JP2011181969A - 太陽電池及び太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】絶縁性基板11上に、第1透明電極12と、pin構造またはnip構造の多結晶シリコン層と、第2透明電極16とが少なくとも順次積層されてなる太陽電池であり、いずれかのi型多結晶シリコン層と、該i型多結晶シリコンに対して絶縁性基板11に近い側に隣接するp型シリコン層またはn型シリコン層との間に、5×1019/cm3以上の酸素原子が含まれることを特徴とする太陽電池である。
【選択図】図1
Description
本発明の参考例に係る絶縁性基板側から光を入射するタイプの太陽電池の製造方法について図1を参照して説明する。
透明絶縁性基板(絶縁性基板)11上に第1透明電極12を形成する。透明絶縁性基板11には、例えば光透過を示す白板ガラスが用いられる。第1透明電極12は、例えば酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)のような金属酸化物から作られる。なお、後述する多結晶シリコン層の製造過程で用いる水素による第1透明電極12の還元を抑制するため、数十nmの厚さの酸化亜鉛膜を第1透明電極12上へ形成してもよい。
次に、プラズマCVD装置の陽極に、第1透明電極12が形成された透明絶縁性基板11を被処理物として保持させた状態で、被処理物を反応容器に収納した後、真空ポンプを作動して前記反応容器内を真空排気する。つづいて、陽極に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物の基板を例えば160℃以上に加熱する。そして、反応容器内に原料ガスであるSiH4、H2およびp型不純物ガスを導入し、反応容器内を所定の圧力に制御する。そして、高周波電源から高周波電力を放電用電極に供給することにより前記放電用電極と前記被処理物の間にプラズマを発生させ、前記被処理物の第1透明電極12上に多結晶のp型シリコン層13を成膜する。
次に、p型シリコン層13が成膜された透明絶縁性基板11を、熱処理装置に移す。そして、熱処理装置内を、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気にする。その後、p型シリコン層13が成膜された透明絶縁性基板11を、80℃以上250℃の範囲、より好ましくは100℃以上220℃以下の温度で0.5〜10分程度加熱して熱処理する。
p型シリコン層13を熱処理した後、再び透明絶縁性基板11をプラズマCVD装置の反応容器に収納し、反応容器内を真空排気する。つづいて、反応容器内に原料ガスであるSiH4とH2との混合ガスを導入し、反応容器内の所定の圧力に制御する。そして、超高周波電源から周波数が60MHz以上の超高周波電力を放電用電極に供給することにより、前記放電用電極と前記被処理物の間にプラズマを発生させ、前記被処理物のp型シリコン層13の上にi型シリコン層14を成膜する。
i型シリコン層14を成膜した後、原料ガスの供給を停止し、反応容器内を真空排気する。つづいて、この反応容器内に原料ガスであるSiH4、H2およびn型不純物ガス(PH3等)を導入し、反応容器内の所定の圧力に制御する。そして、超高周波電源から超高周波電力を放電用電極に供給することにより放電用電極と被処理物の間にプラズマを発生させ、i型シリコン層14上にn型シリコン層15を成膜する。この後、前記被処理物をプラズマCVD装置から取り出し、n型シリコン層15上に第2透明電極16および裏面電極17を順次形成して太陽電池を製造する。この太陽電池は、透明絶縁性基板11側から太陽光のような光を入射させて前記pin構造の多結晶シリコン層で光電変換させることにより起電される。
次に、本発明の第1の実施形態である太陽電池の製造方法について説明する。なお、本実施形態の太陽電池の製造方法は、先に説明した第1の参考実施形態の太陽電池の製造方法と比べて、第1透明電極を形成した後のp型またはn型シリコン層の熱処理の際に、減圧酸素雰囲気中あるいは乾燥空気雰囲気中で熱処理する点が異なっている。従って、本実施形態では、p型またはn型シリコン層の熱処理の工程について詳細に説明し、その他の工程については第1の実施形態の各工程と同様であるのでその詳細な説明を省略する。
本発明に係る第2透明電極側から光を入射するタイプの太陽電池の製造方法について、図16を参照して説明する。
例えば光透過を示す白板ガラスの透明絶縁性基板11(絶縁性基板)上に例えばAlまたはAgからなる裏面電極18を形成した後、この裏面電極18上に例えば酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム錫(ITO)のような金属酸化物から作られる第1透明電極19を形成する。
次に、プラズマCVD装置の陽極に、第1透明電極19が形成された透明絶縁性基板11を被処理物として保持させた状態で、被処理物を反応容器に収納した後、真空ポンプを作動して前記反応容器内を真空排気する。つづいて、陽極に内蔵された加熱ヒーターに通電し、前記被処理物の基板を例えば160℃以上に加熱する。そして、反応容器内に原料ガスであるSiH4、H2およびp型不純物ガスを導入し、反応容器内を所定の圧力に制御する。そして、超高周波電源から超高周波電力を放電用電極に供給することにより前記放電用電極と前記被処理物の間にプラズマを発生させ、前記被処理物の第1透明電極12上に多結晶のp型シリコン層13を成膜する。
