JP2005064014A - 薄膜結晶太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

薄膜結晶太陽電池およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高性能（高効率）で、低コストのＬＢＳＦ構造および片側電極構造の薄膜結晶太陽電池およびその製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】（Ａ）保持基板上の全面にシリコン膜を形成した後、所定領域に固相不純物拡散源層を形成するか、または保持基板上の所定領域に固相不純物拡散源層を形成した後、シリコン膜を全面に形成する工程、および（Ｂ）次いで、熱または光エネルギーを付与して、シリコン膜を結晶化または再結晶化すると共に、シリコン膜の所定領域に高濃度不純物領域を形成して、高濃度不純物領域を有する結晶シリコン層を形成する工程を含むことを特徴とする薄膜結晶太陽電池の製造方法により、上記の課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜結晶太陽電池およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、保持基板上に形成し、結晶化または再結晶化させたシリコン膜を有する薄膜結晶太陽電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光のような光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、地球環境問題に対する関心が高まるにつれ、積極的に種々の構造・構成のものが開発されている。その中でも、結晶シリコン（Ｓｉ）系の太陽電池は、その光電変換効率（以下、「変換効率」という）などの性能や製造コストの優位性などにより最も一般的に用いられている。
【０００３】
図５は、従来のバルク型太陽電池の一例を示す概略断面図である（例えば、佐賀達男ら、「結晶系太陽電池の高効率化」、シャープ技報、シャープ株式会社、２００１年４月、第７９号、ｐ．４９〜５２（非特許文献１）参照）。
図５のバルク型太陽電池５００は、ｐ型シリコン基板１０の表面側（受光面側）に、ｎ型不純物であるリン（Ｐ）などを０．２〜０．５μｍの深さまで熱拡散（ドーピング）させることによってｎ型不純物領域である受光面不純物拡散領域（以下、「ｎ＋層」と表記する）６が形成され、ｐ型シリコン層５とでｐｎ接合が形成されている。ｎ＋層６上には、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ／Ｔｉなどからなる櫛歯状の受光面集電電極（以下、「ｎ＋側電極」と表記する）８が形成されている。
そして、ｎ＋層６とｎ＋側電極８は、ＳｉＮなどからなる反射防止膜７によって覆われている。一方、ｐ型シリコン基板１０の裏面側に、ｐ型不純物であるボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）などを熱拡散させることによってｐ＋層４が形成されている。このｐ＋層４は、太陽電池の長波長感度を高める、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層として機能する。そして、ｐ＋層４上には、裏面集電電極（以下、「ｐ＋側電極」と表記する）３が形成されている。
【０００４】
このようなバルク型太陽電池の製造コストは、種々の生産技術革新、量産効果などにより大幅に低下してきているが、まだまだ、その製造コストは高く、さらなる低コスト化が要求されている。このような要求に対して、シリコンウエハの材料費が全体の半分程度を占めるために、ウエハの薄型化、その切り代の低減化などが試みられている。しかし、極細ワイヤーによる薄板シリコンウエハの切り出しの高速化が困難である、ＢＳＦ層形成に伴う応力により反りが発生する、ハンドリングを含む製造工程中に割れが発生するなどの問題があり、薄型化などによる低コスト化には限界がある。
【０００５】
一方、バルク型太陽電池に対して、ガラス、セラミックス、ステンレスシート上に熱ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法により数１０００Å〜数１０μｍのシリコン膜を形成した薄膜結晶太陽電池が開発されている（例えば、小長井誠著、「薄膜結晶太陽電池の基礎と応用：環境にやさしい太陽光発電の新しい展開」、オーム社、２００１年３月、ｐ．５（非特許文献２）参照）。
薄膜結晶太陽電池では、バルク型太陽電池の課題であるシリコン材料費を大幅に低減でき、セル・モジュールの一貫製造などにより生産コストの低減化が期待できる。したがって、将来の低コスト太陽電池として、広く開発が進められている。
【０００６】
薄膜結晶太陽電池は、使用するシリコン膜の結晶性に応じて、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）太陽電池；薄膜単結晶太陽電池、薄膜多結晶太陽電池などの薄膜結晶太陽電池などに分類される。
