(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度が２Ｎ〜３Ｎである第１の基材層を準備する工程と、
前記第１の基材層上に、純度が６Ｎ〜９Ｎである第２の基材層を形成する工程と
を具備し、
前記第２の基材層を形成する工程において、化学気相成長法によって、流量が約２００ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍのジクロルシラン、流量が約５ｓｃｃｍ〜１０ｓｃｃｍのジボラン、流量が８０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍの水素を主気流として使用して、前記主気流に前記第１の基材層を通過させ、１０００℃〜１１００℃で２０分間〜３０分間化学反応を行うことによって、ｐ型ドープシリコンである第２の基材層を形成することを特徴とする複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法。
【請求項２】
純度が２Ｎ〜３Ｎである第１の基材層を準備する工程と、
前記第１の基材層上に、純度が６Ｎ〜９Ｎである第２の基材層を形成する工程と
を具備し、
前記第２の基材層を形成する工程において、パルス直流マグネトロンスパッタリング設備によって、背圧を約５×１０−７Ｔｏｒｒ〜９×１０−７Ｔｏｒｒとし、スパッタリングパワーを１００Ｗ〜３００Ｗとし、ステージ温度を２００度〜２５０度とし、堆積圧力を約５ｍＴｏｒｒとし、Ａｒガス流量を約８ｓｃｃｍ〜１０ｓｃｃｍとして前記第２の基材層をスパッタリング法で形成することを特徴とする複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の基材層を準備する工程において、前記第１の基材層の厚さは、１６０μｍ〜１８０μｍとされることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法。
【請求項４】
前記第２の基材層を形成する工程において、前記第２の基材層の厚さは、５μｍ〜２０μｍとされることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１の基材層上に前記第２の基材層を形成する工程の後に、多結晶化工程を更に具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法。
【請求項６】
前記多結晶化工程は、レーザー結晶方法によって前記第２の基材層を多結晶材料として形成することを特徴とする請求項５に記載の複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン基板の製造方法に関し、特に複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光電素子の開発は、台湾ではここ数年重視されている重要な産業であり、台湾の半導体、発光ダイオードのシェアは世界でもトップクラスである。ここ数年、より高効率の太陽電池も積極的に開発されつつある。太陽電池は、主として半導体素子により光線を吸収し、吸収した光線を電気エネルギーに転換する。太陽電池が吸収する光源は、太陽光、人工光源などを含む。高分子太陽電池の原理によれば、太陽電池が光線に照射されると、導電高分子からなる光活性層は光エネルギーを吸収して励起子を生成し、励起子は界面部位において分離して電子と正孔を生成し、電子と正孔はそれぞれ電子伝導物質と正孔伝導物質を介して異なる電極板をそれぞれ伝導されることによって、電流路を形成する。
【０００３】
現在主流の太陽電池は、結晶類の塊状シリコンを使用して製造されるものである。通常、多結晶シリコンウェハーの製造方法は、先ず、ソーワイヤによってシリコンインゴット全体を複数の薄いウェハー（１８０μｍ〜２００μｍ）に切断する。通常、ウェハーには少量のｐ型ドープを行い、次にウェハーの表面にｎ型ドーパントをドープして、ｎ型ドーパントの表面拡散によってウェハー表面下方の数百ナノメートルのところにｐｎ接合面を形成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、より良好な光電変換効率を得るためには、従来技術が使用する多結晶シリコンウェハーは高純度を有する必要がある。但し、高純度を有するために、シリコン材料は純化工程を複数回行う必要があるため、エネルギーの無駄、コストの高騰、地球環境に優しくないという欠点がある。また、実際の太陽電池の構造において、光電変換機能を提供する能動層は５μｍ〜１０μｍの厚さしか必要としないため、他の高純度の基板が無駄になる欠点がある。そこで、如何にして太陽電池のコストを低減すると共に良好な光電変換効率を得ることができる複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法を提供するかが課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、高純度のシリコン材料を一般的な純度で低コストの基板に形成することで複合型基板である多結晶シリコン基板を構成することによって太陽電池材料のコストを有効に低減できる複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明は複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法は、純度が２Ｎ〜３Ｎである第１の基材層を準備する工程と、前記第１の基材層上に、純度が６Ｎ〜９Ｎである第２の基材層を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、半導体プロセスにおいて、低純度の基板の上に高品質で高純度のエピタキシー層又は高純度のスパッタリング層を形成して太陽電池の能動層として使用するため、高純度のシリコン材料の使用量を低減でき、塊状シリコンで製造された従来の太陽電池を代替することができ、太陽電池全体のコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１の基材層の模式図を示すものである。
