(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に予め凹凸形状を形成し、前記基板上に前記基板の凹凸形状を維持した分離層を設け、前記分離層上に前記凹凸形状を維持した半導体薄膜を成長させ、前記半導体薄膜を前記基板から前記分離層で分離する光電変換装置の製造方法であって、前記基板に凹凸形状を形成するため、分離により残存した分離層を有する基板を異方性エッチングすることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板が半導体基板であり、前記半導体基板を陽極化成することによって、半導体基板上に分離層としての多孔質半導体層を形成することを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記分離により残存した分離層を有する基板が凹凸形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記分離により残存した分離層を有する基板が平坦形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池、光センサなどの光電変換装置とその製造方法に関し、特に光電変換層となる半導体層に凹凸構造を持った太陽電池、光センサなどの光電変換装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電による石油の燃焼や、自動車のエンジンによるガソリンの燃焼などにより、地球温暖化ガスである二酸化炭素や窒素酸化物などの排出が、地球環境の悪化させる原因になっている。また、将来の原油の枯渇の心配もあり、太陽電池発電に関心が高まっている。
【０００３】
薄膜結晶シリコン（Ｓｉ）太陽電池は発電層が薄く、使用するＳｉ原料が少ないので低コスト化ができる。また、結晶Ｓｉを発電層とするので、アモルファスＳｉなどの太陽電池に比べて、高変換効率、低劣化が期待できる。さらに、薄膜結晶Ｓｉ太陽電池は、ある程度曲げることができるので、自動車のボディや家電製品や屋根瓦などの曲面部に貼って使用できる。
【０００４】
薄膜結晶Ｓｉ太陽電池を実現するために、特開平８−２１３６４５号公報は、多孔質Ｓｉ層上のエピタキシャル層を利用して、薄膜単結晶Ｓｉを分離することを開示している。図１９は、特開平８−２１３６４５号公報が開示している薄膜結晶Ｓｉ太陽電池の形成方法を表す断面図である。図中、１０１は非多孔質Ｓｉ基板、１０２は多孔質Ｓｉ層、１０３はｐ＋Ｓｉ層、１０４はｐ−Ｓｉ層、１０５はｎ＋Ｓｉ層、１０６は保護膜、１０９，１１１は接着剤、１１０，１１２は治具である。図１９の太陽電池の製造方法では、Ｓｉウエハを陽極化成することにより、非多孔質Ｓｉ基板１０１の表面により多孔質Ｓｉ層１０２を有する構造を形成できる。その後、多孔質Ｓｉ層１０２上にｐ＋Ｓｉ層１０３をエピタキシャル成長させ、さらにその上にｐ−Ｓｉ層１０４とｎ＋Ｓｉ層１０５をを成長させる。そして、保護層１０６を形成する。そして、保護層１０６と非多孔質Ｓｉ基板１０１に、それぞれ接着剤１１１，１０９を付けて治具１１２，１１０に接着させる。その後、治具１１２，１１０に引っ張り力を働かせて、多孔質Ｓｉ層１０２で非多孔質Ｓｉ基板１０１とエピタキシャルＳｉ層１０３，１０４，１０５を分離する。そして、エピタキシャルＳｉ層１０３，１０４，１０５に太陽電池を形成し、非多孔質Ｓｉ基板１０１を再び同様の工程に投入してコストダウンを図る。
【０００５】
光電変換効率を高めるために、半導体層の表面と裏面に凹凸形状を設けたコルゲート型の太陽電池がある。図２０は、上松氏ら（『高効率太陽電池」ワークショップ、札幌（１９８９），Ａ６，ｐ３１）が開示している太陽電池の半導体基板の斜視図である。コルゲート型の太陽電池は、半導体層が薄膜でも、入射光の光路長が長いので、高い光電変換効率が得られる。上松らのコルゲート基板の製造方法は、Ｓｉウエハの両面をエッチングマスクを使って、異方性エッチングをおこなう。この結果、基板の厚みはウエハ厚で、数１０（μｍ）程度のコルゲート基板を得ている。
【０００６】
また、特開平４−３５５９７０号公報は、（１００）Ｓｉウエハに異方性エッチングをかけることにより、Ｖ型溝を形成し、その表面に選択的に酸化膜を形成し、その表面に単結晶Ｓｉ層を形成し、その単結晶Ｓｉ層をＳｉウエハから分離することによって、単結晶Ｓｉ層を利用して表面に凹凸形状のついた太陽電池を形成することを開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図２０に示した上松氏らのコルゲート型基板の製造方法だと、半導体基板の両面にエッチングマスクを形成しなければならず、フォトリソグラフィーなどの高コストの工程を何度も用いなければならない。また、エッチングによって、大量にＳｉを取り去ってしまうので、この点も高コストの原因になる。このため、、このコルゲート基板を使って製造した太陽電池や光センサは、高い光電変換効率を有するものの、製造コストが高い。
