電池の能
動層となる多結晶シリコン層の形成をすべて半導体特殊
材料ガスを用いない物理蒸着法で行うことができるの
で、製造コストを抑制することもできる。更に、本発明
の製造方法により得られる薄膜多結晶シリコン太陽電池
は、上述のように２層構造を有するｐ型多結晶シリコン
層の第二の層中におけるｐ型ドーパント原子の濃度が傾
斜分布を有しており、高い光電変換効率の発電を行うこ
とが可能となる。

【００３２】ここで、本発明において、熱処理及び光り
照射処理とは、シリコンを結晶化するとともに、得られ
るシリコン結晶粒の平均粒径を１０μｍ以上に成長させ
ることが可能な熱処理、ランプアニール、レーザーアニ
ール等を示す。

【００３３】また、本発明は、基板上に形成した正極上
に、シリコンと共晶反応しかつシリコンに対してｐ型ド
ーパントとなることが可能な元素からなる金属層を形成
し、次いで金属層上にアモルファスシリコン層を形成す
る工程と、金属層とアモルファスシリコン層に熱処理を
行うことにより、平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結
晶粒から構成されており、ｐ型ドーパント原子の濃度が
１×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ熱処理の温度におけ
る固溶限界濃度である第一の層を形成する第一の層形成
工程と、第一の層上に、アモルファスシリコン、微結晶
シリコン、又は、アモルファスシリコンと微結晶シリコ
ンとの混合物から構成される第三の層を形成する第三の
層形成工程と、第三の層上に、アモルファスシリコン、
微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコンと微結晶
シリコンとの混合物から構成されており、ｎ型ドーパン
トを含有するｎ型シリコン層を形成するｎ型シリコン層
形成工程と、熱処理又は光照射処理を行い、第三の層及
びｎ型シリコン層を構成するシリコンを結晶化させて平
均粒径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒とし、かつ同時
に、第一の層中のｐ型ドーパントの一部を第三の層中に
拡散させることにより、ｐ型ドーパントを含有する第二
の層を形成する第二の層形成工程と、を含んでおり、か
つ、第二の層形成工程において、得られる第二の層中の
ｐ型ドーパント原子の濃度を第一の層に接する界面近傍
からｎ型多結晶シリコン層に接するｐｎ接合面近傍にか
けて単調に減少させるとともに、当該濃度を界面近傍に
おいては大気圧かつ第一の層を形成するときの熱処理温
度における固溶限界濃度とし、ｐｎ接合近傍においては
１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／ｃｍ³とすること、を特徴
とする薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供す
る。

【００３４】この製造方法によっても、先に述べた２つ
の異なる構成を有する本発明の薄膜多結晶シリコン太陽
電池のうち、基板とｐ型多結晶シリコン層との間に正極
を配置した構成を有する電池を製造することができる。
すなわち、熱処理又は光照射処理を行って第一の層上に
第二の層を形成する際に、ｎ型多結晶シリコン層も同時
に第二の層上に形成することができる。この場合にも、
先に述べた製造方法と同様に、高い光電変換効率の発電
を行うことが可能な薄膜多結晶シリコン太陽電池を効率
よくかつ容易に得ることができる。

【００３５】更に、本発明は、基板上に、シリコンと共
晶反応しかつシリコンに対してｐ型ドーパントとなるこ
とが可能な元素からなる金属層を形成し、次いで金属層
上にアモルファスシリコン層を形成する工程と、金属層
とアモルファスシリコン層に熱処理を行うことにより、
平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒から構成され
ており、ｐ型ドーパント原子の濃度が１×１０¹⁸個／ｃ
ｍ³〜大気圧かつ熱処理の温度における固溶限界濃度で
ある第一の層を形成する第一の層形成工程と、第一の層
上に、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、又は、
アモルファスシリコンと微結晶シリコンとの混合物から
構成される第三の層を形成する第三の層形成工程と、熱
処理又は光照射処理を行い、第三の層を構成するシリコ
ンを結晶化させて平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結
晶粒とし、かつ同時に、第一の層中のｐ型ドーパントの
一部を第三の層中に拡散させることにより、ｐ型ドーパ
ントを含有する第二の層を形成する第二の層形成工程
と、第二の層上にｎ型多結晶シリコン層を形成するｐｎ
接合形成工程と、第一の層の一部に外部に露出した露出
面を形成する露出面形成工程と、露出面上に正極を形成
するとともにｎ型多結晶シリコン層上に負極を形成する
電極形成工程と、を含んでおり、かつ、第二の層形成工
程において、得られる第二の層中のｐ型ドーパント原子
の濃度を第一の層に接する界面近傍からｎ型多結晶シリ
コン層に接するｐｎ接合面近傍にかけて単調に減少させ
るとともに、当該濃度を界面近傍においては大気圧かつ
第一の層を形成するときの熱処理温度における固溶限界
濃度とし、ｐｎ接合近傍においては１×１０¹⁵〜５×１
０¹⁷個／ｃｍ³とすること、を特徴とする薄膜多結晶シ
リコン太陽電池の製造方法を提供する。

【００３６】この製造方法によれば、先に述べた２つの
異なる構成を有する本発明の薄膜多結晶シリコン太陽電
池のうち、ｐ型多結晶シリコン層のｎ型多結晶シリコン
層の形成されていない外部に露出した露出面上に当該ｎ
型多結晶シリコン層に接触しないように正極を形成した
構成の薄膜多結晶シリコン太陽電池を製造することがで
きる。この場合にも、先に述べた２つの製造方法と同様
に、高い光電変換効率の発電を行うことが可能な薄膜多
結晶シリコン太陽電池を効率よくかつ容易に得ることが
できる。

【００３７】なお、本発明において、「第一の層の一部
に外部に露出した露出面」とは、「第一の層上に形成さ
れる第二の層、ｎ型多結晶シリコン層等が除去されてお
り、負極とは電気的に独立した正極を形成することの可
能な面」を示す。この場合、先に述べたように、第二の
層の電気抵抗に基因するジュール損によって効率が低下
するのを防止する観点から、正極は第二の層の形成され
ていない第一の層の露出面上に形成する。

【００３８】また、本発明は、基板上に、シリコンと共
晶反応しかつシリコンに対してｐ型ドーパントとなるこ
とが可能な元素からなる金属層を形成し、次いで金属層
上にアモルファスシリコン層を形成する工程と、金属層
とアモルファスシリコン層に熱処理を行うことにより、
平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒から構成され
ており、ｐ型ドーパント原子の濃度が１×１０¹⁸個／ｃ
ｍ³〜大気圧かつ熱処理の温度における固溶限界濃度で
ある第一の層を形成する第一の層形成工程と、第一の層
上に、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、又は、
アモルファスシリコンと微結晶シリコンとの混合物から
構成される第三の層を形成する第三の層形成工程と、第
三の層上に、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、
又は、アモルファスシリコンと微結晶シリコンとの混合
物から構成されており、ｎ型ドーパントを含有するｎ型
シリコン層を形成するｎ型シリコン層形成工程と、熱処
理又は光照射処理を行い、第三の層及びｎ型シリコン層
を構成するシリコンを結晶化させて平均粒径が１０μｍ
以上のシリコン結晶粒とし、かつ同時に、第一の層中の
ｐ型ドーパントの一部を第三の層中に拡散させることに
より、ｐ型ドーパントを含有する第二の層を形成する第
二の層形成工程と、第一の層の一部に外部に露出した露
出面を形成する露出面形成工程と、露出面上に正極を形
成するとともにｎ型多結晶シリコン層上に負極を形成す
る電極形成工程と、を含んでおり、かつ、第二の層形成
工程において、得られる第二の層中のｐ型ドーパント原
子の濃度を第一の層に接する界面近傍からｎ型多結晶シ
リコン層に接するｐｎ接合面近傍にかけて単調に減少さ
せるとともに、当該濃度を界面近傍においては大気圧か
つ第一の層を形成するときの熱処理温度における固溶限
界濃度とし、ｐｎ接合近傍においては１×１０¹⁵〜５×
１０¹⁷個／ｃｍ³とすること、を特徴とする薄膜多結晶
シリコン太陽電池の製造方法を提供する。

