JP6009134B1 - 多接合型太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

多接合型太陽電池セルの製造方法 Download PDF

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Abstract

容易な方法で、短時間で製造することが可能な、高い変換効率を有する多接合型太陽電池セルの製造方法を提供する。本発明の多接合型太陽電池セルの製造方法は、シリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストの塗膜を形成する工程ａと、前記シリコン基板及び前記塗膜を焼成処理する工程ｂと、前記シリコン基板の他方の面に、III−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する工程ｃ、とを備える。

Description

本発明は、製造が簡易であり、短時間のプロセスで製造することができる太陽電池セルの製造方法に関する。
近年、太陽電池の普及が進められる中、太陽電池セルの変換効率を向上させるための種々の手段が提案されている。例えば、エネルギーバンドギャップの異なる「III−Ｖ族化合物太陽電池セル」を基板に積層させることによって、より多くのエネルギーを吸収できるようにする技術が開発されている。このような太陽電池セルの積層は、主にエピタキシャル成長によって行なえることが知られている（例えば、特許文献１等を参照）。複数の太陽電池構造を積層させた構造の太陽電池は「多接合型太陽電池」と呼ばれている。
また、シリコン材料を含む多接合型太陽電池セルも知られている。多接合型太陽電池セルでは、種類の異なる太陽電池セルが直列につなぎ合わせられているので、全波長の太陽光の吸収が実現でき、これにより太陽電池の変換効率を高めることができる。シリコン材料を含む多接合型太陽電池セルは、バッファ層を含んだ結晶成長、又は、シリコン太陽電池と化合物太陽電池との接合によって作製できることが知られている（例えば、特許文献２等を参照）。また、不純物拡散方式を使用した工程によって、シリコン太陽電池セルを製造する方法も提案されている（例えば、特許文献３等を参照）。
特開２００９−０６５２０８号公報 特開２０１３−８４７８４号公報 特開２０１３−１６１８１８号公報
しかしながら、上記特許文献に記載の技術によってシリコン材料を含む多接合型太陽電池セルを製造する場合、シリコン材料に不純物拡散層を形成するためには６００℃以上（例えば８５０℃程度）にて３０分以上の加熱工程、及び、その後の冷却工程が必要となる。このため、多接合型太陽電池セルを製造するのに要する時間が長時間となるので、大量生産という観点で問題があり、また、製造時間を短縮しようとすると、逆に焼成が不十分となり、高い変換効率が得られないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、容易な方法で、短時間で製造することが可能な、高い変換効率を有する多接合型太陽電池セルの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、アルミニウムを用いてシリコンウェハにシリコン層を形成させることにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の多接合型太陽電池セルの製造方法に関する。
１．シリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストの塗膜を形成する工程ａと、
前記シリコン基板及び前記塗膜を焼成処理する工程ｂと、
前記シリコン基板の他方の面に、III−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する工程ｃ、
とを備えることを特徴とする、多接合型太陽電池セルの製造方法。
２．前記工程ｂと工程ｃとの間に前記シリコン基板を研磨する工程ｄをさらに含む、上記項１に記載の作製方法。
３．シリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストの塗膜を形成する工程ａと、
前記シリコン基板及び前記塗膜を焼成処理する工程ｂと、
前記シリコン基板を研磨する工程ｄとをこの順に備え、
前記工程ｄにおける研磨によって前記シリコン基板を取り除くことによって前記塗膜が焼成処理されて形成された焼結層を得た後、この焼結層の一方の面にIII−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する工程を備えることを特徴とする、多接合型太陽電池セルの製造方法。
