(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池セルを製造するための方法であって、
ガラス基板（１）上にＴＣＯ層（３）を設け、
ＴＣＯ層（３）上に少なくとも１つのシリコン層（４，５）を設ける、太陽電池セルを製造するための方法において、
ＴＣＯ層（３）を設ける前に、ガラス基板（１）に電子ビームが照射され、よって、ガラス基板（１）の光散乱層（２）を生じさせ、該散乱層（２）上にＴＣＯ膜（３）が設けられ、
ガラス基板（１）は、電子ビームが照射される前に、および／または照射されている時に、加熱されることを特徴とする太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項２】
ガラス基板（１）は、電子ビームが照射される前に、および／または照射されている時に、２００℃〜７００℃の温度まで加熱されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項３】
ガラス基板（１）は、３００℃〜５００℃の温度まで加熱されることを特徴とする、請求項２に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項４】
ガラス基板（１）は、４００℃の温度まで加熱されることを特徴とする、請求項２に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項５】
電子ビームは、線形断面を有し、ガラス基板（１）の表面に亘り、線の延びる方向に対して垂直に移動されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項６】
ＴＣＯ層（３）にレーザビームが照射されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項７】
ＴＣＯ層（３）上に第１シリコン層（４）が設けられ、該第１シリコン層（４）はレーザビームまたは電子ビームが照射され、そして第２シリコン層（５）が、照射された該第１シリコン層（４）上に設けられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項８】
第２シリコン層（５）は、第１シリコン層（４）よりも厚いことを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項９】
第１シリコン層（４）は、３．０μｍ未満の層厚を有することを特徴とする、請求項７または８に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１０】
第１シリコン層（４）は、２．０μｍ未満の層厚を有することを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１１】
第１シリコン層（４）は、１．０μｍ未満の層厚を有することを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１２】
第１シリコン層（４）は、０．５μｍ〜１．０μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１３】
第２シリコン層（５）は、２．０μｍ〜２０μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項７〜１２のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１４】
第２シリコン層（５）は、３．５μｍ〜１５μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項１３に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１５】
第２シリコン層（５）は、５〜１０μｍの層厚を有することを特徴とする、請求項１３に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１６】
第２シリコン層（５）には、レーザビームまたは電子ビームが照射されることを特徴とする、請求項７〜１５のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１７】
第２シリコン層（５）に照射されるレーザビームまたは電子ビームは、線形断面を有し、ガラス基板（１）の表面に亘り、線の延びる方向に対して垂直に移動されることを特徴とする、請求項１６に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１８】
ＴＣＯ層（３）の形成では、電子ビームによってＴＣＯ材料を蒸発させることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項１９】
少なくとも１つのシリコン層（４，５）の形成では、電子ビームによってシリコンを気化させることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項２０】
ＴＣＯ層（３）および／または少なくとも１つのシリコン層（４，５）の形成は、３００℃未満の温度で行うことを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項２１】
ＴＣＯ層（３）および／または少なくとも１つのシリコン層（４，５）の形成は、２００℃未満の温度で行うことを特徴とする、請求項２０に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項２２】
ＴＣＯ層（３）および／または少なくとも１つのシリコン層（４，５）の形成は、１００℃未満の温度で行うことを特徴とする、請求項２０に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項２３】
