JPH10190022A - 薄膜太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

薄膜太陽電池およびその製造方法

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JPH10190022A
JPH10190022A JP8343734A JP34373496A JPH10190022A JP H10190022 A JPH10190022 A JP H10190022A JP 8343734 A JP8343734 A JP 8343734A JP 34373496 A JP34373496 A JP 34373496A JP H10190022 A JPH10190022 A JP H10190022A
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JP
Japan
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bonding layer
semiconductor film
film
electrode
solar cell
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JP8343734A
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Yoichiro Nishimoto
陽一郎 西本
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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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:Zone Melting Recry
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
2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Bonding SOI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 (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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。
  5. 【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。
  6. 【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。
  7. 【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。
  8. 【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。
  9. 【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。
  10. 【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。
  11. 【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。
  12. 【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。
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