(57)【要約】【課題】高い変換効率及び高いスループットを有する結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法及びそれを用いて形成した太陽電池を提供するものである。【解決手段】本発明に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に結晶性シリコン層を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造する際に、上記結晶性シリコン層とは異なる材料からなる異種基板１１上に、順に、導電性を有する電極層１２，１３、非晶質シリコンからなる結晶性シリコン前駆体層１４を形成し、その前駆体層１４に固体系のレーザ発振源から発振されたレーザ光２１を照射し、前駆体層１４を溶融・結晶化して上記結晶性シリコン層２４を形成するものである。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に結晶性シリコン層を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造する際に、上記結晶性シリコン層とは異なる材料からなる異種基板上に、順に、導電性を有する電極層、非晶質シリコンからなる結晶性シリコン前駆体層を形成し、その前駆体層に固体系のレーザ発振源から発振されたレーザ光を照射し、前駆体層を溶融・結晶化して上記結晶性シリコン層を形成することを特徴とする結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
基板上に結晶性シリコン層を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造する際に、上記結晶性シリコン層とは異なる材料からなる異種基板上に、順に、導電性を有する電極層、結晶成分を含む非晶質系シリコン又は多結晶シリコンからなる結晶性シリコン前駆体層を形成し、その前駆体層に固体系のレーザ発振源から発振されたレーザ光を照射し、前駆体層を溶融・結晶化して上記結晶性シリコン層を形成することを特徴とする結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
上記前駆体層表面を走査するように上記レーザ光を照射し、溶融・結晶化を行なう請求項１又は２に記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項４】
上記前駆体層に、固体系のレーザ発振源から発振される中心波長が５３２ｎｍのレーザ光を照射する請求項１から３いずれかに記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項５】
上記前駆体層に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はＮｄ：ＹＶＯ４レーザの光第２高調波をレーザ光として照射する請求項１から４いずれかに記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項６】
上記前駆体層の、中心波長が５３２ｎｍのレーザ光に対する吸収係数が、１〜２４μｍ−１である請求項１又は２記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項７】
上記電極層を金属電極膜で形成する請求項１又は２記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項８】
上記電極層を、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、又はＺｎから選択される一種の元素の単体、或いは二種以上の元素を組み合わせた積層体からなる金属電極膜で形成する請求項７記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項９】
上記電極層を透明導電膜で形成する請求項１又は２記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
上記電極層を、酸化亜鉛又は酸化錫の単体、或いは酸化亜鉛又は酸化錫の化合物からなる透明導電膜で形成する請求項９記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１１】
上記電極層を２層以上に形成し、異種基板側の電極層を金属電極膜で、前駆体層側の電極層を透明導電膜で形成する請求項１又は２記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