ＴＣＯ層（３）および／または少なくとも１つのシリコン層（４，５）の形成は、室温で行うことを特徴とする、請求項２０に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【請求項２４】
少なくとも１つのシリコン層（４，５）、または第２シリコン層（５）上には、導電性材料からなる電極（６）が設けられることを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか１項に記載の太陽電池セルを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルを製造するための方法、特に、請求項１の上位概念に従ったシリコン薄膜太陽電池セルの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン薄膜太陽電池セルは、多様な用途がある。この太陽電池セルは、少なくとも１つのシリコン層において、非常にわずかの部分に対してしか光が吸収されないので、非常に低い効率しか有さないことが多い。このことの原因の一部としては、技術の水準から知られる太陽電池セルの多くの場合、厚いシリコン層が使用されていない、または使用することができないということがある。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の基礎となる問題は、より高い効率の太陽電池セルの製造を可能にする、冒頭で述べたタイプの方法を提供することである。
【０００４】
これは、本発明に従えば、請求項１および／または請求項５の特徴を有する、冒頭で述べたタイプの方法によって達成される。従属請求項は、本発明の好ましい実施形態に関連している。
【０００５】
請求項１に従えば、ＴＣＯ層（透明導電酸化膜）を設ける前に、ガラス基板に電子ビームが照射され、それによってガラス基板の光散乱層を生じさせ、該散乱層上にＴＣＯ膜が設けられる。このような光散乱層によって、この光の一部が側方に偏向する、または法線に対して０°より大きい角度をなして進行するように、太陽電池セルによって吸収されるべき光を散乱させることが可能である。それによって、これらの光の一部は、少なくとも１つのシリコン層を通過するまでに、より長い行程を進み、それらの吸収が増大することになる。
【０００６】
ガラス基板は、電子ビームが照射される前に、および／または照射されている時に、加熱される、特に、２００℃〜７００℃の温度まで、好ましくは、３００℃〜５００℃の温度まで、たとえば４００℃の温度まで加熱される、構成とすることが可能である。加熱が同時にされて電子ビームが照射されると、ガラスのより軽い成分は、少なくとも部分的に、表面から拡散することが可能となる。ガラスの構成成分のこの外方拡散によって、層内に光散乱構造が生じる。
【０００７】
電子ビームは、線形断面を有し、ガラス基板の表面に亘って、線の延びる方向に対して垂直に移動されるようにしてもよい。このように、ガラス基板の表面は、比較的迅速に、電子ビームが照射されてもよい。しかし、局所的出力密度は、ガラス基板の表面に亘る点状の強度分布の変動ほどには高くない。
【０００８】
請求項５に従えば、ＴＣＯ層上に第１シリコン層が設けられ、該第１シリコン層はレーザビームまたは電子ビームが照射され、そして第２シリコン層が、照射された前記第１シリコン層上に設けられる。シリコン層はモジュール構造であり、よってこれは比較的安定している。これによって、少なくとも第２シリコン層は、より大きな層厚のものとすることが可能であり、よって光の吸収も大きくすることが可能である。
【０００９】
この場合、第２シリコン層は、第１シリコン層よりも厚くすることも可能である。第１シリコン層は、３．０μｍ未満、特に、２．０μｍ未満、好ましくは、１．０μｍ未満の層厚、たとえば０．５μｍ〜１．０μｍの層厚を有することが可能である。さらにまた、第２シリコン層は、２．０μｍ〜２０μｍの層厚、特に、３．５μｍ〜１５μｍの層厚、好ましくは、５〜１０μｍの層厚を有することが可能である。このような構成によって、シリコン層を、ＴＣＯ層上にしっかりと保持させること、そして、それにもかかわらず、第２シリコン層の大きな層厚によって高い吸収と、それに伴った、高い太陽電池セルの効率とを達成すること、が可能となる。
【００１０】
特に、ＴＣＯ層および／または少なくとも１つのシリコン層の形成は、３００℃未満の温度で、好ましくは、２００℃未満の温度で、特に、１００℃未満の温度で、たとえば室温で行うことが可能である。このようにすることによって、発明に従った方法は単純化される。ＴＣＯ層および／または少なくとも１つのシリコン層の形成中に加熱を行う必要がないからである。さらに、上述のような低い温度、特に室温における層形成によって、作製される太陽電池セルに対して温度によって誘発される障害または損傷が防止される。
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図を参照して、以下の、好ましい実施形態についての説明によって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】発明に従った方法によって作製された第１太陽電池セルの概略断面図を示す。
【図２】発明に従った方法によって作製された第２太陽電池セルの概略断面図を示す。
【図３】発明に従った方法によって作製された第３太陽電池セルの概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面において、同一または機能的に同一の部分または層は、同一の参照符号を付す。
【００１３】
発明に従った方法の第１実施形態において、ガラス基板１は、２００℃〜７００℃の温度まで、３００℃〜５００℃の温度まで、たとえば、４００℃の温度まで加熱され、図１において上部に位置する表面に電子ビームが照射される。特に、線形断面を有する電子ビームは、ガラス基板１の表面に亘って、線方向に垂直に移動する。
