(57)【要約】      （修正有）【課題】ヘテロ接合型太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】ヘテロ接合型太陽電池は結晶シリコン基板１１０、本質単結晶シリコン層１２４、アモルファスシリコン層１２２、透明導電層１３０、２個の電極層１４１、１４２を有する。本質単結晶シリコン層１２４はアモルファスシリコン層１２２と結晶シリコン基板１１０に接触し、アモルファスシリコン層１２２と結晶シリコン基板１１０の間に位置する。本質単結晶シリコン層１２４とアモルファスシリコン層１２２の厚さはそれぞれ５０ナノ以下で、しかも本質単結晶シリコン層１２４とアモルファスシリコン層１２２は共に、電子ビーム蒸着により形成される。透明導電層１３０はアモルファスシリコン層１２２上に形成される。２個の電極層１４１、１４２は透明導電層１３０上と結晶シリコン基板１１０上にそれぞれ形成され、結晶シリコン基板１１０はこの２個の電極層１４１、１４２の間に位置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘテロ接合型太陽電池の製造方法であって、少なくとも以下を含み、
結晶シリコン基板を提供し、それは第一平面、前記第一平面に相対する第二平面を有し、
酸液を利用し前記第一平面を洗浄し、
電子ビーム蒸着を行い、前記第一平面上に順番に本質単結晶シリコン層とアモルファスシリコン層を形成し、前記本質単結晶シリコン層は、前記アモルファスシリコン層と前記結晶シリコン基板に接触し、前記アモルファスシリコン層と前記結晶シリコン基板の間に位置し、しかも前記本質単結晶シリコン層の厚さは、５ナノ〜５０ナノの間で、前記アモルファスシリコン層の厚さは、１０ナノ〜１００ナノの間で、
透明導電層を、前記アモルファスシリコン層上に形成し、
前記透明導電層上には、電極層を形成し、前記第一電極層は、前記透明導電層の少なくとも一部分を露出し、
前記第二平面上には、第二電極層を形成し、前記結晶シリコン基板は、前記第一電極層と前記第二電極層の間に位置し、
前記第一電極層と前記第二電極層を形成した後、前記本質単結晶シリコン層、前記アモルファスシリコン層と前記結晶シリコン基板は、環境気体中で、高速熱アニーリングを行い、前記環境気体は水素を含む
ことを特徴とする、
ヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記酸液は、硝酸、酢酸及びフッ化水素酸により構成される
ことを特徴とする、
請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記酸液中の硝酸、酢酸及びフッ化水素酸の重量比は、２３：１４：４．５であることを特徴とする、
請求項２に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記酸液を利用し、前記第一平面を洗浄し、前記結晶シリコン基板を前記酸液に浸漬し、前記結晶シリコン基板を、前記酸液に浸漬する時間は、２分〜５分の間であることを特徴とする、
請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記高速熱アニーリングの温度は、２００℃〜４００℃の間である
ことを特徴とする、
請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記高速熱アニーリングの温度は、４００℃〜６００℃の間である
ことを特徴とする、
請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記透明導電層は、物理気相成長により形成され、
前記物理気相成長は、スパッタリングで、
前記スパッタリングの背景圧力は、１０-５トール〜１０-６トールの間である
ことを特徴とする、
請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記電子ビーム蒸着の背景圧力は、５×１０-６トール以下である
ことを特徴とする、
請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記第一電極層と前記第二電極層は共に、電子ビーム蒸着により形成される
ことを特徴とする、
請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
前記環境気体は窒素をさらに含み、前記環境気体中において、窒素の濃度は、水素の濃度より高い
ことを特徴とする、