【００３９】この製造方法によっても、先に述べた２つ
の異なる構成を有する本発明の薄膜多結晶シリコン太陽
電池のうち、ｐ型多結晶シリコン層上にｎ型多結晶シリ
コン層に対して電気的独立に正極を形成した構成の薄膜
多結晶シリコン太陽電池を製造することができる。この
場合にも、先に述べた３つの製造方法と同様に、高い光
電変換効率の発電を行うことが可能な薄膜多結晶シリコ
ン太陽電池を効率よくかつ容易に得ることができる。更
に、この場合にも、先に述べたように、第二の層の電気
抵抗に基因するジュール損を低減する観点から、正極は
第二の層の形成されていない第一の層の露出面上に形成
する。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の薄膜多結晶シリコン太陽電池及び薄膜多結晶シリコン
太陽電池の製造方法の好適な実施形態について詳細に説
明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分に
は同一符号を付し、重複する説明は省略する。 ［第一実施形態］図１は、本発明の薄膜多結晶シリコン
太陽電池の第一実施形態を示す模式断面図である。ま
た、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜（ｄ）及び図４
（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図１の薄膜多結晶シリコン
太陽電池の製造方法の一連の工程を示す工程図である。

【００４１】図１に示すように、本実施形態の薄膜多結
晶シリコン太陽電池１０は、主として基板１と、正極
（下部電極）２と、ｐ型多結晶シリコン層３と、ｎ型多
結晶シリコン層４と、負極（上部電極）５とから構成さ
れている。

【００４２】基板１は当該基板１上に積層される正極
２、ｐ型多結晶シリコン層３、ｎ型多結晶シリコン層
４、負極５等を支え、かつ薄膜多結晶シリコン太陽電池
１０の全製造工程中に加わる熱に耐え得る構成材料から
形成されていればよく、特に限定されるものではない。
例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板等の
シリコン基板；ステンレス鋼基板等の金属基板；アルミ
ナ、タイル等の耐熱性セラミックス基板；耐熱性ガラス
基板等の既知の基板を使用することができる。

【００４３】また、基板１上に形成される正極２の剥離
を防止するための酸化亜鉛膜等の応力緩和膜（図示せ
ず）の被覆処理が予め施してある基板を使用してもよ
く、基板１から当該基板１上に形成される正極２への不
純物の拡散又は正極２上に形成されるｐ型多結晶シリコ
ン層３中への不純物の拡散を防止するための不純物拡散
防止膜（バリア膜，図示せず）等の被覆処理が予め施し
てある基板を使用してもよく、上記の応力緩和膜とバリ
ア膜の両方が被覆されている基板を使用してもよい。更
に、シリコン単結晶基板、シリコン単結晶基板上に熱酸
化二酸化ケイ素膜を形成した基板等、半導体基板あるい
は該半導体基板に適切な被覆処理がなされた基板を使用
してもよい。

【００４４】上記の基板１上に形成する正極２として
は、銀電極、アルミニウム電極、チタン電極等の公知の
金属電極；アルミニウム、チタン、銀等の金属薄膜の中
から選ばれる同種又は異種の金属薄膜を積層した多層構
造の金属電極、透明ガラス電極等の公知の電極を使用す
ることができる。ここで、正極２には、前述した基板１
と同様に当該正極２上に形成されるｐ型多結晶シリコン
層３との界面における応力を緩和して正極２からのｐ型
多結晶シリコン層３の剥離を防止するための酸化亜鉛被
膜等の応力緩和膜（図示せず）の被覆処理が予め施して
あってもよい。また、正極２上に形成されるｐ型多結晶
シリコン層３中への不純物の拡散を防止するための不純
物拡散防止膜（バリア膜）等の被覆処理が予め施してあ
ってもよい。更に、酸化スズ又はインジウム添加酸化ス
ズ等の公知の透明電極を正極２として用いてもよい。

【００４５】また、正極２上に形成するｐ型多結晶シリ
コン層３は、正極２側に配置された第一の層３２と、ｎ
型多結晶シリコン層４側に配置された第二の層３４とか
ら構成されている。先にも述べたように、これらの第一
の層３２及び第二の層３４を構成するシリコン結晶粒の
平均粒径は１０μｍ以上である。

【００４６】第一の層３２には、ｐ型ドーパント原子が
１×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成する
ときの熱処理温度における固溶限界濃度の範囲の濃度で
含有されている。そしてこのｐ型ドーパントはシリコン
と共晶反応することが可能な元素である。例えば、ｐ型
ドーパントがアルミニウムの場合、アルミニウムの濃度
は１×１０¹⁸個／ｃｍ³以上である。

【００４７】一方、第二の層３４は、先に述べたように
ｐ型ドーパント原子の濃度が第一の層に接する界面近傍
からｎ型多結晶シリコン層に接する界面近傍にかけて傾
斜分布を有している。すなわち、当該濃度が界面近傍に
おいては上記の大気圧かつ第一の層を形成するときの熱
処理温度における固溶限界濃度であり、ｐｎ接合面近傍
においては１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／ｃｍ³となって
いる。なお、第二の層３４のｐ型ドーパントは、第一の
層３２に含有されているｐ型ドーパントと同一である。

【００４８】ｎ型多結晶シリコン層４には、ｎ型ドーパ
ントが含有されている。ｎ型多結晶シリコン層４のｎ型
ドーパント原子の濃度は、５×１０¹⁸〜１×１０²⁰個／
ｃｍ ³であることが好ましく、１×１０¹⁹〜５×１０¹⁹
個／ｃｍ³であることがより好ましい。ｎ型多結晶シリ
コン層４のｎ型ドーパント原子の濃度をこのようにすれ
ば、変換効率を最大にすることができることがシミュレ
ーションの結果により確かめられている。ｎ型ドーパン
トとしては、例えば、リン、ヒ素、アンチモン等のＶ族
元素が使用される。

【００４９】また、電気伝導性の確保、キャリアの長寿
命化の観点から、ｎ型多結晶シリコン層４を構成するシ
リコン結晶粒の平均粒径は１０μｍ以上であることが好
ましい。そして、第二の層３４とｎ型多結晶シリコン層
４との界面にはｐｎ接合面Ｆ１０が形成されている。

【００５０】ｎ型多結晶シリコン層４上に形成される負
極５としては、例えば、アルミニウム、銀、チタン等の
金属電極が用いられ、負極５の形態としては櫛形とする
のが光電変換効率を高める観点から望ましい。また、負
極５としては、透明ガラス電極等の電極を用いてもよ
い。更に、負極５には、光電変換効率を向上させる観点
から、反射防止膜等（図示せず）を被覆させてもよい。

【００５１】以下、図２（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）〜
（ｄ）及び図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、図１に
示した薄膜多結晶シリコン太陽電池１０の製造方法の好
適な２つの例について説明する。

【００５２】図１に示した薄膜多結晶シリコン太陽電池
１０の第一の製造方法は、先に述べたように、主とし
て、基板上１に形成した正極２上に、シリコンと共晶反
応しかつシリコンに対してｐ型ドーパントとなることが
可能な元素からなる金属層６０を形成し、次いで金属層
６０上にアモルファスシリコン層７０を形成する工程
と、金属層６０とアモルファスシリコン層７０に熱処理
を行うことにより、基板１上に形成した正極２上に第一
の層３２を形成する第一の層形成工程と、第一の層３２
上に第三の層８０を形成する第三の層形成工程と、熱処
理又は光照射処理を行い第二の層３４を形成する第二の
層形成工程と、第二の層３４上にｎ型多結晶シリコン層
４を形成するｐｎ接合形成工程とから構成されている。