上記電極層を、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、又はＺｎから選択される一種の元素の単体、或いは二種以上の元素を組み合わせた積層体からなる金属電極膜と、酸化亜鉛又は酸化錫の単体、酸化亜鉛又は酸化錫の化合物、或いはインジウムと錫を含む化合物からなる透明導電膜で形成する請求項１１記載の結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から１２いずれかに記載の製造方法を用いて形成したことを特徴とする結晶シリコン系薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法及びそれを用いて形成した太陽電池に係り、特に、基板上に結晶性シリコン層を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法及びそれを用いて形成した太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、非導電性の異種基板、例えばガラス基板等の上に、シリコン結晶薄膜を形成する研究が盛んに行なわれている。このガラス基板上に形成したシリコン結晶薄膜の用途は広く、液晶デバイス用ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や薄膜光電変換素子などに用いられている。
【０００３】
薄膜太陽光発電素子は、安価な基板上に、低温プロセスによる良好な結晶性をもつ結晶シリコン薄膜を形成し、これを光電変換素子に用いて、低コスト化と高性能化を図ったものである。この結晶シリコン薄膜を光電変換素子に用いた結晶シリコン光電変換素子は、非晶質シリコン光電変換素子の問題点である光劣化が生じることはなく、また、非晶質シリコン光電変換素子では感度のない（変換不能な）長波長光をも、電気的エネルギーに変換することができる。この技術は、光電変換素子だけではなく、光センサ等の光電変換装置への応用も可能であると期待されている。
【０００４】
この結晶シリコン光電変換素子の一般的な製造方法として、基板上に、プラズマＣＶＤ法により結晶シリコン薄膜を直接堆積させる手法が用いられている。これによって、基板上に、結晶シリコン薄膜を比較的低温で形成することができ、低コストで結晶シリコン薄膜を成膜することができる。プラズマＣＶＤ法による成膜条件は、水素でシラン系原料ガスを約１５倍以上に希釈し、プラズマ反応室内圧力を１．３３〜１．３３×１０３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ）、基板温度を１５０〜５５０℃、望ましくは１５０〜４００℃の範囲内に制御するものであり、これによって、基板上に結晶性のシリコン薄膜を形成することができる。
【０００５】
しかし、このプラズマＣＶＤ法による成膜方法では、結晶粒径の大きなポリシリコンを形成することは困難であった。また、発電機能の根幹を担うｉ層（真性半導体の薄膜）は、素子構造最適化のためにドーピングを行なうと品質が急激に低下するという問題があった。これらのことから、低コスト化に有利なシングルセルで、１０％を大きく上回る高い変換効率を達成することは困難であった。
【０００６】
その他の結晶シリコン薄膜の成膜方法として、以下に示す２つの方法がある。
【０００７】
▲１▼　結晶シリコン薄膜の前駆体層（プレカーサー膜）に、レーザ光を照射することで、前駆体層を溶融・結晶化して結晶シリコン層を形成する方法。例えば、絶縁性基板上に、直接、非晶質シリコン層を形成し、この非晶質シリコン層に帯状の連続波光源を走査させながら照射することで、非晶質シリコン層が溶融・結晶化して多結晶シリコン層が得られる（特開平２００１−３５１８６３号公報参照）。
【０００８】
▲２▼　セラミック基板上に、先ずバッファ層を形成し、そのバッファ層上に導電膜を形成することで、裏面側に電極構造を有するシリコン基体を製造する方法（特開平１０−４０６１号公報参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼の方法は、走査方向における結晶粒サイズを大きく成長させることが可能であり、ＴＦＴ等を形成するには適した方法であるものの、基板上に、直接、多結晶シリコン層を形成しており、基板と多結晶シリコン層との間に裏面電極構造を有していないことから、高効率な太陽電池を形成するには適していなかった。
【００１０】
▲２▼の方法は、セラミック基板上に、バッファ層として厚さ１００ｎｍ以上のシリコン窒化物系絶縁層を形成する必要があるため、この方法を用いて結晶シリコン薄膜を成膜すると、低コスト化が実用化に向けての重要課題である太陽電池においてはスループットを低下させる原因となってしまう。また、裏面における光反射を有効に利用できないため、１０％を大きく上回る高い変換効率を得ることが困難であった。