【０００８】
そこで、フォドリソグラフィーなどの高コストの工程の使用回数が少なく、Ｓｉの消費量も少なくなり、更に基板の再利用が可能な光電変換装置の製造方法を提供すること、を本発明の目的とする。低製造コストで提供できる光電変換装置を提供することも本発明の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明者らが鋭意努力した結果、以下の発明を得た。
【００１０】
すなわち、本発明の光電変換装置の製造方法は、基板に予め凹凸形状を形成し、前記基板上に前記基板の凹凸形状を維持した分離層を設け、前記分離層上に前記凹凸形状を維持した半導体薄膜を成長させ、前記半導体薄膜を前記基板から前記分離層で分離する光電変換装置の製造方法であって、前記基板に凹凸形状を形成するため、分離により残存した分離層を有する基板を異方性エッチングすることを特徴とする
この製造方法によれば、基板に予め凹凸形状を形成し、前記基板上に前記基板の凹凸形状を維持した分離層を設け、前記分離層上に前記凹凸形状を維持した半導体薄膜を成長させ、前記半導体薄膜を前記基板から前記分離層で分離するので、１枚の基板に凹凸形状を形成しておけば、リソグラフィーなしで凹凸形状を有する半導体薄膜を多量に提供することができる。
【００１１】
また、前記基板に凹凸形状を形成するため、分離により残存した分離層を有する基板を異方性エッチングするので、一度、製造工程に回した基板を使って、再使用するための再生をおこなうと同時に凹凸形状を形成することができる。このため、工程の簡略化につながり、光電変換装置の低製造コスト化ができる。
【００１２】
本発明において、前記基板が半導体基板であり、前記半導体基板を陽極化成することによって、半導体基板上に分離層としての多孔質半導体層を形成することが好ましい。この方法によれば、簡単な工程で光吸収のよい凹凸形状の光電変換装置が提供できる。
【００１３】
ここで、基板は、Ｓｉウエハ、ＧａＡｓウエハなどの一般の半導体ウエハを含み、その半導体ウエハは単結晶のものでも多結晶のものでもいい。さらに、基板は、金属級Ｓｉ基板やセラミック基板やＳＵＳ基板などの金属基板も含む。
【００１４】
最初の半導体薄膜の成長に使用する基板の凹凸形状は、エッチング液による異方エッチングによって形成してもいいし、フォトリソグラフィーを組み合わせて、異方エッチングによって形成してもいい。また、レーザや機械的な研削によって形成してもいい。
【００１５】
また、分離により残存した分離層を有する基板の凹凸形状は、異方性エッチングにより分離層の除去と同時に形成する。分離により残存した分離層を有する基板は、最初の半導体薄膜の成長から使用しても良いし、二度目以降の半導体薄膜の成長から使用しても良い。また、分離により残存した分離層を有する基板は、当初から凹凸形状を有するものを用いても良いし、平坦形状のものを用いても良い。当初から凹凸形状を有する場合には、凹凸形状を更に鋭くすることにより新たな凹凸形状を形成することになり、平坦形状の場合には、新たに凹凸形状を形成することととなる。
【００１６】
また、半導体薄膜は、単結晶のものでも多結晶のものでもよく、半導体薄膜の材料はＳｉ，ＧａＡｓ，Ｇｅなど一般の半導体となる。
【００１７】
半導体薄膜の凹凸形状は、コルゲート型の構造であってもいいし、表面と裏面にピラミッド型または逆ピラミッド型または球型の凹凸形状を有するものも含む。凹凸形状が、コルゲート型やピラミッド型や逆ピラミッド型や球型のとき、そのピッチは、０．１（μｍ）〜１００（μｍ）程度が望ましい。
【００１８】
また、分離層は、多孔質半導体層や、組成元素や混晶比の違う層などを含む。例えば、多孔質Ｓｉ層やＡｌＧａＡｓ層である。
【００１９】
尚、本発明でいう凹凸形状を維持した半導体薄膜とは、凹凸形状を有する基板上に成長させた半導体薄膜をいい、表面エネルギーを下げるため、自然に凹凸形状が鈍った半導体薄膜も含む。
【００２０】
また、本発明は、光電変換装置自体も包含する。
【００２１】
すなわち、本発明の光電変換装置は、上記製造方法により製造された光電変換装置であって、表面と裏面に凹凸形状を有する半導体薄膜からなる光電変換層と、前記光電変換層の裏面の裏面反射層を有することを特徴とする。この光電変換装置によれば、低製造コストで光吸収のよい光電変換装置を提供することができる。
【００２２】