【００５３】先ず、基板１上に形成した正極２上に第一
の層３２を形成する方法は特に限定されないが、例え
ば、図２（ａ）〜（ｃ）に示す手順により第一の層３２
を形成することができる。図２（ａ）に示すように、第
一の層形成工程においては、先ず、基板１上に既知の方
法により正極（下部電極）２を形成する。次に、正極２
上に金属層６０を形成する。次に、アモルファスシリコ
ン層７０を形成する。

【００５４】ここで、金属層６０は、シリコンと共晶反
応し、かつ、シリコン中ではｐ型ドーパントとなること
が可能な元素により構成されている。このような元素と
してはホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム等
が挙げられるが、アルミニウムが最も好適である。な
お、本明細書においては、金属層６０を構成する元素が
非金属元素であるホウ素の場合も「金属層６０」として
説明する。正極２上に金属層６０を形成す方法として
は、真空蒸着法、スパッタ法等の物理蒸着法、気相成長
法等公知の方法が挙げられが、製造コストを抑制する観
点から物理蒸着法が好適である。また、金属層６０の厚
みは５００ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、３００
〜５００ｎｍであることがより好ましい。

【００５５】また、金属層６０上にアモルファスシリコ
ン層７０を形成する方法としては、真空蒸着法、スパッ
タ法等の物理蒸着法、気相成長法等公知の方法が挙げら
れが、製造コストを抑制する観点から物理蒸着法が好適
である。また、アモルファスシリコン層７０を形成する
前に金属層６０を酸素を含む雰囲気にさらし、アセト
ン、アルコール等を用いた有機洗浄、純水洗浄等の洗浄
工程を経た後、アモルファスシリコン層７０を形成する
ことが好ましい。このようにすれば、後述する熱処理に
より第一の層３２を形成する際に、当該第一の層３２を
構成するシリコン結晶粒の平均粒径をより確実に１０μ
ｍ以上にすることができる。更に、アモルファスシリコ
ン層７０の厚みは５００ｎｍ〜１μｍであることが好ま
しく、３００〜５００ｎｍであることがより好ましい。
なお、アモルファスシリコン層７０の厚みは金属層６０
の厚みとほぼ同程度にすることが好ましい。

【００５６】次に、第一の層形成工程において、先に述
べたように、金属層６０とアモルファスシリコン層７０
とをシリコンの共晶温度以下の温度、好ましくはシリコ
ンの共晶温度よりも２０〜１００℃低い温度、より好ま
しくは共晶温度よりも約５０℃低い温度で熱処理する。
この熱処理により、図２（ｂ）に示すように、アモルフ
ァスシリコン層７０を構成するシリコン原子を金属層６
０中に拡散させることにより、ｐ型ドーパント原子の濃
度が１×１０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ第一の層を形成
するときの熱処理温度における固溶限界濃度の範囲の濃
度であり、平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒か
らなる第一の層３２を正極２上と金属層６０との界面上
に形成する。このとき、第一の層３２の上面には金属層
６０に由来する残余金属層６２が残る。

【００５７】この熱処理は、上記の温度条件のもと、窒
素、アルゴン等の不活性気体中、又は、不活性気体と水
素との混合ガス中で30分〜24時間行われる。例えば、金
属層６０がアルミニウムの場合には、熱処理の温度は４
００〜５７０℃であることが好ましく、５００〜５５０
℃であることがより好ましい。またこの場合、熱処理時
間は30分〜５時間が好ましい。特にこの場合、熱処理の
温度が５００〜５５０℃のときの熱処理時間は１〜２時
間が好ましい。或いは、共晶温度より約５０低い温度で
３０分〜５時間熱処理してもよい。

【００５８】次に、図２（ｃ）に示すように、第一の層
３２上に残留した残余金属層６２を除去し、第一の層３
２の表面を露出させる。残余金属層６２の除去は公知の
エッチング法により行うことができる。例えば、残余金
属層６２がアルミニウムから構成されている場合、リン
酸系エッチング液を用いた化学エッチング、塩素系ガス
を用いた反応性イオンエッチング等の公知のエッチング
方法を用いることができる。

【００５９】次に、第三の層形成工程は、図３（ａ）に
示すように、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン
層、又はこれらの混合物から構成されるシリコン層のい
ずれかを第三の層８０として第一の層３２上に形成する
工程である。なお、第三の層８０が微結晶シリコン層の
場合、当該微結晶シリコン層を構成するシリコン結晶粒
の平均粒径は１０ｎｍ以下であることが好ましい。第三
の層８０の形成方法としては、真空蒸着法、スパッタ
法、イオンプレーティング法等の公知の物理蒸着法を用
いることができる。プラズマ気相成長法等の気相成長法
を用いることもできるが、製造コストを低減する観点か
ら物理蒸着法を用いることが好ましい。第三の層８０の
厚さは、第三の層８０をもとにして形成される第二の層
３４及びｎ型多結晶シリコン層４を考慮し最終的に得ら
れる太陽電池のが十分に太陽光を吸収できるようにする
観点から、1〜５０μｍであることが好ましく、１．５
〜１０μｍであることがより好ましい。

【００６０】次に、第二の層形成工程は図３（ｂ）に示
すように、熱処理又は光照射処理を行いｐ型ドーパント
を含有する第二の層３４を形成する工程である。具体的
には、熱処理又はレーザ等の光照射処理により、第一の
層３２を種結晶層として第三の層８０を構成するシリコ
ンを結晶化させて平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結
晶粒とする。そして、この結晶化と同時に、第一の層３
２中のｐ型ドーパントの一部を第三の層８０中に拡散さ
せることにより、ｐ型ドーパント原子の濃度が先に述べ
た条件を満たす傾斜分布を有する第二の層３４を形成す
る。

【００６１】一般に、ドーパントの拡散源となる層（こ
こでは第一の層３２）からある層（ここでは第三の層８
０）にドーパントが拡散するとき、拡散距離が長くなる
ほどドーパントの濃度は小さくなるので、得られる第二
の層３４中のｐ型ドーパント原子の濃度を先に述べた条
件を満たす傾斜分布とすることができる。更に、ドーパ
ントの拡散時間が短いほどドーパントの濃度の傾斜分布
の勾配は急峻となる。そのため、第三の層８０の厚さに
応じて拡散温度及び／又は拡散時間を調節すれば、後述
するｎ型多結晶シリコン層４が形成される第二の層３４
の表面でのｐ型ドーパント濃度を１×１０¹⁵〜５×１０
¹⁷個／ｃｍ³とすることができる。なお、第二の層３４
を形成する際にｐ型ドーパントが第一の層３２から第三
の層８０へ拡散するため、第二の層３４が形成された後
の第一の層３２の厚みは第二の層３４が形成される前に
比較して減少する。従って、図３（ａ）に示す第一の層
３２と第三の層８０との界面Ｆ３８は、ｐ型ドーパント
が第一の層３２から第三の層８０へ拡散するとともに徐
々に基板１の側にずれ、第二の層３４が形成された後に
は図３（ｂ）に示す第一の層３２と第二の層３４との界
面Ｆ３となる。

【００６２】第三の層８０を結晶化させるための熱処理
又は光照射処理としては、熱アニール法の他、ランプア
ニール法、レーザーアニール法等の急速アニール法を用
いることができる。

【００６３】ｐｎ接合形成工程は、第二の層上にｎ型多
結晶シリコン層を形成する工程である。具体的には、図
３（ｃ）に示すように、第二の層３４の界面Ｆ３に対し
て反対側の上部領域にｎ型ドーパントをドープすること
によって該上部領域をｎ型多結晶シリコン層４とする。
これにより、図３（ｃ）に示すように、ｐｎ接合面Ｆ１
０が形成される。第二の層３４の上面層にｎ型ドーパン
トをドープする方法としては、拡散法、イオン注入法等
公知のドーピング方法を用いることができる。また、ｎ
型多結晶シリコン層４の厚さは特に限定されず、公知の
薄膜多結晶シリコン太陽電池で用いられるｎ型多結晶シ
リコン層の厚さでよい。