【図２】本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の模式図を示すものである。
【図３】本発明に係る太陽電池の模式図を示すものである。
【図４】本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法のフローチャートを示すものである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、本発明の技術内容をより分かりやすく説明し、本発明の理解を助けるために実施例を挙げたものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに開示された実施形態以外にも、本発明の技術的思想に基づく他の変形例も実施可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に自明なことである。
【００１０】
本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法においては、それにより製造された多結晶シリコン基板が複合型の構造を有するため、高純度の多結晶シリコン材料の使用量を低減できると共に多結晶基板と太陽電池のコストを低減できる効果を奏することができる。
【００１１】
図１、図２、図４を参照しながら説明する。本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法は少なくとも下記の工程を含む。
【００１２】
工程Ｓ１０１において、第１の基材層１１を準備する。本実施例において、第１の基材層１１は低純度のシリコン材料であり、その純度は例えば約２Ｎ（即ち、９９％）〜３Ｎ（即ち、９９．９％）である。言い換えれば、第１の基材層１１は、低コストで取得しやすい工業レベルのシリコン材料である。本実施例において、第１の基材層１１は、「豫新化工（SHANGHAI YIXIN CHEMICAL CO., LTD）」という会社が製造する型式番号４１１、４２１、５５３、２２０２、３３０３などの工業レベルのシリコン材料から選択されるものである。また、第１の基材層１１の厚さは、１６０μｍ〜１８０μｍである。
【００１３】
工程Ｓ１０３において、第１の基材層１１上に第２の基材層１２を形成する。第１の基材層１１と比べて、第２の基材層１２は高純度のシリコン材料であり、その純度は約６Ｎ（即ち、９９．９９９９％）〜９Ｎ（即ち、９９．９９９９９９９％）である。第２の基材層１２の厚さは約５μｍ〜２０μｍである。また、第２の基材層１２は、電子レベルのシリコン材料に属する高純度のシリコン材料であり、主に太陽電池の能動層として機能する。好ましくは、第２の基材層１２の厚さは電子の拡散範囲の長さよりも小さい。これにより、能動層が厚すぎることによる電子正孔散乱や電子正孔結合などの問題を改善でき、高純度のシリコン材料の使用量を低減でき、材料コストを低減できる。
【００１４】
第２の基材層１２は、物理的気相成長（physical vapor deposition；ＰＶＤ）、化学気相成長（chemical vapor deposition；ＣＶＤ）、又は液相エピタキシー（Liquid-phase epitaxy；ＬＰＥ）などの方式で第１の基材層１１上に形成するようにしてもよいが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、本実施例に係る化学気相成長法とスパッタリング法の具体的な工程を詳しく説明する。
【００１５】
化学気相成長法は、反応源をガス方式で反応チャンバに導入してから、酸化、還元、又は基板との反応などの方式で化学反応を行い、その生成物が内拡散作用で基板表面上に堆積されると共に、他のプロセスのガスを基板表面から引き離すという方法である。具体的に言えば、化学気相成長法のプロセスは下記（ａ）〜（ｅ）の五つの主要な工程を含む。（ａ）先ず、堆積室の内部に反応ガスと希釈用不活性ガスを導入する。以下、反応ガスと不活性ガスからなる混合ガスを主気流（mainstream）と称する。（ｂ）主気流における反応ガスの原子又は分子は内側へ拡散移動し、停滞する境界層を通過して基板表面に到着する。（ｃ）反応ガスの原子は基板に吸着（adsorbed）される。（ｄ）吸着された原子は基板表面で移動すると共に、薄膜成長の際に必要な表面化学反応を生ずる。（ｅ）表面化学反応が生じたガス生成物は分解され、外側へ拡散し、境界層を通過して主気流に入り、堆積室から排除される。
【００１６】