ａ−Ｓｉ太陽電池は、透明導電性膜（ＴＣＯ）付きのガラス基板に、Ｐ−ＣＶＤ法などにより順次形成されたａ−Ｓｉ膜のｐ層、ｉ層、ｎ層、および裏面反射膜を兼ねる裏面金属電極などにより構成されている（例えば、小長井誠著、「薄膜結晶太陽電池の基礎と応用：環境にやさしい太陽光発電の新しい展開」、オーム社、２００１年３月、ｐ．８２〜８３、９３〜９４（非特許文献３）参照）。
【０００７】
ａ−Ｓｉ膜は、直接遷移型の半導体であり、光吸収に優れている。そのため、発電層であるｉ層を膜厚０．１〜０．５μｍで形成でき、シリコンの使用量を大幅に低減できる。また、薄膜プロセス特有の優れた生産性、量産効果などにより、ａ−Ｓｉ太陽電池は、長く開発が進められ、小規模ではあるが市場を形成している。
しかしながら、ａ−Ｓｉ膜には欠陥が多く、発生したキャリアの収集効率が悪く、また光照射によりさらに内部欠陥が増大し、変換効率が低下するという問題がある。そのため変換効率は、モジュール効率５〜１０％程度に止まっている。また、ａ−Ｓｉ太陽電池は、発電層であるａ−Ｓｉ膜の成膜速度が遅いなどの製造コストの問題も抱えており、結果としてバルク型太陽電池よりもＷ（ワット）単価が高い。
【０００８】
薄膜単結晶太陽電池、薄膜多結晶太陽電池は、それぞれ保持基板上に膜品質の良好な単結晶または多結晶のシリコン膜を形成した太陽電池であり、その製造技術も種々開発されている。
図６は、従来の薄膜多結晶太陽電池の一例を示す概略断面図である（例えば、Ｒ．Ａｕｅｒら、「ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＯＦ ＴＨＩＮ−ＦＩＬＭ ＳＩＬＩＣＯＮ ＳＯＬＡＲ ＣＥＬＬＳ ＯＮ ＧＲＡＰＨＩＴＥ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」、２６ｔｈ ＰＶＳＣ； Ｓｅｐｔ．３０−Ｏｃｔ．３，１９９７； Ａｎａｈｅｉｍ， ＣＡ、ＩＥＥＥ、ｐ．７３９−７４２（非特許文献４）参照）。
【０００９】
図６の薄膜多結晶太陽電池６００では、耐熱性に優れたグラファイト基板１上にＳｉＣ層３１を形成し、活性層（ｐ型シリコン層）５の結晶化シード層となるＢ（ボロン）が高濃度にドープされたｐ＋型シリコン膜を形成し、ＳｉＯ２キャップ層を積層し、ランプヒーターなどで加熱・溶解・再結晶化させ、粒径の大きな多結晶シリコン層を形成している。このようなプロセスを帯域溶融再結晶化法（ＺＭＲ（Ｚｏｎｅ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法）と呼ぶ。その後、発電層となるｐ型シリコン層５をエピタキシャル成長させている。さらに、ｎ＋エミッター層（ｎ＋層）６、ｎ＋側電極８、反射防止膜７を形成している。このような薄膜結晶太陽電池６００では、シリコン膜を膜厚数μｍ〜１００μｍで形成でき、シリコンの使用量を大幅に低減できるので、薄膜結晶太陽電池は、低コスト、高効率の太陽電池として期待されている。
しかしながら、ＺＭＲプロセスを用いた製法では、ＳｉＯ２キャップ層積層等の工程があり、工程数削減等の製造コスト削減が望まれている。
【００１０】
また一方で、太陽電池の低コスト化には、シリコン材料費、製造コストの低減と共に、変換効率向上などの高性能化によってモジュール枚数を削減する手法も取られている。
バルク型太陽電池では、太陽電池の裏面における再結合ロスを防ぎ、高効率の太陽電池を製造するために、裏面電極の接続部周辺に局所的にｐ＋領域４１を設ける技術が開発されている（例えば、Ａ． Ｗａｎｇら、「２４％ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ」、Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．５７ （６）， Ａｕｇｕｓｔ １９９０、ｐ．６０２−６０４（非特許文献５）。なお、前記文献では、ＰＥＲＬ（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｒｅａｒ Ｌｏｃａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ）構造の太陽電池として記載されている。
【００１１】
図７は、ＬＢＳＦ（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ ＢＳＦ）構造を有するバルク型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図７では、表面のテクスチャ構造を省略している。また、図番４１はｐ＋領域を示し、他の図番は図５に準ずる。
図７のバルク型太陽電池７００では、ＳｉＯ２などにより太陽電池の裏面にパッシベーションを施して、表面における再結合ロスを抑えている。このようなバルク型太陽電池では、局所的なｐ＋領域４１の形成方法として、局所的な開口部を有する裏面パッシベーション膜を形成後、ボロン（Ｂ）をイオン打ち込みさせる方法、ガス拡散させる方法、ｐ＋側電極を形成するＡｌペーストを焼成する方法などが考案されている。しかしながら、薄膜結晶太陽電池では、このようなＬＢＳＦ構造に関する技術が確立されておらず、フォトリソグラフィー工程等を用いない安価で、薄膜結晶太陽電池に適した構造およびその製造方法が求められている。
