(57)【要約】  薄膜太陽電池セルは、少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体（３０）と、セル本体（３０）の第１主面上に形成された第１電極としての表面電極（２０）と、セル本体（３０）の第２主面上に形成された第２電極としての裏面電極（７）とを備える。前記第１電極と前記第２電極とは、セル本体（３０）を平面的に見て互いに重複しない位置に形成されている。
2014002824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体と、
前記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、
前記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極とは、前記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成されている、薄膜太陽電池セル。
【請求項２】
前記セル本体に沿うように配置され、前記セル本体を支持する基材を含む、請求項１に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項３】
前記基材は、ポリイミドを主材料とする、請求項２に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項４】
薄膜化合物太陽電池セルである、請求項１から３のいずれかに記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項５】
請求項１記載の薄膜太陽電池セルの製造方法であって、
単結晶からなる半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の表面にエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層上に、コンタクト層、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層および前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層を有するセル本体を形成する工程と、
前記セル本体上に局所的に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に前記セル本体を支持する基材を形成する工程と、
前記セル本体と前記半導体基板とを分離する工程と、
分離された前記セル本体の露出面に第１電極を形成する工程と含み、
前記第１電極と前記第２電極とが、前記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成される、
薄膜太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
前記基材は、ポリイミドを主材料とする、請求項５に記載の薄膜太陽電池セルの製造方法。
【請求項７】
少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体と、
前記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、
前記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極とは、前記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成され、かつ、前記セル本体を支持する基材が、前記第２主面上で前記第２電極が形成されない部分と前記第２電極上とに形成されている、薄膜太陽電池セル。
【請求項８】
前記基材はポリイミドを主材料とする、請求項７に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項９】
薄膜化合物太陽電池セルである、請求項７または８に記載の薄膜太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜太陽電池セルおよびその製造方法に関するものである。特に、多接合型の薄膜太陽電池セルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系半導体基板と導電性半導体薄膜層とを組み合わせて構成されるヘテロ接合を有する太陽電池セルの研究開発が盛んに行なわれている。特に大規模発電用途として開発された集光用太陽電池セルや、宇宙空間で大きな電力を発生させる目的で開発された人工衛星用太陽電池セルなどに関しては、入射した太陽光を高効率に変換させるため、結晶系半導体基板としてＧａＡｓ基板やＧｅ基板が用いられ、これらの種類の基板上にＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）などを利用して、ＧａＡｓ系やＧａＰ系などの半導体薄膜層を幾重にも堆積して太陽電池を形成したものを、ヘテロ接合を介して直列に堆積して形成することにより、多接合太陽電池セルを形成している。近年、この多接合太陽電池セルから結晶系半導体基板を取り除いて作製する多接合型の薄膜化合物太陽電池の開発も開始されており、特開２００４−３２７８８９号（特許文献１）には化合物太陽電池の製造方法が提案されている。【０００３】
従来の薄膜太陽電池では、複数の化合物半導体層が積層されたセル本体の受光面側に表面電極が設けられ、セル本体の受光面とは反対側の面の全面に裏面電極が設けられた構造とされている。【０００４】
従来の薄膜太陽電池セルは、以下のように製造される。
図２７に示す工程１において、半導体基板である基板１上に組成の異なる複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのＰＮ接合が形成されたセル本体が製造される。すなわち、基板１上に基板１に近い側から順に、エッチング液の染み込みを押さえるエッチングストップ層２、コンタクト層３、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層４、エミッタ層４とＰＮ接合を形成するベース層５、バッファ層６が積層される。【０００５】
以下、ここでは上述の少なくともコンタクト層３、エミッタ層４およびベース層５を合わせたものを「セル本体」と称する。図２７に示した例では、セル本体の構成要素の１つであるベース層５の表面を覆うようにバッファ層６が形成されている。セル本体は、このようにバッファ層６を含んでいる場合がある。【０００６】
続いて図２８に示す工程２において、バッファ層６上の露出している化合物半導体層の裏面全面に電極材料を蒸着することによって裏面電極７が形成され、密着性の向上および接触抵抗の低減を図るために焼成される。【０００７】