本実施例においては、ドーパントを有するシリコン材料である第２の基材層１２を第１の基材層１１上に形成する。また、Ｓｉ原子のガス材料源をジクロルシラン（Dichlorosilane、ＤＣＳ）（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、シラン、トリクロロシラン（trichlorosilane）（Ｃｌ３ＳｉＨ）、又はテトラクロロシラン（tetrachlorosilane）（Ｃｌ４Ｓｉ）などとし、ホウ素（Ｂ）ドープのガス材料源をｐ型ドープシリコンであるジボラン（Diborane）（Ｂ２Ｈ６）とし、ＰＨ３又はＡｓＨ３をｎ型ドープシリコンとし、キャリアガスを水素としてもよい。具体的に言えば、本実施例において、主気流はジクロルシラン、ジボラン（diboranes）、水素を含む。主気流を第１の基材層１１を通過させて、１０００℃〜１１００℃で２０分間〜３０分間、化学反応を行うことによって、１５μｍのｐ−Ｓｉ（即ち、ｐ型ドープシリコン）である第２の基材層１２をエピタキシー成長させるようにしてもよい。
【００１７】
また、他のプロセスのパラメーターとして、ジクロルシランの流量は約２００ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍ（standard  ｃｍ３/ｍｉｎ）とし、ジボランの流量を約５ｓｃｃｍ〜１０ｓｃｃｍとし、水素の流量を約８０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍとし、第１の基材層１１を約３００℃〜３５０℃で加熱し、圧力を約０．８Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒとしてもよい。
【００１８】
また、第２の基材層１２はスパッタリング層であってもよい。例えば、スパッタリングプロセスにおいて、パルス直流マグネトロンスパッタリング（Pluse-DC）設備によって第１の基材層１１上にシリコン薄膜を成長する場合、プロセスのパラメーターとして、背圧（backing pressure）を約５×１０−７Ｔｏｒｒ〜９×１０−７Ｔｏｒｒとし、スパッタリングパワーを１００Ｗ〜３００Ｗとし、ステージ温度を２００度〜２５０度とし、蒸着圧力は約５ｍＴｏｒｒとし、Ａｒガス流量を約８ｓｃｃｍ〜１０ｓｃｃｍとしてもよい。
【００１９】
また、第２の基材層１２の結晶性について、ある成長プロセスを行った後、第２の基材層１２が非晶質層（Amorphous layer）になる恐れがあることを考慮すると、多結晶化工程を更に含んでもよい。例えば、レーザー結晶法などの方法によって第２の基材層１２を多結晶材料として形成してもよい。例えば、エキシマレーザー（excimer laser）を非晶質の第２の基材層１２に照射して、レーザーパルスの約２０ｎｓの時点で約１４００度に上昇させ、レーザーパルスが完了してから冷却すると結晶化が開始する。
【００２０】
図３は、本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法で製造された多結晶シリコン基板で形成された太陽電池の模式図を示すものである。太陽電池は、第１の基材層１１、第２の基材層１２、多結晶シリコン基板上に設けられる電極１４Ａ、１４Ｂで構成される。第１の基材層１１は既に上述の実施例で説明したため、ここではその説明を省略する。第２の基材層１２は、リン原子（phosphorus atom）の熱拡散プロセス又はリン原子のイオンインプラプロセスなどによってｎ+−Ｓｉエミッタ層（emitter layer）１２’に転化されるようにしてもよい。好ましくは、太陽電池は、エミッタ層１２’上に形成される反射防止層（antireflection layer）１３を更に有する。反射防止層１３は、例えば窒化珪素層などであってもよい。また、電極（即ち正面電極）１４Ａは、チタン／パラジウム／金の構造であり、エミッタ層１２’上に設けられるようにしてもよい。一方、電極（即ち、背面電極１４Ｂ）は、例えばアルミニウムペーストなどの高導電性のメタルで第１の基材層１１の背面に塗布して形成されるようにしてもよい。
【００２１】
上述したように、本発明は少なくとも下記のメリットを有する。
（１）本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法で製造された複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板は、低純度の基板上に高純度のシリコン材料を成長させることによって、高コストで高純度の塊状シリコンで製造された従来の基板を代替することができ、全体のコストを低減できる。
（２）本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の製造方法で製造された複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板は太陽電池に適用できるため、高効率で低コストのエピタキシャルシリコン（epitaxial silicon）の太陽電池を提供することができる。
【００２２】
上述した実施例は、本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００２３】
１１  第１の基材層
１２  第２の基材層
１２’  エミッタ層
１３  反射防止層
１４Ａ、１４Ｂ  電極
Ｓ１０１〜Ｓ１０３  プロセス工程
【図１】
0005518910.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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