【００１２】
図５および図７に示すバルク型太陽電池、図６の薄膜多結晶太陽電池は共に、ｎ＋側、すなわち受光面側にも集電電極が構成されている。そのため、集電電極部およびその影になる部分は発電に寄与せず、その全表面積は太陽電池の表面積の数％〜１０数％を占め、太陽電池の変換効率の低下を招くことになる。
【００１３】
上記のような問題を解決するものとして、片側電極構造を有するバルク型太陽電池が開発されている（例えば、Ｒ．Ａ．Ｓｉｎｔｏｎら「２７．５−Ｐｅｒｃｅｎｔ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ」、ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．ＥＤＬ−７， Ｎｏ．１０， Ｏｃｔｏｂｅｒ １９８６、ｐ．５６７−５６９（非特許文献６）参照）。
図８は、従来の片側電極構造を有するバルク型太陽電池の一例を示す概略断面図である。図８では、表面のテクスチャ構造を省略している。また、図番４１はｐ＋領域、図番６１はｎ＋領域を示し、他の図番は図５に準ずる。
【００１４】
図８のバルク型太陽電池８００では、裏面側に局所的なｎ＋領域６１とｎ＋側電極８および局所的なｐ＋領域４１とｐ＋側電極３を配置し、受光面全体で受光できるようにして、太陽電池の面積当たりの発電量を増大させ、変換効率の向上を図っている。しかしながら、薄膜結晶太陽電池では、このような片側電極構造に関する技術が確立されておらず、フォトリソグラフィー工程等を用いない安価で、薄膜結晶太陽電池に適した構造およびその製造方法が求められている。
【００１５】
【非特許文献１】
佐賀達男ら、「結晶系太陽電池の高効率化」、シャープ技報、シャープ株式会社、２００１年４月、第７９号、ｐ．４９〜５２
【非特許文献２】
小長井誠著、「薄膜結晶太陽電池の基礎と応用：環境にやさしい太陽光発電の新しい展開」、オーム社、２００１年３月、ｐ．５
【非特許文献３】
小長井誠著、「薄膜結晶太陽電池の基礎と応用：環境にやさしい太陽光発電の新しい展開」、オーム社、２００１年３月、ｐ．８２〜８３、９３〜９４
【非特許文献４】
Ｒ．Ａｕｅｒら、「ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＯＦ ＴＨＩＮ−ＦＩＬＭ ＳＩＬＩＣＯＮ ＳＯＬＡＲ ＣＥＬＬＳ ＯＮ ＧＲＡＰＨＩＴＥ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」、２６ｔｈ ＰＶＳＣ； Ｓｅｐｔ．３０−Ｏｃｔ．３，１９９７； Ａｎａｈｅｉｍ， ＣＡ、ＩＥＥＥ、ｐ．７３９−７４２
【非特許文献５】
Ａ． Ｗａｎｇら、「２４％ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ」、Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ．５７ （６）， Ａｕｇｕｓｔ １９９０、ｐ．６０２−６０４
【非特許文献６】
Ｒ．Ａ．Ｓｉｎｔｏｎら「２７．５−Ｐｅｒｃｅｎｔ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ」、ＩＥＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．ＥＤＬ−７， Ｎｏ．１０， Ｏｃｔｏｂｅｒ １９８６、ｐ．５６７−５６９
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高性能（高効率）で、低コストのＢＳＦ構造またはＬＢＳＦ構造および片側電極構造の薄膜結晶太陽電池およびその製造方法を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、シリコン膜と、シリコン膜の上面および／または下面に固相不純物拡散源層とを併設した状態でシリコン膜を結晶化または再結晶化させることにより、固相不純物拡散源層から供給される不純物原子により所定の領域に不純物ドーピングシリコン膜層（高濃度不純物領域）を同時に形成でき、上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１８】
かくして、本発明によれば、（Ａ）保持基板上の全面にシリコン膜を形成した後、所定領域に固相不純物拡散源層を形成するか、または保持基板上の所定領域に固相不純物拡散源層を形成した後、シリコン膜を全面に形成する工程、および（Ｂ）次いで、熱または光エネルギーを付与して、シリコン膜を結晶化または再結晶化すると共に、シリコン膜の所定領域に高濃度不純物領域を形成して、高濃度不純物領域を有する結晶シリコン層を形成する工程を含むことを特徴とする薄膜結晶太陽電池の製造方法が提供される。
【００１９】