次に図２９に示す工程３において、裏面電極７上に基材８が形成される。基材８は、表面電極の焼成温度以上の耐熱性を有する材料とされる。たとえば基材８は、フィルム状のポリイミドとされる。ポリイミドフィルムとして販売されている材料を接着剤などを用いて貼り付けることは、接着剤自体の耐熱性の問題から技術的に不可能である。フィルム状のポリイミドは、樹脂状のポリイミドを塗布、焼成することによって形成される。そして、ポリイミドフィルムの厚みは１５μｍ以下とされる。このような方法で基材８を形成することにより、基材８の形成より後に表面電極２０の焼成を行なうことができる。【０００８】
図３０に示す工程４では基材８上に補強材９が取り付けられる。補強材９としては、たとえば半導体基板やガラス板など、後工程でのエッチングや有機洗浄などの処理に耐えうる材料の板を利用することができる。補強材９と基材８との接続には、たとえば熱発泡シートを利用することができる。なぜなら熱発泡シートなどは後工程でのエッチングや有機洗浄などの処理に耐えうる材料であるからである。【０００９】
こうして、補強材９付きの太陽電池素子が得られる。
図３１に示す工程５において、補強材９付きの太陽電池素子から基板１が分離される。分離する方法の一例としては、補強材９を貼り合わせた太陽電池素子をエッチャントに浸漬する。こうすることにより、エッチングストップ層２にてエッチングが止まるため、セル本体を含む構造物を残し、基板１のみをエッチングにより除去することができる。これにより、基板１と化合物半導体層とが分離され、太陽電池素子のフレキシブル性が発現する。【００１０】
さらに図３２に示す工程６では、エッチングなどによりエッチングストップ層２が除去される。図３３に示す工程７では、コンタクト層３の表面上にフォトレジストなどの第１の保護膜１０が形成される。図３４に示す工程８では、コンタクト層３上の第１の保護膜１０が露光などにより所定の形状に加工される。【００１１】
図３５に示す工程９では、所定の形状に加工された第１の保護膜１０をマスクとして、コンタクト層３がエッチングなどにより除去される。図３６に示す工程１０では、不要となった第１の保護膜１０が有機洗浄などにより除去される。【００１２】
図３７に示す工程１１では、コンタクト層３とエミッタ層４の表面上にフォトレジストなどの第２の保護膜１１が形成される。図３８に示す工程１２では、太陽電池素子の所定形状（チップ形状）に対応したセル形成領域を確定するように、エミッタ層４上の第２の保護膜１１が露光などにより所定の形状に加工される。【００１３】
図３９に示す工程１３では、所定の形状に加工された第２の保護膜１１をマスクとして、エミッタ層４およびベース層５がエッチング除去され、ウエハ上に存在する素子が電気的に分離される。図４０に示す工程１４では不要となった第２の保護膜１１が有機洗浄などにより除去される。【００１４】
図４１に示す工程１５では、コンタクト層３およびエミッタ層４の表面上にフォトレジストなどの第３の保護膜１２が形成される。図４２に示す工程１６では、コンタクト層３上の第３の保護膜１２に露光などを施すことにより所定の開口部が形成される。【００１５】
図４３に示す工程１７では、所定の開口部を介して露出したコンタクト層３上および第３の保護膜１２上に、真空蒸着などで電極材料を蒸着することにより、表面電極２０が形成される。図４４に示す工程１８では不要となった第３の保護膜１２とともに第３の保護膜１２上の表面電極２０が有機洗浄などにより除去される。こうして、第３の保護膜１２の開口部であった領域のみに選択的に表面電極２０が形成される。このような表面電極形成工程によって、前工程により形成したコンタクト層３の平面的領域よりも内側に収まるように、表面電極の平面的領域が設定される。【００１６】
図４５に示す工程１９では、基材８に取り付けられていた補強材９が剥離される。基材８と補強材９との接続に、たとえば熱発泡シートなどが用いられていた場合には、そのシートの発泡温度以上に加熱することにより、容易に補強材９を剥離することができる。【００１７】
その後、図示されていないが、表面側には反射防止膜が形成され、表面電極２０と反射防止膜との間の密着性の向上および接触抵抗の低減を図るために３００℃程度の温度で焼成がなされる。【００１８】
図４６に示す工程２０では、工程１３によって素子分割されていた部分を切断することによって、太陽電池が切り出される。【００１９】
上述の従来の製造方法では、工程７〜工程１０にてコンタクト層３上に形成した第１の保護膜１０を所定の形状に加工してエッチングマスクとして利用し、コンタクト層３を所定の形状に加工するが、コンタクト層３上に表面電極２０を形成した後に、コンタクト層３を所定の形状に加工してもよい。この場合、表面電極がエッチングマスクとして機能する。【００２０】
また、上記の従来の製造方法では、工程１０にてコンタクト層３を所定の形状に加工し、工程１３にて素子分割を実施した後に、工程１８にて表面電極２０を形成するという順序で記載したが、素子分割を実施した後にコンタクト層３を所定の形状に加工し、表面電極２０を形成してもよい。コンタクト層３を所定の形状に加工し、表面電極２０を形成した後で素子分割を実施してもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００４−３２７８８９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
従来の製造方法を利用することにより、薄膜太陽電池は比較的安定して製造できるが、従来の製造方法には以下に示す欠点が存在していた。【００２３】
主にＭＯＣＶＤなどを用いて形成されるエッチングストップ層、コンタクト層、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層、前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層、バッファ層などには、わずかではあるが未成長の部分や、穴状の欠陥（ピンホール）が局所的に存在する場合がある。以下これらを「不都合な箇所」と呼ぶものとする。【００２４】