また、上記製造方法により製造された光電変換装置であって、裏面に凹凸形状を有し、表面は実質的に平坦形状である半導体薄膜からなる光電変換層と、前記光電変換層の裏面の裏面反射層を有することを特徴とする。この光電変換装置によれば、表面は実質的に平坦形状であるので、グリッドの形成が容易であったり、表面に反射防止膜を形成するのが容易であったりする。このため、低製造コストで光吸収のよい光電変換装置を提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明を実施形態１〜８を用いて説明する。
【００２４】
実施形態１は、多孔質Ｓｉ層を分離層とし、半導体薄膜として単結晶Ｓｉ層を３層成長させ、分離面が光入射面となる太陽電池を製造した後に、分離した基板を異方性エッチングにより再生する形態である。実施形態２は、最初の半導体薄膜の成長から、異方性エッチング液によって再生した分離した基板を使う形態である。実施形態３は、多孔質Ｓｉ層を分離層とし、単結晶Ｓｉ層を２層成長させ、分離面が光入射層となる太陽電池を製造する形態である。実施形態４は、多孔質Ｓｉ層を分離層とし、半導体薄膜を２層成長させ、分離面が裏面となる太陽電池を製造する形態である。実施形態５は、多孔質Ｓｉ層を分離層とし、単結晶Ｓｉ層を２層成長させ、単結晶Ｓｉに開けたスルーホールを使って分離し、太陽電池を製造する形態である。実施形態６は、分離層を混晶比の違う化合物半導体で、半導体薄膜として単結晶化合物半導体層を３層成長させ、分離面が光入射面となる太陽電池を製造する形態である。実施形態７は、光センサを製造する形態である。実施形態８は、基板にＳＵＳ基板やセラミック基板を用いて太陽電池を製造する形態である。
【００２５】
本発明は、以下に説明する実施形態のみでなく、以下に説明する実施形態のあらゆる組み合わせも包含する。
【００２６】
（実施形態１）
実施形態１は、多孔質Ｓｉ層を分離層とし、半導体薄膜として単結晶Ｓｉ層を３層成長させ、分離面が光入射面となる太陽電池を製造した後に、分離した基板を異方性エッチングにより再生する形態である。図１，図２は、実施形態１の太陽電池の製造工程を表す断面図である。
【００２７】
まず、図２（ａ）の断面図のように、本発明の基板となる非多孔質Ｓｉ基板２８の表面に、凹凸形状を形成する。凹凸形状の平らな部分１１は、後に半導体薄膜を成長させた後で、グリッド電極を取り付ける部分である。
【００２８】
図３は、Ｓｉウエハ３に、凹凸形状を形成するためにフォトリソグラフィーなどの方法で形成したエッチングマスク１２，１３を被せたところを表す斜視図である。エッチングマスク１２，１３を形成するためには、まず、Ｓｉウエハ３の表面に常圧ＣＶＤなどの方法で、酸化膜や窒化膜を形成する。つぎに、形成した酸化膜や窒化膜の表面にレジストを塗布し、フォトリソグラフィーによってパターニングする。そして、フッ酸系のエッチング液によるウェットエッチングやＣＦ４やＳＦ６などを使ったドライエッチングによって、エッチングマスク１２，１３以外の酸化膜や窒化膜を取り除き、エッチングマスク１２，１３ができる。エッチングマスク１２，１３に、太いところ１２と細いところ１３があるが、太いところ１２が凹凸形状の平らな部分１１にあたるためである。
【００２９】
図３のようにエッチングマスク１２，１３がＳｉウエハ３上にできたら、このＳｉウエハ３をＫＯＨやヒドラジンなどの異方性エッチングを起こす溶液で、エッチングする。すると、図２（ａ）の断面図のように平ら部分１１を含み凹凸形状のあるＳｉウエハ３になる。異方エッチング方法は、Ｊ，ｋｎｏｂｌｏｃｈ，ｅｔ  ａ１．，２３ｒｄ  ＩＥＥＥ  ＰＶＳＣ，Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ（１９９３）ｐ．２７１が詳しい。Ｊ，ｋｎｏｂｌｏｃｈ，ｅｔ  ａ１．の方法は、アルカリ系のエッチング液であるＫＯＨで逆ピラミッド型の表面テクスチャーを得ている。また、特開平８−１２４８９４号公報が開示しているような、酸によるテクスチャー処理も使用できる。この場合、球型のテクスチャー表面が得られる。
【００３０】
図２（ａ）は、凹凸形状つまりテクスチャー化したＳｉウエハ３の断面図を表す。このＳｉウェハ３を陽極化成すると、非多孔質Ｓｉ層２８の凹凸面に分離層となる多孔質Ｓｉ層２９ができる。
【００３１】
図４（ａ）と図４（ｂ）は、Ｓｉウエハをフッ酸系のエッチング液で陽極化成をする装置の断面図である。図中、３はＳｉウエハ、３１はフッ酸系のエッチング液、３２，３３は金属電極、３４はＯリングを表す。陽極化成するＳｉウエハ３はｐ型の方が望ましいが、低抵抗ならｎ型でもいい。ｎ型のウエハなら光を照射し、ホールを生成した状態にし、多孔質化するのが望ましい。図４（ａ）のように下側の金属電極３２を正に、上側の金属電極３３を負にして両電極間に電圧をかけ、この電圧が引き起こす電束がＳｉウエハ３の面に垂直な方向にかかるように設置すると、Ｓｉウエハ３の上面側が多孔質化される。また、図４（ｂ）のように左側の金属電極３２を正に、右側の金属電極３３を負にして、水平方向に電界がかかるようにすると、Ｓｉウエハ３の右側の表面が多孔質化される。