４．前記III−Ｖ族化合物太陽電池層は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＰ及びＧａＮからなる群から選択される少なくとも１種を含む、上記項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
５．前記アルミニウムペーストには、平均粒子径が２０μｍ以下であるアルミニウム粒子と、有機溶剤とが含まれる、上記項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
６．前記工程ｂの焼成処理の温度が６００℃以上１０００℃以下の範囲内である、上記項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
７．前記工程ａにおいて絶縁膜を介在させてからアルミニウムペーストの塗膜を形成する、上記項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
本発明に係る多接合型太陽電池セルの製造方法は、シリコン基板上にアルミニウムペーストを塗工する工程を経て多接合型太陽電池に使用可能な多接合型太陽電池セルを作製することができる。特に、上記製造方法によれば、焼成温度が６００℃以上１０００℃以下で焼成時間が５分以下である加熱条件、及び、その後の冷却処理によって多接合型太陽電池セルを製造できるので、多接合型太陽電池セルの製造を容易、かつ、短時間で行うことができ、しかも、得られる多接合型太陽電池セルは高い変換効率を有する。
実施例１の太陽電池セルの製造方法の各工程を説明する模式図である。 実施例１における焼成で得られた基板の断面のＳＥＭ画像を示す。 実施例２の太陽電池セルの製造方法の各工程を説明する模式図である。 実施例３の太陽電池セルの製造方法の各工程を説明する模式図である。 実施例３におけるｐ型シリコン層の不純物濃度をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）によって測定した結果である。 実施例４における研磨後のシリコン基板の厚みを説明する拡大写真である。 実施例４における研磨によってシリコン基板の厚みが変化する様子を説明する拡大写真である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の太陽電池セルは、シリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストの塗膜を形成する工程ａと、前記シリコン基板及び前記塗膜を焼成処理する工程ｂと、前記シリコン基板の他方の面に、III−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する工程ｃ、とを備える製造方法によって製造される。この製造方法で得られる太陽電池セルは、複数の太陽電池構造が積層されてなる、いわゆる多接合型太陽電池セルとして形成される。
上記工程ａは、シリコン基板上の一方の面にアルミニウムペーストの塗工を行う工程であり、これによりアルミニウムペーストの塗膜が形成されたシリコン基板が得られる。
ここで使用するシリコン基板は、例えば、純度９９％以上のシリコンインゴットをスライスすることで得ることができる。シリコン基板には、不純物または添加物としてシリコン以外の元素が含まれていてもよい。
シリコン基板の厚さは特に限定されないが、取り扱いが容易であるという観点から５０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
シリコン基板は、単結晶及び多結晶のいずれのシリコンで構成されていてもよいが、シリコン基板が単結晶のシリコンで構成されていれば、多接合型太陽電池に優れた電気特性を付与することができるという点で、単結晶のシリコンであることが好ましい。
アルミニウムペーストは、少なくともアルミニウム粉末を含むペースト状の材料で構成される。
上記アルミニウム粉末を構成するアルミニウム粒子の形状は特に限定されず、例えば、球状であってもよいし、楕円形状であってもよい。シリコン基板への印刷性が良好であり、シリコンとの反応も起こりやすいという点では、アルミニウム粒子の形状は球状であることが好ましい。
アルミニウム粒子の大きさにも特に制限はないが、平均粒子径が２０μｍ以下であれば、シリコン基板への印刷性が良好であり、シリコンとの反応も起こりやすいという点で有利である。アルミニウム粒子の平均粒子径の下限値については特に限定されないが、例えば、１μｍ以上とすることができる。好適にはアルミニウム粒子の平均粒子径は３μｍ以上（３μｍであってもよい）である。
アルミニウム粉末の純度は９９％以上であることが好ましい。