次に、p型シリコン層13が成膜された透明絶縁性基板11を、熱処理装置に移す。そして、熱処理装置内を、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気にするか、あるいは1Torr以下(133Pa)程度の真空雰囲気とする。なお、真空雰囲気とする場合も背圧ガスは不活性ガスにすることが好ましい。そして、p型シリコン層13が成膜された透明絶縁性基板11を、80℃以上250℃の範囲、より好ましくは100℃以上220℃以下の温度で0.5〜10分程度加熱して熱処理する。
p型シリコン層13を熱処理した後、再び透明絶縁性基板11をプラズマCVD装置の反応容器に収納し、反応容器内を真空排気する。つづいて、反応容器内に原料ガスであるSiH4とH2との混合ガスを導入し、反応容器内の所定の圧力に制御する。そして、超高周波電源から周波数が60MHz以上の超高周波電力を放電用電極に供給することにより、前記放電用電極と前記被処理物の間にプラズマを発生させ、前記被処理物のp型シリコン層13の上にi型シリコン層14を成膜する。
i型シリコン層14を成膜した後、原料ガスの供給を停止し、反応容器内を真空排気する。つづいて、別の反応容器内に透明絶縁性基板11を収納して、真空排気を行った後、この反応容器内に原料ガスであるSiH4、H2およびn型不純物ガス(PH3等)を導入し、反応容器内の所定の圧力に制御する。そして、超高周波電源から超高周波電力を放電用電極に供給することにより放電用電極と被処理物の間にプラズマを発生させ、i型シリコン層14上にn型シリコン層15を成膜する。この後、前記被処理物をプラズマCVD装置から取り出し、p型シリコン層15上に例えば酸化亜鉛、酸化インジウム錫(ITO)のよう金属酸化物からなる第2透明電極21を形成し、更に集電電極23を形成して太陽電池を製造する。この太陽電池は、第2透明電極側から太陽光のような光を入射させて前記pin構造の多結晶シリコン層で光電変換させることにより起電される。
次に、本発明の第2の実施形態である太陽電池の製造方法について説明する。なお、本実施形態の太陽電池の製造方法は、先に説明した第2の実施形態の太陽電池の製造方法と比べて、第1透明電極を形成した後のp型またはn型シリコン層の熱処理の際に、減圧酸素雰囲気中または乾燥空気雰囲気中で熱処理する点が異なっている。従って、本実施形態では、p型またはn型シリコン層の熱処理の工程について詳細に説明し、その他の工程については第2の参考実施形態の各工程と同様であるのでその詳細な説明を省略する。
参考例1では、多結晶シリコン層がpin構造であって不活性ガス雰囲気で熱処理された太陽電池について図1を参照して説明する。
p型シリコン層に対する熱処理を行わなかったこと以外は上記参考例1と同様にして比較例1の太陽電池を製造した。
実施例1では、多結晶シリコン層がpin構造であって減圧酸素雰囲気で熱処理された太陽電池について図1を参照して説明する。
実施例2では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでnip構造からなる多結晶シリコン層を具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理された太陽電池について図11を参照して説明する。
この実施例3では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでpin構造からなる多結晶シリコン層とpin構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理されたタンデム型の太陽電池について図12を参照して説明する。
実施例4では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでnip構造からなる多結晶シリコン層とnip構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理されたタンデム型の太陽電池について図13を参照して説明する。
実施例5では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでpin構造からなる多結晶シリコン層と、pin構造からなる別の多結晶シリコン層と、pin構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理されたトリプル型の太陽電池について図14を参照して説明する。
実施例6では、透明絶縁性基板側から光を入射するタイプでnip構造からなる多結晶シリコン層と、nip構造からなる別の多結晶シリコン層と、nip構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理されたトリプル型の太陽電池について図15を参照して説明する。