請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池（ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）の製造方法に関し、特にヘテロ接合型太陽電池（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ  ｌａｙｅｒ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ，ＨＩＴ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン系太陽電池（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｂａｓｅｄ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）は、現在しばしば見られる太陽電池である。
それは、光起電力効果（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  ｅｆｆｅｃｔ）を利用し、電気エネルギーを生み出すものである。
光線がシリコン系太陽電池に照射すると、シリコン系太陽電池は、光線中の一部の光子（ｐｈｏｔｏｎ）を吸収し、多数の電子とホールを発生する。
ＰＮジャンクション（ＰＮ  ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が産生するビルトイン電場（ｂｕｉｌｔ-ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ）は、これら電子とホールを導引し、それぞれＮ型区とＰ型区へとドリフト（ｄｒｉｆｔ）させ、オープンサーキット電圧（ｏｐｅｎ-ｃｉｒｃｕｉｔ  ｖｏｌｔａｇｅ）、即ち光電圧（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｇｅ）を生じる。
【０００３】
オープンサーキット電圧が高ければ高いほど、シリコン系太陽電池のエネルギー転換効率（ｅｎｅｒｇｙ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）も高くなる。
そのため、いかにしてシリコン系太陽電池の効率を高めるかは、多くの製造会社（ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ）の主要な研究課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記先行技術には、シリコン系太陽電池の効率が低いという欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はヘテロ接合型太陽電池（ＨＩＴ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）の製造方法で、オープンサーキット電圧を高めることができるヘテロ接合型太陽電池の製造方法に関する。
【０００６】
本発明によるヘテロ接合型太陽電池の製造方法は、先ず、結晶シリコン基板を提供し、それは第一平面、該第一平面に相対する第二平面を有する。
続いて、酸液を利用し、第一平面を洗浄する。
その後、電子ビーム蒸着を行い、第一平面上に順番に本質単結晶シリコン層とアモルファスシリコン層を形成する。
本質単結晶シリコン層はアモルファスシリコン層と結晶シリコン基板に接触し、アモルファスシリコン層と結晶シリコン基板の間に位置する。
本質単結晶シリコン層の厚さは、５ナノ〜５０ナノの間で、アモルファスシリコン層の厚さは、１０ナノ〜１００ナノの間である。
その後、透明導電層を、アモルファスシリコン層上に形成する。
続いて、透明導電層上に、第一電極層を形成し、第一電極層は、透明導電層の少なくとも一部分を露出する。
第二平面上には、第二電極層を形成し、結晶シリコン基板は、第一電極層と第二電極層の間に位置する。
第一電極層と第二電極層を形成した後、本質単結晶シリコン層、アモルファスシリコン層と結晶シリコン基板を、環境気体中に置き、高速熱アニーリングを行う。
環境気体は水素を含む。
【０００７】
上述の技術的特徴に基づき、該酸液は、硝酸、酢酸及びフッ化水素酸により構成される。
【０００８】
上述の技術的特徴に基づき、該酸液中の硝酸、酢酸及びフッ化水素酸の重量比は、２３：１４：４．５である。
【０００９】
上述の技術的特徴に基づき、酸液を利用し、該第一平面を洗浄し、該結晶シリコン基板を該酸液に浸漬する。
該結晶シリコン基板を、該酸液に浸漬する時間は、２分〜５分の間である。
【００１０】
上述の技術的特徴に基づき、該高速熱アニーリングの温度は、２００℃〜４００℃の間である。
【００１１】
上述の技術的特徴に基づき、該高速熱アニーリングの温度は、４００℃〜６００℃の間である。
【００１２】