アルミニウムペーストには、アルミニウム粉末以外に他の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、例えば、有機溶剤、樹脂、ガラス粉末等の各種成分が挙げられる。
有機溶剤としては、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、テルピネオール等が挙げられる。
樹脂としては、公知の材料が使用可能であり、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリビニールブチラール、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ユリア樹脂、キシレン樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、イソシアネート化合物、シアネート化合物等の熱硬化樹脂が挙げられ、その他、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルフォン、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ４フッ化エチレン、シリコン樹脂等が挙げられる。上記例示列挙した樹脂は、二種以上を組み合わせて用いることもできる。
ガラス粉末の種類は限定的ではないが、例えば、ビスマス（Ｂｉ）、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、バリウム（Ｂａ）、リチウム（Ｌｉ）、カリウム（Ｋ）、スズ（Ｓｎ）、リン（Ｐ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バナジウム（Ｖ）、テルル（Ｔｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びナトリウム（Ｎａ）からなる群より選ばれた１種または２種以上を含有して構成されていてもよい。ガラス粉末を構成するガラス粒子の平均粒径は、１μｍ以上３μｍ以下とすることができる。
ガラス粉末は、アルミニウム粉末とシリコン基板との反応を促進させたり、アルミニウム粉末自身の焼結を助けたりする作用があるとされている。
アルミニウムペーストには、その他、酸化防止剤、腐食抑制剤、消泡剤、増粘剤、カップリング剤、静電付与剤、重合禁止剤、チキソトロピー剤、沈降防止剤等が含まれていてもよい。
アルミニウムペーストの配合組成は特に限定されないが、例えば、アルミニウムペーストを１００重量部とした場合に、アルミニウム粉末を６０重量部以上９０重量部以下、有機溶剤を２重量部以上２０重量部以下、残部を２重量部以上２０重量部以下とすることができる。
シリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストを塗工する方法としては、例えば、スクリーン印刷やスピンコート等の方法を採用することができる。上記のようにシリコン基板にアルミニウムペーストを塗工することにより、アルミニウムがフィルム状や蒸着膜の形でシリコン基板を覆う。
シリコン基板に対するアルミニウムペーストの塗布量は、４ｍｇ／ｃｍ２以上１２ｍｇ／ｃｍ２以下とすることができる。この塗布量でアルミニウムペーストをシリコン基板に塗工すれば、高い変換効率を有する多接合型太陽電池セルを形成することができる。
工程ｂは、上記の工程ａにおいて得られたアルミニウムペーストの塗膜が形成されているシリコン基板の焼成処理を行う工程である。この焼成処理によってアルミニウムペーストの塗膜は、後述するｐ型シリコン層及びアルミニウムシリコン合金層を有して形成される焼結層となる。
焼成は、空気雰囲気下で行ってもよいし、窒素雰囲気下で行ってもよい。
焼成温度は、６００℃以上１０００℃以下が好ましく、この範囲であれば、焼成にかかる時間を短くすることができ、例えば、焼成時間を３秒以上３００秒以下とすることができる。好適な焼成温度は、８５０℃以上９５０℃以下である。なお、焼成を行う前に所定の時間、例えば５００℃以上の温度で予熱処理を行うこともできる。焼成処理の後は冷却を行えばよい。
上記の焼成処理によって、アルミニウムペースト中のアルミニウムとシリコン基板とが反応する。このとき、アルミニウムがシリコン基板の内部に拡散することにより、Ａｌ−Ｓｉ合金層が形成される。さらに、シリコン基板がｎ型であれば、所定量のアルミニウムが含まれるｐ型のシリコン層が形成される。ｐ型のシリコン層は、アルミニウム原子の拡散による不純物層として形成される層である。このシリコン層が形成されることにより、電子の再結合が防止されて生成キャリアの収集効率が向上する。