不都合な箇所が化合物半導体上に存在していた場合、従来の製造方法における様々な工程によってそのサイズが大きくなったり、さらに深い位置まで進行したりする場合もある。これらの不都合な箇所がたとえ１ヶ所でも表面電極の直下に存在していた場合、表面電極を焼成する際や、他の太陽電池と接続するために溶接や半田付けをした際や、実際の使用時に熱的なストレスが加わった際など、主に太陽電池セルに熱的な負荷を加えることによって、これらの不都合な箇所に沿って電極材料が拡散し、エミッタ層とベース層との間のＰＮ接合が短絡してしまったり、最悪の場合は表面電極と裏面電極とが短絡してしまうおそれがある。【００２５】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、半導体層の中に局所的に不都合な箇所が存在していたとしても、安定的に電気エネルギーへの変換が図られる薄膜太陽電池セルを提供することを目的とする。さらに、そのような薄膜太陽電池セルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するため、本発明に基づく薄膜太陽電池セルは、少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体と、上記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、上記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、上記第１電極と上記第２電極とは、上記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成されている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、第１電極と第２電極とが互いに重複しない位置に形成されているので、たとえ第１電極の直下の部分に不都合な箇所が存在したとしても、電気的な短絡を防ぐことが可能となる。したがって、化合物半導体層の中に局所的に不都合な箇所が存在していたとしても、安定的に電気エネルギーへの変換が図られる薄膜太陽電池セルとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における薄膜太陽電池セルの断面図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における薄膜太陽電池セルの上面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１における薄膜太陽電池セルの下面図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１の説明図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２の説明図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程３の説明図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程４の説明図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程５の説明図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程６の説明図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程７の説明図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程８の説明図である。
【図１２】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程９の説明図である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１０の説明図である。
【図１４】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１１の説明図である。
【図１５】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１２の説明図である。
【図１６】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１３の説明図である。
【図１７】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１４の説明図である。
【図１８】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１５の説明図である。
【図１９】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１６の説明図である。
【図２０】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１７の説明図である。
【図２１】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１８の説明図である。
【図２２】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１９の説明図である。
【図２３】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２０の説明図である。
【図２４】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２１の説明図である。
【図２５】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２２の説明図である。
【図２６】本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２３の説明図である。
【図２７】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１の説明図である。
【図２８】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２の説明図である。
【図２９】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程３の説明図である。
【図３０】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程４の説明図である。
【図３１】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程５の説明図である。
【図３２】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程６の説明図である。
【図３３】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程７の説明図である。
