JPH10190022A

JPH10190022A - 薄膜太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10190022A
Application number: JP8343734A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Nishimoto; 陽一郎西本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで生産できる構造を備える薄膜太陽
電池において、半導体膜中のキャリアの再結合を抑制
し、変換効率の向上を図ること。【解決手段】周囲が第１の接合層１４に覆われたｐ型
の半導体膜１２中に、ｎ型の第２の接合層１３を設ける
ことにより、半導体膜１２を内部にｐ−ｎ接合面を複数
形成する多層接合型とした。【効果】貫通孔４を備え、薄膜太陽電池１１が低コス
トで作製できるとともに、第２の接合層１３を備える半
導体膜１２により、半導体膜１２中における電子の再結
合を抑制でき、薄膜太陽電池１１の変換効率の向上を図
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、太陽電池内にお
ける少数キャリアの収集効率を向上させ、結晶品質の劣
る膜を用いても高い変換効率を得ることができる薄膜太
陽電池の構造およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、特願平７−２２６５２８号記載
の薄膜太陽電池とその製造方法を示す断面図である。図
８は、薄膜太陽電池における光電変換の様子を概略的に
表す図である。図７に示すように、半導体膜１を作製す
るには、まず、二酸化シリコン膜（以下ＳｉＯ₂膜と記
す）からなる剥離層３が形成された耐熱性のシリコン基
板２上に多結晶シリコン膜、ＳｉＯ₂および窒化シリコ
ン膜（図示せず）を順次薄く形成する。そして、シリコ
ン基板２ごと多結晶シリコン膜を過熱し、帯域溶融再結
晶化（ＺＭＲ：ＺｏｎｅＭｅｌｔｉｎｇＲｅｃｒｙ
ｓｔａｌｉｚａｔｉｏｎ）により多結晶シリコンの粒径
を拡大する（即ち、多結晶シリコンを高品質化する）。
なお、多結晶シリコン膜上に形成したＳｉＯ₂および窒
化シリコン膜は、帯域溶融再結晶化の後にフッ化水素酸
でエッチングされる。

【０００３】そして、粒径が拡大化された多結晶シリコ
ン上にＣＶＤ法等によってｐ型の多結晶シリコン膜を成
膜すると、帯域溶融再結晶化により拡大された粒径と同
じ粒径を有するｐ型の多結晶シリコン膜が形成される。
この多結晶シリコン膜全体は、半導体膜１として用いら
れる（図７（ａ）参照）。このようにして多結晶シリコ
ン膜を剥離層３上に形成することができる。

【０００４】次に、エッチング法またはブラスト法によ
り、半導体膜１に剥離層３まで貫通する貫通孔４を形成
する（図７（ｂ）参照）。そして、半導体膜１をシリコ
ン基板２ごとフッ化水素酸等のエッチング溶液に浸すこ
とにより、剥離層３の側部および貫通孔４を通じてＳｉ
Ｏ₂膜でなる剥離層３を選択的にエッチングし、半導体
膜１を基板２から分離する（図７（ｃ）参照）。

【０００５】シリコン基板２から分離した半導体膜１の
貫通孔の内壁４ａも含めた表面全体に５価の不純物を拡
散することにより、その表面全体にｎ型の接合層５を形
成する。さらに、接合層５全体を覆うように反射防止膜
６を形成した後（図７（ｄ）参照）、半導体膜１の裏面
１ａに形成した反射防止膜６および接合層５の一部を選
択的にエッチングする。そして、反射防止膜６および接
合層５がエッチングされた部分の半導体膜１および接合
層５に、ｐ型の第１電極７およびｎ型の第２電極８をそ
れぞれ形成し、図７（ｅ）に示すような薄膜太陽電池９
を作製する。このようにして作製される薄膜太陽電池９
は、半導体膜１が分離された後の耐熱性のシリコン基板
２を繰り返し利用することができるため、製造プロセス
にかかるコストを低減することができるという利点があ
る。

【０００６】また、上述のような内部構造を有する薄膜
太陽電池９においては、ｐ型の半導体膜１に比べてｎ型
の接合層５の膜厚は極めて薄いため、光電変換は殆ど半
導体膜１中で行われる。図８に示すように、光入射面９
ａから薄膜太陽電池９内に光が入射すると、ｐ型の半導
体膜１とｎ型の接合層５とのｐ−ｎ接合面１０付近の半
導体膜１中でキャリアが発生する（電子を黒丸、正孔を
白丸で示す）。接合面１０付近で発生したキャリアは、
ｐ型の半導体膜１とｎ型の接合層５とが接合することに
より生じる内蔵電界により拡散する。そして、正孔がｐ
型の第１電極７に到達し、電子がｎ型の接合層５を通じ
てｎ型の第２電極８に到達することにより、図示しない
外部回路に電流が流れる。