工程ｃでは、シリコン基板の他方の面に、III−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する。すなわち、工程ｃは、シリコン基板のアルミニウムペーストの塗膜が形成されている面とは反対側の面に、III−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する工程である。ここでいうIII−Ｖ族化合物太陽電池層とは、III族とＶ族の元素で構成される化合物半導体を含む層を意味する。
III−Ｖ族化合物太陽電池層は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＰ及びＧａＮからなる群から選択される少なくとも１種を含んで構成される。III−Ｖ族化合物太陽電池層は、単層に形成されていてもよいし、多層に形成されていてもよい。多層に形成されている場合の一例として、シリコン基板側からＧａＡｓの層、ＩｎＧａＡｓの層、及び、ＩｎＧａＰの層がこの順に積層されて構成されるものが挙げられる。このようなIII−Ｖ族化合物太陽電池層は、公知の方法で形成させることができ、例えば、結晶成長を利用した方法で形成させることができる。また、III−Ｖ族化合物太陽電池層には、ＧａＡｓ化合物層やＩｎＧａＰ層等の化合物半導体どうしを電気的に接続可能とするためのトンネル接合層が形成されていてもよく、さらに、III−Ｖ族化合物太陽電池層の受光面となる面には太陽電池セルの電極となる電極層が形成されていてもよい。これらの層についても公知の手段で設けることができる。
シリコン基板に、III−Ｖ族化合物太陽電池層を形成させる方法としては、ウェハボンディングまたは結晶成長が例示される。
ウェハボンディングの場合は、公知の方法で行うことができる。例えば、III−Ｖ族化合物太陽電池層をあらかじめ形成しておき、シリコン基板表面及びIII−Ｖ族化合物太陽電池層の接合面をプラズマ照射などによって活性化した後、これらを互いに接合することでシリコン基板にIII−Ｖ族化合物太陽電池層を形成させることができる。
上記結晶成長の場合も公知の方法を採用することができ、有機金属を使用して、これをシリコン基板に成長（エピタキシャル成長ともいう）させることにより、シリコン基板にIII−Ｖ族化合物太陽電池層を形成させることができる。
上記の製造方法では、通常、工程ａ、工程ｂ及び工程ｃの順に各工程を経ればよい。このように得られる太陽電池セルは、いわゆる多接合型太陽電池セルとして形成される。
特に上記の製造方法によれば、焼成温度が６００℃以上１０００℃以下で焼成時間が５分以下という加熱条件と、その後の冷却処理によって多接合型太陽電池セルを製造できる。従って、多接合型太陽電池セルを容易に製造することが可能であり、また、製造に費やす時間を従来よりも短縮することができ、その上、安価に製造することができる。しかも、得られる多接合型太陽電池セルは、高い変換効率を有する。
また、上記製造方法で得られた多接合型太陽電池セルは、焼成処理によって形成されるＡｌ−Ｓｉ合金層（アルミニウムシリコン合金層）が存在する。よって、上記製造方法によれば、コンタクトが良好な太陽電池を構築することができる。
上記製造方法では、工程ｂと工程ｃとの間に、シリコン基板を研磨する工程（以下「工程ｄ」と称する）をさらに含むことができる。
この工程ｄでは、シリコン基板のアルミニウムペーストの塗膜が形成されている面とは逆側の面の研磨をおこなう。この工程ｄの研磨を行うことによって、上記工程ｂの焼成処理においてシリコン基板上に上述の不純物層が形成されなかった部分があった場合に、その部分を除去することができる。これにより、太陽電池セル全体の厚みを薄くすることができるので、得られる太陽電池セルが薄型化され、結果として、電流の取り出し効率を向上させることができる。
工程ｄで行う研磨の方法は特に制限されず、シリコンウェハの厚みを薄くする方法であれば公知の手法を採用することができる。例えば、アルミナ研磨剤等の研磨剤を使用して粗研磨を行い、その後さらにシリカ研磨剤やダイヤモンド研磨剤などによりポリッシング、いわゆる仕上げ研磨を行なう方法が挙げられる。
上記のような研磨による方法ではなく、エッチングによる方法によって、不純物層が形成されなかった部分を除去してもよい。エッチングの方法としては、フッ硝酸や水酸化カリウム水溶液を使用する化学エッチングが利用できる。