【００６４】ｎ型多結晶シリコン層４を形成した後に
は、図３（ｄ）に示すように、ｎ型多結晶シリコン層４
上に負極（上部電極）５を形成し、薄膜多結晶シリコン
太陽電池１０の基本構成を完成させる。具体的には、負
極５は、例えば、ｎ型多結晶シリコン層４上にアルミニ
ウム等の金属材料を真空蒸着して櫛状にパターニングす
ることにより形成される。

【００６５】次に、図４（ａ）〜（ｄ）を参照しなが
ら、図１に示した薄膜多結晶シリコン太陽電池１０の第
二の製造方法について説明する。この第二の製造方法
は、先に述べたように、主として、基板１上に形成した
正極２上に、シリコンと共晶反応しかつシリコンに対し
てｐ型ドーパントとなることが可能な元素からなる金属
層６０を形成し、次いで金属層６０上にアモルファスシ
リコン層７０を形成する工程と、金属層６０とアモルフ
ァスシリコン層７０に熱処理を行うことにより、基板１
上に形成した正極２上に第一の層３２を形成する第一の
層形成工程と、第一の層３２上に第三の層８０を形成す
る第三の層形成工程と、第三の層８０上にｎ型シリコン
層９０を形成するｎ型シリコン層形成工程と、熱処理又
は光照射処理を行い第二の層３４を形成する第二の層形
成工程とから構成されている。

【００６６】第二の製造方法における第一の層形成工程
においても、基板１上に形成した正極２上に第一の層３
２を形成する方法は特に限定されない。この場合も、例
えば、図２（ａ）〜（ｃ）示す手順により第一の層３２
を形成することができる。

【００６７】次に、図４（ａ）に示すように、第三の層
形成工程は先に述べた第一の製造方法における第三の層
形成工程と同様にして第一の層３２上に第三の層８０を
形成する。

【００６８】ｎ型シリコン層形成工程は、図４（ｂ）に
示すように、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン
層、又はこれらの混合物から構成されており、かつ、ｎ
型ドーパントを含むシリコン層のいずれかをｎ型シリコ
ン層９０として第三の層８０上に形成する工程である。
なお、ｎ型シリコン層９０が微結晶シリコン層の場合、
当該微結晶シリコン層を構成するシリコン結晶粒の平均
粒径は１０ｎｍ以下であることが好ましい。ｎ型シリコ
ン層９０の形成方法としては、リン、砒素、アンチモン
等のｎ型ドーパントを含むシリコンを蒸発源に用いた真
空蒸着法、イオンプレーティング、ｎ型ドーパントを含
むシリコンターゲットを用いたスパッタ法等の物理蒸着
法を用いることができる。ホスフィン等のｎ型ドーパン
ト原子を含むドーピングガスとモノシランガス等シリコ
ンの原料ガスを用いた気相成長法を用いることもできる
が、製造コストを低減する観点から物理蒸着法を用いる
ことが好ましい。

【００６９】また、ｎ型シリコン層９０中のｎ型ドーパ
ント原子の濃度は、後述する第二の層形成工程において
形成される第二の層３４のｐｎ接面近傍のｐ型ドーパン
ト原子の濃度より１０倍以上大きいことが好ましい。こ
れにより、厚さの薄いｎ型シリコン層９０へ空乏層が広
がることが防止され変換効率が向上する。

【００７０】第二の層形成工程は、図４（ｃ）に示すよ
うに、熱処理又は光照射処理を行ことにより、第二の層
３４及びｎ型多結晶シリコン層４を形成する工程であ
る。具体的には、熱処理又は光照射処理により、第一の
層３２を種結晶層として第三の層８０及びｎ型シリコン
層９０を構成するシリコンの結晶化を進行させて平均粒
径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒とする。そして、こ
の結晶化と同時に、第一の層３２からｐ型ドーパントを
拡散させることにより、ｐ型ドーパント原子の濃度が先
に述べた条件を満たす傾斜分布を有する第二の層３４を
形成するとともにｎ型多結晶シリコン層４を形成する。
このとき、第一の層３２から第三の層８０の内部に向け
て拡散するｐ型ドーパントは、その拡散距離を熱処理又
は光照射処理後に得られるｎ型多結晶シリコン層４の厚
さが表面側から測って０．２〜０．５μｍになるように
調節される。このようなｐ型ドーパントの拡散距離を調
節する方法としては、例えば、拡散温度及び／又は拡散
時間を調節する方法が挙げられる。

【００７１】なお、第二の層３４及びｎ型多結晶シリコ
ン層４を形成する際にｐ型ドーパントが第一の層３２か
ら第三の層８０へ拡散するため、第二の層３４が形成さ
れた後の第一の層３２の厚みは第二の層３４が形成され
る前に比較して減少する。従って、図４（ｂ）に示す第
一の層３２と第三の層８０との界面Ｆ３８は、ｐ型ドー
パントが第一の層３２から第三の層８０へ拡散するとと
もに徐々に基板１の側にずれ、第二の層３４が形成され
た後には図４（ｃ）に示す第一の層３２と第二の層３４
との界面Ｆ３となる。同様に、図４（ｂ）に示す第三の
層８０とｎ型シリコン層９０との界面であるｐｎ接合面
Ｆ８９は、ｐ型ドーパント原子が第一の層３２及びｎ型
シリコン層９０に侵入する形で拡散するため、はじめ形
成したｐｎ接合面Ｆ８９が、徐々に基板１に対して反対
側（上方）にずれ、第二の層３４及びｎ型多結晶シリコ
ン層４が形成された後には図４（ｃ）に示す第二の層３
４とｎ型多結晶シリコン層４との界面であるｐｎ接合面
Ｆ１０となる。また、熱処理又は光照射処理としては、
先に述べた第一の製造方法と同様の方法を用いることが
できる。

【００７２】ｎ型多結晶シリコン層４を形成した後に
は、図４（ｄ）に示すように、先に述べた第一の製造方
法と同様の方法を用いてｎ型多結晶シリコン層４上に負
極（上部電極）５を形成し、薄膜多結晶シリコン太陽電
池１０の基本構成を完成させる。 ［第二実施形態］図５は、本発明の薄膜多結晶シリコン
太陽電池の第二実施形態を示す模式断面図である。ま
た、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜（ｅ）及び図８
（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ図５の薄膜多結晶シリコン
太陽電池の製造方法の一連の工程を示す工程図である。
なお、上述した第一実施形態に関して説明した要素と同
一の要素については同一の符号を付し、重複する説明は
省略する。

【００７３】図５に示すように、本実施形態の薄膜多結
晶シリコン太陽電池１１は、主として基板１と、正極２
と、ｐ型多結晶シリコン層３と、ｎ型多結晶シリコン層
４と、負極５とから構成されている。この薄膜多結晶シ
リコン太陽電池１１は、ｎ型多結晶シリコン層４上に接
触しないようにｐ型多結晶シリコン層３上に正極２を形
成した以外は図１に示した薄膜多結晶シリコン太陽電池
１０と同様の構成を有している。また、この薄膜多結晶
シリコン太陽電池１１の各構成要素もこれらに対応する
薄膜多結晶シリコン太陽電池１０の各構成要素と同様の
ものが同様の条件で使用できる。

【００７４】以下、図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）〜
（ｄ）及び図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、薄膜多
結晶シリコン太陽電池１１の製造方法の好適な２つの例
について説明する。

【００７５】薄膜多結晶シリコン太陽電池１１の第一の
製造方法は、先に述べたように、主として、基板１上に
金属層６０とアモルファスシリコン層７０とを形成する
工程と、金属層６０とアモルファスシリコン層７０に熱
処理を行うことにより、基板１上に第一の層３２を形成
する第一の層形成工程と、第一の層３２上に第三の層８
０を形成する第三の層形成工程と、熱処理又は光照射処
理を行い第二の層３４を形成する第二の層形成工程と、
第二の層３４上にｎ型多結晶シリコン層４を形成するｐ
ｎ接合形成工程と、第一の層３２の一部に外部に露出し
た露出面Ｆ３３を形成する露出面形成工程と、露出面Ｆ
３３上に正極２を形成するとともにｎ型多結晶シリコン
層４上に負極５を形成する電極形成工程とから構成され
ている。

