(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型にドーピングされたシリコンからなる粉体状のターゲットを用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜をスパッタ成膜する工程と、
前記アモルファスシリコン膜の表層を、ｐ型ドーパントで１０×１０１６/ｃｍ２〜１０×１０１８/ｃｍ２の範囲のドーズ量でプラズマドーピングする工程と、
前記プラズマドーピングされたアモルファスシリコン膜にプラズマを走査してアモルファスシリコン膜を溶融させて多結晶シリコン膜とする工程と、
前記多結晶シリコン膜の一部をマスクし、前記ｐ型ドーパントを除去できる厚みまで前記多結晶シリコン膜を部分的にエッチングする工程と、
前記マスクを除去し、前記多結晶シリコン膜のうち部分的にエッチングされた領域と、マスクがされエッチングがされなかった領域にそれぞれ電極を配置する工程と、
を有する、多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【請求項２】
ｐ型にドーピングされたシリコンからなる粉体状のターゲットを用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜をスパッタ成膜する工程と、
前記アモルファスシリコン膜の表層を、ｎ型ドーパントで１０×１０１６/ｃｍ２〜１０×１０１８/ｃｍ２の範囲のドーズ量でプラズマドーピングする工程と、
前記プラズマドーピングされたアモルファスシリコン膜にプラズマを走査してアモルファスシリコン膜を溶融させて多結晶シリコン膜とする工程と、
前記多結晶シリコン膜の一部をマスクし、前記ｎ型ドーパントを除去できる厚みまで前記多結晶シリコン膜を部分的にエッチングする工程と、
前記マスクを除去し、前記多結晶シリコン膜のうち部分的にエッチングされた領域と、マスクがされエッチングがされなかった領域にそれぞれ電極を配置する工程と、
を有する、多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【請求項３】
前記シリコンからなる粉体状のターゲットは、シリコンウェハの研磨工程において発生するシリコン粒子の回収物である、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記シリコンからなる粉体状のターゲットは、シリコンインゴットの切断において発生するシリコン粒子の回収物である、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項５】
前記基板がガラスおよび石英のいずれかを含む、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項６】
前記基板が導電体である、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項７】
前記走査するプラズマが大気圧プラズマである、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項８】
前記走査速度が、１００ｍｍ/秒以上２０００ｍｍ/秒以下である、請求項１または２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶型シリコン太陽電池パネルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶型シリコン太陽電池は、主に単結晶型シリコン太陽電池と多結晶型シリコン太陽電池とに大別されうる。一般的に結晶型シリコン太陽電池は、図１に示されるように、ｎ型またはｐ型にドーピングされたシリコンインゴット３０を、ワイヤ３１で切断したり、ダイシング技術を利用して、厚さ２００μｍ程度にスライスし；スライスしたインゴットを、太陽電池の本体となるシリコン板として用いている（特許文献１などを参照）。
【０００３】
シリコンインゴットは、チョクラルスキー法などで作製した単結晶シリコンインゴットであっても、キャスト法と称される融解したシリコン鋳型を使って凝固させた多結晶シリコンインゴットあってもよい。一般的なシリコンインゴットの大きさは、単結晶シリコンであれば直径３００ｍｍ、多結晶シリコンでは形状が異なるがほぼ同様のサイズである。よって、シリコンインゴットから大面積のシリコン板またはシリコン膜を得ることは困難である。
【０００４】
また、シリコンインゴットをスライスするときに、多量のシリコン粉末が発生する。そのため、シリコンインゴットからシリコン板を得る材料効率は低かった。さらには、シリコン板の表面を研磨して均一化することもあるが、このときにも、多量のシリコン粉末が発生し、さらに材料効率が低下する。しかも、このときに発生するシリコン粉末は、主に廃棄物として埋立処理されたり、セメント原料として用いられたりしている。
【０００５】
一方、多結晶型太陽電池用の多結晶シリコン膜の製造方法として、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が知られている（特許文献２を参照）。図２には、多結晶シリコン膜の成膜装置が示される。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。