【００１１】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、高い変換効率及び高いスループットを有する結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法及びそれを用いて形成した太陽電池を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に結晶性シリコン層を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造する際に、上記結晶性シリコン層とは異なる材料からなる異種基板上に、順に、導電性を有する電極層、非晶質シリコンからなる結晶性シリコン前駆体層を形成し、その前駆体層に固体系のレーザ発振源から発振されたレーザ光を照射し、前駆体層を溶融・結晶化して上記結晶性シリコン層を形成するものである。また、基板上に結晶性シリコン層を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造する際に、上記結晶性シリコン層とは異なる材料からなる異種基板上に、順に、導電性を有する電極層、結晶成分を含む非晶質系シリコン又は多結晶シリコンからなる結晶性シリコン前駆体層を形成し、その前駆体層に固体系のレーザ発振源から発振されたレーザ光を照射し、前駆体層を溶融・結晶化して上記結晶性シリコン層を形成するものである。
【００１３】
より具体的には、請求項３に示すように、上記前駆体層表面を走査するように上記レーザ光を照射し、溶融・結晶化を行なうことが好ましい。
【００１４】
また、請求項４に示すように、上記前駆体層に、固体系のレーザ発振源から発振される中心波長が５３２ｎｍのレーザ光を照射することが好ましい。
【００１５】
また、請求項５に示すように、上記前駆体層に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はＮｄ：ＹＶＯ４レーザの光第２高調波をレーザ光として照射することが好ましい。
【００１６】
また、請求項６に示すように、上記前駆体層の、中心波長が５３２ｎｍのレーザ光に対する吸収係数が、１〜２４μｍ−１であることが好ましい。
【００１７】
また、請求項７に示すように、上記電極層は金属電極膜で形成される。
【００１８】
また、請求項８に示すように、上記電極層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、又はＺｎから選択される一種の元素の単体、或いは二種以上の元素を組み合わせた積層体からなる金属電極膜で形成される。
【００１９】
また、請求項９に示すように、上記電極層は透明導電膜で形成される。
【００２０】
また、請求項１０に示すように、上記電極層は、酸化亜鉛又は酸化錫の単体、或いは酸化亜鉛又は酸化錫の化合物からなる透明導電膜で形成される。
【００２１】
また、請求項１１に示すように、上記電極層を２層以上に形成し、異種基板側の電極層を金属電極膜で、前駆体層側の電極層を透明導電膜で形成することが好ましい。
【００２２】
また、請求項１２に示すように、上記電極層は、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、又はＺｎから選択される一種の元素の単体、或いは二種以上の元素を組み合わせた積層体からなる金属電極膜と、酸化亜鉛又は酸化錫の単体、酸化亜鉛又は酸化錫の化合物、或いはインジウムと錫を含む化合物からなる透明導電膜で形成される。
【００２３】
これによって、高いスループットで結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造することができ、その結果、非常に低コストで結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造することができる。
【００２４】
一方、本発明に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池は、上述した製造方法を用いて形成したものである。
【００２５】
これによって、高い変換効率を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池を、安価に得ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面模式図を図１〜図４に、図４における結晶シリコン系薄膜太陽電池の第１変形例を図５に示す。
【００２８】
第１の実施の形態に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法は、図１に示すように、先ず、基板、具体的には目的とする結晶性シリコン層とは異なる材料からなる異種基板１１上に、順に、導電性を有する電極層（金属電極１２及び透明導電膜１３）、非晶質シリコンからなる結晶性シリコン前駆体層（プレカーサー膜）１４を形成する。
【００２９】
ここで言うプレカーサー膜とは、レーザ照射を行うことで溶融・結晶化する膜のことである。
【００３０】
次に、図２に示すように、その前駆体層１４の表面に、固体系のレーザ発振源から発振されたレーザ光２１を照射する。この時、レーザ光２１は、前駆体層１４の表面を走査するように（図２中では左から右に向って）照射され、また、レーザ光２１は連続的に発振している。前駆体層１４の表面を走査するようにレーザ光２１を照射することで、前駆体層１４におけるレーザ光照射部分が、局部的に溶融（溶融領域２２）すると共に瞬時に冷却されて結晶化し、結晶性シリコン層（第１半導体層）２４が形成される。