【００７６】先ず、基板１上に第一の層３２を形成する
方法は特に限定されないが、例えば、図６（ａ）〜
（ｃ）示す手順により第一の層３２を形成することがで
きる。ここで、図６（ａ）〜（ｃ）示す第一の層形成工
程を含む手順は、基板１上に既知の方法により正極２を
形成する工程がなく、基板１上に金属層６０を直接形成
する以外は図２（ａ）〜（ｃ）に示した手順と同様であ
る。すなわち、先ず、基板１上に既知の方法によりを形
成する。次に、前述の図２（ａ）を用いて説明した方法
と同様の方法により、基板１上に金属層６０及びアモル
ファスシリコン層７０を順次形成する。次に、第一の層
形成工程において、前述の図２（ｂ）を用いて説明した
方法と同様の熱処理を行って第一の層３２を形成する。
次に、前述の図２（ｃ）を用いて説明した方法と同様の
方法により、第一の層３２上に残存する残余金属層６２
を除去する。

【００７７】次に、第三の層形成工程は、図７（ａ）に
示すように、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン
層、又はこれらの混合物から構成されるシリコン層のい
ずれかを第三の層８０として第一の層３２上に形成する
工程である。なお、第三の層８０が微結晶シリコン層の
場合、当該微結晶シリコン層を構成するシリコン結晶粒
の平均粒径は１０ｎｍ以下であることが好ましい。ま
た、第三の層８０の形成方法は前述の図３（ａ）を用い
て説明した方法と同様である。

【００７８】次に、第二の層形成工程は、図７（ｂ）に
示すように、前述の図３（ｂ）を用いて説明した熱処理
又は光照射処理と同様の熱処理又は光照射処理を行い第
二の層３４を形成する工程である。これによりｐ型ドー
パント原子の濃度が先に述べた条件を満たす傾斜分布を
有する第二の層３４が形成される。なお、このとき、図
７（ａ）に示す第一の層３２と第三の層８０との界面Ｆ
３８は、ｐ型ドーパントが第一の層３２から第三の層８
０へ拡散するとともに徐々に基板１の側にずれ、第二の
層３４が形成された後には図７（ｂ）に示す第一の層３
２と第二の層３４との界面Ｆ３となる。

【００７９】ｐｎ接合形成工程は、図７（ｃ）に示すよ
うに、前述の図３（ｃ）を用いて説明した方法と同様の
方法により、第二の層３４の界面Ｆ３に対して反対側の
上部領域にｎ型ドーパントをドープすることによって該
上部領域をｎ型多結晶シリコン層４とする。これによ
り、図７（ｃ）に示すように、ｐｎ接合面Ｆ１１が形成
される。

【００８０】露出面形成工程は、図７（ｄ）に示すよう
に、第一の層３２の一部に外部に露出した露出面Ｆ３３
を形成する工程である。なお、図７（ｄ）は、ｎ型多結
晶シリコン層４と第二の層３４とを除去し、第一の層３
２の表面を外部に露出した場合を示している。このよう
に、露出面Ｆ３３を形成する方法としては、例えば、ｎ
型多結晶シリコン層４の表面の一部をフォトレジスト等
でマスキングし、ｎ型多結晶シリコン層４の表面のマス
キングしなかった部分を化学エッチング、反応性イオン
エッチング等の公知のエッチング方法により所望の層の
表面を露出させる方法が挙げられる。

【００８１】電極形成工程は、図７（ｅ）に示すよう
に、先に述べた薄膜多結晶シリコン太陽電池１０の第一
の製造方法において説明した方法と同様の方法を用いて
正極２をｎ型多結晶シリコン層４上に形成し、負極５を
露出面Ｆ３３上に形成する。これにより、薄膜多結晶シ
リコン太陽電池１１の基本構成が完成する。ここで正極
２と負極５とは発電中に互いに電気的に絶縁した状態と
なるように形成されている。正極２及び負極５として
は、アルミニウム、銀等通常の金属櫛形電極、透明ガラ
ス電極等の電極を用いることができる。

【００８２】次に、図８（ａ）〜（ｅ）を参照しなが
ら、図５に示した薄膜多結晶シリコン太陽電池１１の第
二の製造方法について説明する。この第二の製造方法
は、先に述べたように、主として、基板１上に金属層６
０とアモルファスシリコン層７０とを形成する工程と、
金属層６０とアモルファスシリコン層７０に熱処理を行
うことにより、基板１上に第一の層３２を形成する第一
の層形成工程と、第一の層３２上に第三の層８０を形成
する第三の層形成工程と、第三の層８０上にｎ型シリコ
ン層９０を形成するｎ型シリコン層形成工程と、熱処理
又は光照射処理を行い第二の層３４を形成する第二の層
形成工程と、第一の層３２の一部に外部に露出した露出
面Ｆ３３を形成する露出面形成工程と、露出面Ｆ３３上
に正極２を形成するとともにｎ型多結晶シリコン層４上
に負極５を形成する電極形成工程とから構成されてい
る。

【００８３】薄膜多結晶シリコン太陽電池１１の第二の
製造方法においても、基板１上に形成した正極２上に第
一の層３２を形成する方法は特に限定されない。この場
合も、例えば、図６（ａ）〜（ｃ）示す第一の層形成工
程を含む手順により第一の層３２を形成することができ
る。

【００８４】次に、図８（ａ）に示すように、第三の層
形成工程は先に述べた薄膜多結晶シリコン太陽電池１１
の第一の製造方法における第三の層形成工程と同様にし
て第一の層３２上に第三の層８０を形成する。

【００８５】ｎ型シリコン層形成工程は、図８（ｂ）に
示すように、アモルファスシリコン層、微結晶シリコン
層、又はこれらの混合物から構成されており、かつ、ｎ
型ドーパントを含むシリコン層のいずれかをｎ型シリコ
ン層９０として第三の層８０上に形成する工程である。
なお、ｎ型シリコン層９０が微結晶シリコン層の場合、
当該微結晶シリコン層を構成するシリコン結晶粒の平均
粒径は１０ｎｍ以下であることが好ましい。ｎ型シリコ
ン層９０の形成方法は、薄膜多結晶シリコン太陽電池１
０の第二の製造方法のｎ型シリコン層形成工程において
説明した同様の方法を用いることができる。

【００８６】また、先に薄膜多結晶シリコン太陽電池１
０の第二の製造方法のｎ型シリコン層形成工程において
述べた同様の観点からｎ型シリコン層９０中のｎ型ドー
パント原子の濃度は後述する第二の層形成工程において
形成される第二の層３４のｐｎ接面近傍のｐ型ドーパン
ト原子の濃度より１０倍以上大きいことが好ましい。

【００８７】第二の層形成工程は、図８（ｃ）に示すよ
うに、図４（ｃ）を用いて説明した同様の熱処理又は光
照射処理を行ことにより、第二の層３４及びｎ型多結晶
シリコン層４を形成する工程である。これにより、ｐ型
ドーパント原子の濃度が先に述べた条件を満たす傾斜分
布を有する第二の層３４を形成するとともにｎ型多結晶
シリコン層４を形成する。

【００８８】なお、この場合にも、第二の層３４及びｎ
型多結晶シリコン層４を形成する際にｐ型ドーパントが
第一の層３２から第三の層８０へ拡散するため、図８
（ｂ）に示す第一の層３２と第三の層８０との界面Ｆ３
８は、ｐ型ドーパントが第一の層３２から第三の層８０
へ拡散するとともに徐々に基板１の側にずれ、第二の層
３４が形成された後には図８（ｃ）に示す第一の層３２
と第二の層３４との界面Ｆ３となる。同様に、図４
（ｂ）に示す第三の層８０とｎ型シリコン層９０との界
面であるｐｎ接合面Ｆ８９は、徐々に基板１に対して反
対側にずれ、第二の層３４及びｎ型多結晶シリコン層４
が形成された後には図４（ｃ）に示す第二の層３４とｎ
型多結晶シリコン層４との界面であるｐｎ接合面Ｆ１０
となる。