【図３４】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程８の説明図である。
【図３５】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程９の説明図である。
【図３６】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１０の説明図である。
【図３７】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１１の説明図である。
【図３８】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１２の説明図である。
【図３９】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１３の説明図である。
【図４０】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１４の説明図である。
【図４１】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１５の説明図である。
【図４２】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１６の説明図である。
【図４３】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１７の説明図である。
【図４４】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１８の説明図である。
【図４５】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程１９の説明図である。
【図４６】従来技術に基づく薄膜太陽電池セルの製造方法の工程２０の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（実施の形態１）
図１を参照して、本発明に基づく実施の形態１における薄膜太陽電池セルについて説明する。図１に示すように、本実施の形態における薄膜太陽電池セル１０１は、少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体３０と、セル本体３０の第１主面上に形成された第１電極としての表面電極２０と、セル本体３０の第２主面上に形成された第２電極としての裏面電極７とを備える。前記第１電極と前記第２電極とは、セル本体３０を平面的に見て互いに重複しない位置に形成されている。
【００３０】
図１において、第１主面はセル本体３０の上側の面、第２主面はセル本体３０の下側の面である。表面電極２０は、第１主面の全面を覆うのではなく局所的に形成されている。裏面電極７も、第２主面の全面を覆うのではなく局所的に形成されている。図１においては、上側の面が受光面である。
【００３１】
薄膜太陽電池セル１０１の上面図を図２に示す。薄膜太陽電池セル１０１の下面図を図３に示す。図２および図３からも、第１電極としての表面電極２０と第２電極としての裏面電極７とは、互いに重複しない位置に形成されていることがわかる。
【００３２】
薄膜太陽電池セル１０１に含まれるセル本体３０は、コンタクト層３と、エミッタ層４と、ベース層５と、バッファ層６とを備える。エミッタ層４とベース層５との間ではＰＮ接合が形成されている。本来、セル本体にとって、最低限含まれるものは、コンタクト層３、エミッタ層４およびベース層５であって、バッファ層６は必須の構成要素ではない。セル本体３０がバッファ層６を含んでいるのはあくまで一例に過ぎない。セル本体３０は、コンタクト層３、エミッタ層４およびベース層５に加えて他の層を含んでいてもよい。
【００３３】
本実施の形態では、第１電極と第２電極とが互いに重複しない位置に形成されているので、たとえ第１電極の直下の部分に不都合な箇所、すなわち、エピタキシャル層の未成長の部分や、穴状の欠陥（ピンホール）が存在したとしても、電気的な短絡を防ぐことが可能となる。したがって、化合物半導体層の中に局所的に不都合な箇所が存在していたとしても、長期信頼性に優れ、安定的に電気エネルギーへの変換が図られる薄膜太陽電池セルとすることができる。
【００３４】
なお、薄膜太陽電池セル１０１は、セル本体３０に沿うように配置され、セル本体３０を支持する基材８を含むことが好ましい。この構成を採用することにより、基材８が支持体となってセル本体の姿勢を安定させることができる。
【００３５】
基材８は、ポリイミドを主材料とすることが好ましい。この構成を採用することにより、ポリイミドを塗布して焼成することによって基材を形成することが可能となるので、容易に作製することができる。
【００３６】
念のために、異なる表現をすると、本発明に基づく薄膜太陽電池セルは、少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、互いに対向する第１主面および第２主面を有するセル本体３０と、セル本体３０の第１主面上に形成された第１電極と、セル本体３０の第２主面上に形成された第２電極とを備え、前記第１電極と前記第２電極とは、セル本体３０を平面的に見て互いに重複しない位置に形成され、かつ、セル本体３０を支持する基材８が、前記第２主面上で前記第２電極が形成されない部分と前記第２電極上とに形成されている。
【００３７】
この構成において、基材８は、ポリイミドを主材料とすることが好ましい。理由は上述したとおりである。
【００３８】
本実施の形態では、薄膜太陽電池セルを対象に説明してきたが、より詳しくは、薄膜化合物太陽電池セルであってもよい。薄膜化合物太陽電池セルにおいては、本発明の効果を特に顕著に得ることができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図４〜図２６を参照して、本発明に基づく実施の形態２における薄膜太陽電池セルの製造方法について説明する。
【００４０】
本実施の形態における薄膜太陽電池セルの製造方法は、実施の形態１で説明した薄膜太陽電池セルを得るためのものである。この薄膜太陽電池セルの製造方法は、単結晶からなる半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板の表面にエッチングストップ層を形成する工程と、前記エッチングストップ層上に、コンタクト層、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層および前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層を有するセル本体を形成する工程と、前記セル本体上に局所的に第２電極を形成する工程と、前記第２電極上に前記セル本体を支持する基材を形成する工程と、前記セル本体と前記半導体基板とを分離する工程と、分離された前記セル本体の露出面に第１電極を形成する工程と含み、前記第１電極と前記第２電極とが、前記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成される。