【０００７】上述したように、このような製造方法によ
り作製される薄膜太陽電池９は、シリコン基板２を繰り
返し利用することができるので、製造プロセスにかかる
コストを低く押さえることができるという利点がある。
しかし、このような製造方法による薄膜太陽電池９に
は、接合層５が半導体膜１の周囲にしか形成されておら
ず、しかも半導体膜１の膜厚が少数キャリアである電子
の拡散長より厚い場合においては、半導体膜１内で発生
した電子は、接合層５に到達する前に半導体膜１中で再
結合する場合が多かった。従って、特に光入射面より奥
で、即ち、半導体膜１中のｐ−ｎ接合面１０から離れた
部分で発生したキャリア（図８中右側に示す電子−正孔
対）を効率よく引き出すことができず、薄膜太陽電池９
の変換効率の向上が達成されていなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】また、半導体膜１中に
おけるキャリアの再結合を減少させて、半導体膜１中で
発生したキャリアを効率よく外部に引き出すためには、
例えば半導体膜１の膜質を向上させて、キャリアの拡散
長を長くとればよい。しかし、上述した帯域溶融再結晶
化法等により得られる膜質よりさらに半導体膜１の膜質
を向上させるためにはコストがかかるため、半導体膜１
の膜質を向上させることなく、即ち、製造プロセスにお
けるコスト増加を抑えて、薄膜太陽電池９の変換効率の
向上を図ることが望まれていた。

【０００９】従って、この発明は、製造プロセスにおけ
るコストの削減を図るべく、製造プロセス中で耐熱性基
板と半導体膜を分離して作製する薄膜太陽電池におい
て、半導体膜の膜質を向上させることなく、薄膜太陽電
池の変換効率を向上させるために、半導体膜中で発生す
るキャリアを効率よく引き出すことのできる内部構造を
備える薄膜太陽電池およびそ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】この発明の薄膜太陽電池
は、第１導電型の半導体膜と、半導体膜の光入射面とは
反対側に形成された第１導電型の第１電極と、半導体膜
の光反射面の反対側の面の第１電極が形成された部分を
除いた部分と光入射面およびこれらを接続する側部に形
成された第２導電型の第１の接合層と、第１の接合層の
半導体の光入射面とは反対側の面に第１電極と並列に形
成された第２導電型の第２電極とを備える薄膜太陽電池
において、第１の接合層に接続されると共に、第２電極
と並列に形成され、かつ、第１電極による多数キャリア
の収集空間を妨げない空間を保持させる長さを有する第
２導電型の第２の接合層を備えることを特徴とする。

【００１１】また、上記第２の接合層は、第１の接合層
との間の光入射方向の間隔が少数キャリアの拡散長より
短くなるように形成されていることを特徴とする

【００１２】また、上記第２の接合層は複数並列に配設
され、複数の第２の接合層同士の間の間隔が少数キャリ
アの拡散長より短くなるように形成されていることを特
徴とする。

【００１３】また、上記第２の接合層は、その先端が第
１電極に達しない長さに設定されていることを特徴とす
る。

【００１４】また、上記第２の接合層は、光入射面とは
反対の面側から光入射面側に向かうほど、層の長さが順
次長く設定されていることを特徴とする

【００１５】さらに、上記半導体膜は、第１電極および
第２電極に向かう側ほど不純物濃度が高くなることを特
徴とする

【００１６】この発明の薄膜太陽電池の製造方法は、基
板上に形成された剥離層の上に第１導電型の半導体膜を
形成する工程と、半導体膜上に第２の接合層を形成する
工程と、半導体膜および第２の接合層上にさらに半導体
膜を形成して、これら半導体膜で第２の接合層を覆う工
程と、半導体膜の上面から膜厚方向に剥離層まで貫通す
る貫通孔を形成する工程と、貫通孔を利用して第２の接
合層を含む半導体膜を基板から分離する工程と、半導体
膜の光入射面と光入射面とは反対側の面およびこれらを
接続する側面に第１の接合層を形成する工程と、半導体
膜の光入射面とは反対側の面の多数キャリアの収集空間
が妨げられない空間を保持させる位置に第２の接合層と
平行に第１電極を形成する工程と、第１の接合層の光入
射面とは反対側の面に第１電極に並列に第２電極を形成
する工程とを備える。