また、本発明によれば、上記の製造方法により得られたＢＳＦ構造またはＬＢＳＦ構造および片側電極構造の薄膜結晶太陽電池が提供される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の薄膜結晶太陽電池の製造方法は、（Ａ）保持基板上の全面にシリコン膜を形成した後、所定領域に固相不純物拡散源層を形成するか、または保持基板上の所定領域に固相不純物拡散源層を形成した後、シリコン膜を全面に形成する工程、および（Ｂ）次いで、熱または光エネルギーを付与して、シリコン膜を結晶化または再結晶化すると共に、シリコン膜の所定領域に高濃度不純物領域を形成して、高濃度不純物領域を有する結晶シリコン層を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００２１】
以下、本発明の薄膜結晶太陽電池の構成およびその製造方法を、実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの説明により本発明が限定されるものではない。
本発明において第１導電型がｐ型である場合には、第２導電型はｎ型であり、第１導電型がｎ型である場合には、第２導電型はｐ型である。以下の説明においては、第１導電型および第２導電型をそれぞれｐ型およびｎ型とし、第１電極および第２電極をそれぞれｐ＋側電極およびｎ＋側電極とする。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、本発明の薄膜結晶太陽電池を示す概略断面図である。この薄膜結晶太陽電池１００は、保持基板が予め第１電極が形成された基板であり、シリコン膜および固相不純物拡散源層が第１導電型であり、さらに第１導電型のシリコン膜、第２導電型の高純度不純物領域および第２電極を順次形成する工程を含む本発明の薄膜結晶太陽電池の製造方法により得られ、受光面側からｎ＋／ｐ／ｐ＋構造（ＬＢＳＦ構造）を有する。
上記のシリコン膜は第１導電型であるが、真性のシリコン膜または概ね真性のシリコン膜であってもよい。
【００２３】
図中、１は保持基板、３は第１電極としてのｐ＋側電極、４１は第１導電型の高濃度不純物領域としてのｐ＋領域、５１は第１導電型結晶シリコン層としてのｐ型結晶シリコン層、５は第１導電型のシリコン膜としてのｐ型シリコン層、６は第２導電型の高濃度不純物領域としてのｎ＋層、７は反射防止膜、８は第２電極としてのｎ＋側電極を示す。
図２は、図１の薄膜結晶太陽電池の製造工程を示す概略断面図である。
【００２４】
まず、保持基板１にｐ＋側電極３を形成する（図２（ａ）参照）。
保持基板としては、当該分野で用いられるものであれば特に限定されず、例えば、セラミックス基板（例えば、アルミナ、ムライト）などの耐熱性基板が挙げられる。
また、ｐ＋側電極の形成材料としては、当該分野で用いられるものであれば特に限定されず、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）などの高融点金属が挙げられる。
【００２５】
具体的には、セラミックス基板のグリーンシートにＷペーストを膜厚が０．５〜１０μｍ程度になるように、公知の方法により印刷または塗布した後、グリーンシートと塗膜とを同時焼成して、セラミックス基板にＷ電極を形成する。
図２（ａ）に示すように、保持基板にｐ＋側電極を埋め込み形成するのが好ましい。埋め込み形成では、電極厚さの段差が生じず、その後の製造工程において好ましい。しかし、必ずしも埋め込み形成する必要はなく、スパッタ法、電子ビーム蒸着法などの公知の方法により、高融点金属でｐ＋側電極となる膜を形成した後、所定パターンに加工してもよい。または、マスクを用いた前記の方法により、所定パターンのｐ＋側電極を形成してもよい。
【００２６】
次に、第１導電型のシリコン膜としてのｐ型シリコン膜４０を形成し、後工程でｐ＋領域４１を形成するｐ型シリコン膜４０上の領域に第１導電型の固相不純物拡散源層としてのＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１を、それ以外の領域に耐熱性保護層９０を形成する（図２（ｂ）参照）。
ｐ型シリコン膜のＩＩＩ族の不純物およびＩＩＩ族固相不純物としては、Ｂ（ボロン）、Ｉｎ（インジウム）、Ｇａ（ガリウム）などが挙げられる。
【００２７】
具体的には、ｐ＋側電極３を形成した保持基板１上に、Ｂ２Ｈ６などのドーピングガスを含むＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２などのシラン系ガスを用いたＣＶＤ法などの公知の方法により、ｐ型シリコン膜４０を膜厚が０．１〜５μｍ程度になるように形成する。次いで、形成したｐ型シリコン膜４０上における、後工程でｐ＋領域４１を形成する領域に、ＢＳＧ（ボロン添加シリコン酸化膜系ガラス）またはＢ２Ｏ３等の塗布型のＩＩＩ体不純物拡散層９１を、インクジェット法、印刷法などにより、膜厚が０．１〜２μｍ程度になるように形成し、ｐ＋領域４１以外の領域に、ドーパントを含まないＳＯＧなどを用いた（インクジェット法または印刷法などにより、耐熱性保護層９０を膜厚が０．１〜２μｍ程度になるように形成する。
【００２８】