実施例7では、第2透明電極側から光を入射させるタイプであって、多結晶シリコン層がpin構造であり、かつ減圧酸素雰囲気で熱処理された太陽電池について図16を参照して説明する。
実施例8では、第2透明電極側から光を入射させるタイプであって、多結晶シリコン層がnip構造であり、かつ減圧酸素雰囲気で熱処理された太陽電池について図17を参照して説明する。
実施例9では、第2透明電極側から光を入射するタイプでpin構造からなる多結晶シリコン層とpin構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理されたタンデム型の太陽電池について図18を参照して説明する。
実施例10では、第2透明電極側から光を入射するタイプでnip構造からなる多結晶シリコン層とnip構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理されたタンデム型の太陽電池について図19を参照して説明する。
実施例11では、第2透明電極側から光を入射するタイプでpin構造からなる多結晶シリコン層と、pin構造からなる別の多結晶シリコン層と、pin構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理されたトリプル型の太陽電池について図20を参照して説明する。
実施例12では、第2透明電極側から光を入射するタイプでnip構造からなる多結晶シリコン層と、nip構造からなる別の多結晶シリコン層と、nip構造からなるアモルファスシリコン層とを具備してなり、減圧酸素雰囲気中で熱処理されたトリプル型の太陽電池について図21を参照して説明する。
実施例13では、(実施例1)において純酸素雰囲気中で行われた熱処理を、乾燥空気雰囲気中で行った場合の、多結晶シリコン層がpin構造である太陽電池について図1を参照して説明する。
実施例3及び実施例5の変形例として、n型シリコン層(アモルファスシリコン層)33を積層した後に酸化処理を行い、n型シリコン層33(アモルファスシリコン層)とp型多結晶シリコン層13との間に酸化膜を形成する構造も好適に用いられる。
p−i−n構造が参考例3及び参考例5の各々逆となっている参考例4及び参考例6の変形例としては、p型シリコン層(アモルファスシリコン層)31を積層した後に酸化処理を行い、p型シリコン層31(アモルファスシリコン層)とn型多結晶シリコン層15との間に酸化膜を形成する構造が好適に用いられる。
実施例5の第2の変形例として、n型多結晶シリコン層15を積層した後に酸化処理を行い、n型多結晶シリコン層15とp型多結晶シリコン層43との間に酸化膜を形成する構造も好適に用いられる。
p−i−n構造が参考例5の逆となっている参考例6の第2の変形例としては、p型多結晶シリコン層13を積層した後に酸化処理を行い、p型多結晶シリコン層13とn型多結晶シリコン層45との間に酸化膜を形成する構造が好適に用いられる。
実施例5及び実施例6の第2の変形例は、各々の第1の変形例と併用することも可能である。
実施例9の変形例として、n型多結晶シリコン層15を積層した後に酸化処理を行い、n型多結晶シリコン層15とp型シリコン層(アモルファスシリコン層)31との間に酸化膜を形成する構造も好適に用いられる。
p−i−n構造が実施例9の逆となっている実施例10の変形例としては、p型多結晶シリコン層13を積層した後に酸化処理を行い、p型多結晶シリコン層13とn型シリコン層(アモルファスシリコン層)33との間に酸化膜を形成する構造が好適に用いられる。
実施例11の第1の変形例として、n型多結晶シリコン層45を積層した後に酸化処理を行い、n型多結晶シリコン層45とp型シリコン層(アモルファスシリコン層)31との間に酸化膜を形成する構造も好適に用いられる。
p−i−n構造が実施例11の逆となっている実施例12の第1の変形例としては、p型多結晶シリコン層45を積層した後に酸化処理を行い、p型多結晶シリコン層45とn型シリコン層(アモルファスシリコン層)33との間に酸化膜を形成する構造が好適に用いられる。
実施例11の第2の変形例として、n型多結晶シリコン層15を積層した後に酸化処理を行い、n型多結晶シリコン層15とp型多結晶シリコン層43との間に酸化膜を形成する構造も好適に用いられる。
p−i−n構造が実施例11の逆となっている実施例12の第2の変形例としては、p型多結晶シリコン層13を積層した後に酸化処理を行い、p型多結晶シリコン層13とn型多結晶シリコン層43との間に酸化膜を形成する構造が好適に用いられる。実施例11及び実施例12の第2の変形例における酸化膜は、各々の第1の変形例における酸化膜と共に形成される構造も好適に用いられる。
Claims (1)
- 絶縁性基板上に、第1透明電極と、pin構造またはnip構造の多結晶シリコン層と、第2透明電極とが少なくとも順次積層されてなる太陽電池であり、
いずれかのi型多結晶シリコン層と、該i型多結晶シリコンに対して前記絶縁性基板に近い側に隣接するp型シリコン層またはn型シリコン層との間に、5×1019/cm3以上の酸素原子が含まれることを特徴とする太陽電池。
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