【００１７】また、上記第２の接合層を形成する工程
は、第１の接合層との間隔が少数キャリアの拡散長より
短くなるように形成することを特徴とする

【００１８】また、上記半導体膜上に第２の接合層を形
成する工程と、上記半導体膜および第２の接合層上に半
導体膜を形成して、これら半導体膜で第２の接合層を覆
う工程とを繰り返し行うことにより、第２の接合層を半
導体膜中に複数形成することを特徴とする。

【００１９】また、上記第２の接合層同士の間の間隔
が、少数キャリアの拡散長より短くなるように形成する
ことを特徴とする

【００２０】また、上記第２の接合層を形成する工程
は、第２の接合層を第１電極に達しない長さに形成する
ことを特徴とする。

【００２１】さらに、上記光入射側に位置する第２の接
合層ほど、その先端が第１電極と重なる部分が長くなる
ように形成される工程であることを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１（ａ）〜（ｈ）は、この発明の実施
の形態１に係る薄膜太陽電池の製造工程を概略的に示す
断面図であり、図２は図１（ｈ）に示す薄膜太陽電池の
他の内部構造例を示す図である。薄膜太陽電池１１は、
耐熱性のシリコン基板２上に、半導体膜１２ａとは選択
的にエッチングできる例えばＳｉＯ₂膜等からなる剥離
層３（膜厚１μｍ）をＣＶＤ法等により形成する。そし
て、剥離層３上に多結晶シリコン膜、ＳｉＯ₂および窒
化シリコン膜（図示せず）を順次薄く形成し、帯域溶融
再結晶化法により多結晶シリコン膜の粒径の拡大を行っ
た後、ＳｉＯ₂および窒化シリコン膜をフッ化水素酸を
用いてエッチングする。なお、これらＳｉＯ₂および窒
化シリコン膜は、剥離層３上に形成した多結晶シリコン
膜を帯域溶融再結晶化する際に必要な膜であり、帯域溶
融再結晶化の工程が終われば除去されるものである。

【００２３】このように帯域溶融再結晶化による多結晶
シリコン膜の粒径の拡大、即ち、結晶の高品質化は、こ
の多結晶シリコン膜の上にさらにＣＶＤ法等により高品
質な多結晶シリコン膜（即ち粒径の大きい多結晶膜）を
得るための準備である。そして、剥離層３上に薄く形成
した多結晶シリコン膜の上に、ＣＶＤ法等によりｐ型の
多結晶シリコン膜である半導体膜１２ａをその膜厚が少
数キャリアである電子の拡散長以下となるように形成す
る（図１（ａ）参照）。

【００２４】なお、上述のようにシリコン基板２上に剥
離層３を形成しなくても、予めシリコン基板上にＳｉＯ
₂膜が形成されている市販のＢｏｎｄｉｎｇＳＯＩウ
ェハまたはＳＩＭＯＸウェハを用いて、これらのウェハ
上に半導体膜１２ａを形成してもよい。また、基板とし
ては、帯域溶融再結晶化法を行う際に、半導体膜１２ａ
の融点に耐えられるものでなければならず、半導体膜１
２ａが多結晶シリコンである場合は、シリコン製の基板
の他に、カーボン、炭化シリコン、あるいは、アルミナ
製の基板を用いることができる。

【００２５】次に、図示しないマスクを用いて半導体膜
１２ａの上面に５価の不純物を拡散させ、ｎ型の第２の
接合層１３を形成する（図１（ｂ）参照）。この第２の
接合層１３は、半導体膜１２ａに形成されるとともに、
この第２の接合層１３が形成される部分の下に位置する
半導体膜１２ａの膜厚が少数キャリアである電子の拡散
長より薄くなるように形成される。なお、第２の接合層
１３の膜厚は、半導体膜１２ａの膜厚の１００分の１程
度である。

【００２６】また、この第２の接合層１３を形成する工
程は、上述のような拡散法の他、半導体膜１２ａの上面
全体に５価の不純物を拡散してから不要な部分をエッチ
ングする方法、または、半導体膜１２ａ中にｎ型の領域
を形成したい部分を先にエッチングし、その部分に選択
的にエピタキシャル法またはＣＶＤ法等によりｎ型の領
域を形成する方法により行うこともできる。

【００２７】そして、半導体膜１２ａおよび第２の接合
層１３の上に、半導体膜１２ａと同じ膜質のｐ型の多結
晶シリコン膜からなる半導体膜１２ｂをその膜厚が電子
の拡散長より薄くなるようにＣＶＤ法等により形成する
（図１（ｃ）参照）。なお、以下では、半導体膜１２ａ
および１２ｂの全体を表すときは単に半導体膜１２と記
す。