上述の技術的特徴に基づき、該透明導電層は、物理気相成長により形成されており。
【００１３】
上述の技術的特徴に基づき、該物理気相成長は、スパッタリングで、該スパッタリングの背景圧力は、１０-５トール〜１０-６トールの間である。
【００１４】
上述の技術的特徴に基づき、該電子ビーム蒸着の背景圧力は、５×１０-６トール以下である。
【００１５】
上述の技術的特徴に基づき、該第一電極層と該第二電極層は共に、電子ビーム蒸着により形成される。
【００１６】
上述の技術的特徴に基づき、該環境気体は窒素をさらに含み、該環境気体中において、窒素の濃度は、水素の濃度より高い。
【００１７】
上記の通り、本質単結晶シリコン層と結晶シリコン基板の間のインターフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、単結晶とアモルファスの間の異なるエネルギーバンド（ｅｎｅｒｇｙ  ｂａｎｄ）の接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を形成でき、チャージキャリアが捕捉（ｔｒａｐｐｉｎｇ）される確率を減らし、これによりオープンサーキット電圧を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明ヘテロ接合型太陽電池の製造方法中の結晶シリコン基板構造の模式図である。
【図２】本発明ヘテロ接合型太陽電池の製造方法中の三層スタッキング構造の模式図である。
【図３】本発明ヘテロ接合型太陽電池の製造方法中の四層スタッキング構造の模式図である。
【図４】本発明ヘテロ接合型太陽電池の製造方法中の多層スタッキング構造の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（一実施形態）
図１〜図４は、本発明ヘテロ接合型太陽電池の製造方法中の結晶シリコン基板構造の模式図、三層スタッキング構造の模式図、四層スタッキング構造の模式図及び多層スタッキング構造の模式図である。
【００２０】
図１に示す通り、本実施形態のヘテロ接合型太陽電池の製造方法においては、先ず、結晶シリコン基板１１０を提供する。
それは、カッティング後或いは未カッティングのウエハ（ｗａｆｅｒ）である。
このウエハの組成は、単結晶シリコン（ｍｏｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ）である。
よって、結晶シリコン基板１１０は、単結晶シリコン系基板である。
この他、結晶シリコン基板１１０はＮ型ドーピング（Ｎ-ｔｙｐｅ  ｄｏｐｅｄ）のウエハ或いはＰ型ドーピング（Ｐ-ｔｙｐｅ  ｄｏｐｅｄ）のウエハなどのドーピングされたウエハである。
【００２１】
続いて、酸液を利用し、結晶シリコン基板１１０を洗浄する。
結晶シリコン基板１１０は、第一平面１１１と第二平面１１２を有する。
第二平面１１２は、第一平面１１１に相対し、酸液は主に、第一平面１１１を洗浄する。
上述の酸液は、硝酸、酢酸及びフッ化水素酸を含む。
或いは、酸液は、硝酸、酢酸及びフッ化水素酸により構成され、酸液中の硝酸、酢酸及びフッ化水素酸の重量比は順番に２３：１４：４．５である。
酸液を利用して第一平面１１１を洗浄する方法は、結晶シリコン基板１１０を酸液に浸漬する方法を含む。
結晶シリコン基板１１０を酸液に浸漬する時間は、２分〜５分の間で、例えば、約２分或いは５分の間、酸液に浸漬する。
【００２２】
図２に示す通り、第一平面１１１を洗浄した後、電子ビーム蒸着（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｅ-Ｂｅａｍ  Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）を行う。
第一平面１１１上に順番に、本質単結晶シリコン層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉ  ｌａｙｅｒ，ｉ-ａ-Ｓｉ  ｌａｙｅｒ）１２４とアモルファスシリコン層（ｄｏｐｅｄ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉ  ｌａｙｅｒ）１２２を形成する。
よって、本質単結晶シリコン層１２４は、第一平面１１１上に形成され、アモルファスシリコン層１２２は、本質単結晶シリコン層１２４上に形成される。
すなわち、本質単結晶シリコン層１２４は、アモルファスシリコン層１２２と結晶シリコン基板１１０の間に位置し、アモルファスシリコン層１２２と結晶シリコン基板１１０に接触する。
【００２３】
本質単結晶シリコン層１２４とアモルファスシリコン層１２２の厚さはそれぞれ、５０ナノ（ｎｍ）以下である。
本質単結晶シリコン層１２４の厚さは、５ナノ〜５０ナノの間で、例えば１０ナノである。
