JPH04274374A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

太陽電池及びその製造方法

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JPH04274374A
JPH04274374A JP3059629A JP5962991A JPH04274374A JP H04274374 A JPH04274374 A JP H04274374A JP 3059629 A JP3059629 A JP 3059629A JP 5962991 A JP5962991 A JP 5962991A JP H04274374 A JPH04274374 A JP H04274374A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor layer
solar cell
electrode
film
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JP3059629A
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English (en)
Inventor
Hajime Sasaki
肇 佐々木
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は太陽電池及びその製造
方法に関し、特に、安価な下地基板上にpn接合層を形
成してなるものにおいて、基板からpn接合層への不純
物拡散の防止できる構造及びその構造を容易に得るため
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の薄膜太陽電池の断面構造図
であり、図において、6はメタラジカルグレードシリコ
ン(以下、MG−Siと略す)で作製された耐熱基板で
あり、4は耐熱基板6の上部に形成された薄膜シリコン
活性層、5は耐熱基板6から薄膜シリコン活性層4への
不純物拡散を防止するための拡散防止層であり、該拡散
防止層には基板6と活性層4との電気的コンタクトをと
るための開口部8が複数形成されている。また、3は薄
膜シリコン活性層4の表面に形成された微結晶シリコン
薄膜で、2は微結晶シリコン薄膜3の表面に形成された
透明電極、1は透明電極2上に形成されたグリッド電極
、7は耐熱基板6の裏面に形成された裏面金属電極であ
る。
【0003】次に薄膜太陽電池の製造方法について図4
(a) 〜(d)を用いて説明する。まず、図4(a)
 に示すように、主に99.8〜99.9%の低純度の
MG−Siで作製される耐熱基板6を用意する。この耐
熱基板6の作製は、主に、耐熱性鋳型に粉末状のMG−
Siを仕込み、1414℃以上の高熱で融解してプレス
成形することによって作製され、厚さは0. 2mm〜
2.0mm程度である。次に耐熱基板6からその上部に
形成する活性層への不純物拡散を抑えるための拡散防止
膜5を成膜する。この拡散防止膜5は光の裏面反射層と
しても作用する。この拡散防止膜5は絶縁膜であり、主
にSiO2 膜が使われている。
【0004】次に、図4(b) に示すように、基板6
と後にその上に形成する活性層の電気的コンタクトを得
るために拡散防止膜5を部分的にエッチングし、開口部
8を形成する。
【0005】その後、図4(c) に示すように、活性
層4 をCVDや液相法で成膜する。この膜厚は数10
〜100μmであり基板に比べると非常に薄い。次に、
pn接合を形成するために、活性層と反対導電型の微結
晶シリコン膜3を200オングストローム程度をプラズ
マCVDで形成する。他の方法としては不純物の拡散に
よっても接合を作製することができる。その場合は接合
深さは0.1から1.0μm程度になる。そして、その
上に透明電極2を形成する。
【0006】そして、図4(d) に示すように、透明
電極2上に部分的にグリッド電極1を形成するとともに
、基板6の裏面に裏面金属電極7を設け、図3の薄膜太
陽電池を完成する。
【0007】次に動作について簡単に説明する。太陽光
は透明電極2側から照射され、活性層4で光電変換され
る。発生した電気は一方は透明電極2を流れグリッド電
極1に集められ、もう一方は拡散防止膜5の開口部8か
ら基板6を流れ、裏面金属電極7から取り出される。従
って、基板6は導電性基板である必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の太陽電池は以上
のように構成されていたので、拡散防止膜5に開口部8
を設ける必要があり、この開口部8から少なからずとも
不純物が基板6から活性層4に拡散し、太陽電池の特性
が低下するという問題があった。
【0009】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、基板から活性層への不純物の拡
散を抑えることができ、しかも裏面コンタクトを簡単に
とることができる太陽電池の構造,及びその構造を簡易
に得るための製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る太陽電池
は、下地基板と、下地基板の第1主面上に形成された第
1導電型の第1の半導体層と、この上に形成された第2
導電型の第2の半導体層と、耐熱基板と第1の半導体層
との界面に形成された拡散防止膜と、下地基板の第2の