【００４１】
図４に示す工程１において、基板１の上に、基板１上に基板１に近い側から順に、エッチング液の染み込みを押さえるエッチングストップ層２、コンタクト層３、第１の化合物半導体からなるエミッタ層４、エミッタ層４とＰＮ接合を形成するベース層５、バッファ層６が積層される。こうして、単結晶薄膜からなる化合物半導体層が形成される。基板１は、たとえばウエハ状の形態を有し、エッチングストップ層２、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５、バッファ層６といった化合物半導体層がエピタキシャル成長法により順次積層される。この時点では、エッチングストップ層２、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５およびバッファ層６はセル本体３０をなす。基板１としては、Ｇｅ，ＧａＰ，ＧａＡｓなどのいずれかの種類のウエハを用いることができる。
【００４２】
化合物半導体層としては、以下のようなものを用いることができる。エッチングストップ層２としてはたとえばＩｎＧａＰ層であってよい。コンタクト層３としてはたとえばＡｌＩｎＰ層であってよい。エミッタ層４としてはたとえばＮ型のＩｎＧａＰ層であってよい。ベース層５としてはたとえばＰ型のＩｎＧａＰ層であってよい。バッファ層６としてはたとえばＡｌＩｎＰ層であってよい。
【００４３】
なお、ここではセル本体を、エッチングストップ層２、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５およびバッファ層６の５層構造としたが、これに限るものでない。セル本体は、少なくともコンタクト層３、エミッタ層４およびベース層５を合わせたものであればよく、これら以外の層を含んでいてもよい。セル本体は、たとえば、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５およびバッファ層６の４層構造であってもよい。セル本体は、６層以上の構造であってもよい。セル本体は、エッチングストップ層２、コンタクト層３、エミッタ層４、ベース層５、バッファ層６の他に、ＢＳＦ（Back  Surface  Field：裏面電界層）、窓層、多接合型太陽電池のトンネル接合層、多接合型太陽電池の他のエミッタ層、他のベース層などの化合物半導体層を含むことができる。すなわち、基板１の上に形成されたセル本体は、組成の異なる複数の化合物半導体層からなり、複数の化合物半導体層によって少なくとも１つのＰＮ接合が形成された構成であればよい。また、複数の化合物半導体層は、少なくともコンタクト層エッチング用の第２のエッチング液でエッチングされ易くかつメサエッチング用の第３のエッチング液でされにくい層と、第２のエッチング液でエッチングされにくくかつ第３のエッチング液でエッチングされ易い層とを含むものであればよい。前者の層はコンタクト層３であり、後者の層はエミッタ層４、ベース層５である。
【００４４】
セル本体は、２以上のＰＮ接合を含むものであってもよく、ＰＮ接合は、エミッタ層４とベース層５との間に形成されるので、１つのセル本体の中にエミッタ層４およびベース層５が含まれる数は１組とは限らない。セル本体は、エミッタ層４とベース層５とが接する構造を、厚み方向に２回以上繰り返すように積み重ねられた多層構造であってもよい。そのような多層構造についても、１つのセル本体とみなすことができる。
【００４５】
図５に示す工程２において、バッファ層６上に第１の保護膜１０が塗布されて形成される。第１の保護膜１０はフォトレジストであれば、処理が容易であり、確実である。
【００４６】
図６に示す工程３において、フォトリソグラフィ処理などによりガラスマスクを用いて裏面電極用のパターニングをすることにより、第１の保護膜１０に開口部が形成される。表面電極および裏面電極の形成処理のマージンを考慮して、表面電極の幅よりも若干広めに第１の保護膜１０の開口部を形成する。
【００４７】
図７に示す工程４では、セル本体が電極形成装置に投入され、第１の保護膜１０上および第１の保護膜１０の開口部に露出するバッファ層６上に裏面電極７が形成される。裏面電極７の形成は、主材料がＡｌ、Ａｇなどの電極材料をセル本体の最外表面にスクリーン印刷で塗布することによって行なわれる。あるいはこれらの電極材料を蒸着することによって行なわれる。
【００４８】
図８に示す工程５において、電極材料を積層したセル本体がアセトンなどの有機溶剤に浸漬される。第１の保護膜１０であるフォトレジストが有機溶剤に溶解され、フォトレジスト上に付着した電極材料がフォトレジストとともに除去される。この結果、第１の保護膜１０の開口部であった領域のみに選択的に電極材料が残る。こうして、バッファ層６上の局所的領域に裏面電極７が形成される。
【００４９】
このような方法により裏面電極７が化合物半導体層に局所的に形成されるが、裏面電極７が形成される領域は後に形成する表面電極の直下以外の領域である必要がある。裏面電極７が形成された後、熱処理が施されることによって、裏面電極７が焼成される。この処理により化合物半導体層表面と裏面電極７との間の接触抵抗を低減することができ、化合物半導体層表面と裏面電極７との間の密着力を向上させることができる。
【００５０】
図９に示す工程６において、裏面電極７上に高耐熱性の裏面フィルムによる基材８が形成される。基材８としての裏面フィルムは、３００℃以上の耐熱性を有する材料とされ、たとえばポリイミドが用いられる。基材８は、ポリイミドを主材料とすることが好ましい。ポリイミドによる基材８の形成方法としては、常温においてワニス状の樹脂をスピンコート法などにより、裏面電極７上に塗布した後、焼成する方法が挙げられる。ポリイミドのワニスを塗布および焼成することによって形成する場合、ポリイミドの膜厚を制御する必要がある。なぜならば、ポリイミドの膜厚が２０μｍ以上の場合、ポリイミド膜中に気泡が混入してしまい、平坦な膜が焼成できず、しかもポリイミド膜の反りも激しいため、セル本体にダメージを与えてしまうおそれがあるからである。特に本発明のように裏面電極７が局所的に形成され、凹凸を伴う場合はなおさらである。ポリイミドの膜厚を薄くしていくと、２０μｍ以下の範囲内では、気泡の混入は無くなり、膜の反りも減少していく。ポリイミドの膜厚が７μｍ程度であると、反り量が最も少なくなり、それよりも薄くなると反りの方向が逆転し、再び反り量が大きくなっていく。したがって、ポリイミドの反り量とセル本体に対する基材としての弾性を考慮した結果、ポリイミドの膜厚としては、５〜１５μｍの範囲がセル本体を作製する上で適当であり、特に１０μｍ程度の膜厚が最適である。