【００３２】
フッ酸系のエッチング液３１は、濃フッ酸（例えば４９％ＨＦ）を用いる。陽極化成中は、Ｓｉウエハ３から気泡が発生するので、この気泡を効率よく取り除く目的から、界面活性剤としてアルコールを加える場合がある。アルコールとしてメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどが望ましい。また、界面活性剤の代わりに撹枠器をもちいて、握枠しながら陽極化成をしてもいい。多孔質化する表面の厚さは、１〜３０（μｍ）がいい。
【００３３】
以上のような工程でＳｉウエハを陽極化成することによって、図２（ｂ）のように非多孔質Ｓｉ基板２８上に多孔質Ｓｉ層２９を形成できる。
【００３４】
その後、図２（ｃ）のように、単結晶のｎ＋Ｓｉ層２４を液相成長でエピタキシャル成長させる。多孔質Ｓｉ層２９は、穴の開いた構造であるが、その単結晶性は維持できている。このため、多孔質Ｓｉ層２９上のエピタキシャル成長が可能なのである。その後、図２（ｄ）のように、単結晶のｐ−Ｓｉ層２５をやはり液相成長で形成する。つぎに、図２（ｅ）のように単結晶のｐ＋Ｓｉ層２６を液相成長で形成する。これらの単結晶のＳｉ層２４，２５，２６は、本発明の半導体薄膜である。
【００３５】
その後、図１（ａ）のように接着剤５０をｐ＋Ｓｉ層２６上に塗布し、図１（ｂ）のようにｐ＋Ｓｉ層２６の凸部が裏面電極となるＳＵＳ基板２７と接するようにＳＵＳ基板２７をｐ＋Ｓｉ層２６上に貼り付ける。この場合、本発明の裏面反射層はＳＵＳ基板２７となるので、ＳＵＳ基板２７は反射率の大きいものが望ましい。接着剤５０は、ＳＵＳ基板２７とｐ＋Ｓｉ層２６の電気的接続がうまくとれれば、導電性であっても絶縁性であってもいい。ＳＵＳ基板２７はｐ＋Ｓｉ層２６上の裏面の凹凸形状に合わせて、予め凹凸形状を持っていてもいい。
【００３６】
つぎに、多孔質Ｓｉ層２９で、太陽電池となるＳｉ層２４，２５，２６と非多孔質Ｓｉ基板２８と分離する。多孔質Ｓｉ層２９は、Ｓｉウエハ２８やエピタキシャル成長させたＳｉ部分に比べて、脆弱な構造をしている。このため、ＳＵＳ基板２７と非多孔質Ｓｉ基板２８間に引っ張り力を働かせてたり、側方からくさびを当てたり、ウォータジェットをくさびのように当てるなどの方法で、多孔質Ｓｉ層２９で非多孔質Ｓｉ基板２８と単結晶Ｓｉ層２４，２５，２６が分離できる。
【００３７】
つぎに、図１（ｄ）のように単結晶Ｓｉ層２４，２５，２６などを裏返して、印刷などの方法で凹凸のあるｎ＋Ｓｉ層２４の平らな部分にグリッド電極２１を形成する。そして、グリッド電極２１とｎ＋Ｓｉ層の表面にＴｉＯ２やＩＴＯなどの反射防止膜を塗布して、太陽電池のユニットセルが完成する。図５（ａ）は、完成した太陽電池のユニットセルの斜視図である。
【００３８】
実施形態１の太陽電池を製造するのに使用した表面に多孔質Ｓｉ層２９の付いた非多孔質Ｓｉ基板２８は、ＫＯＨなどのアルカリの異方性エッチング液を使用して異方性エッチングを行うことにより、多孔質Ｓｉ層２９を取り去ると、図５（ｂ）の断面図のように、再び、凹凸形状を表面に持つ非多孔質Ｓｉ基板２８ができる。多孔質Ｓｉ層２９を取り除くのは、分離後の多孔質Ｓｉ層は、表面が荒れていることが多く、この上にきれいなエピタキシャル層を形成するのが難しいからである。
【００３９】
つぎに、この非多孔質Ｓｉ基板２８を、再び、図２（ａ）のＳｉウエハ３として、図２（ａ）からの工程に投入し、１枚のＳｉウエハから、単結晶薄膜太陽電池を製造する。
【００４０】
実施形態１によれば、１枚のＳｉウエハから、何枚も単結晶薄膜太陽電池が形成できる。このため、高変換効率、低劣化の薄膜単結晶Ｓｉの太陽電池を低ワットコストで提供することができる。また、太陽電池の表面と裏面に凹凸形状があるため、入射した光の光路長が長いので、単結晶層を薄膜にしても、単結晶層での光の吸収効率がいい。
【００４１】
実施形態１では、３をＳｉウエハとして説明したが、別にＧａＡｓなどの化合物半導体ウエハであってもいい。また、２４，２５，２６を単結晶Ｓｉ層として説明したが、これもＧａＡｓなどの化合物半導体になってもいい。さらに、単結晶Ｓｉ層２４，２５，２６の形成を液相成長として説明したが、ＣＶＤなどの気相成長によって形成してもいい。これは、気相成長によって、３０（μｍ）以上の層を形成するのは困難であるが、凹凸形状のため入射光の光路長が長いので、１０（μｍ）程度の薄い層でもいい。
