JP3269668B2

JP3269668B2 - 太陽電池

Info

Publication number: JP3269668B2
Application number: JP24918492A
Authority: JP
Inventors: 寛之大塚; 強志上松; 光紀蕨迫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 2002-03-25
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH06104463A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光電変換効率が高く、基
板材料を節約できる太陽電池およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高効率太陽電池には、単結晶Ｓｉ太陽電
池やＧａＡｓなどの化合物半導体を用いた太陽電池があ
る。

【０００３】従来の単結晶Ｓｉ太陽電池は、単結晶ウェ
ハ基板に不純物熱拡散法などによってｐ−ｎ接合を形成
することによって作られている。その中でも、光入射面
にテクスチャを作り、表面反射を減らすとともに光閉じ
込めを改善したものは光電変換効率が高い。なお、この
種の装置として関連するものには、例えば、第２１回ア
イ・イー・イー・イー、フォトボルタイックスペシャ
リストコンファレンス、（1990年 5月）米国フロリ
ダ第333頁から第335頁（21th IEEE Photo-voltaic Sp
ecialist Conference,(May 21-25 1990),Florida the
U.S.A.,pp.333-335）が挙げられる。

【０００４】ＧａＡｓ太陽電池は、ＧａＡｓまたはＳｉ
ウェハ上に光電変換部となる数μｍ厚のＧａＡｓ層を結
晶成長させることによって作られている。ＧａＡｓ太陽
電池は、そもそも、その禁制帯幅（１.４３ｅＶ）が太
陽の放射スペクトルを効率よく吸収するのに適した値で
あり、他の太陽電池と比較して変換効率が高い。

【０００５】基板材料を節約できる太陽電池として、ア
モルファス太陽電池がある。単結晶ではないため、基板
との界面で格子整合に関して問題が生じることはなく、
基板材料をガラスなど低価格のもので作ることができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来技術の問題
点は、アモルファス太陽電池はおろか、高効率太陽電池
といわれている結晶系太陽電池でさえ、光電変換効率が
実用上低いということである。それに加え、結晶系の太
陽電池は基板材料が多量に必要であるということであ
る。

【０００７】単結晶Ｓｉ太陽電池の場合、光閉じ込めの
改善および表面再結合速度の低減によって光電変換効率
は高くなってきたものの、その値は２０％程度しかな
い。また、２０％程度の変換効率の太陽電池の基板厚は
２００μｍ以上あるのが現状である。

【０００８】ＧａＡｓ太陽電池の場合、高効率化および
材料コストの低減のために、Ｓｉウェハ上にＧａＡｓを
ヘテロエピタキシャル成長させることが必要である。し
かし、両半導体間で格子定数や熱膨張係数が違うため、
無欠陥で大面積のＧａＡｓ結晶を得ることは容易ではな
い。このため、未だに理論から計算された効率の電池は
実現していない。

【０００９】これらの問題点に対して、本発明は太陽電
池の光電変換効率を高めることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、半導体基板上にポーラス体（多孔質
体）を形成し、太陽電池に利用する。具体的には、ポー
ラス体またはポーラス体と基板との間にｐ−ｎ接合など
の構造を設ける。そして、特性を向上させ、光電変換効
率を高めるため、禁制帯幅の異なる材料を使い、基板と
ヘテロ材料との間にポーラス体を設ける。また、受光面
に対する基板裏面側にポーラス体を形成する。また、ポ
ーラス体を太陽電池の反射防止膜あるいはパッシベーシ
ョン膜として応用する。また、ポーラス体の細孔の少な
くとも一部の壁にローダミンなどの色素を被着形成する
ことにより、ポーラス体が光電変換できない長波長領域
の光をも吸収できるようにする。さらに、基板材料のコ
ストを低減するために、ポーラス体を基板から切り離
し、基板を再利用する。また、太陽電池の作製を容易に
するために、表面に反転接合を設ける。

【００１１】

【作用】ポーラス体は、立体的な網目状細孔を有する多
孔性の膜からなり、半導体を陽極エッチングすることに
より形成される。その特徴は、１）形成条件によって、
細孔の径またはエッチングにより残る支柱の径が数ｎｍ
から数十μｍ程度となる多孔性の膜である。２）基板の
選択的な溶解によって細孔が形成されるため、基板の結
晶性が残り、単結晶のままである。３）ポーラス体の結
晶中に水素が拡散し、格子膨張が起き、格子間隔が広が
っている箇所がある。４）化学エッチングや陽極エッチ
ングによる作製で容易に基板上に構造を作ることがで
き、電解研磨により容易に膜をはく離することができ
る。などが挙げられる。本発明は、これらの特徴を太陽
電池に応用する。