【００３１】
次に、図３に示すように、結晶性シリコン層２４の表面全面又はその一部に、結晶性シリコン層２４とは逆導電型で、ポリシリコンからなる第２半導体層３１を形成する。この第２半導体層３１は、太陽電池素子における窓層として作用する。この第２半導体層３１により、結晶性シリコンが吸収する波長域の光が、より多く第１半導体層２４に導入されるようになり、その結果、発生電流を大きくすることができる。
【００３２】
この第２半導体層３１の表面全面又はその一部に、上部電極層を形成する。この時、第１半導体層２４に対して第２半導体層３１の横方向抵抗が大きい場合、上部電極層として、第２半導体層３１の表面全面に透明導電膜３２を形成すると共に、その透明導電膜３２の表面の一部に取出し用金属電極部３３を形成する。また、第１半導体層２４に対して第２半導体層３１の横方向抵抗が小さい場合、上部電極層として、バスバー、フィンガーと呼ばれる周知の構造の金属電極部を形成してもよい。
【００３３】
このようにして形成した第１半導体層２４、第２半導体層３１、及び透明導電膜３２の一部（図３中の一点鎖線領域Ａ）を、レーザ加工機などを用いて除去することで、図４に示すように、この部分を裏面側取出し用電極部４３に形成し、これによって、結晶シリコン系薄膜太陽電池４０が得られる。
【００３４】
ここで、本実施の形態においては、透明導電膜１３上に形成する結晶性シリコン前駆体層１４として、非晶質シリコン層を用いた場合について説明を行ったが、特にこれに限定するものではなく、他の非単結晶シリコンを用いてもよい。ここで言う非単結晶シリコンとは、非晶質シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、結晶成分を含んだ非晶質系シリコン、非晶質シリコンと結晶シリコンとの混合物質など、単結晶シリコンではないシリコン系物質を示している。非単結晶シリコンは、その組成を制御することにより、レーザ光に対する吸収係数を制御することができる。この場合においても、本実施の形態と同様（又は略同様）の効果が得られる。
【００３５】
また、本実施の形態においては、異種基板１１上に、電極層として金属電極１２及び透明導電膜１３を形成した場合について説明を行ったが、特にこれに限定するものではなく、電極層として金属電極１２のみを形成し、図５に示すように、裏面側取出し用電極部５３を有する薄膜太陽電池５０としてもよい。
【００３６】
異種基板１１としては、薄膜太陽電池４０を保持できるものであれば、既存の基板が全て適用可能であるが、太陽電池のコストを考慮すると、安価なガラス基板を用いることが好ましい。また、石英基板等を用いることで、より高品質な太陽電池を作製することが可能である。また、フレキシブルなフィルム状基板を用いることで、曲面にも取り付け可能なフレキシブル太陽電池を作製することができる。さらに、異種基板１１を導電性を有する材料で形成してもよい。
【００３７】
裏面側取出し用電極部は、図５に示した高融点材料からなる単層構造の電極部５３であってもよいが、図４に示した複層構造、具体的には透明導電膜１３／金属電極膜１２の複層構造の電極部４３の方が、裏面反射を有効に利用できることから、太陽電池としてより好ましい。
【００３８】
透明導電膜１３としては、ドーピングを施して導電性を有した酸化亜鉛、酸化錫、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）、又はこれらの化合物等を用いることができる。
【００３９】
金属電極膜１２としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、又はＺｎから選択される一種の元素の単体、或いは二種以上の元素を組み合わせた積層体で形成されるものであり、裏面反射を大きくする場合はＡｇ、Ａｌが、耐熱性を重視する場合は、Ｗ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等の高融点材料を用いることが好ましい。また、基板１１への接合性（付着性）を重視する場合は、金属電極１２自体を複層構造とし、例えば、Ａｇ／Ｎｉ／Ｔｉの構造とすることも有効である。
【００４０】
結晶性シリコン前駆体層１４であるプレカーサー膜は、レーザ光２１を照射することによって、結晶性シリコン膜となり、太陽電池４０の活性層として作用する。このため、発生電流を多くするには、少なくとも１μｍ以上、好ましくは２μｍ以上の膜厚に形成する。このプレカーサー膜の構成材料としては、非晶質シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、結晶成分を含んだ非晶質系シリコン、非晶質シリコンと結晶シリコンとの混合物質などの非単結晶シリコンが挙げられ、プレカーサー膜の膜厚や、レーザ光２１の強度などの条件に応じて、適宜選択される。例えば、膜厚が３μｍ程度の厚いプレカーサー膜をレーザ光２１によって結晶化する場合は、結晶成分を膜中に構成したりする等により、レーザ光２１に対する吸収係数を小さくすることで、成膜のコントロール性を向上させることができる。具体的には、中心波長が５３２ｎｍのレーザ光２１に対する前駆体層１４の吸収係数は、１〜２４μｍ−１であることが好ましい。