【００５１】
なお、ここでは、ワニス状のポリイミドを焼成することにより膜を形成する方法を挙げたが、これ以外にも熱融着型のフィルムを用いて加熱しながら圧着する方法がある。これにより、薄膜太陽電池の基材として裏面フィルムが支持体の役目を果たすように形成される。しかも、裏面フィルムの膜厚を１５μｍ以下とすることにより、反りの少ない基材を形成でき、セル本体の反りをコントロールして、セル本体の反りが低減される。裏面電極の厚みを３μｍとした場合、裏面電極形成後には、電極が存在する部分と存在しない部分とで３μｍの段差が生じるが、裏面フィルムによる基材の形成により段差は少なくなり、工程６が完了した段階では約１μｍの段差となる。
【００５２】
図１０に示す工程７においては、化合物半導体層を補強するための補強材９が裏面フィルムによる基材８の上に貼り付けられる。補強材９としては、ＵＶ光を照射することにより粘着力が低下する粘着材のついたＰＥＴフィルムや、熱を加えることにより粘着力が低下する粘着材のついた熱発泡フィルムなどを用いることが好ましい。これらを用いることにより、補強材９を、基材８としての裏面フィルムに直接取り付けることができる。上述のとおり、基材８上には約１μｍの段差が存在するが、補強材９として粘着材のついたフィルムを用いる場合、その程度の凹凸ならば段差を気にすることなく、全面に対して一様に問題なく接着することができる。
【００５３】
図１１に示す工程８において、第１のエッチング液を用いて、基板１がエッチングされて、除去される。第１のエッチング液は、基板材料によって使い分けられる。基板材料がＧｅである場合、第１のエッチング液としては、フッ酸：過酸化水素水：水＝１：１：４の混合物を用いるとよい。エッチングストップ層２は第１のエッチング液によりエッチングされにくい層であるため、基板１がエッチングされて、エッチングストップ層２が露出すると、エッチングの進行が止まる。これにより、化合物半導体層のみを残して基板１だけを分離することができる。
【００５４】
図１２に示す工程９において、エッチングストップ層２が第２のエッチング液によりエッチングされて除去される。この結果、コンタクト層３が最外表面に露出する。
【００５５】
図１３に示す工程１０において、セル本体の最外表面を化学処理（コンタクト層エッチング）から保護するために、コンタクト層３上に第２の保護膜１１が塗布されて形成される。第２の保護膜１１は後の工程で化合物半導体層をエッチングする第２のエッチング液に対する耐性を有するものとされ、フォトレジストであれば、処理が容易であり、確実である。
【００５６】
図１４に示す工程１１において、ガラスマスクを用いて表面電極用のパターニングをすることにより、第２の保護膜１１に開口部が形成される。第２の保護膜１１は、次工程のコンタクト層エッチング時にエッチングマスクとして作用する。このパターニングをしようとする際には、ガラスマスク越しに第２の保護膜１１が全面に形成されたセル本体を顕微鏡などで見ると、裏面電極７の段差が視認できるので、裏面電極７のパターニング位置を把握することができる。こうして、第２の保護膜１１のパターンの位置を、裏面電極７のパターンの位置と合わせることにより、表面電極の直下の部分に裏面電極が存在しない構造を実現することができる。
【００５７】
図１５に示す工程１２において、コンタクト層のエッチングが行なわれる。化合物半導体層をエッチングできる第２のエッチング液にセル本体が浸漬され、パターニングされた第２の保護膜１１をエッチングマスクとしてコンタクト層３がエッチングされる。第２のエッチング液はアルカリ溶液とされる。このエッチングの結果、エミッタ層４の一部が最外表面に露出する。
【００５８】
図１６に示す工程１３において、コンタクト層３のエッチングの際にエッチングマスクとして用いた第２の保護膜１１が有機洗浄などにより剥離される。
【００５９】
図１７に示す工程１４において、セル本体の最外表面をメサエッチングから保護するために、第３の保護膜１２が塗布されて形成される。第３の保護膜１２の材料は後の工程で化合物半導体層をエッチングするエッチング液に対する耐性を有するものとされる。第３の保護膜１２は、フォトレジストで形成することとすれば、処理が容易であり、確実である。
【００６０】
図１８に示す工程１５において、ガラスマスクを用いて第３の保護膜１２をパターニングすることにより、第３の保護膜１２に太陽電池素子の領域を確定するための開口部が形成される。第３の保護膜１２は、後工程のメサエッチング時にエッチングマスクとして作用する。
【００６１】
図１９に示す工程１６において、化合物半導体層をエッチングできる第３のエッチング液にセル本体が浸漬され、第３の保護膜１２をエッチングマスクとしてセル本体がメサエッチングされる。第３の保護膜１２のパターンに沿ってエミッタ層４およびベース層５がエッチングされる。第３のエッチング液はアルカリ溶液および酸溶液とされる。メサエッチングにより、太陽電池素子領域を確定することができる。
【００６２】
図２０に示す工程１７において、エッチングマスクとして用いた第３の保護膜１２が有機洗浄などにより剥離される。
【００６３】
図２１に示す工程１８において、表面電極のパターニングを行なうために、エッチングされたセル本体の外表面全体に、フォトレジストからなる第４の保護膜１３が塗布されて形成される。
【００６４】
図２２に示す工程１９において、ガラスマスクを用いて第４の保護膜１３をパターニングすることにより、第４の保護膜１３に表面電極のパターニング予定領域に対応するよう開口部が形成される。このとき、前工程でパターニングされたコンタクト層３上に開口部が形成されるように、第４の保護膜１３のパターニングが行なわれる。
【００６５】
図２３に示す工程２０において、補強材９を取り付けられたセル本体が電極形成装置に投入される。第４の保護膜１３上および開口部内に表面電極２０が形成される。表面電極２０の形成は、主材料がＡｌ、Ａｇなどの電極材料をセル本体の最外表面にスクリーン印刷で塗布することによって行なわれる。あるいは、これらの電極材料を蒸着することによって行なわれる。
【００６６】
図２４に示す工程２１において、電極材料を積層したセル本体がアセトンなどの有機溶剤に浸漬される。第４の保護膜１３であるフォトレジストが有機溶剤に溶解され、第４の保護膜１３上に付着していた電極材料が第４の保護膜１３とともに除去される。この結果、第４の保護膜１３の開口部であった領域のみに選択的に電極材料が残る。こうして、コンタクト層３上に表面電極２０が形成される。こうして、セル本体を含む薄膜化合物太陽電池が補強材９の上に載った構造のものが得られる。