【００１２】ポーラス体を用いた太陽電池の動作原理
は、以下のとおりである。半導体基板上に作成したポー
ラス体に光を照射、吸収させると、通常の半導体基板同
様、電子・正孔対が発生する。電子と正孔は、ポーラス
体内やポーラス体と基板との間のｐ−ｎ接合等によって
分離され、外部負荷に電力として取り出すことができ
る。

【００１３】次に、ポーラス体を太陽電池に応用したと
きのポーラス体の効果を説明する。ポーラス体は単結晶
であるため、欠陥が非常に少ない。このため、光生成キ
ャリアの再結合による光電変換効率の低下を最小限度に
抑えることができる。以下、ポーラス体を太陽電池に応
用したときの効果を細孔の間隔および結晶の支柱の径と
光の波長の大小に別けて説明する。

【００１４】１）細孔の間隔および結晶の支柱の径を光
の波長よりも小さくした場合ポーラス体は、空隙率をエッチング条件でコントロール
できるため、その結晶の支柱の径を０.１μｍオーダー
にできる。そのため、光の量子閉じ込め効果、および間
接遷移型材料の直接遷移化が起き、光吸収が増す。さら
に、結晶の支柱が量子細線構造をとるため、キャリアの
移動度が大きくなる。

【００１５】細孔のそれぞれの間隔を光の波長よりも十
分に小さくした場合、ポーラス体は空気と半導体基板の
間の任意の屈折率を持つ膜と同等の働きをするので反射
防止膜としてつかえる。

【００１６】また、ポーラス体内の結晶は禁制帯幅が広
がっているため、ポーラス体をパッシベーション膜とす
ると、表面近くにやってきたキャリアをバルク内に追い
返すことが可能であり、キャリアの表面再結合が減り、
電気特性が向上する。

【００１７】２）細孔の間隔および結晶の支柱の径を光
の波長よりも大きくした場合ポーラス体は複雑な形状の細孔構造をしているため、表
面がテクスチャ表面のような働きをする。つまり、入射
光は細孔表面で多重反射し、その結果、受光面での光の
反射損が少なくなる。一方、半導体基板内を通過する光
がポーラス体と外部との境界面に出射する場合、ポーラ
ス体が上記のような構造をとっているため、細孔表面に
垂直に出射しない場合が多い。半導体の屈折率は真空の
屈折率に比べて３、４倍も大きいため、この場合のよう
に出射光が出射面である細孔表面に対して垂直に出射せ
ず、１０〜２０度傾くと、その光は全反射する。よっ
て、ポーラス体を受光面として応用した場合、入射光の
反射損は減り、光の閉じ込め効果を増し、その結果、電
流が増加する。

【００１８】これらの要因により、太陽電池にポーラス
体を応用すれば光電変換効率は高くなる。

【００１９】ポーラス体と組み合わせた種々の技術的手
段の効果は、次のとおりである。ポーラス体は基板の結
晶性を残した単結晶であるが、陽極エッチング中に水素
原子がポーラス体の結晶部に拡散するため、基板に比べ
てわずかに細孔表面の結晶格子が広がっている。これを
利用し、格子定数の異なる材料をポーラス体上にヘテロ
エピタキシャル成長させることが可能である。この場
合、基板の禁制帯幅より大きな禁制帯幅を持つ材料をポ
ーラス体上にヘテロ成長させれば、発生電圧が増す。Ｓ
ｉ基板上にＧａＡｓをエピタキシャル成長させた場合、
界面付近のＳｉが歪を受けて禁制帯幅が小さくなり、そ
の結果、Ｓｉ内のＧａＡｓとの界面付近のキャリアが逆
に流れ易くなり、電気特性を悪くする。ところが、この
部分に光の波長より小さい径の結晶支柱を持ったポーラ
スＳｉを用いると、禁制帯幅を大きくする効果が働き、
キャリアは逆流しにくくなる。