【００２８】次に、エッチング法等の方法により半導体
膜１２に剥離層３まで貫通する貫通孔４を形成する（図
１（ｄ）参照）。なお、半導体膜１２に貫通孔４を形成
する方法としては、他にブラスト法による形成や、レー
ザ光を照射して形成する方法がある。

【００２９】さらに、第２の接合層１３を含む半導体膜
１２をシリコン基板２ごとエッチング溶液であるフッ化
水素酸溶液に浸し、剥離層３の側部および貫通孔４を通
じてフッ化水素酸が剥離層３を選択的にエッチングする
ことにより、基板２から第２の接合層１３を含む半導体
膜１２を分離する。

【００３０】基板２から分離され、洗浄された後、第２
の接合層１３を含む半導体膜１２の貫通孔４の内壁４ａ
も含めたその表面全体に５価の不純物が拡散される。こ
のようにして、第２の接合層１３を含む半導体膜１２の
表面全体にｎ型の第１の接合層１４が形成される（図１
（ｆ）参照）。なお、この工程はエッチングとエピタキ
シャル法またはＣＶＤ法等とを順次行うことによっても
同様の構造を作製することができる。

【００３１】その後、第１の接合層１４を覆うように反
射防止膜６が形成される（図１（ｇ）参照）。なお、こ
のような薄膜太陽電池１１は、半導体膜１２中に光の透
過方向に対して垂直に接合層（第２の接合層１３）が形
成されており、薄膜太陽電池１１の表面（半導体膜１２
と第１の接合層１４との接合）と半導体膜１２中（半導
体膜１２と第２の接合層１３との接合）とでｐ−ｎ接合
のパターンが異なるという特徴がある。

【００３２】次に、半導体膜１２の光入射面１１ａの反
対側の面に形成された反射防止膜６ａおよび６ｂをエッ
チングし、反射防止膜６ｂをエッチングした部分につい
ては、さらに第１の接合層１４ｂもエッチングする。
（反射防止膜６ａ、６ｂ、第１の接合層１４ｂについて
は図１（ｇ）参照）なお、反射防止膜６ａは、後に形成される第１電極に第
２の接合層１３が達しない長さ（図１中水平方向の長さ
を意味する）となるように、また反射防止膜６ａおよび
第１の接合層１４ｂは、後に形成される第２電極が第１
電極と並列となるようにエッチングされる。そして、図
１（ｈ）に示すように反射防止膜６ａをエッチングした
部分にはｐ型のアルミニウムからなる第１電極７を、反
射防止膜６ｂおよび第１の接合層１４ｂをエッチングし
た部分にはｎ型の銀からなる第２電極８を形成し、同図
に示すような薄膜太陽電池１１が作製される。

【００３３】なお、第１の導電型をｐ型、第２の導電型
をｎ型としている上記とは逆に、第１導電型をｎ型、第
２導電型をｐ型として作製してもよい。また、上述の作
製方法では、剥離層３を形成したシリコン基板２上に、
電極側に用いる半導体膜１２ａから形成したが、光入射
側に用いる半導体膜１２ｂから形成しても同様の薄膜太
陽電池１１を作製することができる。

【００３４】また、図１（ｃ）に示す半導体膜１２ａお
よび第２の接合層１３の上に半導体膜１２ｂを形成した
後に、半導体膜１２ｂに第２の接合層１８を形成し、さ
らにこれらの上に半導体膜１２ｃを形成することによっ
て、図２（ａ）に示すように半導体膜１２中に２層の第
２の接合層１３および１８を形成した薄膜太陽電池２２
によっても同様の効果を得ることができる。なお、この
ように複数の第２の接合層１３を形成する場合は、第２
の接合層同士が並列に配設され、また、複数の第２の接
合層同士の間の光入射方向の間隔が、少数キャリアの拡
散長より短くなるように、かつ、第２の接合層１３およ
び１８が第１電極７が多数キャリアである正孔を収集す
るのを妨げない空間を保持させる長さに形成されること
が必要である。

【００３５】さらにまた、上述の第２の接合層１８の代
わりに、図２（ｂ）に示すように、その先端が第１電極
７に達するように形成された第２の接合層１９を備える
薄膜太陽電池２３によっても同様の効果を得ることがで
きる。なお、第２の接合層１９のように、その先端が第
１電極７に達するように形成された場合は、第２の接合
層と第１電極７との間に、第１電極７が多数キャリアで
ある正孔を収集するのを妨げない空間を保持することが
必要である。