上記製造方法においては、シリコン基板にあらかじめ絶縁膜を成膜してもよい。絶縁膜の形成は、例えば、工程ａの中で行うことができる。工程ａは、上述のようにシリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストの塗膜を形成する工程であるが、絶縁膜を介在させてからアルミニウムペーストの塗膜を形成すればよい。詳述すると、まず、所定のシリコン基板を準備し、このシリコン基板の一方の面に絶縁膜を成膜する。次いで、このように成膜された絶縁膜を覆うようにアルミニウムペーストを塗工してアルミニウムペーストの塗膜を形成するようにすれば、シリコン基板とアルミニウムペーストの塗膜との間に絶縁膜を介在させることができる。
上記絶縁膜を構成する材料としては、酸化珪素、酸化アルミニウム及び窒化珪素からなる群から選択される１種又は２種以上の化合物が挙げられる。
絶縁膜を成膜する方法としては、金属気相成長法や絶縁膜を形成するための有機金属材料を含むペーストを塗布してこれを焼成する方法等が挙げられる。
シリコン基板にあらかじめ絶縁膜を成膜した後は、部分的に絶縁膜に穴を開けるようにしてもよい。この穴を開ける方法としては、レーザーによる除去やエッチングペーストによる除去による方法が挙げられる。
上記のようにシリコン基板とアルミニウムペーストの塗膜との間に介在する絶縁膜を備えて形成された太陽電池セルでは、太陽電池の光変換損失を低減させることができる。すなわち、ｐ型シリコン層での光変換損失を減少させることができるので、シリコン太陽電池層の光変換効率を向上させることが可能になる。上述したように部分的に絶縁膜に穴を開ければ、シリコン基板に絶縁膜が部分的に形成された基板が得られるので、この場合は、ｐ型シリコン層での光変換損失をより減少させることができ、シリコン太陽電池層の光変換効率をさらに向上させることが可能になる。
上記製造方法の他の実施形態として、シリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストの塗膜を形成する工程ａと、前記シリコン基板及び前記塗膜を焼成処理する工程ｂと、前記シリコン基板を研磨する工程ｄとをこの順に備え、前記工程ｄにおける研磨によって前記シリコン基板を取り除くことによって前記塗膜が焼成処理されて形成された焼結層を得た後、この焼結層の一方の面にIII−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する工程を備えるようにしてもよい。
この場合の工程ａ及び工程ｂについては、上述した実施形態における工程ａ及び工程ｂと同様である。また、工程ｄにおける研磨の方法も上述した実施形態の工程ｄの研磨の方法と同様である。
上記他の実施形態における場合の多接合型太陽電池セルの製造手順の一例としては、次のように行うことができる。まず、工程ａ及び工程ｂをこの順に経た後、工程ｄの研磨によってシリコン基板を例えばすべて取り除く。このようにシリコン基板を除去すれば、ｐ型シリコン層及びアルミニウムシリコン合金層を有して形成される層（以下、この層を「焼結層」と略記する）が得られる。この焼結層は、工程ｂにおいて塗膜が焼成処理されることで形成された層である。次いで、上述したウェハボンディング又は結晶成長によって、III−Ｖ族化合物太陽電池層を上記の焼結層に設ければ、多接合型太陽電池セルを得ることができる。III−Ｖ族化合物太陽電池層は、例えば、焼結層のシリコン基板が形成されていた面に設けることができる。焼結層がｐ型シリコン層とアルミニウムシリコン合金層とが積層されて形成されているのであれば、焼結層のｐ型シリコン層側の面にIII−Ｖ族化合物太陽電池層を設けることができる。
上記形態の製造方法にあっても、多接合型太陽電池セルを容易に製造することが可能であり、また、製造に費やす時間を従来よりも短縮することができ、その上、安価に製造することができる。しかも、得られる多接合型太陽電池セルは、高い変換効率を有するものである。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。
（実施例１）
図１は、実施例１における多接合型太陽電池セルＡの製造工程を模式的に示している。
まず、厚みが１８０μｍであるｎ型シリコン基板１を準備した（図１（ａ））。このｎ型シリコン基板１の一方の面上に、７０〜９０質量％アルミニウム粉末（平均粒子径が２０μｍ以下）と残部がガラスフリットであるアルミニウムペースト２を図１（ｂ）のように塗布した（工程ａ）。アルミニウムペースト２のｎ型シリコン基板１への塗布は、スクリーン印刷法によって行い、塗布量が１０ｍｇ／ｃｍ２となるように調整した。
その後、５００℃において３０秒以下の予熱を行ってから、８５０℃で１０秒以下の焼成処理を行った（工程ｂ）。この焼成によって、アルミニウムとシリコンが反応してアルミニウムシリコン合金層３とシリコンに１％以下のアルミニウムが含まれるｐ型シリコン層４が形成されていることを確認した（図１（ｃ））。
