JP4159592B2 - 太陽電池 - Google Patents
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Description
本発明に係る薄膜太陽電池の構成は、 基板上に少なくとも非晶質シリコンと、該非晶質シリコンに密接して形成されたシリコンの結晶化を促進させる金属元素とが設けられ、 前記非晶質シリコンと前記金属元素とに加熱処理を加えて形成された、結晶性シリコンを用いた薄膜太陽電池において、 前記結晶性シリコンは前記触媒元素を含み、該触媒元素の濃度は、5×1018/cm3 以下であることを特徴とする。
本発明の方法により、非晶質シリコンに触媒材料を添加し、加熱処理して得られた結晶性シリコン膜において、該結晶性シリコン膜の内部に残る前記触媒材料は、前記結晶性シリコン膜に密接して、リンを含有する半導体層または絶縁体層を設け、該リンを含有する半導体層または絶縁体層に、前記触媒材料を偏析させることにより、除去することができる。その結果、前記結晶性シリコン膜は、キャリアの寿命時間が増加し、良好な薄膜太陽電池の特性が得られる。
次いで、N型結晶性シリコン膜106上に、透明電極107を形成した。透明電極106は、スパッタ法を用いて、酸化インジウム・スズ合金(ITO)を0.08μmの厚さに形成する。(図1(C))
以上の工程により、薄膜太陽電池を完成することができた。
勿論この厚さは、必要とする厚さとすればよい。(図2(A))
そしてスパッタ法や真空蒸着法によりアルミニウムや銀等の金属膜を形成して、パターニングして、結晶性シリコン膜204上にプラス側の電極208を設け、透明電極206上にマイナス側の電極208を形成する。
以上の工程により、薄膜太陽電池を完成することができた。
結晶性シリコン膜303の表面にリンをイオン注入する方法では、リンの注入をプラズマド─ピング法により行うことができる。ド─ズ量は、1×1014〜1×1017個/cm2 で良いが、ここでは、1×1016個/cm2 とした。加速電圧は、20keVとした。この処理によって、結晶性シリコン膜の表面から深さ方向に対して、0.1〜0.2μmの領域に、リンが高濃度に含まれる層が形成された。その後、結晶性シリコン膜中に残存するニッケルをゲッタリングするために、熱処理を行った。熱処理温度は500〜800℃、好ましくは550℃で1〜4時間、窒素雰囲気中で加熱処理を加えた。
取り出し電極を設けるに当たっては、図3に示す構造となるように、透明電極、N型結晶性シリコン、結晶性シリコンの一部を除去し後に、透明電極304上にマイナス側の電極306と、結晶性シリコン膜303上にプラス側の電極306を設けた。取り出し電極306は、スパッタ法や真空蒸着法で形成される、アルミニウムや銀、または、銀ペ─スト等を用いて形成可能である。さらに、電極306を設けた後、150℃〜300℃で数分間熱処理すると、結晶性シリコン膜303と下地膜302との密着性が良くなり、良好な電気的特性が得られる。本実施例では、オ─ブンを用い、窒素雰囲気中で200℃、30分間の熱処理を行った。
以上の工程により、表面にテクスチャ−構造を有する、薄膜太陽電池が得られた。
該金属元素としてニッケルを用いた。まず、ガラス基板(例えばコーニング7059ガラス基板)401上に下地膜402として、酸化シリコン膜を0.3μmの厚さに成膜する。この酸化シリコン膜は、四珪酸メチル(TEOS)を原料としたプラズマCVD法により成膜したが、他の方法としてスパッタ法でも形成可能である。次に、該基板上に、ニッケル膜407を形成した。ニッケル膜は、純ニッケルのタブレットを用い、電子ビ─ム真空蒸着法により、0.1μmの厚さに形成した。次に、プラズマCVD法によって、非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜)の成膜を行う。非晶質シリコン膜の形成は、プラズマCVD法の他にも、減圧熱CVD法、スパッタ法、真空蒸着法を用いても良い。前記非晶質シリコン膜は、実質的に真正な非晶質シリコン膜でも良いし、ボロン(B)が0.001〜0.1原子%添加された非晶質シリコン膜であっても良い。また、非晶質シリコン膜の厚さは、10μmとした。勿論この厚さは、必要とする厚さとすればよい。
以上の工程により、薄膜太陽電池が完成することができた。
102 ・・・・・・ 酸化シリコン膜
103 ・・・・・・ 非晶質シリコン膜
104 ・・・・・・ 結晶性シリコン膜
105 ・・・・・・ リン・シリケ─ト・ガラス
106 ・・・・・・ N型シリコン膜
107 ・・・・・・ 透明電極
108、109・・・ 取り出し電極
Claims (7)
- 基板上に形成された、結晶性シリコン膜と、
前記結晶性シリコン膜の表面にリンが添加された領域と、を有し、
前記結晶性シリコン膜に含まれていた、前記結晶性シリコン膜の結晶化を促進する元素は、前記リンが添加された領域に偏析されていることを特徴とする結晶性シリコン膜。 - 基板上に形成された、ボロンを含有する結晶性シリコン膜と、
前記結晶性シリコン膜の表面にリンが添加された領域と、を有し、
前記結晶性シリコン膜に含まれていた、前記結晶性シリコン膜の結晶化を促進する元素は、前記リンが添加された領域に偏析されていることを特徴とする結晶性シリコン膜。 - 請求項2において、
前記結晶性シリコン膜には、ボロンが0.001〜0.1%の濃度で含まれていることを特徴とする結晶性シリコン膜。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記結晶性シリコン膜の表面から深さ0.1μmから0.2μmの領域に前記リンが添加された領域が形成されていることを特徴とする結晶性シリコン膜。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記リンが添加された領域の一部が除去され、前記結晶性シリコン膜は露出していることを特徴とする結晶性シリコン膜。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記結晶性シリコン膜の結晶化を促進する元素は、Fe、Co、Ni、Ptから選ばれた一種または複数種の元素であることを特徴とする結晶性シリコン膜。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記基板として、酸化シリコン膜が形成されたガラス基板を用いることを特徴とする結晶性シリコン膜。
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