上記の具体例以外に、ｐ型シリコン膜４０の全面に、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１を形成した後、所定パターンに加工する方法、およびＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１のＰ−ＣＶＤ法により形成してもよい。しかし、具体例のようなインクジェット法や印刷法であれば、安価な設備で、領域毎の塗り分けが容易にでき、生産性、生産コストの点で有利である。
また、上記の具体例では、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１と耐熱性保護層９０とを面内で塗り分けしているが、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１を形成後、基板全面に耐熱性保護層９０を形成してもよい。
また、Ｐ＋側電極との接続部近傍のみでなく、シード層全面をＰ＋層となるようにシリコン層上に全面にＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１を形成してもよい。
さらに、図２（ｂ）では、ｐ型シリコン膜４０を形成後、その上にＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１と耐熱性保護層９０を形成したが、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１と耐熱性保護層９０を形成し、その上にｐ型シリコン膜４０を形成してもよい。
【００２９】
次に、ｐ型シリコン膜４０を結晶化または再結晶化させてｐ型結晶シリコン層５１を形成すると共に、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１の不純物原子をｐ型シリコン膜４０内に拡散させて、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１側にｐ＋領域４１を形成する（図２（ｃ）参照）。
【００３０】
具体的には、前工程でＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１と耐熱性保護層９０とを形成した保持基板１を１００〜２００℃程度の温度で乾燥し、４００〜８００℃程度の温度で焼成する。次いで、熱エネルギーまたは帯状に集光したレーザー光、ハロゲンランプ光などの光エネルギーを基板の形成層に照射しながら基板を走査すること、すなわち帯域溶融再結晶化法（ＺＭＲ（Ｚｏｎｅ Ｍｅｌｔｉｎｇ Ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法）の処理により、ｐ型シリコン膜層４０を溶解・再結晶化させてｐ型結晶シリコン層５１を形成する。同時に、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１の不純物原子をｐ型シリコン膜４０内に拡散させて、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１側にｐ＋領域４１を形成する。ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１の不純物原子は、上記の焼成工程においても、ｐ型シリコン膜４０内に拡散する。
【００３１】
結晶化および再結晶化の方法としては、８００〜１１００℃程度の熱処理炉による処理も挙げられるが、太陽電池の性能として優れた、大きな粒子径のシリコン膜を得るためには、ＺＭＲ法がより好ましい。
ＺＭＲ法の処理後、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１と耐熱性保護層９０とをＨＦなどにより除去する。
【００３２】
次に、ｐ型シリコン膜５およびｎ＋層６を順次形成し、ＰＮ接合とする（図２（ｄ）参照）。
ｎ＋層６のＶ族の不純物としては、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などが挙げられる。
【００３３】
具体的には、ＺＭＲ法の処理により大粒径のシリコンが形成されたｐ＋領域４１およびｐ型結晶シリコン層５１をシード層として、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２などのシラン系ガスを用いたＣＶＤ法などの公知の方法により、ｐ型シリコン膜５を膜厚が２〜１００μｍ程度になるように形成する。次いで、ＰＨ３などのドーピングガスを含むＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２などのシラン系ガスを用いたＣＶＤ法などの公知の方法により、ｎ＋層６を膜厚が０．１〜０．５μｍ程度になるように形成する。
【００３４】
上記の具体例以外に、ｐ型シリコン膜５の形成後、ＰＳＧ（リン添加シリコン酸化膜系ガラス）膜などを塗布・焼成して、固相拡散法によりｐ型シリコン膜５の上部をｎ＋にする方法により、ｎ＋層６を形成してもよい。
【００３５】
次に、ｎ＋側電極８および反射防止膜７を形成して、ＬＢＳＦ型の薄膜結晶太陽電池１００を完成する（図２（ｅ）参照）。