図２は、焼成後の基板の断面を示している。この図から、ｎ型シリコン基板１の片面に、アルミニウムシリコン合金層３とｐ型シリコン層４が形成されていることがわかる。ｎ型シリコン基板１側にｐ型シリコン層４が位置しており、このｐ型シリコン層４には、さらにアルミニウムシリコン合金層３がｎ型シリコン基板１と逆側の面に積層していることがわかる。ｐ型シリコン層の厚みは約２０μｍであった。
上記の工程を経た後、ｎ型シリコン基板１のアルミニウムシリコン合金層３及びｐ型シリコン層４が形成された面とは反対側の面に、III−Ｖ族化合物太陽電池層５を接合（工程ｃ）することにより、多接合型太陽電池セルＡを形成した（図１（ｄ））。この接合は、ウェハボンディングにより行った。具体的には、III−Ｖ族化合物太陽電池層５の接合面（ＧａＡｓ化合物層５ａ）及びｎ型シリコン基板１の接合面それぞれにＡｒビームを照射して活性化させ、その後、接合面どうしを接着させた。上記III−Ｖ族化合物太陽電池層５はあらかじめ製作しておいたものであって、ＧａＡｓ化合物層５ａと、ＩｎＧａＰ層５ｂと、これらの層の間に介在するトンネル接合層５ｃとを有して形成されている。トンネル接合層５ｃは、ＧａＡｓ化合物層５ａ及びＩｎＧａＰ層５ｂとを電気的に接続する。さらに、ＩｎＧａＰ層５ｂには、太陽電池セルの電極である受光面電極層９が形成されている。
このように上記工程ａ、工程ｂ及び工程ｃを順に経ることによって、簡易で短時間のプロセスでシリコン太陽電池層を含む多接合型太陽電池セルが形成できることが示された。
さらに、この多接合型太陽電池セルの半導体としての機能の有無を、ソーラーシミュレーター（朝日分光製）を用いて確認した。多接合型太陽電池セルの受光面電極層９表面とアルミニウムシリコン合金層３表面にそれぞれ導線をつなげ、擬似太陽光（１ｓｕｎ）を多接合型太陽電池セルに照射し、得られたＩ−Ｖ（電流−電圧）曲線より電気特性である短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）およびフィルファクター（ＦＦ）を測定した。本実施例においては、Ｊｓｃは１１．０１ｍＡ／ｃｍ２、Ｖｏｃは２．６４Ｖ、ＦＦは０．６１であった。発電効率（Ｅｆｆ）＝Ｊｓｃ×Ｖｏｃ×ＦＦであり、すなわちＥｆｆは１７．７３％であった。この結果から、本実施例で得られた多接合型太陽電池セルが半導体として機能することが証明された。
（実施例２）
図３は、実施例２における多接合型太陽電池セルＡの製造工程を模式的に示している。
まず、厚みが１８０μｍであるｎ型シリコン基板１を準備した（図３（ａ））。このｎ型シリコン基板１の一方の面に対して、酸化アルミニウムの層及び窒化珪素の層をこの順に形成することで絶縁膜６を設け、この絶縁膜６に対して部分的に穴を開けた（図３（ｂ））。次いで、図３（ｃ）のように、絶縁膜６が設けられている面に対して、実施例１と同様のアルミニウムペースト２を同様の方法で塗布した（工程ａ）。
その後、実施例１と同様の条件で工程ｂ及び工程ｃを行った（図３（ｄ）、（ｅ））。
上記のよう工程ａ、工程ｂ及び工程ｃを順に経ることによって、簡易で短時間のプロセスでシリコン太陽電池層を含む多接合型太陽電池セルが形成できることが示された。また、この多接合型太陽電池セルでは、部分的に穴が開けられた絶縁膜６が設けられているので、ｐ型層での光変換損失が減少し、シリコン太陽電池層の光変換効率の向上が見られるものであった。
実施例１と同様に、多接合型太陽電池セルの半導体としての機能の有無を、ソーラーシミュレーター電気特定を測定したところ、Ｊｓｃは１１．２５ｍＡ／ｃｍ２、Ｖｏｃは２．６６Ｖ、ＦＦは０．６２であり、Ｅｆｆは１８．５５％であった。この結果から、本実施例で得られた多接合型太陽電池セルが半導体として機能することが証明された。
（実施例３）
図４は、実施例３における多接合型太陽電池セルＡの製造工程を模式的に示している。
まず、ｎ型シリコン基板１の代わりにｐ型シリコン基板１に変更したこと以外は実施例１と同様の条件で工程ａ及び工程ｂを経ることにより、ｐ型シリコン基板１の片面に、アルミニウムシリコン合金層３とｐ型シリコン層４を形成させた（図４（ａ）〜（ｃ））。このｐ型シリコン層４の不純物濃度は１０１８ｃｍ−３以上であった。
次いで、ｐ型シリコン基板１のアルミニウムペースト２が塗工された面と反対側の面を研磨する工程（工程ｄ）により、ｐ型シリコン基板１を除去した（図４（ｄ））。これにより、不純物濃度が１０１８ｃｍ−３以上のｐ型シリコン層４及びアルミニウムシリコン合金層３を有して形成される層（以下、「焼結層８」）を得た。
さらに、ｐ型シリコン層４中の不純物濃度勾配を確認するため、アルミニウムシリコン合金層３を塩酸エッチングにより除去し、現れたｐ型シリコン層４の深さ方向に対する不純物濃度をＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）によって測定した。なお、ｐ型シリコン層４における深さは、アルミシリコン合金層３が形成されていた面を基準（０μｍ）とした。