【００６７】
図２５に示す工程２２において、薄膜化合物太陽電池から補強材９が剥離される。剥離方法としては、粘着材としてＵＶ剥離型の材料を用いている場合、ＵＶ照射装置によりＵＶ光を照射することによって、補強材９をセル本体から剥離する。また、粘着材として熱発泡型の材料を用いている場合、オーブンやホットプレートなどにより加熱することによって、補強材９をセル本体から剥離する。
【００６８】
表面電極２０側の表面に図示しない反射防止膜を形成する。その後に、表面電極２０と反射防止膜とが焼成される。このように熱処理を施すことにより、コンタクト層３と表面電極２０との間の接触抵抗を低減することができ、さらに、コンタクト層３と表面電極２０および反射防止膜との間の密着性を向上させることができる。次に、図２６に示す工程２３において、それまで１枚のウエハ内で集合して作製されていた薄膜化合物太陽電池が複数の太陽電池素子に分離される。分離の方法としては、薄膜化合物太陽電池がステージに真空吸着などで固定され、メサエッチングにより形成された開口部がスクライバで切断される。このようにして、複数の太陽電池素子、すなわち、実施の形態１で説明したような薄膜太陽電池セルが得られる。
【００６９】
本実施の形態における薄膜太陽電池セルの製造方法によれば、化合物半導体層の中に局所的に不都合な箇所が存在していたとしても、長期信頼性に優れ、安定的に電気エネルギーへの変換が図られる薄膜太陽電池セルを得ることができる。
【００７０】
なお、基材８にポリイミドなどの高耐熱性のフィルムを用いることにより、フィルム自体が支持体の役目を果たす。本実施の形態で得られる薄膜太陽電池セルには、裏面電極７が存在する部分と、存在しない部分とが存在するが、基材８によって支持されているので、外力が加わっても薄膜太陽電池セルは割れにくい。薄膜太陽電池セルの反りは裏面電極の有無よりもフィルムの厚みによって定まるので、基材８としてのフィルムを形成する際に、フィルムの厚みをセル全体に厚みに応じて調節することにより、セルの反りを低減することができる。
【００７１】
本実施の形態では、図１６に示した工程１３にてコンタクト層３を所定の形状に加工し、図２０に示した工程１７にて素子分割を実施した後に、図２４に示した工程２１にて表面電極２０を形成する順序に従って記載したが、順序はこれに限らない。たとえば素子分割を実施した後にコンタクト層３を所定の形状に加工し、その後で表面電極２０を形成してもよい。コンタクト層３を所定の形状に加工し、表面電極２０を形成した後で素子分割を実施してもよい。また、素子分割を実施した後に表面電極２０を形成し、表面電極２０をマスクにしてコンタクト層３を除去してもよい。表面電極２０を形成して、表面電極２０をマスクにしてコンタクト層３を除去した後に素子分割を実施してもよい。
【００７２】
本発明が解決しようとする課題は、化合物材料特有の問題にとどまらず、自立型でない薄膜材料を用いた太陽電池セルで共通する課題であり、この課題の解決のためには本発明が有効である。
【００７３】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、薄膜太陽電池セルおよびその製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  基板、２  エッチングストップ層、３  コンタクト層、４  エミッタ層、５  ベース層、６  バッファ層、７  裏面電極、８  基材、９  補強材、１０  第１の保護膜、１１  第２の保護膜、１２  第３の保護膜、１３  第４の保護膜、２０  表面電極、３０  セル本体、１０１  薄膜太陽電池セル。
【図１】
2014002824.tif 000003
【図２】
2014002824.tif 000004
【図３】
2014002824.tif 000005
【図４】
2014002824.tif 000006
【図５】
2014002824.tif 000007
【図６】
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【図７】
2014002824.tif 000009
【図８】
2014002824.tif 000010
【図９】
2014002824.tif 000011
【図１０】
2014002824.tif 000012
【図１１】
2014002824.tif 000013
【図１２】
2014002824.tif 000014
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
2014002824.tif 000031
【図３０】
2014002824.tif 000032
【図３１】
2014002824.tif 000033
【図３２】
2014002824.tif 000034
【図３３】
2014002824.tif 000035
【図３４】
2014002824.tif 000036
【図３５】
2014002824.tif 000037
【図３６】
2014002824.tif 000038
【図３７】
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【図３８】
2014002824.tif 000040
【図３９】
2014002824.tif 000041
【図４０】
2014002824.tif 000042
【図４１】
2014002824.tif 000043
【図４２】
2014002824.tif 000044
【図４３】
2014002824.tif 000045
【図４４】
2014002824.tif 000046
【図４５】
2014002824.tif 000047
【図４６】
2014002824.tif 000048
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月5日(2014.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、受光面側の第１主面および受光面とは反対側の第２主面を有するセル本体と、
前記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、
前記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極とは、前記セル本体を平面的に見て、前記第１電極と前記第２電極とが交互となり、かつ互いに重複しない位置に形成されている部分を有する、薄膜太陽電池セル。
【請求項２】
