(57)【要約】【課題】基板上に塗布されたシリコン粉末に対して短時間かつ容易に不純物を導入して、ヘテロ接合を有した多結晶シリコン膜を形成する技術を提供すること。【解決手段】基板上にリン又は砒素の不純物を含むシリコン粉末を塗布した後、シリコン粉末の表面に、プラズマ処理を施すことで前記シリコン粉末の表面を溶融させて、再結晶化することでＮ型の多結晶シリコン膜を形成し、ノンドープのアモルファスシリコンとホウ素を含むアモルファスシリコンとを形成する工程を含み、ヘテロ接合を有した多結晶型太陽電池パネルを製造する方法を提供することで解決できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にリン又は砒素の不純物を含むシリコン粉末を塗布した後、
前記シリコン粉末の表面に、プラズマ処理を施すことで前記シリコン粉末の表面を溶融させて、再結晶化することでＮ型の多結晶シリコン膜を形成し、
ノンドープのアモルファスシリコンとホウ素を含むアモルファスシリコンとを形成する工程を含み、
ヘテロ接合を有した多結晶型太陽電池パネルを製造する方法。
【請求項２】
前記基板は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｆｅのいずれかを含む、請求項１記載の多結晶型太陽電池パネルの製造方法。
【請求項３】
前記走査が、１００ｍｍ／秒以上２０００ｍｍ／秒以下である、請求項１又は２に記載の多結晶型太陽電池パネルの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の方法により得られた多結晶型太陽電池パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多結晶型太陽電池パネルならびにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の多結晶型太陽電池用のシリコン基板の製造方法として、支持基板に堆積したシリコン粒子を溶融して多結晶化する方法も知られている（特許文献１を参照）。
【０００３】
図３には、シリコン多結晶膜の製膜装置が示される。
【０００４】
同図において、シリコン陽極４０にアーク放電４１をあてて生成したシリコン粒子４２（２０ｎｍ以下）を、アルゴンガス４３にのせて、輸送管４４を通して支持基板４５に堆積させ、支持基板４５に堆積したシリコン粒子４２に、高温プラズマ４６を照射して溶融し、ハロゲンランプ４７でアニールを行い多結晶シリコン板として、分離室４８で、支持基板４５と多結晶シリコン板４９とを分離する。
【０００５】
また、支持基板に対してプラズマを照射するプラズマ処理装置の一例として、特許文献２に記載のような技術も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２６８２４２号公報
【特許文献２】特開２００８−５３６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の特許文献１に記載のように、シリコン陽極にアークをあてて高純度のシリコン粒子を発生させることは可能かもしれないが、シリコン粉末の大きさをコントロールすることが困難であるため、太陽電池の特性を高めにくく、そのうえ、シリコン粉末を基板表面に均一かつ均質に堆積させるには、製造設備が大掛かりなものとなる。
【０００８】
また、シリコン結晶膜に不純物を導入してＰＮ接合を形成するには、不純物を含む物質（一般的にはガラス）をシリコン結晶膜に堆積させて熱拡散させた後に、前記物質を除去するか、不純物を含むガス雰囲気下にシリコン結晶膜を置き、不純物を導入する必要がある。
【０００９】
これらの手法では、製造工程が増えて長時間が必要であったり、危険性の高いガスの使用が必要であったり、シリコン膜に導入する不純物の濃度や、不純物の導入深さの制御が困難であったりする。
【００１０】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、基板上に塗布されたシリコン粉末に対して短時間かつ容易に不純物を導入して、ヘテロ接合を有した多結晶シリコン膜を形成する技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１発明は、多結晶型太陽電池パネルの製造方法に関する。
［１］基板上にリン又は砒素の不純物を含むシリコン粉末を塗布した後、前記シリコン粉末の表面に、プラズマ処理を施すことで前記シリコン粉末の表面を溶融させて、再結晶化することでＮ型の多結晶シリコン膜を形成し、ノンドープのアモルファスシリコンとホウ素を含むアモルファスシリコンとを形成する工程を含み、ヘテロ接合を有した多結晶型太陽電池パネルを製造する方法を特徴とする。
［２］基板は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｆｅのいずれかを含むものである。
［３］走査が、１００ｍｍ／秒以上２０００ｍｍ／秒以下であるものである。
本発明の第２発明は、多結晶型太陽電池パネルに関する。