【００４１】
プレカーサー膜の成膜方法としては、スパッタリング法、ｃａｔ−ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法などが望ましいが、特にこれに限定するものではなく、熱ＣＶＤ法やＭＢＥ法など、求める膜質の結晶性シリコン層２４を形成できるものであれば、どの様な方法であってもよい。
【００４２】
また、一般的に、太陽電池は、ｐ＋ｎ、ｎ＋ｐ等のｐｎ接合構造が採用されている。ｐ＋ｎ構造の場合はｎ層を、ｎ＋ｐ構造の場合はｐ層を活性層として用いるが、ｎ型又はｐ型のドーパントを混入させて導電性を持たせたプレカーサー膜に、レーザ光２１の照射を行なうことで、ｎ型又はｐ型の結晶シリコン層２４を溶融・結晶化することができる。また、その他にｐｉｎ接合構造も採用されている。
【００４３】
レーザ光２１として、連続発振する固体系のレーザ発振源のみで構成されたレーザ光源を使って発振したものを用いることで、高いスループットで結晶シリコン層２４を形成することができ、その結果、非常に低コストで太陽電池４０を作製することができる。このレーザ光２１としては、中心波長が５３２ｎｍのレーザ光、具体的には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ又はＮｄ：ＹＶＯ４レーザの光第２高調波を用いることが好ましい。
【００４４】
ここで言う固体系のレーザとは、固体にエネルギーを与えることでレーザ発振するレーザ光源のことを意味するものであり、例えば、通常、固体レーザと呼ばれるＮｄ：ＹＡＧレーザ又はＮｄ：ＹＶＯ４レーザなど、又は半導体レーザなどが挙げられる。
【００４５】
現在、ＴＦＴ用の多結晶シリコン基板形成に用いられているエキシマレーザ等のパルスレーザや、Ａｒ＋レーザ又はＫｒ＋レーザ等の連続波レーザは、十分に非晶質シリコンを融解させる波長域のレーザを出力させることが知られている。しかし、エキシマレーザ、Ａｒ＋レーザ、Ｋｒ＋レーザは気体レーザであり、メンテナンス性やレーザの安定性において、固体系レーザに劣っている。具体的には、気体レーザは、気体の入れ替えや動作中の水冷が不可欠であるのに対して、固体系レーザは、８０００時間以上もの間メンテナンスフリーである。Ｎｄ：ＹＡＧやＮｄ：ＹＶＯ４等は、励起用レーザに固体系レーザを用いることで安定性の高いレーザ光を発振する。
【００４６】
このように、レーザ光源を固体系のレーザ発振源のみで構成することで、ランニングコストを大幅に低減することができると共に、安定性を大幅に向上させることができ、プレカーサー膜の結晶化に非常に有利となる。また、連続波レーザの照射による結晶化では、レーザ光２１を照射する際の走査速度を、３０〜５０（ｃｍ／ｓｅｃ）で行なうことができ、スループットの向上に大きく寄与する。このように、プレカーサー膜の結晶化を、連続発振する固体系のレーザ発振源のみで構成されたレーザ光源を使って発振したレーザ光を用いて行うことで、これまで太陽電池を普及させる上で大きな障害となっていた低コスト化及び高効率化の両者を満足することができる。
【００４７】
太陽電池４０の特性を向上させるためには、ｐ＋ｎ型ではｐ＋ｎｎ＋、ｎ＋ｐ型ではｎ＋ｐｐ＋のＢＳＦ構造とすることが効果的である。具体的には、図４に示した太陽電池４０の透明導電膜１３（又は図５に示した太陽電池５０の金属電極１２）の全体又はその一部に、第１半導体層２４がｎ型の場合はＶ族の元素（例えば、Ｐ（燐））を、第１半導体層２４がｐ型の場合はＩＩＩ族の元素（例えば、Ｂ（ボロン））を、イオン注入法により混入（注入）させる。また、透明導電膜１３（又は金属電極１２）の表面全面（又は表面の一部）に、第１半導体層２４がｎ型の場合は燐ガラス層などを、第１半導体層２４がｐ型の場合はボロンガラス層などを極薄く形成する。この構造を用いることによって、第１半導体層２４の裏面側の再結合速度を大きく低減させることができる。
【００４８】
ポリシリコンからなる第２半導体層３１の形成方法は、プラズマＣＶＤ法、ｃａｔ−ＣＶＤ法などが挙げられる。また、熱ＣＶＤ法、ＭＢＥ法などを用いて、第１半導体層２４上に、第２半導体層３１をエピタキシャル成長させてもよい。さらに、プラズマＣＶＤ法やｃａｔ−ＣＶＤ法を用いて形成した非晶質シリコンを用いてもよい。また、この第２半導体層３１中にＣ（炭素）を導入することも有効である。第２半導体層３１中にＣを導入することによって、第２半導体層３１の吸収係数を低下させることができる。
【００４９】
透明導電膜３２の構成材は、第１半導体層２４が吸収する波長域の光に対して透明性を有し、かつ、導電性を有するものであれば特に限定するものではなく、透明導電膜１３と同じものを用いてもよい。
【００５０】