【００３６】また、図２（ｃ）に示す薄膜太陽電池２４
のように半導体膜１２（半導体膜１２ａ、１２ｂ、１２
ｃ、１２ｄからなる）中に形成された第２の接合層１
３、２０および２１の内、複数の第２の接合層（この場
合は第２の接続層２０および２１）が第１電極７に達す
る長さに形成された場合は、多数キャリアである正孔を
収集するのを妨げない程度の距離が確保されるととも
に、光入射面１１ａとは反対の面側から光入射面１１ａ
に向かうほど、層の長さが順次長く設定される。即ち、
第２の接続層２０より第２の接続層２１の方が層の長さ
が順次長く設定されるように第２の接続層２０および２
１が形成される必要がある。

【００３７】なお、一般に半導体膜内の接合層（第２の
接合層）が多いほど、キャリアの収集効率が上がるた
め、変換効率の高い薄膜太陽電池を作製することができ
るが、複数の接合層を半導体膜中に形成する場合は、接
合層の大きさが光照射側から見て電極が設けられる裏面
側に向けて順に大きくなると、接合層がキャリアの拡散
を妨げる障壁として働き、抵抗が大きくなる。従って、
図２（ｄ）に示すように、上述とは反対に、光入射面２
７ａから光入射面２７ａと反対の面側に向かうほど、層
の長さが順次長く（即ち、接合層２８が接合層２９より
大きく）設定されている薄膜太陽電池は、多数キャリア
である正孔を収集するのを妨げない程度の距離が確保で
きないので、薄膜太陽電池２７の変換効率の向上を図る
ことはできない。

【００３８】図３は、上述の製造方法で作製された薄膜
太陽電池１１における光電変換の様子を概念的に示す図
である。なお、図中電子を黒丸、正孔を白丸で示す。図
３に示すように、この発明の実施の形態１に係る薄膜太
陽電池１１においては、第１の接合層１３と第２の接合
層１３との間の半導体膜１２の膜厚、即ち、これらの接
合層の間の距離が少数キャリアである電子の拡散長より
短くなるように、かつ、第２の接合層１３が第１電極７
による多数キャリアの収集空間を妨げない空間を保持さ
せる長さを有するように形成されている。このため、光
入射面１１ａの付近、すなわち、半導体膜１２と第１の
接合層１３との接合面付近で発生した電子が光入射面１
１ａ側の第１の接合層１３または第２の接合層１３に到
達できるのは勿論、光入射面１１ａより奥、即ち、第１
電極７および第２電極８付近で発生した電子も第２の接
合層１３に到達することができる。

【００３９】従って、上述のような製造プロセス中で耐
熱性基板と半導体膜を分離して作製する薄膜太陽電池に
おいて、半導体膜１２の膜質が従来の太陽電池の膜質と
同レベルでありながらも、半導体膜１２中に第２の接合
層１３を備える多層接合型の構造において、第１の接合
層１３と第２の接合層１３との間隔を少数キャリアであ
る電子の拡散長より短くすることにより、半導体膜中に
おける電子の再結合を抑制できる。従って、製造プロセ
スにかかるコストを低く押さえつつ、変換効率の高い太
陽電池を得ることができる。

【００４０】実施の形態２．図４は、実施の形態２に係
る薄膜太陽電池の断面構造を示す図であり、図５は実施
の形態２に係る薄膜太陽電池の製造方法の手順を示すフ
ローチャートであり、図６は実施の形態２に係る薄膜太
陽電池におけるエネルギー帯図である。図４において、
実施の形態２に係る薄膜太陽電池２５の半導体膜２６の
構造が異なること以外は、図２に示す実施の形態１に係
る薄膜太陽電池１１と同様の構造を備えるものである。

【００４１】半導体膜２６を構成する半導体膜２６ａお
よび半導体膜２６ｂは、互いに不純物濃度の異なるｐ型
の多結晶シリコン膜から構成されており、電極側の半導
体膜２６ａの方が光入射側の半導体膜２６ｂより不純物
濃度が高くなるように作製されている。例えば、半導体
膜２６ａの抵抗率を０．０１Ωｃｍ、半導体膜２６ｂの
抵抗率を１．０Ωｃｍとなるように不純物濃度を設定す
る。

【００４２】この実施の形態２に係る薄膜太陽電池の製
造方法においても、実施の形態１と同様に、剥離層３を
形成したシリコン基板２上に、電極側に用いる半導体膜
２６ａから形成したが、光入射側に用いる半導体膜２６
ｂから形成しても同様の薄膜太陽電池１１を作製するこ
とができる。なお、その場合には半導体膜２６ａ、２６
ｂに注入する不純物濃度が異なることより、製造方法は
図５に示すフローチャートのように進行する。なお、製
造工程図は図１において、半導体膜１２ａを２６ａに、
半導体膜１２ｂを２６ｂに置き換えて参照されたい。