【００１４】
同時に加熱しながら電子ビームを照射することによって、ガラス基板１の層２においては、ガラスのより軽い成分は、部分的に、表面から拡散する。このような成分とは、たとえば、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯまたはＣａＯである。ガラスの構成成分のこのような外方拡散によって、層２においては光を散乱させる構成が生じる。
【００１５】
この層２上には、さらなる工程において、太陽電池セルの第１電極として機能し得るＴＣＯ層３が形成される。これは、たとえば、スパッタリングなどの従来の成膜方法で行うことが可能である。特に、この場合、蒸発させるべき材料は電子ビームで蒸発させることが可能である。ＴＣＯ層３を形成する場合、ガラス基板１は、室温で配置することができる。
【００１６】
ＴＣＯ材料としては、例えば、ＺｎＯを使用することができる。しかし、他のＴＣＯ材料、特に、他の錫系酸化物、または亜鉛系酸化物、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化錫）、ＡＺＯ（アゾ化合物）、およびＡＴＯ（三酸化アンチモン）も可能である。
【００１７】
ＴＣＯ層３には、ＴＣＯ層３の抵抗を低減するために、さらなる工程において、レーザビームが照射される。この場合、レーザビームは、線形断面を有するレーザビームが用いられ、該レーザビームは、ＴＣＯ層３の表面に亘って、線方向に垂直に移動される。また、レーザビームを照射する場合にも、ガラス基板１は室温で配置することができる。
【００１８】
このようにして処理されたＴＣＯ層上に、その次の工程において、比較的薄い第１シリコン層４が成膜される。この第１シリコン層４は、３．０μｍ未満の層厚、特に、２．０μｍ未満の層厚、好ましくは、１．０μｍ未満の層厚、たとえば０．５μｍ〜１．０μｍの層厚を有する。
【００１９】
第１シリコン層４は、従来の方法によって、たとえばスパッタリング法で成膜することが可能である。特に、気化されるべきシリコンは電子ビームで気化させることが可能である。第１シリコン層４を形成する場合、ガラス基板１は室温で配置することができる。
【００２０】
第１シリコン層４には、さらなる工程において、レーザビームまたは電子ビームが照射され、その場合、特に、ＴＣＯ層との密着性を向上させる第１シリコン層４の再構築が起こり得る。特に、第１シリコン層４は、レーザビームまたは電子ビームに対して、耐擦過性を有する。
【００２１】
この場合、線形断面を有するレーザビームまたは電子ビームが用いられ、該レーザビームまたは電子ビームは、第１シリコン層４の表面に亘って、線方向に垂直に移動される。レーザビームまたは電子ビームによる照射の場合にもまた、ガラス基板１は室温で配置することができる。
【００２２】
第１シリコン層４上に、比較的厚い第２シリコン層５が成膜される。第２シリコン層５は、２．０μｍ〜２０μｍの層厚、特に、３．５μｍ〜１５μｍの層厚、好ましくは、５μｍ〜１０μｍの層厚を有する。
【００２３】
第２シリコン層５は、たとえばスパッタリング法などの従来の方法で成膜することが可能である。特に、この場合、気化されるべきシリコンは、電子ビームで気化されることが可能である。第２シリコン層５を形成する場合、ガラス基板１は、室温で配置することが可能である。
【００２４】
第２シリコン層５には、さらなる工程において、レーザビームまたは電子ビームが照射されて、特に、第２シリコン層５の、非晶質状態から多結晶状態への転換を行うことが可能である。
【００２５】
この場合、線形断面を有するレーザビームまたは電子ビームが用いられ、該レーザビームまたは電子ビームは、第２シリコン層５の表面に亘って、線方向に垂直に移動される。また、レーザビームまたは電子ビームによる照射に際して、ガラス基板１は室温に置くことが可能である。
【００２６】
さらなる工程５において、第２シリコン層５の外面上に図１において単に概略的に示された第２金属電極６が形成される。これは、第２シリコン層５の全面に亘って覆ってもよく、または図示されているように、第２シリコン層５の一部領域のみを覆ってもよい。
【００２７】
発明に従った方法では、電子ビームによるガラス基板１の前処理を省略してもよい。図２においては、散乱層の形成が省略された太陽電池セルの実施形態を示している。
【００２８】
この場合には、ＴＣＯ層３は、電子ビームで前処理されていないガラス基板１上に直接設けることが可能である。また代わりに、ＴＣＯ層３を設ける前に、バッファ層をガラス基板１上に設けてもよい。このバッファ層は、好ましくは、シリコンジオキサイド、シリコンニトリット、またはシリコンカーバイドからなり、たとえば、１０ｎｍ〜２００ｎｍ、特に２０ｎｍ〜１００ｎｍの層厚を有することが可能である。
【００２９】
さらにまた、発明に従って、電子ビームにより前処理されたガラス基板１上に、バッファ層を設けることも可能である。このバッファ層もまた、好ましくは、シリコンジオキサイド、シリコンニトリット、またはシリコンカーバイドからなり、たとえば、１０ｎｍ〜２００ｎｍ、特に２０ｎｍ〜１００ｎｍの層厚を有することが可能である。
【００３０】
さらにまた、発明に従った方法においては、シリコン層は、２つの部分層から構成されるものではなく、単に１つのシリコン層から構成されるものとすることが可能である。図３には、散乱層２が形成されているが、薄い第１シリコン層は省かれている太陽電池セルの一実施形態が示されている。この場合、比較的厚いシリコン層５は、ＴＣＯ層３上に直接設けられている。
【図１】
0006397015.tif 000002
【図２】
0006397015.tif 000003
【図３】
0006397015.tif 000004