主面上に形成された第1の電極と、第2の半導体層上に
形成された第1の電極とを備え、第1の電極が下地基板
及び拡散防止膜に選択的に設けた開口部を介して第1の
半導体層に電気的に接続されていることを特徴とするも
のである。
【0011】また、この発明に係る太陽電池の製造方法
は、下地基板の第1主面上に絶縁材料からなる拡散防止
膜を形成する工程、拡散防止膜上に第1導電型の第1の
半導体層を形成する工程、第1の半導体層上に第2導電
型の第2の半導体層を形成する工程、下地基板の第2の
主面から耐熱基板及び拡散防止膜を選択的にエッチング
して第1の半導体層に達する開口部を形成する工程、こ
の開口部内及び下地基板の第2の主面上に第1の電極金
属を形成する工程、第2の半導体層上に第2の電極を形
成する工程を含むことを特徴とするものである。
【0012】
【作用】この発明における太陽電池は、下地基板及び拡
散防止膜に選択的に形成した開口部を介して、基板の第
2の主面上に形成した第1の電極と第1の半導体層との
電気的コンタクトをとるようにしたので、基板からの第
1,第2の半導体層への不純物拡散は拡散防止膜により
完全に防止される。
【0013】また、この発明における太陽電池の製造方
法は、基板の第1の主面上に拡散防止膜,第1の半導体
層,第2の半導体層を形成後、基板及び拡散防止層に選
択的に開口部を形成し、該開口部内及び基板の第2の主
面上に第1の電極を形成するようにしたので、基板から
の第1,第2の半導体層への不純物拡散が拡散防止膜に
よって完全に防止される構造が得られる。
【0014】
【実施例】図1は本発明の一実施例による太陽電池の断
面構造を、また、図2(a) 〜(d)は図1の太陽電
池の製造方法を示す各主要工程の断面構造を示しており
、これらの図において、従来例による図3,図4と同一
符号は同一または相当部分を示しており、その説明は省
略する。
【0015】次に本実施例による薄膜太陽電池の製法に
ついて図2に従って説明する。まず、図2(a) に示
すように、主に99.8〜99.9%の低純度のメタラ
ジカルグレードシリコン(MG−Si)で作製した耐熱
基板6を用意する。この耐熱基板6は、耐熱性鋳型に粉
末状のMG−Siを仕込み、高熱で融解してプレス成形
することによって作製され、その厚さは0. 2mm〜
2. 0mm程度である。次に耐熱基板6の第1の主面
上に耐熱基板6からの不純物拡散を抑えるための拡散防
止膜5を成膜する。この拡散防止膜5は光の裏面反射層
としても作用する。拡散防止膜は絶縁膜であり、主にS
iO2 膜が使われている。ここで従来は基板6とその
上部に形成する活性層との電気的コンタクトを得るため
に拡散防止膜5を部分的にエッチングして開口部8を設
けていたが、本実施例ではこのような開口部は設けず、
全面に拡散防止膜を形成する。
【0016】その後、第1導電型の薄膜シリコンからな
る活性層4をCVD法や液相法で成膜する。この活性層
4の膜厚は数10〜100μmと基板に比べて非常に薄
く形成する。
【0017】次に、pn接合を作るために,活性層4上
に第2導電型の微結晶シリコン膜3を200オングスト
ローム程度プラズマCVDで形成する。他の方法として
は、不純物の拡散によっても接合を作製することができ
る。その場合は接合深さは0. 1 μmから1. 0
μm程度になる。そしてその上に透明電極2を形成する
【0018】次に、図2(b) に示すように、薬品で
基板を第2の主面側からエッチングし、部分的にSiO
2 からなる拡散防止膜5を露出させる。このとき、透
明電極2や活性層4などが薬品でおかされないように基
板6部分以外を樹脂等(図示せず)で覆っておくとよい
。エッチングは通常、フッ酸と硝酸の混合液で行われる
。通常シリコンはこの薬品でエッチングされるが、基板
に高純度のシリコン基板を用いていた場合は一様にエッ
チングされるために部分的に穴を開けることができなか
った。 しかし我々の実験で、基板6に低純度のMG−Siを用
いた場合は一様にエッチングされずに部分的にエッチン
グされることがわかった。この選択的なエッチングは主
に不純物が蓄積した結晶粒界でのエッチング速度が異常
に速いために起こると思われる。また結晶粒径を基板作
製時に調整することによって、裏面のコンタクトの間隔
を調整することができる。
【0019】このようにして薬品処理によって部分的に
穴を開けることができるが、薬品によって同時に拡散防
止膜5や活性層4もエッチングしてしまう可能性がある
。しかし、これはフッ酸と硝酸の混合比を適当に加減す
ることによって選択的に基板6材料であるシリコンだけ
をエッチングし、拡散防止膜5の材料であるSiO2 
はエッチングされ難い条件が得られるので、容易に拡散
防止膜5の部分でエッチングを止めることができる。
【0020】次に、図2(c) に示すように、エッチ
ングによって開いた基板6の開口部に露出している拡散
防止膜5を希フッ酸で除去する。希フッ酸はシリコンは
エッチングしないため、活性層4をエッチングすること
はない。
【0021】さらに、図2(d) に示すように、基板
6の開口部分とコンタクトをとるために裏面からアルミ
ニウム等の金属を設け、裏面金属電極7を形成する。基
板1の開口部分の穴が奥深い場合はアルミが侵入しにく
いが、この場合、アルミが溶けた状態で真空雰囲気にし
、穴部分の気体を無くした後、大気圧にすればアルミが
穴部分に侵入するので、容易にコンタクトをとることが
できる。