ｎ＋側電極の形成材料としては、当該分野で用いられるものであれば特に限定されず、例えば、Ａｇ（銀）、Ａｇ／Ｔｉ（銀／チタン積層）などが挙げられる。
また、反射防止膜の形成材料としては、ＳｉＮ、ＴｉＯ２などが挙げられる。
【００３６】
具体的には、ｎ＋層６上のｐ＋側電極３に対向する領域に、Ａｇペーストの印刷・焼成、Ａｇ材料の蒸着・パターニング、マスクスパッタなどの公知の方法により、ｎ＋側電極８を膜厚が２〜１００μｍ程度によるように形成する。次いで、ｎ＋側電極８を形成したｎ＋層６の全面に、ＳｉＮ、ＴｉＯ２などを用いた公知の方法により、反射防止膜７を膜厚が５００〜８００ｎｍ程度になるように形成する。
【００３７】
実施形態１では、ｐ＋側電極３を形成した保持基板１上に直接、シード層となるｐ型シリコン膜４０を形成したが、保持基板１からの不純物拡散を防止するために、ｐ＋層側電極３のコンタクト領域に開口部を有するＳｉＯ２などのバリヤー層を設けてもよい。
【００３８】
具体的には、ｐ＋側電極３を形成した保持基板１の全面に、Ｐ−ＣＶＤ法など公知の方法により、バリヤー層となる膜を膜厚が０．１〜３μｍ程度になるように形成し、フォト工程により所定の領域に開口部を形成して、バリヤー層を得る。また、ｐ＋側電極３を形成した保持基板１上に、インクジェット法、印刷法などによりＳＯＧ膜をパターン形成して、バリヤー層とすることもできる。
【００３９】
図３は、図２（ａ）の変形例を示す概略断面図であり、図３に示すように、保持基板１の全面にｐ＋側電極３を形成し、コンタクト領域に開口部２１を有するＳｉＯ２などの絶縁膜２０を設けてもよい。この場合には、開口部２１に対向する領域にＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１を形成すればよい。このように、保持基板１の全面に金属電極であるｐ＋側電極３を形成することにより、裏面の反射率が向上し、薄いシリコン層であっても高効率の薄膜結晶太陽電池が得られるので好ましい。
【００４０】
また、コンタクト開口部２１近傍のみのＩＩＩ族固相不純物拡散源層を形成するのではなく、シード層全体をＰ＋層とするような構成も可能である。つまり、ｐ＋側電極上にシリコン層を形成して、その上にＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１を全面形成して、全体をＰ＋層とする、いわゆるＢＳＦ構造の太陽電池も製造可能である。この場合、シリコン層上のＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１が、不純物拡散層と、ＺＭＲ時のキャップ層を兼務させることができる。シリコン層を概ね真性のシリコン層で形成できる等の利点がある。
また、前記のバリヤー層や絶縁膜２０を設けることにより、界面再結合が抑制され、高効率の薄膜結晶太陽電池が得られるので好ましい。
【００４１】
従来技術では、溶融したシリコンがその表面張力によって球状になるのを防ぐために、キャップ層として膜厚１〜３μｍ程度のＳｉＯ２層を形成した後に、ＺＭＲ法の処理を行っていた。
一方、上記のように本発明では、キャップ層とＩＩＩ族固相不純物拡散源層を共有させ、また選択的なＩＩＩ族固相不純物拡散源層を形成することで、工程数を低減した低コストの薄膜結晶太陽電池の製造方法を提供する。さらに、シード層としてシリコン膜成膜時にドーパントを含まない真性または概ね真性のシリコン膜を適用できるので、スパッタ法、蒸着法などの安価な装置を用いる方法で成膜できる。および、Ｂ２Ｈ６などの毒性の強いガスを用いる工程数を削減できる等の利点がある。
また、得られる薄膜結晶太陽電池は、変換効率などの性能に優れている。
【００４２】
（実施形態２）
図４は、本発明の他の薄膜結晶太陽電池の製造工程を示す概略断面図である。
この薄膜結晶太陽電池４００は、保持基板が第１電極および第２電極が形成された基板であり、シリコン膜が第１導電型であり、固相不純物拡散源層が第１導電型および第２導電型であり、さらに第１導電型のシリコン膜を形成する工程を含む本発明の薄膜結晶太陽電池の製造方法により得られ、片側電極構造を有する。上記のシリコン膜は第１導電型であるが、真性のシリコン膜、概ね真性のシリコン膜または第２導電型のシリコン膜であってもよい。
【００４３】
まず、保持基板１にｐ＋側電極３およびｎ＋側電極８を形成する（図４（ａ）参照）。
具体的には、図２（ａ）と同様にして、保持基板１にｐ＋側電極３およびｎ＋側電極８を形成する。なお、ｎ＋側電極の形成材料としては、図２（ｅ）の説明において記載の材料を用いることができる。
【００４４】
次いで、ｐ＋側電極３への開口部２１およびｎ＋側電極８への開口部２２を有する絶縁膜層２０を形成する（図４（ｂ））。
具体的には、ＳＯＧ、塗布型Ａｌ２Ｏ３などをインクジェット法などの公知の方法により塗布・焼成することにより、絶縁膜層２０を形成する。また、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４などを用いたＰ−ＣＶＤ法などによる成膜およびパターニングにより、絶縁膜層２０を形成することもできる。