【００２０】また、ポーラス体と接してアモルファスや
微結晶の非単結晶を配置し、ヘテロ接合を作ることがで
きる。アモルファスや微結晶材料の禁制帯幅がポーラス
体の禁制帯幅より大きければ、ヘテロ接合を作ったほう
が得られる開放電圧は大きくなる。

【００２１】また、ポーラス体内の細孔をポーラス体の
光吸収領域より長波長領域の光を吸収でき、電子・正孔
対を生成できる色素で満たせば、発生電流が増し、さら
に変換効率が増す。これはローダミンなどの色素が複数
の光子や熱エネルギーを得て、価電子帯にあるキャリア
を伝導帯に持ち上げ、ポーラス体を通じて半導体基板に
キャリアを送るためである。

【００２２】また、太陽電池の受光面に対して裏面側に
ポーラス体を形成した後、不純物を拡散させてｐ−ｎ接
合を設けることにより、実質的に基板厚を薄くした場合
と同じ効果を果たし、電圧が増す。

【００２３】また、陽極エッチングの際に電流密度を変
えることにより、容易にポーラス体を基板から分離でき
るため、基板を繰返し利用できる。これにより、基板材
料を節約することができる。

【００２４】他に、ｐ型基板の場合、ポーラス体の表面
が自然にｎ型に表面反転するため、容易に太陽電池を作
成することも可能である。また、充填剤に正または負電
荷を混入し、ポーラス体の細孔を埋めることにより、表
面を反転させることができ、ｐ−ｎ接合を容易に作製で
きる。例えば、ｐ型基板の場合、充填剤に陽イオンとな
る元素を混入すると表面が反転し、ｎ型となる。これら
の方法によれば、拡散の工程を減らすことができ、太陽
電池生産プロセスが著しく簡易にできる。

【００２５】

【実施例】

実施例１図１に本発明の実施例の１つを示す。

【００２６】本実施例では、ポーラス体を作製するため
に陽極エッチング法を用いた。基板として、ＦＺ−ｐ型
Ｓｉウェハ１（面方位（１００）、比抵抗１.０Ωｃ
ｍ、厚さ２５０μｍ）を用意した。まず、この裏面（受
光面に対して反対側の面）を絶縁テープで保護し、次
に、フッ酸溶液中（ＨＦ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＝１：
１：２）に浸して電流密度２５ｍＡ／ｃｍ²で陽極エッ
チングを行い、表面側（受光面側）ポーラスＳｉ２を作
製した。作製時には、反応表面から水素が発生し、均質
なポーラス体作製の妨げになるため、反応系全体に超音
波をかけ、水素気泡を取り除いた。ポーラス体作製後、
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察を行ったところ、ポ
ーラス体内の細孔の長さは約１０μｍ、直径は約０.１
μｍであった。また、窒素ガス吸着法で多孔度を調べた
ところ、約６０％であった。

【００２７】ポーラスＳｉ基板を用意した後は、通常の
太陽電池の作製と同様の方法で太陽電池を作製した。ま
ず、基板全体を通常の熱酸化法により基板の周りに酸化
膜を付け、次に、表面の酸化膜だけをフッ酸で除去し、
その後、リンを８３０℃で２０分間、熱拡散させ、高濃
度のｎ層３（表面キャリヤ濃度１０¹⁹個／ｃｍ³）を表
面側に作った。裏面側も同様にして、酸化した後、酸化
膜をフッ酸で除去し、ボロンを９００℃で４０分間、熱
拡散させ、高濃度のｐ層４（表面キャリヤ濃度１０¹⁹個
／ｃｍ³）を作った。ｐ−ｎ接合を設けた後は、ポーラ
ス体の周りの空隙部を充填剤（ローダミン）５で埋め、
上面に透明導電膜であるＩＴＯ層６を設け、最後に、上
下面にＡｌ電極７をオーミック接合で形成した。

【００２８】完成した太陽電池に対して、ソーラーシミ
ュレーターのもとで疑似太陽光ＡＭ１.５、１００ｍＷ
／ｃｍ²を照射したところ、短絡電流４２ｍＡ、開放電
圧０.７５Ｖで約２５％の光電変換効率を得た。