取出し用金属電極部３３の構成材は、特に限定するものではなく、金属電極１２と同じものを用いてもよい。
【００５１】
以上、本実施の形態に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法によれば、異種基板１１上に、非晶質シリコン、結晶成分を含む非晶質系シリコン、又は多結晶シリコンからなる結晶性シリコン前駆体層１４を形成し、その前駆体層１４の表面に、固体系のレーザ発振源から発振されたレーザ光２１を走査するように照射することで、前駆体層を溶融・結晶化して結晶性シリコン層２４を形成することができ、その結果、高品質な結晶シリコン系薄膜を有する太陽電池（縦方向デバイス）を、安価に得ることができる。
【００５２】
また、異種基板１１と結晶性シリコン層２４との間に裏面電極構造を形成すると共に、その裏面電極構造の構成材を適宜選択することで、光反射を有効に利用することができ、高い変換効率を有する太陽電池を得ることができる。さらに、裏面電極構造を複層構造に形成することで、裏面反射をより有効に利用することができるため、１０％を大きく上回る高い変換効率を有する太陽電池を得ることができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００５４】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
先ず、石英基板上に、金属電極として膜厚が２００ｎｍのＡｇ電極を形成し、そのＡｇ電極上に、ＭｇをドーピングしたＺｎＯ透明導電膜を形成した。
【００５６】
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、これらの裏面電極（Ａｇ電極及びＺｎＯ透明導電膜）上に、膜厚が１μｍで、ｎ型のドーパントを含んだ非晶質シリコン膜を形成した。このプラズマＣＶＤ法による形成条件は、原料ガスとして１０ｃｃｍのＳｉＨ４と０．０１ｃｃｍのＰＨ４との混合ガスを用い、基板温度は５００℃とした。また、プラズマ電源としてＲＦ周波数を用いた。
【００５７】
次に、非晶質シリコン膜（プレカーサー膜）に連続的に発振するレーザ光を照射して、非晶質シリコンを溶融・結晶化させ、結晶シリコン膜を形成する。レーザ光としては、ＹＡＧレーザ（Ｎｄ：ＹＡＧ）の光第２高調波（５３２ｎｍ）を用いた。
【００５８】
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、この結晶シリコン膜上に、ｐ型の導電型を有したポリシリコン膜（ｐ型微結晶シリコン膜（第２半導体層））を形成した。つまり、結晶シリコン膜とポリシリコン膜とはＰＮ接合となる。このプラズマＣＶＤ法による形成条件は、原料ガスとして１ｃｃｍのＳｉＨ４、５０ｃｃｍのＨ２、及び１ｃｃｍのＢ２Ｈ６との混合ガスを用いた。
【００５９】
次に、このポリシリコン膜上に、透明導電膜としてＩＴＯ透明導電膜を形成し、そのＩＴＯ透明導電膜の表面の一部に、エミッタ側取出し用電極としてＡｌ電極を形成した。
【００６０】
最後に、ＩＴＯ透明導電膜、ポリシリコン膜、及び結晶シリコン膜の一部を、レーザ加工機を用いて除去することでＺｎＯ透明導電膜を露出させ、裏面側の取り出し用電極部を形成し、薄膜太陽電池を作製した。
【００６１】
この太陽電池を、２５℃、１ｓｕｎの模擬太陽光下においてＩ−Ｖ測定を行った結果、単結晶シリコン基板太陽電池に匹敵する０．６０Ｖの開放電圧を示した。
【００６２】
一方、異種基板を安価なガラス基板で形成した太陽電池においても、同様の結果が得られた。
【００６３】
（実施例２）
本実施例は、構造は実施例１と同じであるが、実施例１とは異なる方法でプレカーサー膜及び／又は第２半導体層を形成した。
【００６４】
スパッタリング法を用いて、膜厚が１μｍで、ｎ型のドーパントを含んだ非晶質シリコン膜（プレカーサー膜）を形成する以外は、実施例１と同様にして薄膜太陽電池を作製した。
【００６５】
この太陽電池を、２５℃、１ｓｕｎの模擬太陽光下においてＩ−Ｖ測定を行った結果、開放電圧が０．６１Ｖを示した。
【００６６】
一方、非晶質シリコン膜をｃａｔ−ＣＶＤ法、ＭＢＥ法などを用いて形成した太陽電池においても、同様の結果が得られた。
【００６７】
また、熱ＣＶＤ法を用いて、結晶シリコン膜（第１半導体層）上に、結晶シリコン膜とは逆導電型のポリシリコン膜（第２半導体層）をエピタキシャル成長させてなる太陽電池を作製した。この太陽電池についても、２５℃、１ｓｕｎの模擬太陽光下においてＩ−Ｖ測定を行った結果、開放電圧が０．６０１Ｖを示し、高品質な太陽電池が得られることが確認できた。
【００６８】
また、プラズマＣＶＤ法を用いて、結晶シリコン膜（第１半導体層）上に、非晶質ｐ型のＳｉＣ膜を形成し、太陽電池を作製した。この太陽電池においても、良好な特性が得られ、第２半導体層をポリシリコン膜で形成した太陽電池に比べて、短絡電流密度が１．１〜１．５倍となった。
【００６９】
（実施例３）
本実施例は、構造は実施例１と同じであるが、プレカーサー膜の膜厚を厚く形成した。
【００７０】
プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚が１．５μｍで、ｎ型のドーパントを含んだ非晶質系シリコン膜（プレカーサー膜）を形成する以外は、実施例１と同様にして薄膜太陽電池を作製した。この非晶質系シリコン膜には、プラズマＣＶＤ法による成膜中、水素希釈によって微細な結晶成分を混入させている。これによって、非晶質系シリコン膜の吸収係数が減少し、透過率測定の結果、波長５３２ｎｍのレーザ光に対する吸収係数は５．２μｍ−１であった。なお、この吸収係数は、微細な結晶成分の混入割合の制御により、１〜２４μｍ−１の間で制御可能であった。
【００７１】
この太陽電池を、２５℃、１ｓｕｎの模擬太陽光下においてＩ−Ｖ測定を行った結果、開放電圧が０．６１Ｖを示し、高品質な太陽電池が得られることが確認できた。
【００７２】
（実施例４）
本実施例は、実施例３よりも更にプレカーサー膜の膜厚を厚く形成した。
【００７３】
プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚が４μｍで、ｎ型のドーパントを含んだポリシリコン膜（プレカーサー膜）を形成する以外は、実施例１と同様にして薄膜太陽電池を作製した。このポリシリコンは、プラズマＣＶＤ法による結晶条件にて形成した。これによって、ポリシリコン膜の吸収係数が減少し、透過率測定の結果、波長５３２ｎｍのレーザ光に対する吸収係数は１．４μｍ−１となり、光学的には結晶シリコンと考えられる薄膜であった。
【００７４】
この太陽電池を、２５℃、１ｓｕｎの模擬太陽光下においてＩ−Ｖ測定を行った結果、開放電圧が０．６１Ｖを示し、高品質な太陽電池が得られることが確認できた。
【００７５】
一方、プレカーサー膜をｐ型、微結晶シリコン膜（第２半導体層）をｎ型として形成した太陽電池においても、同様の結果が得られた。
【００７６】
（実施例５）
本実施例は、図５に示したように、裏面の電極を金属電極だけで形成した。
【００７７】
先ず、石英基板上に、金属電極として膜厚が３００ｎｍのＷ電極を形成した。
【００７８】
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、Ｗ電極上に、膜厚が１μｍで、ｎ型のドーパントを含んだポリシリコン膜を形成する以外は、実施例１と同様にして薄膜太陽電池を作製した。このポリシリコンは、プラズマＣＶＤ法による結晶条件にて形成した。
【００７９】
この太陽電池を、２５℃、１ｓｕｎの模擬太陽光下においてＩ−Ｖ測定を行った結果、開放電圧が０．５９Ｖを示し、高品質な太陽電池が得られることが確認できた。
【００８０】
一方、この太陽電池における裏面側のＷ電極の表面に、膜厚が１ｎｍ以下の燐ガラス薄膜を形成した場合、開放電圧は０．６１Ｖに増大し、また、曲線因子は１．２倍となり、更なる高品質化が図れた。また、裏面側のＷ電極の表面近傍に、イオン注入法を用いて燐を注入した場合においても、同様の結果が得られた。
【００８１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００８２】
（１）　基板上に結晶性シリコン層を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造する際に、結晶性シリコン層とは異なる材料からなる異種基板上に、非晶質シリコンからなる結晶性シリコン前駆体層を形成し、その前駆体層に固体系のレーザ発振源から発振されたレーザ光を照射することで、前駆体層を溶融・結晶化して結晶性シリコン層を形成することができ、その結果、高いスループットで結晶シリコン系薄膜太陽電池を製造することができる。
【００８３】
（２）　（１）の製造方法を用いることで、高い変換効率を有する結晶シリコン系薄膜太陽電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図２】第１の実施の形態に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図３】第１の実施の形態に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図４】第１の実施の形態に係る結晶シリコン系薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図５】図４における結晶シリコン系薄膜太陽電池の第１変形例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１１　異種基板
１２　金属電極膜（電極層）
１３　透明導電膜（電極層）
１４　結晶性シリコン前駆体層（プレカーサー膜）
２１　レーザ光
２４　結晶性シリコン層（第１半導体層）
３１　第２半導体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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