［４］上記［１］〜［３］の何れか一項に記載の方法に得られた多結晶型太陽電池パネルであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、塗布技術と溶融・結晶化技術とを組み合わせ、シリコン粉末の表面に、プラズマ処理を施すことでシリコン粉末の表面を溶融させて、再結晶化することでＮ型の多結晶シリコン膜を形成し、ノンドープのアモルファスシリコンとホウ素を含むアモルファスシリコンとを形成することで、上記シリコン粉末の表面を短時間かつ容易に、ヘテロ接合多結晶シリコン膜とすることができる。
【００１３】
その結果、大面積のヘテロ接合型太陽電池パネルを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】シリコン粉末から、太陽電池パネルを製造するフローを示す図
【図２】シリコン粉末の塗布膜をシリコン多結晶膜にするために用いられる大気圧プラズマ装置の概略図
【図３】従来の多結晶シリコン板の製造装置の概略を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜シリコン粉末について＞
本発明のシリコン粉末の粒子径は、粉砕設備の能力、量産における生産時間に加えて、粒子を溶融するための時間などを加味して設定される。シリコン粉末の粒径が１０μｍ以下であると、シリコンの溶融温度を低下させることができる。一般的なシリコンの溶融温度は１４１０℃であるので、シリコンを溶融させるには大規模な炉が必要である。ところが、シリコン粉末の粒径が１０μｍ以下となると、その融点が低下する。例えば、粒径を１０μｍ以下とすると、シリコンの融点は、約８００℃となり得る。一方、シリコン粉末の粒径が１０μｍを超えると、粒子間の接触面積が十分でないため、熱伝達が高まらず、融点が十分に下がらない。
【００１６】
後述する通り、本発明のシリコン粉末は、基板上に塗布されて、大気圧プラズマによって溶融され、更に冷却されて再結晶化される。大気圧プラズマによる溶融時間と、シリコン再結晶時間と、生産に適した時間とを全体で短縮するには、粒子径を１０μｍ以下とすることが好ましいことを実験的に見いだした。
【００１７】
シリコン粉末２の下限は特に限定されないが、粉砕設備の能力、および溶融させるメカニカルな能力を踏まえると、０．０１μｍ以上であればよい。シリコン粉末を作製する際、シリコンインゴットに対して、粉砕機やローラーなどを使用して粉砕しようとすると、粉砕物に不純物が混入するため、シリコンインゴット１の純度を維持したまま、粉末化することはできない。これはシリコンインゴットを粉砕する際、粉砕機やローラーの何れの場合でも、必ず、粉砕機やローラーの部材がシリコンインゴットと接触するため、当該部材の僅かな物質がシリコンインゴットの粉砕物に入り込むことを意味する。
【００１８】
＜太陽電池パネルの製造方法について＞
本発明のシリコン粉末は、太陽電池パネルの製造に用いることができる。図１には、本発明のシリコン粉末を用いて太陽電池パネルを製造するフローが示される。
【００１９】
まず、シリコン粉末２を、太陽電池の電極となる基板３の表面に均等に塗布する（図１Ａ参照）。基板３は、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｆｅなどの太陽電池の裏面電極として用いられる金属基板またはロールであればよく、特に限定されない。また基板３は、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎを含む透明性があり、かつ導電性の高い基板であってもよい。透明性を有する基板を用いれば、複数の太陽電池セルを積層させることができる。
【００２０】
シリコン粉末２の塗布は、乾燥したシリコン粉末をスキージにて塗布してもよく、シリコン粉末を溶媒に分散させて得たインクを、スピンコート、ダイコート、インクジェットまたはディスペンサなどにより塗布してもよい。前記インクは、シリコン粉末をアルコールなどに分散させて得ることができる。シリコン粉末を含むインクは、例えば特開２００４−３１８１６５号を参照して得ることができる。
【００２１】
シリコン粉末２の基板３への塗布量は、正確に調整される必要があり、具体的には約２〜１１２ｇ／ｃｍ2に設定することが好ましい。ただし、基板３に塗布されたシリコン粉末２の塗布膜表面は、多少の凹凸を有していても構わない。後述のように、塗布されたシリコン粉末は溶融されるので、塗布膜は平滑化されるためである。
【００２２】
次に、塗布したシリコン粉末２を大気圧プラズマで溶融させ、さらに冷却して多結晶シリコン膜４とする（図１Ｂ参照）。ここで用いることができる大気圧プラズマ装置の概略が、図２に示される。図２に示されるように、大気圧プラズマ装置は、陰極２０と陽極２１を有する。陽極２１には、プラズマ噴射口２２が設けられている。陰極２０と陽極２１との間にＤＣ電圧を印加するとアーク放電が発生するので、不活性ガス（窒素ガスなど）を流すことによって、プラズマ噴射口２２からプラズマ２３が噴出する。
【００２３】