【００２９】上記、基板であるｐ型ウェハをｎ型ウェハ
に代え、高濃度ｐ層を高濃度ｎ層に、高濃度ｎ層を高濃
度ｐ層に代え、太陽電池を作製した場合も、同様の光電
変換効率を持つポーラス太陽電池が得られた。また、基
板であるｐ型ウェハを真性半導体タイプのものに代えて
ポーラス体を作製し、太陽電池を作製した場合も、同様
の光電変換効率を持つポーラス太陽電池が得られた。実
施例では基板面方位に（１００）面を用いたが、（１１
０）面や（１１１）面でも同様の光電変換効率が得られ
た。しかしながら、（１００）面の場合がポーラス体の
支柱の配向性が最も高い。

【００３０】本実施例ではＳｉを用いた例を示したが、
Ｇｅや化合物半導体であるＧａＡｓ、ＩｎＰを用いた場
合もポーラス太陽電池を作製することができた。

【００３１】実施例２図２に本発明の実施例の１つを示す。

【００３２】本実施例では、ＦＺ−ｐ型Ｓｉウェハ１
（面方位（１００）、比抵抗１.０Ωｃｍ、厚さ２５０
μｍ）を用い、実施例１と同様の方法でポーラスＳｉ２
を作製した。

【００３３】ポーラスＳｉ基板を用意した後は、まず、
基板全体を酸化することにより基板の周りに酸化膜を付
けて表面を保護し、裏面にレジストを塗布後、フォトリ
ソグラフィを用い、ｎ層形成領域のパターンを開けた。
そして、その部分の酸化膜をフッ酸で除去し、実施例１
と同様の条件でリンを熱拡散させ、裏面側に高濃度のｎ
層３（表面キャリヤ濃度１０²⁰個／ｃｍ³）を作った。
次に、高濃度のｎ層３と全く同様の方法で拡散予定領域
を作り、実施例１と同様の条件でボロンを熱拡散させ、
裏面側に高濃度のｐ層４（表面キャリヤ濃度１０¹⁹個／
ｃｍ³）を作った。裏面にｐ−ｎ接合を設けた後は、パ
ッシベーション酸化を行い、全体に酸化膜８を付け、裏
面にレジストを塗布後、フォトリソグラフィを用い、電
極領域のパターンを開けた。そして、真空蒸着法でＡｌ
を裏面に付け、リン酸でエッチングして電極７を形成し
た。

【００３４】完成した太陽電池に対して、ソーラーシミ
ュレーターのもとでＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ²の疑
似太陽光を照射したところ、短絡電流４３ｍＡ、開放電
圧０.７３Ｖで約２５％の光電変換効率を得た。

【００３５】上記、基板であるｐ型ウェハを真性半導体
タイプのものに代えてポーラス体を作製した場合も、同
様の光電変換効率を持つポーラス太陽電池が得られた。

【００３６】実施例３図３に本発明の実施例の１つを示す。

【００３７】本実施例では、ＦＺ−ｐ型Ｓｉウェハ１
（面方位（１００）、比抵抗１.０Ωｃｍ、厚さ２５０
μｍ）を用い、実施例１と同様の方法でポーラスＳｉ２
を作製した。その後、実施例１と全く同様の方法で高濃
度のｎ層３、およびｐ層４を熱拡散法によって形成し、
ｐ−ｎ接合を設けた。

【００３８】次に、このポーラスＳｉ太陽電池基板上に
ＭＢＥ法（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａ
ｘｙ）によってＧａＡｓ層を成長させた。具体的には、
まず、Ｚｎをドープしたｐ型ＧａＡｓ９（キャリヤ濃度
１０¹⁸個／ｃｍ³）を成長させ、つづいて、キャリア濃
度を低くしたｐ型ＧａＡｓ１０（キャリヤ濃度１０¹⁴個
／ｃｍ³）を成長させた後、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇａ
Ａｓ１１（キャリヤ濃度１０¹⁸個／ｃｍ³）成長させ
た。このときの成長条件は、基板温度６００℃、気圧１
０^{- 8}Ｐａ、成長速度約０.４μｍ／ｈであった。

【００３９】ポーラスＳｉ基板上にＧａＡｓ層を成長さ
せた後は、反射防止膜としてＳｉ₃Ｎ₄膜１２をＣＶＤ法
で形成した。最後に、上面のＧａＡｓ−ｎ層電極として
Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ１３を付け、反射防止膜にコンタクト
ホールを開けた後、下面のＳｉ−ｐ層電極としてＡｌ７
を蒸着被着した。