【００８９】露出面形成工程は、図８（ｄ）に示すよう
に、第一の層３２の一部に外部に露出した露出面Ｆ３３
を形成する工程である。なお、図８（ｄ）は、ｎ型多結
晶シリコン層４と第二の層３４とを除去し、第一の層３
２の表面を外部に露出した場合を示している。このよう
に露出面Ｆ３３を形成する方法としては、前述の薄膜多
結晶シリコン太陽電池１１の第一の製造方法における露
出面形成工程において説明した同様の方法を用いること
ができる。

【００９０】電極形成工程は、図８（ｅ）に示すよう
に、先に述べた薄膜多結晶シリコン太陽電池１０の第一
の製造方法において説明した方法と同様の方法を用いて
正極２をｎ型多結晶シリコン層４上に形成し、負極５を
露出面Ｆ３３上に形成する。これにより、薄膜多結晶シ
リコン太陽電池１１の基本構成が完成する。ここで正極
２はｎ型多結晶シリコン層４に接触しないように形成さ
れている。正極２及び負極５としては、アルミニウム、
銀等通常の金属櫛形電極、透明ガラス電極等の電極を用
いることができる。

【００９１】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるも
のではない。

【００９２】

【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の薄
膜多結晶シリコン太陽電池及び薄膜多結晶シリコン太陽
電池の製造方法について更に詳しく説明するが、本発明
はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。な
お、以下の実施例及び比較例の薄膜多結晶シリコン太陽
電池の構成要素について、前述の実施形態と同一または
相当する部分には同一符号を付して説明する。 （実施例１）図1に示した第一実施形態と同様の構成を
有する薄膜多結晶シリコン太陽電池を以下に説明するよ
うにして作製した。

【００９３】先ず、基板１としてステンレス鋼基板を用
い、更に正極２として銀とアルミニウムドープ酸化亜鉛
との積層体を用い、これを基板１上に形成した。次に、
真空蒸着装置を用いて、正極２上に、シリコンと共晶反
応しかつシリコン中ではｐ型ドーパントとなるアルミニ
ウムからなる金属層６０（厚み；500ｎｍ）を真空蒸着
法により形成した。次に、真空蒸着装置内の真空を一旦
破り、金属層６０の表面を空気に２時間曝露した後、純
水で洗浄し、再び真空蒸着装置内を真空にし、金属層６
０上にアモルファスシリコン層７０（厚み；500ｎｍ）
形成した。次に、金属層６０とアモルファスシリコン層
７０の積層体を、アルミニウムとシリコンとの共晶温度
（572℃）より約５０℃低い525℃で１時間、水素を１０
％含む窒素ガス中で熱処理した。この熱処理によってア
モルファスシリコン層７０からシリコン原子が金属層６
０中に拡散し、金属層６０と正極２との界面に第一の層
３２となるｐ型多結晶シリコン層（厚み；500ｎｍ，シ
リコン結晶粒の平均粒径；200μｍ，ｐ型ドーパントで
あるアルミニウム原子の濃度；１×10¹⁹個／ｃｍ³）が
析出した。次に、第一の層３２の上面に残留した残余金
属層６２をリン酸系のエッチング液でエッチング除去
し、第一の層３２の表面を露出させた。

【００９４】次に、第一の層３２上に第三の層８０とし
てアモルファスシリコン層（厚み；1.5μｍ）をスパッ
タ法により形成した。次に、900℃、３分の条件のもと
でランプアニール処理を行って、第一の層３２を種結晶
として第三の層８０を再結晶化した。このとき、第一の
層３２からｐ型ドーパントが拡散して第二の層３４とな
った。第二の層３４中のｐ型ドーパント原子の濃度は先
に述べた傾斜分布を有しており、第二の層３４の表面付
近のｐ型ドーパント濃度は１×10¹⁶個／ｃｍ³、第一の
層３２と第二の層３４との界面近傍でのｐ型ドーパント
濃度は4×10¹⁸個／ｃｍ³となった。

【００９５】次に、第二の層３４の上部領域にゾルゲル
法によりリンガラス層（厚み；0.2μｍ）を形成し、次
いで、900℃、３分の条件のもとでランプアニール法に
よる処理を行ってn型多結晶シリコン層４（厚み；0.3μ
ｍ）を形成した。次に、n型多結晶シリコン層４上に負
極５としてアルミニウム櫛形電極を形成した。次に、ｎ
型多結晶シリコン層４及び負極５上に反射防止膜として
一酸化珪素層（厚み；70ｎｍ）を形成して薄膜多結晶シ
リコン太陽電池を完成した。 （実施例２）図５に示した第ニ実施形態と同様の構成を
有する薄膜多結晶シリコン太陽電池を以下に説明するよ
うにして作製した。

【００９６】基板１として耐熱性アルミナ基板を用い、
基板１から不純物が拡散しない様にバリア層として窒化
アルミニウム層（厚み；0.1μｍ）をスパッタ法により
形成した。次に、真空蒸着装置を用いて、窒化アルミニ
ウム層上に、シリコンと共晶反応し、かつシリコン中で
はｐ型ドーパントとなるアルミニウムからなる金属層６
０（厚み；500ｎｍ）を真空蒸着法により形成した。次
に、真空蒸着装置内の真空を一旦破り、金属層６０の表
面を空気に２時間曝露した後、純水で洗浄し、再び真空
蒸着装置内を真空にし、金属層６０上にアモルファスシ
リコン層７０（厚み；500ｎｍ）を形成した。次に、金
属層６０とアモルファスシリコン層７０の積層体を、ア
ルミニウムとシリコンとの共晶温度（572℃）より約５
０℃低い525℃で１時間、水素を１０％含む窒素ガス中
で熱処理した。この熱処理によってアモルファスシリコ
ン層７０からシリコン原子が金属層６０中に拡散し、金
属層６０と上記の窒化アルミニウム層との界面に第一の
層３２となるｐ型多結晶シリコン層（厚み；500ｎｍ，
シリコン結晶粒の平均粒径；200μｍ，ｐ型ドーパント
であるアルミニウム原子の濃度；１×10¹⁹個／ｃｍ³）
が析出した。次に、第一の層３２の上面に残留した残余
金属層６２をリン酸系のエッチング液でエッチング除去
し、第一の層３２の表面をが露出させた。

【００９７】次に、第一の層３２上に第三の層８０とし
てアモルファスシリコン層（厚み；２μｍ）をスパッタ
法により形成した。次に、窒素ガス雰囲気中、1000℃、
60分の熱処理を行って、第一の層３２を種結晶として第
三の層８０を再結晶化した。このとき、第一の層３２か
らｐ型ドーパントが拡散して第二の層３４となった。第
二の層３４中のｐ型ドーパント原子の濃度は先に述べた
傾斜分布を有しており、第二の層３４の表面付近のｐ型
ドーパント濃度は5×10¹⁵個／ｃｍ³、第一の層３２と第
二の層３４との界面でのｐ型ドーパント濃度は4×10¹⁸
個／ｃｍ³となった。