【００４３】即ち、先ずシリコン基板２上に剥離層３が
形成された市販のＢｏｎｄｉｎｇＳＯＩウェハまたはＳ
ｉＯ₂膜を形成したシリコン基板２上に、多結晶シリコ
ン膜を形成し、帯域溶融再結晶化法により多結晶シリコ
ンの粒径を拡大化する（Ｓ１００）。次に、不純物濃度
の低い半導体膜から形成する場合は、帯域溶融再結晶化
法により形成した多結晶シリコン膜上にエピタキシャル
成長法またはＣＶＤ法により不純物濃度の低い半導体膜
２６ａを形成する（Ｓ１１０）。また、不純物濃度の高
い半導体膜から形成する場合は、上述の半導体膜２６ｂ
を形成する（Ｓ１２０）。（ここまでで、図１（ａ）に
対応）そして、半導体膜２６ａまたは２６ｂ上に第２の接合層
１３を形成する（Ｓ１３０）。（図１（ｂ）に対応）

【００４４】次に、Ｓ１１０で不純物濃度の低い半導体
膜２６ａを形成した工程の場合は、半導体膜２６ａより
不純物濃度の高い半導体膜２６ｂを形成する（Ｓ１４
０）。一方、Ｓ１２０で不純物濃度の高い半導体膜２６
ｂを形成した場合は、半導体膜２６ｂより不純物濃度の
低い半導体膜２６ａを形成する（Ｓ１５０）。（図１
（ｃ）に対応）

【００４５】その後は、上述のどちらの場合も同じ工程
を辿る。即ち、半導体膜２６を貫通する貫通孔４が形成
され（Ｓ１６０）（図１（ｄ）に対応）、エッチングに
より半導体膜２６がシリコン基板２から分離される（Ｓ
１７０）（図１（ｅ）に対応）。さらに、分離された半
導体膜２６の周囲に第１の接合層１４が形成され（Ｓ１
８０）（図１（ｆ）に対応）、さらに反射防止膜６が形
成される（Ｓ１９０）（図１（ｇ）に対応）。そして、
最後に第１電極７および第２電極８が半導体膜２６およ
び第１の接合層１４の光入射面とは反対側の面に形成さ
れ、薄膜太陽電池２５が作製される。（Ｓ２００）（図
１（ｈ）に対応）

【００４６】また、上述のような製造方法により作製さ
れた薄膜太陽電池２５の光入射面２５ａ側の第２の接合
層１４と半導体膜２６ｂ、２６ａとのｐ−ｎ接合におけ
るエネルギー帯図は、図６に示すようになる。このよう
に電極側の半導体膜２６ａの不純物濃度を光入射面２５
ａ側の半導体膜２６ｂの不純物濃度より高くすることに
より、ｐ−ｎ接合面における内蔵電界が大きくなる結
果、半導体膜２６ａおよび２６ｂ内で発生した少数キャ
リアである電子の収集効率が高まる。従って、半導体膜
２６ａおよび２６ｂ内における電子の再結合が少なく、
変換効率の高い薄膜太陽電池を作製することができる。
また、上述したように、半導体膜２６を不純物濃度の低
い方からも高い方からも作製することができるので、周
囲の状況に応じて作製手順を変えることができる。

【００４７】

【発明の効果】この発明の薄膜太陽電池は、第１導電型
の半導体膜と、半導体膜の光入射面とは反対側に形成さ
れた第１導電型の第１電極と、半導体膜の光反射面の反
対側の面の第１電極が形成された部分を除いた部分と光
入射面およびこれらを接続する側部に形成された第２導
電型の第１の接合層と、第１の接合層の半導体の光入射
面とは反対側の面に第１電極と並列に形成された第２導
電型の第２電極とを備える薄膜太陽電池において、第１
の接合層に接続されると共に、第２電極と並列に形成さ
れ、かつ、第１電極による多数キャリアの収集空間を妨
げない空間を保持させる長さを有する第２導電型の第２
の接合層を備えることを特徴とするので、半導体膜の膜
質を向上させることなく、また、多数キャリアの収集効
率を悪化させることなく、少数キャリアの収集効率を向
上させることができ、薄膜太陽電池の変換効率の向上を
図ることができる。

【００４８】また、上記第２の接合層は、第１の接合層
との間の光入射方向の間隔が少数キャリアの拡散長より
短くなるように形成されていることを特徴とするので、
第１の接合層と第２の接合層との間に発生した少数キャ
リアが第１の接合層または第２の接合層まで再結合する
ことなく拡散することができ、少数キャリアの収集効率
が大幅に改善される。