【００４０】完成した太陽電池に対して、ソーラーシミ
ュレーターのもとで疑似太陽光ＡＭ１.５、１００ｍＷ
／ｃｍ²を照射したところ、短絡電流２９ｍＡ、開放電
圧１．４Ｖで約３０％の光電変換効率を得た。なお、Ｍ
ＢＥ法ではなく、ＭＯＣＶＤ法でＧａＡｓ層を成長させ
ても、同様の結果を得た。

【００４１】実施例４図４に本発明の実施例の１つを示す。

【００４２】試料基板として、ＦＺ−ｐ型Ｓｉウェハ１
（面方位（１００）、比抵抗１．０Ωｃｍ、厚さ２５０
μｍ）を用意した。まず、絶縁テープで表面を完全に保
護し、等間隔にドットパターンの開いた絶縁テープで裏
面を保護した。次に、フッ酸溶液中（ＨＦ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂
Ｈ₅ＯＨ＝１：１：２）に浸し、裏面のドットパターン
の開いた部分に細孔の深さが１００μｍ程度になるまで
電流密度２０ｍＡ／ｃｍ²で陽極エッチングを行った。
ドットパターンの間隔は５０μｍ、直径は５μｍとし
た。この後、実施例１と同様の方法で不純物を拡散し、
高濃度のｎ層３とｐ層４を形成し、ｐ−ｎ接合を設け
た。裏面側の高濃度のｐ層４は、不純物が細孔を通して
ポーラス体内部に拡散するため、図に示すように表面近
くまで形成される。これにより、生成個所から裏面電極
までの距離を空間的に短くすることができ、キャリヤの
再結合が減少する。

【００４３】最後に、図４に示すように裏面からＡｇ電
極１４を電解メッキ法を用いオーミック接合で形成し
た。また、表面にはＡｌ電極７をオーミック接合で形成
した。そして、この太陽電池にソーラーシミュレーター
のもとで疑似太陽光ＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ²を照
射したところ、短絡電流３８ｍＡ、開放電圧０.６Ｖで
約２３％の光電変換効率を得た。

【００４４】本実施例では、最後に、表面に対して反射
防止膜を付けているが、他に、表面をテクスチャにした
り、Ｖ溝や逆ピラミッド構造を付与し、表面反射を少な
くすることはいうまでもない。例えば、表面をテクスチ
ャ表面にするためには、まず、ウェハ全体に酸化膜をつ
け、フォトリソグラフィにより表面側に受光部を開け、
次に、ヒドラジン水溶液（ヒドラジン：Ｈ₂Ｏ＝２：
１、１００℃）に４０分間浸すことによって作製するこ
とが出来る。

【００４５】実施例５図５に本発明の実施例の１つを示す。

【００４６】基板として、ＦＺ−ｐ型Ｓｉウェハ１（面
方位（１００）、比抵抗１.０Ωｃｍ、厚さ２５０μ
ｍ）を用意した。まず、実施例４と同様に表面は絶縁テ
ープで完全に保護し、裏面は等間隔にドットパターンの
開いた絶縁テープで保護した。次に、フッ酸溶液中（Ｈ
Ｆ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＝１：１：２）に浸して電流密
度２０ｍＡ／ｃｍ²で陽極エッチングを行い、裏面のド
ットパターンの開いた部分にポーラスＳｉ２を作製し
た。ドットパターンの間隔は実施例４と同様に５０μ
ｍ、直径は５μｍとした。この後、実施例２と同様の方
法で不純物を拡散し、裏面側に高濃度のｎ層３とｐ層４
を形成し、ｐ−ｎ接合を設けた。高濃度のｎ層３および
ｐ層４は、不純物が細孔を通してポーラス体内部に拡散
するため、図に示すように裏面側から表面近くに形成さ
れる。実施例４に比べて、表面に接合が無く、パッシベ
ーション酸化膜８覆われているため、キャリアの最も生
成する表面付近での再結合が極端に減る。

【００４７】最後に、Ａｌ電極７をオーミック接合で形
成し、ソーラーシミュレーターのもとで疑似太陽光ＡＭ
１.５、１００ｍＷ／ｃｍ²を照射したところ、短絡電流
４２ｍＡ、開放電圧０.７Ｖで約２５％の光電変換効率
を得た。