図５には、上記ＳＩＭＳの測定結果を示している。
この焼結層８のｐ型シリコン層４側の面に、III−Ｖ族化合物太陽電池層５を実施例１と同様の方法で接合することにより、多接合型太陽電池セルが形成された（図４（ｅ））。
実施例１と同様に、多接合型太陽電池セルの半導体としての機能の有無を、ソーラーシミュレーター電気特定を測定したところ、Ｊｓｃは１３．４０ｍＡ／ｃｍ２、Ｖｏｃは２．０２Ｖ、ＦＦは０．６５であり、Ｅｆｆは１７．５９％であった。この結果から、本実施例で得られた多接合型太陽電池セルが半導体として機能することが証明された。
なお、使用したIII−Ｖ族化合物太陽電池層５は実施例１と同様であるが、この実施例３では焼結層８とIII−Ｖ族化合物太陽電池層５との間にバッファ層７が形成されている。バッファ層７は、III−Ｖ族化合物太陽電池層５を結晶成長により作製させた際に最初に形成された層である。
このような多接合型太陽電池セルは、導電性が良好であるので、シリコン層及び電極層として使用することができる。
（実施例４）
まず、実施例１と同様の方法によって、ｎ型シリコン基板１の片面に、アルミニウムシリコン合金層３とｐ型シリコン層４を形成させた。次いで、これを研磨することにより（工程ｄ）、ｎ型シリコン基板１の厚みを１００μｍまで薄型化した。
図６は、研磨によって、１００μｍまで薄型化されたアルミニウムシリコン合金層３とｐ型シリコン層４を有するｎ型シリコン基板１の断面を示す拡大画像である。この図から、研磨によってシリコン基板の厚みが薄くなっていくことがわかり、最終的に厚みが１００μｍまで薄型化していることがわかる。
図７は、研磨によって所定の厚みに形成されたｎ型シリコン基板１を示す拡大画像である。具体的に図６における（ａ）〜（ｄ）では、研磨により厚み６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ及び１１０μｍに調節された基板を示している。このように、研磨によって、基板の厚みを調整することが可能であり、所望の変換効率を得ることができるようになる。
Ａ 多接合型太陽電池セル
１ ｎ型シリコン基板
２ アルミニウムペースト
３ アルミニウムシリコン合金層
４ ｐ型シリコン層
５ III−Ｖ族化合物太陽電池層
６ 絶縁膜

Claims (6)

  1. シリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストの塗膜を形成する工程ａと、
    前記シリコン基板及び前記塗膜を焼成処理する工程ｂと、
    前記シリコン基板の他方の面に、III−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する工程ｃ、
    とを備え、
    前記工程ｂと工程ｃとの間に前記シリコン基板を研磨する工程ｄをさらに含むことを特徴とする、多接合型太陽電池セルの製造方法。
  2. シリコン基板の一方の面にアルミニウムペーストの塗膜を形成する工程ａと、
    前記シリコン基板及び前記塗膜を焼成処理する工程ｂと、
    前記シリコン基板を研磨する工程ｄとをこの順に備え、
    前記工程ｄにおける研磨によって前記シリコン基板を取り除くことによって前記塗膜が焼成処理されて形成された焼結層を得た後、この焼結層の一方の面にIII−Ｖ族化合物太陽電池層をウェハボンディング又は結晶成長により積層する工程を備えることを特徴とする、多接合型太陽電池セルの製造方法。
  3. 前記III−Ｖ族化合物太陽電池層は、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＰ及びＧａＮからなる群から選択される少なくとも１種を含む、請求項１又は２に記載の製造方法。
  4. 前記アルミニウムペーストには、平均粒子径が２０μｍ以下であるアルミニウム粒子と、有機溶剤とが含まれる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
  5. 前記工程ｂの焼成処理の温度が６００℃以上１０００℃以下の範囲内である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 前記工程ａにおいて絶縁膜を介在させてからアルミニウムペーストの塗膜を形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
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