【０００６】
さらに触媒化学気相堆積（Ｃａｔ-ＣＶＤ）法でガラス基板上に成膜したアモルファスシリコン膜を、高エネルギービーム（フラッシュランプ）で多結晶化する方法も検討されている（特許文献３、非特許文献１を参照）。より具体的に、２０ｍｍ各の石英基板上に、電極となるＣｒを成膜した後、Ｃａｔ-ＣＶＤ法で３μｍのアモルファスシリコン膜を成膜し、フラッシュランプにて加熱処理を行い（処理時間：５ｍｓ）、アモルファスシリコン膜を多結晶化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２６３５４５号公報
【特許文献２】特開平６−２６８２４２号公報
【特許文献３】特開２００８−５３４０７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】第５４回応用物理学会学術講演会予稿集「フラッシュランプアニールによるアモルファスシリコン薄膜の面内均一結晶化」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、結晶型シリコン太陽電池を製造するための、結晶シリコン膜または結晶シリコン板を作製する技術が種々検討されている。結晶型シリコン太陽電池の製造コストを低減させる第１の手段として、多結晶シリコン膜または多結晶シリコン板の製造コストを低下させることがあげられる。
【００１０】
前述の特許文献２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。そのため、それから得られる多結晶シリコン膜を有する太陽電池の特性は高まりにくい。しかも、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、製造設備が複雑になる。
【００１１】
また、前述の特許文献３に記載のようにＣａｔ-ＣＶＤ法で作製したアモルファスシリコン膜を多結晶化する方法も有効であるが、Ｃａｔ-ＣＶＤ法ではアモルファスシリコンの成膜速度が遅いと課題がある。しかも、Ｃａｔ-ＣＶＤ法ではモノシランガス等の危険ガスを使用せざるを得ず、排気設備も複雑なものとなる。
【００１２】
そこで本発明では、多結晶型シリコン太陽電池の多結晶シリコン膜を、ドーピングされたシリコンをターゲットとしてスパッタ成膜したアモルファスシリコン膜を多結晶化させることで、得ることを検討した。
【００１３】
さらには、一般的なシリコンターゲットである板状シリコンターゲットは、高価であるという問題がある。そこで、シリコンターゲットを、低コストで得られる粒状ターゲットとして、低コストでアモルファスシリコン膜をスパッタ成膜することを検討した。
【００１４】
また、多結晶型シリコン太陽電池の製造コストをさらに低減させるには、製造フローの工程数を減らすことが重要である。従来の多結晶型シリコン太陽電池の製造フローには、少なくとも、１）アモルファスシリコン膜を形成し、２）アモルファスシリコン膜を多結晶化させて多結晶シリコン膜とし、３）多結晶シリコン膜をドーパントでドーピングし、４）前記ドーピングされたドーパントを活性化する、という工程が含まれる。
【００１５】
本発明は、従来の多結晶型太陽電池の製造フローにおける、アモルファスシリコン膜の結晶化と、ドーピングされたドーパントの活性化とを、一つの工程で行うことで、製造フローを簡略化し、多結晶型太陽電池の製造コストを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
すなわち、本発明の多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法は、ドーピングされたシリコンをターゲットとして、アモルファスシリコン膜をスパッタ成膜する工程と、プラズマ照射によりアモルファスシリコン膜を多結晶化させつつ、ドーピングされたドーパントの活性化を行う工程と、を有する。それにより、少ない工程かつ短時間で、ｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を得ることができ；従って、低コストで製造可能な多結晶型シリコン太陽電池パネルを提供することができる。
【００１７】
すなわち本発明は、多結晶型太陽電池パネルの製造方法および多結晶型太陽電池パネルに関する。
［１］ｎ型にドーピングされたシリコンからなる粉体状のターゲットを用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜をスパッタ成膜する工程と、
前記アモルファスシリコン膜の表層を、ｐ型ドーパントで１０×１０１６/ｃｍ２〜１０×１０１８/ｃｍ２の範囲のドーズ量でプラズマドーピングする工程と、
前記プラズマドーピングされたアモルファスシリコン膜にプラズマを走査してアモルファスシリコン膜を溶融させて多結晶シリコン膜とする工程と、
前記多結晶シリコン膜の一部をマスクし、前記ｐ型ドーパントを除去できる厚みまで前記多結晶シリコン膜を部分的にエッチングする工程と、