【００４８】本実施例では、最後に、表面に対して反射
防止膜を付けているが、実施例４同様に、表面をテクス
チャにしたり、Ｖ溝や逆ピラミッド構造を付与し、表面
反射を少なくすることはいうまでもない。

【００４９】実施例６図６に本発明の実施例の１つを示す。

【００５０】図６において、ＣＺ−ｐ型Ｓｉウェハ（面
方位（１００）、比抵抗１.０Ωｃｍ、厚さ２５０μ
ｍ）を用い、実施例１と同様の方法でポーラスＳｉ２を
作製した。作製後、通常の電界研磨が起こるまで電流密
度を上げ、ポーラス体と基板との界面付近のポーラス体
を溶解させることによってポーラス体を基板から分離し
た。このときのポーラス体の厚さは５０μｍであった。

【００５１】基板から分離したポーラスＳｉ２に対し
て、酸化することによって、全体を酸化膜で覆った。次
に、希釈フッ酸溶液中に、短時間浸し、表面側の酸化膜
を一部除去した。そして、実施例１と同様の条件でｎ型
不純物を拡散し、高濃度のｎ層３を形成し、ｐ−ｎ接合
を設けた。その後、ポーラス体の周りにローダミンの水
溶液を流し込み、乾燥させ、ローダミンをポーラス体の
周りに付着させた。次に、充填剤（ポリ酢酸ビニル）５
で埋めた後、ポーラス体全体をポリイミド（低αＰＩ：
ＰＩＱ−Ｌ１００）１５でポーラス体の表層がわずかに
でるようにコーティングし、出力４００Ｗでプラズマ処
理を施した。この後、図６に示すように、上、下面共に
ＩＴＯ層６を付け、Ａｌ電極７を付けた。

【００５２】この太陽電池に対して、ソーラーシミュレ
ーターのもとで疑似太陽光ＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ²を照射したところ、本実施例では短絡電流３６ｍ
Ａ、開放電圧０.７ＶでＣＺ基板ながら約２２％の光電
変換効率を得た。また、分光感度を測ったところ、従来
の結晶シリコン太陽電池に比べて長波長側（赤外光側）
の光も吸収されていた。

【００５３】ポーラス体を分離して残った基板は、フッ
化水素酸と硝酸の混液を用いてエッチングし、表面を軽
く研磨すれば再度使えることがわかった。これによっ
て、基板を大幅に節約することが可能となった。

【００５４】実施例７図７に本発明の実施例の１つを示す。

【００５５】図７において、ＣＺ−ｎ型Ｓｉウェハ（面
方位（１００）、比抵抗１.０Ωｃｍ、厚さ２５０μ
ｍ）を用い、光照射をしながら、実施例１と同様の方法
でｎ型ポーラスＳｉ１６を作製した。作製後、実施例６
と同様の方法で約２０μｍ厚のポーラス体を基板から分
離した。

【００５６】実施例６と同様に、基板から分離したポー
ラスＳｉ２に対して、酸化することによって、全体を酸
化膜で覆った。次に、希釈フッ酸溶液中に、短時間浸
し、表面側の酸化膜を一部除去した。そして、そのポー
ラス体に、ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ（水素化アモルファスシ
リコンカーバイド：バンドギャップ２.１ｅＶ）１７あ
るいはｐ型μｃ−ＳｉＣ：Ｈ（水素化微結晶シリコンカ
ーバイド）をプラズマ放電法で０.０２μｍ厚に堆積さ
せ、ｐ−ｎ接合を設けた。このとき、基板温度を１１０
℃に保った。その後、上面には透明導電膜であるＩＴＯ
層６を設け、上下面に第７図に示すようにＡｌ電極７を
オーミック接合で形成した。

【００５７】そして、ソーラーシミュレーターのもとで
疑似太陽光ＡＭ１.５、１００ｍＷ／ｃｍ²を照射したと
ころ、本実施例では予想通り開放電圧が０.６Ｖ、短絡
電流３８ｍＡで約１８％の光電変換効率を得た。