アモルファスシリコン層１２２の厚さは、１０ナノ〜１００ナノの間で、例えば２０ナノである。
結晶シリコン基板１１０の厚さ（例えば２００ミクロンμｍ）と比べると、本質単結晶シリコン層１２４とアモルファスシリコン層１２２は極めて薄い。
この他、結晶シリコン基板１１０のドーピングタイプは、アモルファスシリコン層１２２のドーピングタイプとは異なる。
つまり、結晶シリコン基板１１０がＮ型ドーピングである時、アモルファスシリコン層１２２はＰ型ドーピングである。
或いは、結晶シリコン基板１１０がＰ型ドーピングである時、アモルファスシリコン層１２２はＮ型ドーピングである。
【００２４】
電子ビーム蒸着の背景圧力（ｂａｓｅ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）は、５×１０-６トール（ｔｏｒｒ）以下で、よってこの背景圧力は、高真空（ｈｉｇｈ  ｖａｃｕｕｍ）或いは超高真空（ｕｌｔｒａ-ｈｉｇｈ  ｖａｃｕｕｍ）である。
この他、アモルファスシリコン層１２２と本質単結晶シリコン層１２４を形成する期間、アモルファスシリコン層１２２、本質単結晶シリコン層１２４及び結晶シリコン基板１１０はすべて、真空環境中に保持され、空気（ａｉｒ）或いは大気（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）に接触することはない。
例えば、アモルファスシリコン層１２２と本質単結晶シリコン層１２４は、同一のチャンバー（ｃｈａｍｂｅｒ）内で形成される。
即ち、本質単結晶シリコン層１２４と結晶シリコン基板１１０両者の形成は、もとの場所（ｉｎ  ｓｉｔｕ）である。
こうして、薄いアモルファスシリコン層１２２と本質単結晶シリコン層１２４は、空気或いは大気に晒され酸化（ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）することはない。
【００２５】
本質単結晶シリコン層１２４とアモルファスシリコン層１２２は共に、電子ビーム蒸着により形成されるため、従来の太陽電池で常用される化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）に比べ、本質単結晶シリコン層１２４及びアモルファスシリコン層１２２の製造コストは低い。
そのため、ヘテロ接合型太陽電池（ＨＩＴ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）の生産コスト低下に有利である。
【００２６】
図３に示す通り、続いて、透明導電層（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）１３０を、アモルファスシリコン層１２２上に形成する。
透明導電層１３０は、酸化インジウムスズ層（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ  ｌａｙｅｒ，ＩＴＯ  ｌａｙｅｒ）或いは酸化インジウム亜鉛層（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ，ＩＺＯ  ｌａｙｅｒ）である。
透明導電層１３０の厚さは、３０ナノ〜２００ナノの間で、例えば８０ナノである。
透明導電層１３０は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）或いは蒸着（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）などの物理気相成長（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＶＤ）により形成するが、電子蒸着とすることもできる。
上述のスパッタリングの背景圧力は、１０-５トール〜１０-６トールの間で、高真空に相当する。
【００２７】
また、アモルファスシリコン層１２２、本質単結晶シリコン層１２４と透明導電層１３０を形成する期間において、アモルファスシリコン層１２２、本質単結晶シリコン層１２４と透明導電層１３０はすべて真空環境中に保持され、空気或いは大気に接触することはない。
さらに、アモルファスシリコン層１２２、本質単結晶シリコン層１２４と透明導電層１３０は、同一のチャンバー内で形成される。
即ち三者の形成は、もとの場所（ｉｎ  ｓｉｔｕ）である。
【００２８】
図４に示す通り、その後、透明導電層１３０上には、電極層１４１を形成し、及び第二平面１１２上には、第二電極層１４２を形成する。
結晶シリコン基板１１０は、第一電極層１４１と第二電極層１４２の間に位置し、第二電極層１４２は、第一電極層１４１完成の後に形成される。
【００２９】