【0022】最後に基板6のエッチング時に透明電極2
や活性層4などが薬品で侵されないように設けていた保
護用の樹脂(図示せず)を取り払った後、透明電極3上
に部分的にグリッド電極を形成し、本実施例の太陽電池
を完成する。
【0023】次に、本実施例の太陽電池の動作を簡単に
説明する。太陽光は透明電極2側から照射され、薄膜シ
リコン活性層4で光電変換される。発生した電気の内、
一方は透明電極2を流れてグリッド電極4に集められ、
ここから取り出される。もう一方は拡散防止膜5,基板
6の開口部から裏面金属電極を流れ、基板6の裏面側か
ら取り出される。
【0024】このような本実施例によれば、基板6及び
拡散防止膜5に開口孔部を形成し、該開口部を介して基
板の裏面電極と活性層との電気的コンタクトを取るよう
にしたので、拡散防止膜5により、基板6から活性層4
への不純物拡散を完全に防止でき、これにより太陽電池
の高効率化が実現できる。また、基板6からの不純物拡
散の心配がないので、基板6の材料として安価なメタラ
ジカルなグレードものを有効に利用でき、太陽電池の低
価格化を図ることができる。
【0025】また、本実施例では、基板6の材料として
、薬品処理等で部分的にエッチング可能なMG−Siを
用い、これを部分的にエッチングすることによって裏面
から開口部を形成し、基板裏面電極7と活性層4との電
気的コンタクトをとるようにしたので、上述のように基
板からの不純物拡散が抑えられ高効率な太陽電池を安価
にしかも容易に作製することができる。
【0026】なお、上記実施例では太陽電池基板6とし
て、MG−Si基板を用いたが、これはMG−Si基板
に限定されるものではなく、薬品処理等で部分的にエッ
チング可能な物質であればよい。例えば、我々の実験で
、高純度のシリコンであっても基板作製時に急冷するこ
とによって基板が部分的に脆くなり、薬品によって部分
的にエッチングされることがわかったので、このような
基板を用いるようにしてもよい。さらには、上記実施例
では基板材料として導電性のものを用いるようにしたが
、これは絶縁性のものであってもよい。
【0027】また、上記実施例では、薄膜シリコンから
なる活性層4上に微結晶シリコン薄膜3を設け、これに
より太陽電池のpn接合を構成するようにしたが、pn
接合を構成する半導体層の材料はシリコンのみに限定さ
れるものではなく、これは他の材料であっても構わない
【0028】
【発明の効果】以上のようにこの発明では、基板及び拡
散防止膜に選択的に形成した開口部を介して、基板の裏
面上に形成した電極と活性層との電気的コンタクトをと
るようにしたので、拡散防止膜により基板から活性層へ
の不純物拡散が完全に防止できる高効率の太陽電池が得
られるという効果がある。また基板から活性層への不純
物拡散が完全に防止できるので、基板材料として低純度
のものを有効に利用でき、太陽電池を低価格化も実現で
きるという効果がある。また、さらには、基板に薬品処
理等で部分的にエッチング可能な物質を用いたので、基
板の開口部形成が容易に行え、製造工程の簡略化が図れ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による太陽電池の断面構造
を示す図である。
【図2】この発明の一実施例による太陽電池の製造方法
を各主要工程別に示す図である。
【図3】従来の太陽電池の断面構造を示す図である。
【図4】従来の太陽電池の製造方法を各主要工程別に示
す図である。
【符号の説明】
1    グリッド電極 2    透明電極 3    微結晶シリコン薄膜 4    薄膜シリコン活性層 5    拡散防止膜 6    耐熱基板 7    裏面金属電極 8    開口部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  下地基板と、該下地基板の第1主面上
    に形成された第1導電型の第1の半導体層と、該第1の
    半導体層上に形成された第2導電型の第2の半導体層と
    、上記下地基板と上記第1の半導体層との界面に形成さ
    れた、下地基板から上記第1,第2の半導体層への不純
    物拡散を防止するための拡散防止膜と、上記下地基板の
    第2の主面上に形成された第1の電極と、上記第2の半
    導体層上に形成された第2の電極とを備え、上記第1の
    電極は、上記下地基板及び上記拡散防止膜に部分的に設
    けた開口部を介して上記第1の半導体層に電気的に接続
    されていることを特徴とする太陽電池。
  2. 【請求項2】  下地基板の第1主面上に絶縁材料から
    なる拡散防止膜を形成する工程と、該拡散防止膜上に第
    1導電型の第1の半導体層を形成する工程と、該第1の
    半導体層上に第2導電型の第2の半導体層を形成する工
    程と、上記下地基板の第2の主面から該下地基板及び上
    記拡散防止膜を部分的にエッチングし、これらに上記第
    1の半導体層に達する開口部を形成する工程と、該開口
    部内及び上記下地基板の第2の主面上に第1の電極金属
    を形成する工程と、上記第2の半導体層上に第2の電極
    を金属形成する工程とを含むことを特徴とする太陽電池
    の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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