【００５８】また、本発明でも基板を大幅に節約でき
た。

【００５９】実施例８図８に本発明の実施例の１つを示す。

【００６０】図８において、ＣＺ−ｐ型Ｓｉウェハ（面
方位（１００）、比抵抗１.０Ωｃｍ、厚さ２５０μ
ｍ）を用い、実施例１と同様の方法でポーラスＳｉ２を
作製した。このままの状態で、実施例１と同様、ポーラ
ス体を充填剤（ポリ酢酸ビニル）５で埋めた。そして、
図８に示すように、充填剤の上面に透明導電膜であるＩ
ＴＯ層６を設け、上下両面に、Ａｌ電極７をオーミック
接合で形成した。本実施例のＩ−Ｖ特性を調べたとこ
ろ、整流性が見られ、反転層が形成されていることが判
明した。これは、ｐ層の表面が自然反転し、ｎ層１８が
できたためと考えられる。このように、本実施例では著
しく簡単に太陽電池を製造することができた。ちなみ
に、ソーラーシミュレーターのもとで疑似太陽光ＡＭ
１.５、１００ｍＷ／ｃｍ²を照射したところ、本実施例
では短絡電流２２ｍＡ、開放電圧０.５Ｖで約８％の光
電変換効率を得た。変換効率はさほど高くないものの、
拡散の工程を減らすことでき、太陽電池生産コストを大
幅に下げることができた。また、さらに充填剤に陽イオ
ンとなるアルカリを含む材料（Ｎａ）を混入させること
により、一層、強反転層が形成され、太陽電池の変換効
率が高まった。

【００６１】実施例９図９および図１０、図１１を用いて、本発明の実施例と
その作製過程の概略を示す。

【００６２】まず、ＦＺ−ｐ型Ｓｉウェハ（面方位（１
００）、比抵抗１.０Ωｃｍ、厚さ２５０μｍ）１を用
意し、酸化を行い、酸化膜でＳｉウェハの周り全体に付
けた。次に、片面に保護テープを接着し、フッ酸溶液中
に浸し、保護テープでおおわれていない面の酸化膜をは
がした。保護テープをはがした後、このウェハを拡散炉
に入れ、実施例１と同様の方法でリンを拡散し、ｎ層３
を形成した。このウェハをこのままフッ酸溶液中（Ｈ
Ｆ：Ｈ₂Ｏ：Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＝１：１：２）に浸して電流密
度３０ｍＡ／ｃｍ²で陽極エッチングを行い、ｐ層にポ
ーラスＳｉ２を作製した。作製時には、化学ポンプによ
り電解液を反応部にあて、水素気泡を取り除いた。その
後、実施例１と同様、ポーラス体の周りを充填剤（ポリ
酢酸ビニル）５で埋めた。そして、図８に示すように、
充填剤の上面に透明導電膜であるＩＴＯ層６を設け、上
下両面に、Ａｌ電極７をオーミック接合で形成した。ソ
ーラーシミュレーターのもとで疑似太陽光ＡＭ１.５、
１００ｍＷ／ｃｍ²を照射したところ、本実施例では短
絡電流４２ｍＡ、開放電圧０.７５Ｖで約２５％の光電
変換効率を得た。

【００６３】この作製方法を用いると、ポーラス体形成
によって、機械的強度が落ちる前に不純物拡散ができる
ため、拡散工程時にウェハを破損することは無い。ま
た、拡散工程において、洗浄が完璧に行え、拡散の制御
が狂わない。また、ポーラス体形成後に拡散する場合、
自然酸化膜がポーラス体の一部に付き、その部分の拡散
を妨げるが、その心配も無い。さらに、ｎ層では、光を
照射しながら陽極エッチングしなければポーラス体を作
製することはできないため、図１０のようにｐ層のみに
ポーラス体を形成したり、図１１のようにｎ層を用いて
陽極エッチングの保護マスクにすることが可能である。
これらによってポーラス太陽電池のｐ−ｎ接合部の形成
の制御が容易となる。

【００６４】実施例１０図１２に本発明の実施例の１つを示す。

【００６５】４インチＣＺ−ｐ型Ｓｉウェハ１（面方位
（１００）、比抵抗１.０Ωｃｍ、厚さ２５０μｍ）を
用い、その表面に図に示すような窓の開いた絶縁テープ
１９を貼り、実施例１と同様の方法でポーラスＳｉ２を
作製した。作製後、実施例６と同様の方法でポーラス体
を基板から分離した。こうすることにより、厚さ２０μ
ｍの直方体のポーラス体を作製できた。