絶縁膜２０の膜厚は、保持基板１からの太陽電池特性に悪影響を及ぼす不純物の保持基板１からの拡散を防止し、かつｐ＋側電極３への開口部２１およびｎ＋側電極８への開口部２２以外の領域から電極への電気的接続を遮蔽すればよく、０．１〜３μｍ程度である。
【００４５】
また、開口部２１および２２の形状は、ｐ＋側電極３およびｎ＋側電極８と概略同形であればよく、各々の電極の全域で電気的接続を行うようにしてもよい。このように各々の電極の全域でｐ＋層およびｎ＋層と接続させる場合で、基板からの不純物拡散が問題にならないレベルであれば、絶縁層２０の形成は省略することもできる。
【００４６】
次に、ｐ型シリコン膜４０を形成し、後工程でｐ＋領域４１を形成するｐ型シリコン膜４０上の領域にＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１を、第２導電型の高濃度不純物領域としてのｎ＋領域６１を形成する領域に第２導電型の固相不純物拡散源層としてのＶ族固相不純物拡散源層９２を、それ以外の領域に耐熱性保護層９０を形成する（図４（ｃ）参照）。
Ｖ族固相不純物としては、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などが挙げられる。
【００４７】
具体的には、図２（ｂ）と同様にして、ｐ型シリコン膜４０を形成する。次いで、図２（ｂ）と同様にして、形成したｐ型シリコン膜４０上における、後工程でｐ＋領域４１を形成する領域に、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１を膜厚が０．１〜２μｍ程度になるように形成する。同様に、後工程でｎ＋領域６１を形成する領域に、ＰＳＧ（リン添加シリコン酸化膜系ガラス）などのＰ拡散源を用いたインクジェット法、印刷法などにより、Ｖ族固相不純物拡散源層９２を膜厚が０．１〜２μｍ程度になるように形成する。また、図２（ｂ）と同様にして、ｐ＋領域４１およびｎ＋領域６１以外の領域（高濃度不純物層を形成しない領域）に、耐熱性保護層９０を膜厚が０．１〜２μｍ程度になるように形成する。
【００４８】
図４（ｃ）では、ｐ型シリコン膜４０を形成後、その上にＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１、Ｖ族固相不純物拡散源層９２および耐熱性保護層９０を形成したが、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１、Ｖ族固相不純物拡散源層９２および耐熱性保護層９０を形成し、その上にｐ型シリコン膜４０を形成してもよい。
【００４９】
次に、ｐ型シリコン膜４０を結晶化または再結晶化させてｐ型結晶シリコン層５１を形成すると共に、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１の不純物原子をｐ型シリコン膜４０内に拡散させて、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１側にｐ＋領域４１を形成し、Ｖ族固相不純物拡散源層９２の不純物原子をｐ型シリコン膜４０内に拡散させて、Ｖ族固相不純物拡散源層９２側にｎ＋領域６１を形成する（図４（ｄ）参照）。
【００５０】
具体的には、図２（ｃ）と同様にして、図４（ｃ）の工程でＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１、Ｖ族固相不純物拡散源層９２および耐熱性保護層９０を形成した保持基板１を乾燥し、焼成する。次いで、ＺＭＲ法の処理により、ｐ型シリコン膜層４０を溶解・再結晶化させてｐ型結晶シリコン層５１を形成する。同時に、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１の不純物原子をｐ型シリコン膜４０内に拡散させて、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１側にｐ＋領域４１を形成し、Ｖ族固相不純物拡散源層９２の不純物原子をｐ型シリコン膜４０内に拡散させて、Ｖ族固相不純物拡散源層９２側にｎ＋領域６１を形成する。ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１およびＶ族固相不純物拡散源層９２の不純物原子はそれぞれ、上記の焼成工程においても、ｐ型シリコン膜４０内に拡散する。
【００５１】
ＺＭＲ法の処理後、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１、Ｖ族固相不純物拡散源層９２および耐熱性保護層９０をＨＦなどにより除去する。
ＺＭＲ法の処理時のＰＳＧ、ＢＳＧ層の流動性を抑制するために、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層９１およびＶ族固相不純物拡散源層９２の上層にも耐熱性保護層９０を形成してもよい。
【００５２】
次に、ｐ型シリコン膜５および反射防止膜７を形成して、片側電極構造の薄膜結晶太陽電池４００を完成する（図４（ｅ）参照）。