【００４２】
（実施形態２）
実施形態２は、太陽電池を製造する形態であるが、一度工程に使用した基板をさらに工程に投入するために、異方性エッチングを使って基板を再生する。図１５〜１８は、実施形態２の製造工程を表す断面図である。
【００４３】
まず、図１５（ａ）のようにＳｉウエハ３を用意し、このＳｉウエハ３の表面を陽極化成する。このとき、図４を使って、実施形態１で説明した方法と同じ陽極化成方法を使う。Ｓｉウエハ３は、通常の平坦な表面のＳｉウエハである。すると、図１５（ｂ）のように非多孔質Ｓｉ基板２８の表面に多孔質Ｓｉ層２９を有する基板ができる。つぎに、図１５（ｃ）のように多孔質Ｓｉ層２９上ｐ＋Ｓｉ層２６を０．１〜２（μｍ）エピタキシャル成長させ、図１５（ｄ）のようにｐ＋Ｓｉ層２６上にｐ−Ｓｉ層２５を２０〜５０（μｍ）エピタキシャル成長させる。そして、図１５（ｅ）のようにｐ−Ｓｉ層２６上にｎ＋Ｓｉ層２４を０．１〜２０（μｍ）エピタキシャル成長させ、図１６（ａ）のようにグリッド電極２１をｎ＋Ｓｉ層２４の表面に形成する。
【００４４】
つぎに、図１６（ｂ）のように反射防止膜２３をグリッド電極２１とｎ+Ｓｉ層２４上に形成し、図１６（ｃ）のように反射防止膜２３上にテープ５２を貼る。そして、図１６（ｄ）のようにテープ５２と非多孔質Ｓｉ基板２８の間に引っ張り力をかけることによって、多孔質Ｓｉ層２９でエピタキシャルＳｉ層２４，２５，２６と非多孔質Ｓｉ基板２８を分離するもその後、研磨、エッチングなどの方法で、図１６（ｅ）のようにｐ+Ｓｉ層２６の裏面に残った多孔質Ｓｉ層２９の残渣を取り除き、図１６（ｆ）のように裏面電極４６を有する支持基板４７と導電性の接着剤などを使って貼り付ける。
【００４５】
この結果、Ｓｉウエハから、単結晶Ｓｉの太陽電池が製造できる。この太陽電池は、凹凸形状になっていないが、次工程からの太陽電池は、光電変換層が凹凸面になる。その製造方法を説明する。
【００４６】
図１６（ｄ）で分離した表面に多孔質Ｓｉ層２９の残渣が残った非多孔質Ｓｉ基板２９が図１７（ａ）のようにある。これに、ＫＯＨなどのアルカリのエッチング液を使って、図１７（ｂ）のように非多孔質Ｓｉ基板２９の表面をテクスチャー化し、同時に多孔質Ｓｉ層２９の残渣を取り除く。このとき、非多孔質Ｓｉ基板２８の裏面がエッチングされないよう、裏面に酸化膜や窒化膜を付けておくのが望ましい。
【００４７】
つぎに、テクスチャー化した図１７（ｂ）の非多孔質Ｓｉ基板２８を、図４のような陽極化成装置を使って、図１７（ｃ）のように非多孔質Ｓｉ基板２８のテクスチャー面に多孔質Ｓｉ層２９を再び形成する。そして、図１７（ｄ）のように多孔質Ｓｉ層２９上ｐ＋Ｓｉ層２６を０．１〜２（μｍ）エピタキシャル成長させる。
【００４８】
つぎに、図１７（ｅ）のようにｐ＋Ｓｉ層２６上にｐ−Ｓｉ層２５を２０〜５０（μｍ）エピタキシャル成長させる。このとき、ｐ−Ｓｉ層２５を２０〜５０（μｍ）と厚膜の成長させるので、成長させた表面が平坦になってくる。そして、図１７（ｆ）のようにｐ−Ｓｉ層２５上にｎ＋Ｓｉ層２４を０．１〜２０（μｍ）エピタキシャル成長させ、図１７（ｆ）のようにグリッド電極２１をｎ＋Ｓｉ層２４の表面に形成する。
【００４９】
つぎに、図１８（ａ）のように反射防止膜２３をグリッド電極２１とｎ+Ｓｉ層２４上に形成し、図１８（ｂ）のように反射防止膜２３上にテープ５２を貼る。そして、図１８（ｃ）のようにテープ５２と非多孔質Ｓｉ基板２８の間に引っ張り力をかけることによって、多孔質Ｓｉ層２９でエピタキシャルＳｉ層２４，２５，２６と非多孔質Ｓｉ基板２８を分離する。その後、研磨、エッチングなどの方法で、図１８（ｄ）のようにｐ+Ｓｉ層２６の裏面に残った多孔質Ｓｉ層２９の残渣を取り除く。このとき、テクスチャー形状の奥の部分に多少多孔質Ｓｉ層２９の残渣が残っていてもよい。その後、図１８（ｅ）のようにｐ+Ｓｉ層２６の裏面のテクスチャー部分にＡｌ蒸着などで裏面電極４６を形成し、支持基板４７と導電性の接着剤などを使って貼り付ける。このとき、裏面電極４６と支持基板４７の間を充填材５４で埋めておいてもよい。
【００５０】
このようにして形成した太陽電池は、光入射面である表面は実質的に平坦で、光電変換層の事面と裏面電極はテクスチャー構造になっている。この太陽電池では、直接の入射のとき光電変換層で捕らえきれなかった光をテクスチャー化した裏面電極で散乱させて光電変換層に戻すので、反射光は光電変換層を通るパスが長くなり、吸収されやすくなる。また、表面が平坦なことで、グリッドの精密な位置合わせがおこないやすく、反射防止膜の均一な塗布もできることから、低製造コストで、高い光吸収効率の高い単結晶薄膜太陽電池ができる。
【００５１】