【００６６】基板から分離したポーラスＳｉ２に対し
て、実施例６と同様の方法でｐ−ｎ接合を設けた。その
後、このｐ−ｎ接合を設けたポーラス体を３基集め、充
填剤（ポリウレタン）で細孔を埋めると同時に上記ポー
ラス体を３基接合した。この後、実施例６と全く同様の
方法でポーラス体全体にポリイミド（低αＰＩ：ＰＩＱ
−Ｌ１００）をコーティングし、上、下面共にＩＴＯ層
を付け、３基のポーラスＳｉ太陽電池が電気的に直列に
なるようにＡｌ電極を配線した。このようにして３基の
ポーラス体を一体化して作製した太陽電池２０は７０×
２００ｍｍ大のシート状のフレキシブルなもので、１.
６Ｖの出力電圧を得ることができた。

【００６７】このシート状太陽電池を７５枚集め、電気
的に並列に接続し、１.０×１.０ｍの太陽電池モジュー
ルシート２１を作製した。この太陽電池モジュールシー
ト１枚で約４０Ｗ発電可能である。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、ポーラス体内の細孔の
大きさや形状が吸収係数や光閉じこめ率を上げ、キャリ
アの移動度を高くするため、太陽電池の光電変換効率を
高くする効果がある。

【００６９】また、ポーラス体内の細孔表面の結晶格子
が膨張し、基板よりも広がっているため、格子定数の異
なる材料をエピタキシャル成長させることが容易であ
る。これより、より変換効率の高いタンデム構造の太陽
電池を容易に製造できる。

【００７０】また、ポーラス体を基板から切り離すこと
ができるため、太陽電池の薄型化が図れるとともに、基
板材料を節約できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による太陽電池の一実施例の断面図であ
る。

【図２】本発明による太陽電池の一実施例の断面図であ
る。

【図３】本発明による太陽電池の一実施例の断面図であ
る。

【図４】本発明による太陽電池の一実施例の断面図であ
る。

【図５】本発明による太陽電池の一実施例の断面図であ
る。

【図６】本発明による太陽電池の一実施例の断面図であ
る。

【図７】本発明による太陽電池の一実施例の断面図であ
る。

【図８】本発明による太陽電池の一実施例の断面図であ
る。

【図９】本発明による太陽電池の一実施例の作製工程図
である。

【図１０】本発明による太陽電池の一実施例のポーラス
体の断面図である。

【図１１】本発明による太陽電池の一実施例のポーラス
体の断面図である。

【図１２】本発明による太陽電池の一実施例の作製工程
図である。

【符号の説明】

１…Ｓｉウェハ、２…ポーラスＳｉ、３…高濃度ｎ層、
４…高濃度ｐ層、５…充填剤、６…ＩＴＯ層、７…Ａｌ
電極、８…酸化膜、９…ＧａＡｓ高濃度ｐ層、１０…Ｇ
ａＡｓ/ｐ層、１１…ＧａＡｓ高濃度ｎ層、１２…Ｓｉ₃
Ｎ₄膜、１３…Ａｇ−Ｇｅ−Ｎｉ、１４…Ａｇ電極、１
５…ポリイミド、１６…ｎ型ポーラスＳｉ、１７…ｐ型
ａ−ＳｉＣ：Ｈ、１８…自然反転ｎ層。

フロントページの続き (56)参考文献特開平３−83339（ＪＰ，Ａ) 特開平５−183176（ＪＰ，Ａ) 特開平６−45622（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／9420（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板と、該半導体基板に形成された
多孔質体を有し、該多孔質体の細孔の少なくとも一部の
壁上に、光電変換によって電流を生成する色素体が形成
されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】ｐ型半導体基板と、該ｐ型半導体基板に形
成されたｐ型多孔質体を有し、該多孔質体の表面は自然
反転してｎ型となっていることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】半導体基板と、該半導体基板に形成された
多孔質体を有し、該多孔質体の少なくとも一部は、正ま
たは負電荷を含む充填剤で細孔を充填され、反転型の接
合が形成されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一項に記載の太
陽電池において、上記半導体基板の面方位は（１００）
であることを特徴とする太陽電池。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか一項に記載の太
陽電池において、上記半導体基板はシリコンからなるこ
とを特徴とする太陽電池。