具体的には、図２（ｄ）と同様にして、ＺＭＲ法の処理により大粒径のシリコンが形成されたｐ＋領域４１、ｎ＋領域６１およびｐ型結晶シリコン層５１をシード層として、ｐ型シリコン膜５を膜厚が２〜５０μｍ程度になるように形成する。
また、図４（ｅ）と同様にして、反射防止膜７を形成する。
【００５３】
実施形態２の薄膜結晶太陽電池においては、受光面側に集電電極（ｐ＋側電極およびｎ＋側電極）が配置されていないので、受光面全域を発電領域とすることができ、数％〜１０数％の発電電流の向上が図られる。また、この薄膜結晶太陽電池は、ＩＩＩ族固相不純物拡散源層およびＶ族固相不純物拡散源層の分割形成以外は、単一工程で製造できるので、その製造コストを低減できる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の薄膜結晶太陽電池の製造方法は、シリコン膜の上面および／または下面における所定の領域に固相不純物拡散層を形成した状態でシリコン膜を結晶化または再結晶化させると共に、固相不純物拡散層から供給される不純物原子により所定の領域に不純物ドーピングシリコン膜層（高濃度不純物領域）を同時に形成する。したがって、本発明によれば、高効率のＬＢＳＦ構造および片側電極構造の薄膜結晶太陽電池を工程数を低減した低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄膜結晶太陽電池を示す概略断面図である（実施形態１）。
【図２】図１の薄膜結晶太陽電池の製造工程を示す概略断面図である。
【図３】図２（ａ）の変形例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の他の薄膜結晶太陽電池の製造工程を示す概略断面図である（実施形態２）。
【図５】従来のバルク型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図６】従来の薄膜多結晶太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図７】従来のＬＢＳＦ構造を有するバルク型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【図８】従来の片側電極構造を有するバルク型太陽電池の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 保持基板（グラファイト基板）
３ 第１電極（ｐ＋側電極）
４ ｐ＋層
５ 第１導電型シリコン層
６ 第２導電型の高純度不純物領域（ｎ＋層）
７ 反射防止膜
８ 第２電極（ｎ＋側電極）
１０ ｐ型シリコン基板
２０ 絶縁膜
２１、２２ 開口部
３１ ＳｉＣ層
４０ 第１導電型のシリコン膜（ｐ型シリコン膜）
４１ 第１導電型の高濃度不純物領域（ｐ＋領域）
５１ 第１導電型結晶シリコン層（ｐ型結晶シリコン層）
６１ 第２導電型の高純度不純物領域（ｎ＋領域）
９０ 耐熱性保護膜
９１ 第１導電型の固相不純物拡散源層（ＩＩＩ族固相不純物拡散源層）
９２ 第２導電型の固相不純物拡散源層（Ｖ族固相不純物拡散源層）
１００ 薄膜結晶太陽電池
５００、７００、８００ バルク型結晶太陽電池
６００ 薄膜多結晶太陽電池

Claims (7)

  1. （Ａ）保持基板上の全面にシリコン膜を形成した後、所定領域に固相不純物拡散源層を形成するか、または保持基板上の所定領域に固相不純物拡散源層を形成した後、シリコン膜を全面に形成する工程、および
    （Ｂ）次いで、熱または光エネルギーを付与して、シリコン膜を結晶化または再結晶化すると共に、シリコン膜の所定領域に高濃度不純物領域を形成して、高濃度不純物領域を有する結晶シリコン層を形成する工程を含むことを特徴とする薄膜結晶太陽電池の製造方法。
  2. 保持基板が予め第１電極が形成された基板であり、シリコン膜が第１導電型または概ね真性のシリコン膜であり、固相不純物拡散源層が第１導電型であり、さらに第１導電型のシリコン膜、第２導電型の高純度不純物領域および第２電極を順次形成する工程を含む請求項１に記載の薄膜結晶太陽電池の製造方法。
  3. 保持基板が第１電極および第２電極が形成された基板であり、シリコン膜が第１導電型、概ね真性または第２導電型のシリコン膜であり、固相不純物拡散源層が第１導電型および第２導電型であり、さらに第１導電型のシリコン膜を形成する工程を含む請求項１に記載の薄膜結晶太陽電池の製造方法。
  4. 工程（Ｂ）を帯域溶融再結晶化法により行う請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜結晶太陽電池の製造方法。
  5. 工程（Ａ）の固相不純物拡散源層をインクジェット法または印刷法で形成する請求項１〜４のいずれか１つに記載の薄膜結晶太陽電池の製造方法。
  6. 請求項１、２、４および５のいずれか１つに記載の製造方法により得られたＢＳＦ構造またはＬＢＳＦ構造の薄膜結晶太陽電池。
  7. 請求項１、３、４および５のいずれか１つに記載の製造方法により得られた片側電極構造の薄膜結晶太陽電池。
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