【００４９】また、上記第２の接合層は複数並列に配設
され、複数の第２の接合層同士の間の間隔が少数キャリ
アの拡散長より短くなるように形成されていることを特
徴とするので、第２の接合層の間で発生した少数キャリ
アが再結合することなく拡散することができ、少数キャ
リアの収集効率が大幅に改善される。

【００５０】また、上記第２の接合層は、その先端が第
１電極に達しない長さに設定されていることを特徴とす
るので、第２の接合層が第１電極による多数キャリアの
収集空間を妨げることなく、多数キャリアの収集効率が
悪化することを防止できる。

【００５１】また、上記第２の接合層は、光入射面とは
反対の面側から光入射面側に向かうほど、層の長さが順
次長く設定されていることを特徴とするので、少数キャ
リアの収集効率を向上させるとともに、第２の接合層が
第１電極による多数キャリアの収集空間を妨げることな
く、多数キャリアの収集効率が悪化することを防止でき
る。

【００５２】さらに、上記半導体膜は、第１電極および
第２電極に向かう側ほど不純物濃度が高くなることを特
徴とするので、半導体膜中の内蔵電界が大きくなること
により半導体膜中で発生するキャリアを効率よく引き出
すことができ、薄膜太陽電池の変換効率を向上させるこ
とができる。

【００５３】この発明の薄膜太陽電池の製造方法は、基
板上に形成された剥離層の上に第１導電型の半導体膜を
形成する工程と、半導体膜上に第２の接合層を形成する
工程と、半導体膜および第２の接合層上にさらに半導体
膜を形成して、これら半導体膜で第２の接合層を覆う工
程と、半導体膜の上面から膜厚方向に剥離層まで貫通す
る貫通孔を形成する工程と、貫通孔を利用して第２の接
合層を含む半導体膜を基板から分離する工程と、半導体
膜の光入射面と光入射面とは反対側の面およびこれらを
接続する側面に第１の接合層を形成する工程と、半導体
膜の光入射面とは反対側の面の多数キャリアの収集空間
が妨げられない空間を保持させる位置に第２の接合層と
平行に第１電極を形成する工程と、第１の接合層の光入
射面とは反対側の面に第１電極に並列に第２電極を形成
する工程とを備えるので、半導体膜の膜質を向上させる
ことなく、また、多数キャリアの収集効率を悪化させる
ことなく、少数キャリアの収集効率を向上させることが
できる変換効率の高い薄膜太陽電池の製造することがで
きる。

【００５４】また、上記第２の接合層を形成する工程
は、第１の接合層との間隔が少数キャリアの拡散長より
短くなるように形成することを特徴とするので、第１の
接合層と第２の接合層との間に発生した少数キャリアが
第１の接合層または第２の接合層まで再結合することな
く拡散することにより少数キャリアの収集効率が大幅に
改善された薄膜太陽電池を作製することができる。

【００５５】また、上記半導体膜上に第２の接合層を形
成する工程と、上記半導体膜および第２の接合層上に半
導体膜を形成して、これら半導体膜で第２の接合層を覆
う工程とを繰り返し行うことにより、第２の接合層を半
導体膜中に複数形成することを特徴とするので、半導体
膜中に第２の接合層を複数設けて少数キャリアの収集効
率を大幅に改善した薄膜太陽電池を作製することができ
る。

【００５６】また、上記第２の接合層同士の間の間隔
が、少数キャリアの拡散長より短くなるように形成する
ことを特徴とするので、第２の接合層の間で発生した少
数キャリアが再結合することなく拡散することができ、
少数キャリアの収集効率が大幅に改善された薄膜太陽電
池を作製することができる。

【００５７】また、上記第２の接合層を形成する工程
は、第２の接合層を第１電極に達しない長さに形成する
ことを特徴とするので、第２の接合層が第１電極による
多数キャリアの収集空間を妨げることのない薄膜太陽電
池を作製することができる。

【００５８】さらに、上記光入射側に位置する第２の接
合層ほど、その先端が第１電極と重なる部分が長くなる
ように形成される工程であることを特徴とするので、少
数キャリアの収集効率を向上させるとともに、第２の接
合層が第１電極による多数キャリアの収集空間を妨げる
ことのない薄膜太陽電池を作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る薄膜太陽電池
の製造工程を示す断面図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係る薄膜太陽電池
の他の内部構造を示す断面図である。