図１８（ｃ）の工程で分離した非多孔質Ｓｉ基板２８は、ＫＯＨなどのアルカリの異方性エッチング液を使用して、多孔質Ｓｉ層２９の残渣の除去と、非多孔質Ｓｉ基板２８をさらに鋭くするテクスチャー化を同時に行い、再び図１７（ｂ）の基板として使用することができる。
【００５２】
（実施形態３）
実施形態３は、多孔質Ｓｉ層を分離層とし、単結晶Ｓｉ層を２層成長させ、分離面が光入射層となる太陽電池を製造する形態である。図６，図７は、実施形態３の太陽電池の製造工程を表す断面図である。
【００５３】
まず、実施形態１で再生した図５（ｂ）に示すＳｉウエハ３を用い、図６（ｂ）のように、分離層となる多孔質Ｓｉ層２９を陽極化成によって形成する。
【００５４】
つぎに図６（ｃ）のように、多孔質Ｓｉ層２９の上に単結晶のｎ＋Ｓｉ層２４をエピタキシャル成長させて形成する。つぎに図６（ｄ）のように、単結晶のｐ−Ｓｉ層２５を形成する。
【００５５】
そして、図６（ｅ）のように接着剤５０を塗布して、図７（ａ）のようにＡｌシートを貼り付けた下地基板５１をｐ−Ｓｉ層２５と電気的に接続するように貼り付ける。この場合、裏面反射層はＡｌシートとなるので、Ａｌシートは反射率の大きものが望ましい。その後、焼成して、Ａｌシートを貼り付けた下地基板５１とｐ−Ｓｉ層２５の間のオーミックコンタクトをとる。
【００５６】
下地基板５１と非多孔質Ｓｉ基板２８の間に引っ張り力をかけて、多孔質Ｓｉ層で、単結晶Ｓｉ層２４，２５と非多孔質Ｓｉ基板２８を図７（ｂ）のように分離する。そして、凹凸形状のあるｎ＋Ｓｉ層２４の平らな部分にグリッド電極２１を印刷などの方法で貼り付け、表面に反射防止膜２３を塗布することによって、太陽電池のユニットセルの完成となる。
【００５７】
実施形態３によればエピタキシャル成長の層が、ｎ＋Ｓｉ層２４とｐ−Ｓｉ層２５の２層だけなので、製造コストを低下させることができる。
【００５８】
（実施形態４）
実施形態４は、多孔質Ｓｉ層を分離層とし、半導体薄膜を２層成長させ、分離面が裏面となる太陽電池を製造する形態である。図８，９は、実施形態４の太陽電池の製造工程を表す断面図である。
【００５９】
実施形態１で再生した図５（ｂ）に示すＳｉウエハ３を用い、図８（ｂ）のように、分離層となる多孔質Ｓｉ層２９を陽極化成によって形成する。
【００６０】
図８（ｃ）のように、多孔質Ｓｉ層２９の上に単結晶のｐ−Ｓｉ層２５をエピタキシャル成長させて形成する。図８（ｄ）のように、単結晶のｎ＋Ｓｉ層２４を形成する。
【００６１】
図８（ｅ）のように凹凸形状のあるｎ＋Ｓｉ層２４の上にグリッド電極２１を形成する。図９（ａ）のように反射防止膜２３を塗布して、図９（ｂ）のように接着剤５３を通して、テープ５２を貼り付ける。テープ５２と非多孔質Ｓｉ基板２８の間に引っ張り力をきかせたり、テープ５２と非多孔質Ｓｉ基板２８の間にウォータージェットを入れたりして、図９（ｃ）のように多孔質Ｓｉ層２９で、単結晶Ｓｉ層２４，２５と非多孔質Ｓｉ基板２８を分離する。
【００６２】
その後、図９（ｄ）のように接着剤５０を塗布して、Ａｌシートを貼り付けた下地基板５１をｐ−Ｓｉ層２５と電気的に接続するように貼り付ける。そして、焼成して、Ａｌシートを貼り付けた下地基板５１とｐ−Ｓｉ層２５の間のオーミックコンタクトをとり、太陽電池のユニットセルの完成となる。ここで、テープ５２と接着剤５０は取り去ってもいい。また、可能な限り、工程の順番を変えてもいい。
【００６３】
実施形態４によれば、エピタキシャル成長の層が、ｎ＋Ｓｉ層２４とｐ−Ｓｉ層２５の２層だけなので、製造コストを低下させることができる。
【００６４】
（実施形態５）
実施形態５は、多孔質Ｓｉ層を分離層とし、単結晶Ｓｉ層を２層成長させ、単結晶Ｓｉに開けたスルーホールを使って分離し、太陽電池を製造する形態である。図１０，１１，１２は、実施形態５の太陽電池の製造工程を表す断面図である。
【００６５】
実施形態２で再生した図１７（ｂ）に示すＳｉウエハ３を用い、、実施形態１と同様に、Ｓｉウエハ３を陽極化成して、表面に多孔質Ｓｉ層２９を図１０（ｂ）のように形成する。
【００６６】
図１０（ｃ）のように、多孔質Ｓｉ層２９上にｐ−Ｓｉ層２５をエピタキシャル成長させて、図１０（ｄ）のようにｎ＋Ｓｉ層２４を形成する。そして、レーザアブレーションなどの手法を使って、ｎ＋Ｓｉ層２４の表面から多孔質Ｓｉ層２９に達するスルーホール４０を図１０（ｅ）のように開ける。
【００６７】