上記の装置のＸＹＺ軸に移動可能なステージに、シリコン粉末２を塗布した基板３を搭載して、大気圧プラズマ源で基板３の表面を一端から他端まで走査して熱処理を行う。大気圧プラズマの温度は１００００℃以上であるが、プラズマ噴射口２２の先端の温度は約２０００℃となるように調整する。プラズマ噴射口２２は、基板３のシリコン粉末２から約５ｍｍ離間して配置される。投入パワーは２０ｋｗとして、プラズマ２３を窒素ガスで押出して基板表面に噴射する。噴射口２２からのプラズマ２３は、基板面の４０ｍｍ径の領域に照射される。プラズマ２３が照射された領域のシリコン粉末２は溶融する。また同時に大気圧プラズマ源の中にボロン粒子を導入し、ボロン粒子を溶融させシリコン粉末２表面付近にボロン分子を拡散させる。ボロン粒子は１μｍ以下０．０２μｍ以上の粒子径が理想である。
【００２４】
大気圧プラズマ２３の基板表面での温度は、大気圧電源のパワーや、噴射口２２と基板との間隔などによって、任意に制御することができる。大気圧プラズマ２３の基板表面での温度を適切に制御して、シリコン粉末２の溶融条件を調整する。
【００２５】
シリコン粉末２が溶融した後、さらに不活性ガス（窒素ガスなど）をあてて冷却して、多結晶化する。それにより、基板３の表面に多結晶シリコン膜４が形成される。このとき、溶融したシリコン粉末を急冷すると、結晶粒径の小さい多結晶シリコンとなる。そこで、結晶粒径が０．０５μｍ以下となるように、できるだけ急速に冷却することが好ましい。このとき、プラズマを押出す不活性ガスに、微量の水素ガスを混合してもよい。微量の水素を混合することで、シリコン粒子表面の酸化膜を除去することが可能であり、かつ結晶欠陥の少ない多結晶シリコン膜４を得ることができる。
【００２６】
また、走査スピードは、１００ｍｍ／秒〜２０００ｍｍ／秒とすることが好ましく、例えば約１０００ｍｍ／秒とする。走査スピードが１００ｍｍ以下であると、下地となる基板３が溶融して、得られる多結晶シリコン膜４へ悪影響を及ぼすことがある。また、走査スピードが２０００ｍｍ以上であると、シリコン粒子２の上部しか溶融されない。また、２０００ｍｍ／秒以上の速度で走査するには、装置システムが大掛かりになる。
【００２７】
このように、本発明は基板３に配置するシリコンをシリコン粉末２としているため、通常のバルクシリコンを溶融させる手段とは異なり、大気圧プラズマで溶融させることができる。そのため、大面積の基板３に配置されたシリコン粉末２を、溶融・再結晶化させることができる。
【００２８】
［実験例］
基板（サイズ：３７０ｍｍ（Ｘ軸）×４７０ｍｍ（Ｙ軸））に、約１μｍの粒径のシリコン粉末を塗布した。シリコン粉末の塗布はスキージで行い、約３０μｍの厚みの塗布膜とした。  図２に示されるような大気圧プラズマ装置で、Ｘ軸方向に走査しながら、基板の一端から他端までボロン粒子をプラズマ内に導入しながらプラズマを照射し、シリコン粉末を溶融・再結晶化した。プラズマ照射領域は、４０ｍｍ径であった。プラズマを押し出す不活性ガスは、微量の水素ガスを含む窒素ガスとした。
【００２９】
一端から他端までの走査が完了したら、Ｙ軸方向に４０ｍｍずらし、再度、Ｘ軸方向に走査しながらプラズマを照射した。これを繰り返して、基板上に配置されたシリコン粉末の全てを、帯状に再結晶化させ、ほぼ均質な多結晶シリコン膜とした。多結晶シリコン膜の厚みは１５μｍであった。多結晶化したシリコンの表面付近にはボロンが約２ミクロン程度拡散している。
【００３０】
次に、形成した多結晶シリコン膜４の表面を凹凸状に加工（テクスチャー化）する（図１Ｃ参照）。一般的に、太陽電池のシリコン膜の入射面をテクスチャ構造５として、入射面での反射を抑制する。多結晶シリコン膜４の表面の加工手段は特に限定されず、酸またはアルカリ（ＫＯＨなど）で処理したり、三フッ化塩素ガス（ＣｌＦ3）または六フッ化硫黄（ＳＦ6）等によるガスプラズマで加工したりしてもよい。具体的なテクスチャ構造５は、特に限定されず、公知の構造とすればよい。
【００３１】
次に、多結晶シリコン膜４の活性化された表層に、さらに化学的気層成長法を利用したノンドープアモルファスシリコンを施し、続けて、ボロンドープアモルファスシリコン７を形成する（図１Ｄおよび図１Ｅを参照）。さらに、ボロンドープアモルファスシリコン７の表面の一部をライトエッチングして、エッチング部にライン状の電極８を形成する。電極８は銀などであればよい。
【００３２】
このようにして得られる太陽電池は、開放電圧０．６Ｖ（１０ｃｍ2換算）であり、現状市販している結晶型太陽電池と比べて遜色の無いデータを得た。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明により提供されるシリコン粉末は、結晶型太陽電池のシリコン原料として用いることができる。また、本発明によれば、安価で効率よく、大面積の太陽電池パネルを提供することができる。
【符号の説明】
【００３４】
２    シリコン粉末
２ａ  ホウ素を含むシリコン粉末
２ｂ  砒素を含むシリコン粉末
３    基板
４    多結晶シリコン膜
５    テクスチャ構造
６    絶縁膜
８    電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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