【００９８】次に、第二の層３４の上部領域にゾルゲル
法によりリンガラス層（厚み；０．２μｍ）をで形成
し、次いで、900℃、20分の条件のもとでプレデポジシ
ョン処理を行ない、更に、1000℃、１0分の条件のもと
でドライブイン処理を行ってｎ型多結晶シリコン層４
（厚み；0.5μｍ）を形成した。次に、ｎ型多結晶シリ
コン層４の上面の一部をフォトレジストでマスキングし
た。次に、反応性イオンエッチング法でｎ型多結晶シリ
コン層４の上面のマスキングしていない部分を第一の層
３２の表面（露出面Ｆ３３）が露出するまでエッチング
した。次に、マスキング材であるフォトレジストを除去
し、第一の層３２の露出面Ｆ３３に正極２としてアルミ
ニウム電極を形成し、ｎ型多結晶シリコン層４のエッチ
ングされていない上面に負極５としてアルミニウム櫛形
電極を形成した。次に、ｎ型多結晶シリコン層４の上面
及び負極５の上面に反射防止膜として一酸化珪素層（厚
み；70ｎｍ）を形成して薄膜多結晶シリコン太陽電池を
完成した。 （比較例１）実施例２に対して、第一の層３２と第二の
層３４とを形成してあるが第二の層３４の内部にｐ型ド
ーパントの傾斜分布がない構成を有する薄膜多結晶シリ
コン太陽電池を以下に説明するようにして作製した。第
三の層８０に第一の層３２内のｐ型ドーパントを拡散さ
せる際に、拡散時間を２４時間とし、第一の層３２のｐ
型ドーパント原子の濃度と第二の層３４ｐ型ドーパント
原子の濃度とを均一（８×１０¹⁷個／ｃｍ³）となるよ
うに作製した以外は、実施例２と同様の手順で上記の構
成を有する薄膜多結晶シリコン太陽電池を作製した。 ［電池特性試験］実施例１、実施例２及び比較例１の薄
膜多結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を測定した。
その結果、実施例１の薄膜多結晶シリコン太陽電池の光
電変換効率は１４．２％であり、実施例２の薄膜多結晶
シリコン太陽電池の光電変換効率は１５．０％であっ
た。一方、比較例１の薄膜多結晶シリコン太陽電池の光
電変換効率は１２．８％であった。

【００９９】また、上記の実施例１及び実施例２の薄膜
多結晶シリコン太陽電池の製造過程では、一切の半導体
特殊材料ガスを用いないので、設備コストが大幅に低減
され、太陽電池を本発明の製造方法で年産10MWの規模で
生産すると仮定した製造コストは170円／Ｗと広く一般
に行われているプラズマ気相成長法で形成する場合の生
産コストである350円／Ｗの約半分と見積もられた。

【０１００】これらの結果から明らかな通り、基板側に
ｐ型多結晶シリコン層が配置され、そのｐ型多結晶シリ
コン層上にｎ型多結晶シリコン層が配置される構成の薄
膜多結晶シリコン太陽電池においては、ｐ型多結晶シリ
コン層を、ｐ型ドーパント原子の濃度の高い第一の層
と、ｐ型ドーパント原子の濃度が傾斜分布を有する第二
の層３４からなる二層構造とすることが、太陽電池の光
電変換効率の向上を図る上で極めて有効であることが確
認された。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、薄
膜多結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させる
ことができる。また、優れた光電変換特性を有する薄膜
多結晶シリコン太陽電池を効率よくかつ容易に得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の薄膜多結晶シリコン太陽電池の第一実
施形態を示す模式断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す薄膜多結晶シリ
コン太陽電池の第一の層を形成する工程を示す工程図で
ある。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す薄膜多結晶シリ
コン太陽電池の第一の製造方法の一連の製造工程を示す
工程図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示す薄膜多結晶シリ
コン太陽電池の第二の製造方法の一連の製造工程を示す
工程図である。

【図５】本発明の薄膜多結晶シリコン太陽電池の第二実
施形態を示す模式断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図５に示す薄膜多結晶シリ
コン太陽電池の第一の層を形成する工程を示す工程図で
ある。