多孔質Ｓｉ層２９の選択エッチング液であるフッ酸と過酸化水素水の混合液のようなフッ酸系のエッチング液３１を、図１１（ａ）のようにスルーホール４０から多孔質Ｓｉ層２９に到達させて、多孔質Ｓｉ層２９を選択エッチングする。すると、非多孔質Ｓｉ基板２８と単結晶Ｓｉ層２４，２５が分離できる。つぎに、図１１（ｂ）のようにｐ−Ｓｉ層２５の裏面に穴の開いたＡｌ電極４１を位置合わせして貼り合わせ、焼成してｐ−Ｓｉ層２５とＡｌ電極４１のオーミックコンタクトをとる。このとき、穴のないＡｌ電極４１を貼り合わせてから、再びレーザアブレーションなどを使ってＡｌ電極４１の穴を開けてもいい。その後、やはり、穴の開いた絶縁シート４２をスルーホール４０の位置と合わせて貼り合わせる。このときも、このとき、穴のない絶縁シート４２を貼り合わせてから、再びレーザアブレーションなどを使って絶縁シート４２の穴を開けてもいい。そして、図１１（ｄ）のように、スルーホール４０のなかをドッティングなどの方法で、絶縁領域４３を埋める。
【００６８】
つぎに、再びレーザアブレーションなどの方法を使って、絶縁領域４３の中心に表面から裏面に通じる穴を図１２（ａ）のように開ける。そのつぎに、その穴にＣ（カーボン）ぺーストやＡｇ（銀）ぺーストをドッティングすることにより、図１２（ｂ）のようにスルーホール電極４４を形成する。そのつぎに、図１２（ｃ）のように絶縁シート４２の裏面にＳＵＳ基板２７と貼り合わせ、スルーホール電極４４とＳＵＳ基板２７を電気的に接続する。そして、図１２（ｄ）のようにｎ＋Ｓｉ層２４の表面に反射防止膜２３を塗布して、太陽電池のユニットセルの完成となる。
【００６９】
実施形態５の太陽電池によれば、表面に浮かび上がった電子をスルーホールによって集めるので、グリッド電極が要らないので、シャドーロスを大幅に減らすことができる。このため、高効率に太陽電池が製造できる。また、太陽電池の製造時の単結晶Ｓｉ層の分離は、スルーホールを使ったエッチングをおこなうので、製造効率がよく、製造コストも削減できる。
【００７０】
（実施形態６）
実施形態６は、分離層を混晶比の違う化合物半導体で、半導体薄膜として単結晶化合物半導体層を３層成長させ、分離面が光入射面となる太陽電池を製造する形態である。製造工程の図は、実施形態５で使用した図１０，１１，１２で代用する。
【００７１】
実施形態６の場合、２８はＧａＡｓウエハ、２９はＧａＡｌＡｓ層、２４はｎ＋ＧａＡｓ層、２５はｐ−ＧａＡｓ層となる。フッ酸（ＨＦ）などのＧａＡｓＡｌ層２９を選択的にエッチングするエッチング液を使って、ＧａＡｓウェハ２８と単結晶ＧａＡｓ層２４，２５を分離する。その他の工程は、実施形態５と同じである。
【００７２】
実施形態６によれば、材料に変換効率の高いＧａＡｓを使うので、光電変換効率の高い太陽電池を製造できる。また、単結晶ＧａＡｓ層２４，２５を量子井戸構造にするなどして、変換効率を高める工夫をしてもいい。また実施形態５と同様に、基板にＳｉウエハ、分離層に多孔質Ｓｉ層を用いて、多孔質Ｓｉ層上に単結晶ＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させて、多孔質Ｓｉ層を選択エッチングすることによって、ＧａＡｓの半導体薄膜を得ることもできる。
【００７３】
（実施形態７）
実施形態７は、本発明によって光センサを製造する形態である。図１３（ａ）〜（ｄ）と図１４（ａ）はその製造工程を表す断面図であり、図１３（ｂ）は完成した光センサの表面と裏面からの平面図である。
【００７４】
まず、実施形態５の図１０と同じ工程で、ｐ−Ｓｉ層２５とｎ＋Ｓｉ層２４が積層された薄膜単結晶Ｓｉ層を形成する。実施形態７の方法では、実施形態５と同様にスルーホール４０からエッチング液をしみ込ませ、多孔質Ｓｉ層をエッチングすることによって半導体薄膜を得る。スルーホール４０を形成するためには、レーザなどで、ｐ−Ｓｉ層２５とｎ＋Ｓｉ層２４を貫通する穴を複数箇所開ける。それと同一の工程で、エリアセンサの行またはラインを絶縁分離するためのスクライブライン４５を作っておく。そして、実施形態５の図１１（ａ）を使って説明したのと同じ工程で、多孔質Ｓｉ層２９の選択エッチングをおこない、エピタキシャルＳｉ層２４，２５と非多孔質Ｓｉ基板２８を分離する。
【００７５】
その結果、図１３（ａ）のような断面図のエピタキシャルＳｉ層２４，２５が得られる。尚、図１３（ａ）の断面図では、半導体薄膜となるエピタキシャルＳｉ層２４，２５の表面と裏面に凹凸構造を図示していないが、実際には細かい凹凸形状を有している。
【００７６】
そして、図１３（ｂ）のようにｐ−Ｓｉ層２５の裏面に、スクライブライン４５と垂直な方向にストライプ状に走る裏面電極４６を貼り付ける。つぎに、図１３（ｃ）のように支持基板４７に貼り付ける。そして、図１３（ｄ）のように表面にＩＴＯなどの透明導電膜で透明電極４８を形成する。その後、必要に応じてスルーホール４０やスクライブライン４５を絶縁領域４９で埋める。
【００７７】