前記セル本体に沿うように配置され、前記セル本体を支持する基材を含む、請求項１に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項３】
前記基材は、ポリイミドを主材料とする、請求項２に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項４】
薄膜化合物太陽電池セルである、請求項１から３のいずれかに記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項５】
請求項１記載の薄膜太陽電池セルの製造方法であって、
単結晶からなる半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の表面にエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層上に、コンタクト層、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層および前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層を有するセル本体を形成する工程と、
前記セル本体上に局所的に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に前記セル本体を支持する基材を形成する工程と、
前記セル本体と前記半導体基板とを分離する工程と、
分離された前記セル本体の露出面に第１電極を形成する工程と含み、
前記第１電極と前記第２電極とが、前記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成される、
薄膜太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
前記基材は、ポリイミドを主材料とする、請求項５に記載の薄膜太陽電池セルの製造方法。
【請求項７】
少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、受光面側の第１主面および受光面とは反対側の第２主面を有するセル本体と、
前記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、
前記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極とは、前記セル本体を平面的に見て、前記第１電極と前記第２電極とが交互となり、かつ互いに重複しない位置に形成されている部分を有し、かつ、前記セル本体を支持する基材が、前記第２主面上で前記第２電極が形成されない部分と前記第２電極上とに形成されている、薄膜太陽電池セル。
【請求項８】
前記基材はポリイミドを主材料とする、請求項７に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項９】
薄膜化合物太陽電池セルである、請求項７または８に記載の薄膜太陽電池セル。
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月25日(2015.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、受光面側の第１主面および受光面とは反対側の第２主面を有するセル本体と、
前記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、
前記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極とは、前記セル本体を平面的に見て、互いに重複しない位置に形成され、かつ前記第１電極と前記第２電極とが交互となる部分を有する、薄膜太陽電池セル。
【請求項２】
前記セル本体および前記第２電極に接して沿うように配置され、前記セル本体を支持する基材を含み、前記第２主面の前記第２電極に覆われない部分と前記第２電極との段差よりも前記基材の受光面とは反対側の面における段差が小さい、請求項１に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項３】
前記基材は、ポリイミドを主材料とする、請求項２に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項４】
薄膜化合物太陽電池セルである、請求項１から３のいずれかに記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項５】
請求項１記載の薄膜太陽電池セルの製造方法であって、
単結晶からなる半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の表面にエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層上に、コンタクト層、第１の導電型の化合物半導体からなるエミッタ層および前記エミッタ層とＰＮ接合を形成するベース層を有するセル本体を形成する工程と、
前記セル本体上に局所的に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極に覆われていない前記セル本体上および前記第２電極上に前記セル本体を支持する基材を形成する工程と、
前記セル本体と前記半導体基板とを分離する工程と、
分離された前記セル本体の露出面に第１電極を形成する工程と含み、
前記第１電極と前記第２電極とが、前記セル本体を平面的に見て互いに重複しない位置に形成される、
薄膜太陽電池セルの製造方法。
【請求項６】
前記基材は、ポリイミドを主材料とする、請求項５に記載の薄膜太陽電池セルの製造方法。
【請求項７】
少なくとも１つのＰＮ接合部を有し、受光面側の第１主面および受光面とは反対側の第２主面を有するセル本体と、
前記セル本体の第１主面上に形成された第１電極と、
前記セル本体の第２主面上に形成された第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極とは、前記セル本体を平面的に見て、前記第１電極と前記第２電極とが交互となり、かつ互いに重複しない位置に形成されている部分を有し、かつ、前記セル本体を支持する基材が、前記第２主面上で前記第２電極が形成されない部分と前記第２電極上とに接して形成されている、薄膜太陽電池セル。
【請求項８】
前記基材はポリイミドを主材料とする、請求項７に記載の薄膜太陽電池セル。
【請求項９】
薄膜化合物太陽電池セルである、請求項７または８に記載の薄膜太陽電池セル。
【国際調査報告】
2014002824.tif 000049
2014002824.tif 000050