【図３】この発明の実施の形態１に係る薄膜太陽電池
における光電変換の様子を示す概念図である。

【図４】この発明の実施の形態２に係る薄膜太陽電池
の内部構造を示す断面図である。

【図５】この発明の実施の形態２に係る薄膜太陽電池
の製造方法の手順を示すフローチャートである。

【図６】この発明の実施の形態２に係る薄膜太陽電池
におけるエネルギー帯図である。

【図７】従来の薄膜太陽電池とその製造方法をそれぞ
れ断面図である。

【図８】薄膜太陽電池における光電変換の様子を示す
概念図である。

【符号の説明】

２シリコン基板、３剥離層、４貫通孔、７第１
電極、８第２電極、１１、２２、２３、２５薄膜太
陽電池、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、２６、２６
ａ、２６ｂ半導体膜、１３、１８、１９、２０、２１
第２の接合層、１４第１の接合層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の半導体膜と、上記半導体膜の光入射面とは反対側に形成された第１導
電型の第１電極と、上記半導体膜の光反射面の反対側の面の上記第１電極が
形成された部分を除いた部分と光入射面およびこれらを
接続する側部に形成された第２導電型の第１の接合層
と、上記第１の接合層の上記半導体の光入射面とは反対側の
面に上記第１電極と並列に形成された第２導電型の第２
電極とを備える薄膜太陽電池において、上記第１の接合層に接続されると共に、上記第２電極と
並列に形成され、かつ、上記第１電極による多数キャリ
アの収集空間を妨げない空間を保持させる長さを有する
第２導電型の第２の接合層を備えることを特徴とする薄
膜太陽電池。
【請求項２】上記第２の接合層は、上記第１の接合層
との間の光入射方向の間隔が少数キャリアの拡散長より
短くなるように形成されていることを特徴とする請求項
１記載の薄膜太陽電池。
【請求項３】上記第２の接合層は複数並列に配設さ
れ、当該複数の第２の接合層同士の間の間隔が少数キャ
リアの拡散長より短くなるように形成されていることを
特徴とする請求項２記載の薄膜太陽電池。
【請求項４】上記第２の接合層は、その先端が上記第
１電極に達しない長さに設定されていることを特徴とす
る請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の薄膜太陽電
池。
【請求項５】上記第２の接合層は、光入射面とは反対
の面側から該光入射面側に向かうほど、層の長さが順次
長く設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求
項３のいずれかに記載の薄膜太陽電池。
【請求項６】上記半導体膜は、第１電極および第２電
極に向かう側ほど不純物濃度が高くなることを特徴とす
る請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜太陽電
池。
【請求項７】基板上に形成された剥離層の上に第１導
電型の半導体膜を形成する工程と、上記半導体膜上に第２の接合層を形成する工程と、上記半導体膜および上記第２の接合層上にさらに半導体
膜を形成して、これら半導体膜で上記第２の接合層を覆
う工程と、上記半導体膜の上面から膜厚方向に上記剥離層まで貫通
する貫通孔を形成する工程と、上記貫通孔を利用して上記第２の接合層を含む上記半導
体膜を上記基板から分離する工程と、上記半導体膜の光入射面と該光入射面とは反対側の面お
よびこれらを接続する側面に第１の接合層を形成する工
程と、上記半導体膜の光入射面とは反対側の面の多数キャリア
の収集空間が妨げられない空間を保持させる位置に上記
第２の接合層と平行に第１電極を形成する工程と、上記第１の接合層の光入射面とは反対側の面に上記第１
電極に並列に第２電極を形成する工程とを備える薄膜太
陽電池の製造方法。
【請求項８】上記第２の接合層を形成する工程は、上
記第１の接合層との間隔が少数キャリアの拡散長より短
くなるように形成することを特徴とする請求項７記載の
薄膜太陽電池。
【請求項９】上記半導体膜上に第２の接合層を形成す
る工程と、上記半導体膜および上記第２の接合層上に半導体膜を形
成して、これら半導体膜で上記第２の接合層を覆う工程
とを繰り返し行うことにより、第２の接合層を半導体膜
中に複数形成することを特徴とする請求項７または請求
項８記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１０】上記第２の接合層同士の間の間隔が、
少数キャリアの拡散長より短くなるように形成すること
を特徴とする請求項９記載の薄膜太陽電池。
【請求項１１】上記第２の接合層を形成する工程は、
当該第２の接合層を上記第１電極に達しない長さに形成
することを特徴とする請求項７乃至請求項１０記載の薄
膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】光入射側に位置する上記第２の接合層
ほど、その先端が上記第１電極と重なる部分が長くなる
ように形成される工程であることを特徴とする請求項９
または請求項１０記載の薄膜太陽電池の製造方法。