【図７】（ａ）〜（ｅ）は、図５に示す薄膜多結晶シリ
コン太陽電池の第一の製造方法の一連の製造工程を示す
工程図である。

【図８】（ａ）〜（ｅ）は、図５に示す薄膜多結晶シリ
コン太陽電池の第二の製造方法の一連の製造工程を示す
工程図である。

【符号の説明】

１…基板、２…正極、３…ｐ型多結晶シリコン層、４…
ｎ型多結晶シリコン層、５…負極、１０…薄膜多結晶シ
リコン太陽電池、１１…薄膜多結晶シリコン太陽電池、
３２…第一の層、３４…第二の層、６０…金属層、６２
…残余金属層、７０…アモルファスシリコン層、８０…
第三の層、９０…ｎ型シリコン層、Ｆ１０，Ｆ１１…ｐ
ｎ接合面、Ｆ３…界面、Ｆ３３…露出面、Ｆ３８…界
面、Ｆ８９…ｐｎ接合面。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、前記基板上に形成される正極
   と、前記正極上に形成されるｐ型多結晶シリコン層と、
   前記ｐ型多結晶シリコン層上に形成されるｎ型多結晶シ
   リコン層と、前記ｎ型多結晶シリコン層上に形成される
   負極とを有する薄膜多結晶シリコン太陽電池であって、 前記ｐ型多結晶シリコン層は、前記正極に隣接して配置
   される第一の層と、当該第一の層と前記ｎ型多結晶シリ
   コン層との間に配置される第二の層とから構成されてお
   り、 前記第一の層及び第二の層を構成するシリコン結晶粒の
   平均粒径が１０μｍ以上であり、 前記第一の層中の前記ｐ型ドーパント原子の濃度が１×
   １０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ前記第一の層を形成する
   ときの熱処理温度における固溶限界濃度であり、 前記第ニの層中の前記ｐ型ドーパント原子の濃度が前記
   第一の層に接する界面近傍から前記ｎ型多結晶シリコン
   層に接するｐｎ接合面近傍にかけて単調に減少してお
   り、かつ、当該濃度が前記界面近傍においては１×１０
   ¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ前記第一の層を形成するとき
   の熱処理温度における固溶限界濃度であり、前記ｐｎ接
   合面近傍においては１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／ｃｍ³
   であること、を特徴とする薄膜多結晶シリコン太陽電
   池。
2. 【請求項２】 基板と、前記基板上に形成されるｐ型多
   結晶シリコン層と、前記ｐ型多結晶シリコン層上に形成
   されるｎ型多結晶シリコン層と、前記ｎ型多結晶シリコ
   ン層に接触しないように前記ｐ型多結晶シリコン層上に
   形成される正極と、前記ｎ型多結晶シリコン層上に形成
   される負極とを有する薄膜多結晶シリコン太陽電池であ
   って、 前記ｐ型多結晶シリコン層は、前記基板に隣接して配置
   される第一の層と、当該第一の層と前記ｎ型多結晶シリ
   コン層との間に配置される第二の層とから構成されてお
   り、 前記第一の層及び第二の層を構成するシリコン結晶粒の
   平均粒径が１０μｍ以上であり、 前記第一の層のｐ型ドーパント原子の濃度が１×１０¹⁸
   個／ｃｍ³〜大気圧かつ前記第一の層を形成するときの
   熱処理温度における固溶限界濃度であり、 前記第ニの層中の前記ｐ型ドーパント原子の濃度が前記
   第一の層に接する界面近傍から前記ｎ型多結晶シリコン
   層に接するｐｎ接合面近傍にかけて単調に減少してお
   り、かつ、当該濃度が前記界面近傍においては１×１０
   ¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ前記第一の層を形成するとき
   の熱処理温度における固溶限界濃度であり、前記ｐｎ接
   合面近傍においては１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／ｃｍ³
   であること、を特徴とする薄膜多結晶シリコン太陽電
   池。
3. 【請求項３】 前記正極が、前記第二の層の形成されて
   いない前記第一の層の露出面上に形成されていることを
   特徴とする請求項２に記載の薄膜多結晶シリコン太陽電
   池。
4. 【請求項４】 基板上に形成した正極上に、シリコンと
   共晶反応しかつシリコンに対してｐ型ドーパントとなる
   ことが可能な元素からなる金属層を形成し、次いで前記
   金属層上にアモルファスシリコン層を形成する工程と、 前記金属層とアモルファスシリコン層に熱処理を行うこ
   とにより、平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒か
   ら構成されており、ｐ型ドーパント原子の濃度が１×１
   ０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ前記熱処理の温度における
   固溶限界濃度である第一の層を形成する第一の層形成工
   程と、 前記第一の層上に、アモルファスシリコン、微結晶シリ
   コン、又は、前記アモルファスシリコンと前記微結晶シ
   リコンとの混合物から構成される第三の層を形成する第
   三の層形成工程と、 熱処理又は光照射処理を行い、前記第三の層を構成する
   シリコンを結晶化させて平均粒径が１０μｍ以上のシリ
   コン結晶粒とし、かつ同時に、前記第一の層中の前記ｐ
   型ドーパントの一部を前記第三の層中に拡散させること
   により、前記ｐ型ドーパントを含有する第二の層を形成
   する第二の層形成工程と、 前記第二の層上にｎ型多結晶シリコン層を形成するｐｎ
   接合形成工程と、を含んでおり、かつ、 前記第二の層形成工程において、得られる第二の層中の
   前記ｐ型ドーパント原子の濃度を前記第一の層に接する
   界面近傍から前記ｎ型多結晶シリコン層に接するｐｎ接
   合面近傍にかけて単調に減少させるとともに、当該濃度
   を前記界面近傍においては大気圧かつ前記第一の層を形
   成するときの熱処理温度における固溶限界濃度とし、前
   記ｐｎ接合近傍においては１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／
   ｃｍ³とすること、を特徴とする薄膜多結晶シリコン太
   陽電池の製造方法。
5. 【請求項５】 基板上に形成した正極上に、シリコンと
   共晶反応しかつシリコンに対してｐ型ドーパントとなる
   ことが可能な元素からなる金属層を形成し、次いで前記
   金属層上にアモルファスシリコン層を形成する工程と、 前記金属層とアモルファスシリコン層に熱処理を行うこ
   とにより、平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒か
   ら構成されており、ｐ型ドーパント原子の濃度が１×１
   ０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ前記熱処理の温度における
   固溶限界濃度である第一の層を形成する第一の層形成工
   程と、 前記第一の層上に、アモルファスシリコン、微結晶シリ
   コン、又は、前記アモルファスシリコンと前記微結晶シ
   リコンとの混合物から構成される第三の層を形成する第
   三の層形成工程と、 前記第三の層上に、アモルファスシリコン、微結晶シリ
   コン、又は、前記アモルファスシリコンと前記微結晶シ
   リコンとの混合物から構成されており、ｎ型ドーパント
   を含有するｎ型シリコン層を形成するｎ型シリコン層形
   成工程と、 熱処理又は光照射処理を行い、前記第三の層及びｎ型シ
   リコン層を構成するシリコンを結晶化させて平均粒径が
   １０μｍ以上のシリコン結晶粒とし、かつ同時に、前記
   第一の層中の前記ｐ型ドーパントの一部を前記第三の層
   中に拡散させることにより、前記ｐ型ドーパントを含有
   する第二の層を形成する第二の層形成工程と、を含んで
   おり、かつ、 前記第二の層形成工程において、得られる第二の層中の
   前記ｐ型ドーパント原子の濃度を前記第一の層に接する
   界面近傍から前記ｎ型多結晶シリコン層に接するｐｎ接
   合面近傍にかけて単調に減少させるとともに、当該濃度
   を前記界面近傍においては大気圧かつ前記第一の層を形
   成するときの熱処理温度における固溶限界濃度とし、前
   記ｐｎ接合近傍においては１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／
   ｃｍ³とすること、を特徴とする薄膜多結晶シリコン太
   陽電池の製造方法。
6. 【請求項６】 基板上に、シリコンと共晶反応しかつシ
   リコンに対してｐ型ドーパントとなることが可能な元素
   からなる金属層を形成し、次いで前記金属層上にアモル
   ファスシリコン層を形成する工程と、 前記金属層とアモルファスシリコン層に熱処理を行うこ
   とにより、平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒か
   ら構成されており、ｐ型ドーパント原子の濃度が１×１
   ０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ前記熱処理の温度における
   固溶限界濃度である第一の層を形成する第一の層形成工
   程と、 前記第一の層上に、アモルファスシリコン、微結晶シリ
   コン、又は、前記アモルファスシリコンと前記微結晶シ
   リコンとの混合物から構成される第三の層を形成する第
   三の層形成工程と、 熱処理又は光照射処理を行い、前記第三の層を構成する
   シリコンを結晶化させて平均粒径が１０μｍ以上のシリ
   コン結晶粒とし、かつ同時に、前記第一の層中の前記ｐ
   型ドーパントの一部を前記第三の層中に拡散させること
   により、前記ｐ型ドーパントを含有する第二の層を形成
   する第二の層形成工程と、 前記第二の層上にｎ型多結晶シリコン層を形成するｐｎ
   接合形成工程と、 前記第一の層の一部に外部に露出した露出面を形成する
   露出面形成工程と、 前記露出面上に正極を形成するとともに前記ｎ型多結晶
   シリコン層上に負極を形成する電極形成工程と、を含ん
   でおり、かつ、 前記第二の層形成工程において、得られる第二の層中の
   前記ｐ型ドーパント原子の濃度を前記第一の層に接する
   界面近傍から前記ｎ型多結晶シリコン層に接するｐｎ接
   合面近傍にかけて単調に減少させるとともに、当該濃度
   を前記界面近傍においては大気圧かつ前記第一の層を形
   成するときの熱処理温度における固溶限界濃度とし、前
   記ｐｎ接合近傍においては１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／
   ｃｍ³とすること、 を特徴とする薄膜多結晶シリコン太陽電池の製造方法。
7. 【請求項７】 基板上に、シリコンと共晶反応しかつシ
   リコンに対してｐ型ドーパントとなることが可能な元素
   からなる金属層を形成し、次いで前記金属層上にアモル
   ファスシリコン層を形成する工程と、 前記金属層とアモルファスシリコン層に熱処理を行うこ
   とにより、平均粒径が１０μｍ以上のシリコン結晶粒か
   ら構成されており、ｐ型ドーパント原子の濃度が１×１
   ０¹⁸個／ｃｍ³〜大気圧かつ前記熱処理の温度における
   固溶限界濃度である第一の層を形成する第一の層形成工
   程と、 前記第一の層上に、アモルファスシリコン、微結晶シリ
   コン、又は、前記アモルファスシリコンと前記微結晶シ
   リコンとの混合物から構成される第三の層を形成する第
   三の層形成工程と、 前記第三の層上に、アモルファスシリコン、微結晶シリ
   コン、又は、前記アモルファスシリコンと前記微結晶シ
   リコンとの混合物から構成されており、ｎ型ドーパント
   を含有するｎ型シリコン層を形成するｎ型シリコン層形
   成工程と、 熱処理又は光照射処理を行い、前記第三の層及びｎ型シ
   リコン層を構成するシリコンを結晶化させて平均粒径が
   １０μｍ以上のシリコン結晶粒とし、かつ同時に、前記
   第一の層中の前記ｐ型ドーパントの一部を前記第三の層
   中に拡散させることにより、前記ｐ型ドーパントを含有
   する第二の層を形成する第二の層形成工程と、 前記第一の層の一部に外部に露出した露出面を形成する
   露出面形成工程と、 前記露出面上に正極を形成するとともに前記ｎ型多結晶
   シリコン層上に負極を形成する電極形成工程と、を含ん
   でおり、かつ、 前記第二の層形成工程において、得られる第二の層中の
   前記ｐ型ドーパント原子の濃度を前記第一の層に接する
   界面近傍から前記ｎ型多結晶シリコン層に接するｐｎ接
   合面近傍にかけて単調に減少させるとともに、当該濃度
   を前記界面近傍においては大気圧かつ前記第一の層を形
   成するときの熱処理温度における固溶限界濃度とし、前
   記ｐｎ接合近傍においては１×１０¹⁵〜５×１０¹⁷個／
   ｃｍ³とすること、を特徴とする薄膜多結晶シリコン太
   陽電池の製造方法。