第一電極層１４１は、一部の透明導電層１３０を露出させる。
例えば、第一電極層１４１は、少なくとも１個の開口（ｏｐｅｎｉｎｇ）を有し、透明導電層１３０を露出する。
或いは、第一電極層１４１の形状はメッシュ状（ｍｅｓｈ）で、これにより透明導電層１３０を露出する。
【００３０】
第一電極層１４１と第二電極層１４２を形成した後、ヘテロ接合型太陽電池１００の層状構造（ｌａｙｅｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）はおおかた形成された。
ヘテロ接合型太陽電池１００は、結晶シリコン基板１１０、本質単結晶シリコン層１２４、アモルファスシリコン層１２２、透明導電層１３０、第一電極層１４１及び第二電極層１４２を有する。
【００３１】
第一電極層１４１と第二電極層１４２は共に電子ビーム蒸着により形成される。
ヘテロ接合型太陽電池１００は、本質単結晶シリコン層１２４、アモルファスシリコン層１２２、透明導電層１３０、第一電極層１４１及び第二電極層１４２を有し、完成までは、真空環境中に保持され、空気と大気に接触することはない。
例えば、これら膜層はすべて同一のチャンバー内で形成され、即ちこれら膜層の形成はすべてもとの場所（ｉｎ  ｓｉｔｕ）である。
或いは、これら膜層はそれぞれ２個以上のチャンバー内で形成され、これらチャンバーの間は、フランジ（ｆｌａｎｇｅ）を利用して相互に通じるため、これら膜層が形成されるまでは、空気或いは大気に接触することはない。
【００３２】
第一電極層１４１と第二電極層１４２を形成後、本質単結晶シリコン層１２４、アモルファスシリコン層１２２と結晶シリコン基板１１０を、環境気体（ａｍｂｉｅｎｔ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）中に入れ、高速熱アニーリング（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ，ＲＴＡ）を行う。
高速熱アニーリングの温度は、２００℃〜４００℃の間で、例えば２２０℃である。
或いは、高速熱アニーリングの温度は、４００℃〜６００℃の間で、例えば４５０℃である。
高速熱アニーリング後、ヘテロ接合型太陽電池１００は基本的に完成である。
【００３３】
環境気体は、水素を含み、水素により、本質単結晶シリコン層１２４とアモルファスシリコン層１２２中の欠陥（ｄｅｆｅａｔ）を減らすことができる。
例えば、ダングリングボンド（ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄ）は、チャージキャリア（ｃｈａｒｇｅ  ｃａｒｒｉｅｒ）が捕捉される確率を減らすことができる。
本実施形態中において、環境気体は窒素をさらに含む。
環境気体中において、窒素の濃度は、水素の濃度より高い。
他の実施形態中において、環境気体は、水素だけである。
【００３４】
高速熱アニーリングを行った後、本質単結晶シリコン層１２４とアモルファスシリコン層１２２のグレインサイズ（ｇｒａｉｎ  ｓｉｚｅ）はやはり５ナノ以下であるため、上述の退火後の本質単結晶シリコン層１２４とアモルファスシリコン層１２２は、単結晶シリコンをやはり保持しており、単結晶シリコン或いは多結晶シリコン（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ）に変化することはない。
【００３５】
上記を総合すると、本質単結晶シリコン層と結晶シリコン基板の間のインターフェースは、単結晶とアモルファスの間異なるエネルギーバンドの接合を形成でき、自由なチャージキャリアが捕捉される確率を減らし、これによりオープンサーキット電圧を高めることができる。
この他、本質単結晶シリコン層とアモルファスシリコン層は、電子ビーム蒸着により形成されるため、従来の太陽電池が採用する化学気相蒸着に比べ、電子ビーム蒸着のコストは低い。
これにより、ヘテロ接合型太陽電池の生産コストを引き下げることができる。
【００３６】
前述した本発明の実施形態は本発明を限定するものではなく、よって、本発明により保護される範囲は後述される特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００３７】
１００  ヘテロ接合型太陽電池
１１０  結晶シリコン基板
１１１  第一平面
１１２  第二平面
１２２  アモルファスシリコン層
１２４  本質単結晶シリコン層
１３０  透明導電層
１４１  第一電極層
１４２  第二電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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