JP3513592B2 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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型の不純物を含み珪
酸ガラス、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の内の
いずれか1つからなる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。
【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。
【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。
【0015】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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
+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。
【0029】ただしこの場合は、高濃度の不純物層4は
+ 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。
【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
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。
【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。
【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。
【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み珪酸ガラス、シリコン酸化膜
およびシリコン窒化膜の内のいずれか1つからなる中間
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態例−1を説明するための図で
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。
【符号の説明】
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
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 H01L 21/22 - 21/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 P型またはN型の不純物を含み珪酸ガラ
    ス、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の内のいずれ
    か1つからなる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。
  2. 【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。
  3. 【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。
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