そして、図１４（ａ）の断面図のように表面に反射防止膜２３を付けてエリアセンサが完成する。図１４（ｂ−１）は、表面から見た平面図であり、図１４（ｂ−２）は裏面から見た平面図である。表面は透明電極４８が縦方向にストライプ状に走り、裏面電極４６は横方向にストライプ状に走る。そして、単純マトリックスをなす透明電極４８と裏面電極４６が、フォトダイオ一ドとなるｐ−Ｓｉ層２５とｎ＋Ｓｉ層２４を挟む形状になっている。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、複数回リソグラフィーをするなどの高コストの工程を省きながら、凹凸形状を設けた光電変換装置を提供できる。このため、高変換効率の光電変換装置の製造コストを低下させることができる。
【００７９】
また、本発明の基板上にその凹凸形状を維持した分離層を設け、分離層上に半導体薄膜を形成し、半導体薄膜を基板から分離層で分離する製造方法は、表面と裏面に凹凸形状を設けた光電変換装置を、一つの基板から多量製造できる。このため、高変換効率の光電変換装置の大幅な製造コストの低下ができる。
【００８０】
また、本発明の半導体基板に凹凸形状を形成するため、分離により残存した分離層を有する基板を異方性エッチングするので、一度、製造工程に回した基板を使って、再使用するための再生をおこなうと同時に凹凸形状を形成することができる。このため、工程の簡略化につながり、光電変換装置の低製造コスト化ができる。
【００８１】
また、本発明の光電変換装置によれば、表面は実質的に平坦形状であるので、グリッドの形成が容易であったり、表面に反射防止膜を形成するのが容易であったりする。また、裏面は凹凸形状を有している。このため、低製造コストで光吸収のよい光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図２】実施形態１の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図３】実施形態１のＳｉウエハのエッチングマスクの斜視図である。
【図４】太陽電池の斜視図（ａ）とＳｉウエハの断面図（ｂ）である。
【図５】実施形態１の陽極化成装置の断面図である。
【図６】実施形態３の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図７】実施形態３の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図８】実施形態４の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図９】実施形態４の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図１０】実施形態５の太陽電池の製造工程を表す断面図である。
【図１１】実施形態５の太陽電池の製造工程を表す断面図である。
【図１２】実施形態５の太陽電池の製造工程を表す断面図である。
【図１３】実施形態７の光センサの製造工程を表す断面図である。
【図１４】実施形態７の光センサの断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図１５】実施形態２の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図１６】実施形態２の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図１７】実施形態２の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図１８】実施形態２の太陽電池の製造工程の断面図である。
【図１９】従来の太陽電池の製造工程を表す断面図である。
【図２０】従来のコルゲート基板の断面図である。
【符号の説明】
３  Ｓｉウエハ
１１  平らな部分
１４  マスク
１２、１３  反射防止層
２３  反射防止層
２４  ｎ＋Ｓｉ層
２５  ｐ−Ｓｉ層
２６  ｐ＋Ｓｉ層
２７  ＳＵＳ基板
２８  非多孔質Ｓｉ基板
２９  多孔質Ｓｉ層
３１  フッ酸系のエッチング液
３２、３３  金属電極
３４  Ｏリング
４０  スルーホール
４１  Ａｌ電極
４２  絶縁シート
４３  絶縁領域
４４  スルーホール電極
４５  スクライブライン
４６  裏面電極
４７  支持基板
４８  透明電極
４９  絶縁領域
５０、５３  接着剤
５１  Ａｌシートを貼った下地基板
５２  テープ
５４  充填材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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