前記マスクを除去し、前記多結晶シリコン膜のうち部分的にエッチングされた領域と、マスクがされエッチングがされなかった領域にそれぞれ電極を配置する工程と、
を有する、多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
［２］ｐ型にドーピングされたシリコンからなる粉体状のターゲットを用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜をスパッタ成膜する工程と、
前記アモルファスシリコン膜の表層を、ｎ型ドーパントで１０×１０１６/ｃｍ２〜１０×１０１８/ｃｍ２の範囲のドーズ量でプラズマドーピングする工程と、
前記プラズマドーピングされたアモルファスシリコン膜にプラズマを走査してアモルファスシリコン膜を溶融させて多結晶シリコン膜とする工程と、
前記多結晶シリコン膜の一部をマスクし、前記ｎ型ドーパントを除去できる厚みまで前記多結晶シリコン膜を部分的にエッチングする工程と、
前記マスクを除去し、前記多結晶シリコン膜のうち部分的にエッチングされた領域と、マスクがされエッチングがされなかった領域にそれぞれ電極を配置する工程と、
を有する、多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【００１８】
［３］前記シリコンからなる粉体状のターゲットは、シリコンウェハの研磨工程において発生するシリコン粒子の回収物である、［１］または［２］に記載の製造方法。
［４］前記シリコンからなる粉体状のターゲットは、シリコンインゴットの切断において発生するシリコン粒子の回収物である、［１］または［２］に記載の製造方法。
【００１９】
［５］前記基板がガラスおよび石英のいずれかを含む、［１］または［２］に記載の製造方法。
［６］前記基板が導電体である、［１］または［２］に記載の製造方法。
【００２０】
［７］前記走査させるプラズマが大気圧プラズマである、［１］または［２］に記載の製造方法。
［８］前記走査の速度が、１００ｍｍ/秒以上２０００ｍｍ/秒以下である、［１］または［２］に記載の製造方法。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を、低コストの原料を用いて、少工程かつ短時間で形成することができるので、安価な多結晶型太陽電池パネルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】シリコンインゴットをワイヤで切断する状態を示す図である。
【図２】従来の多結晶シリコン板の製造装置の概略を示す図である。
【図３】基板に、ｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を形成するフローを示す図である。
【図４Ａ】バックコンタクト式の太陽電池パネルを製造するフローを示す図である。
【図４Ｂ】両面コンタクト式の太陽電池パネルを製造するフローを示す図である。
【図５】粉体状のシリコンターゲットを用いて、スパッタ成膜する成膜装置の例を示す図である。
【図６】アモルファスシリコン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である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の多結晶型シリコン太陽電池パネルは、ｎ型またはｐ型にドーピングされたアモルファスシリコン膜を形成する工程と、前記アモルファスシリコン膜の表層をｐ型ドーパントまたはｎ型ドーパントでドーピングする工程と、前記ドーパントでドーピングされたアモルファスシリコン膜を多結晶化して多結晶シリコン膜とする工程と、を有する。このようにして得られる多結晶シリコン膜を、多結晶型シリコン太陽電池のシリコン膜として用いる。
【００２５】
図３には、本発明の太陽電池パネルを製造するフローのうち、ｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を形成するフローが示される。
【００２６】
ステップ１では、基板１を用意する。基板１は、ガラスまたは石英などの絶縁性透明基板であってもよく、金属やＩＴＯなどの導電性基板であってもよい。基板１が、絶縁性透明基板である場合には、バックコンタクト型の太陽電池とすることができ；基板１が、導電性基板である場合には表面電極と裏面電極とを有する太陽電池とすることができる。
【００２７】
ステップ２では、基板１の表面にテクスチャー２を形成する。テクスチャー２は、基板１の表面のうち、シリコン膜を形成する面に形成する。テクスチャー２の形成は、基板１がガラス基板であれば、フッ化水素を含む薬液でガラス基板の表面を処理して、凹凸な形状にすればよい。また、基板１がガラス基板であれば、フッ素ガスが混入したプラズマを使用してテクスチャー２を形成してもよい。
【００２８】
ステップ３では、基板１のテクスチャー２の形成面に、スパッタ装置を使用してアモルファスシリコン膜３をスパッタ成膜する。スパッタ成膜は、粉体状のシリコンターゲットを材料として行うが、当該シリコンターゲットはｐ型またはｎ型にドープされている。シリコンターゲットをドーピングする手法は制限されないが、例えば、ｐ型にドープするにはホウ素またはホウ素化合物などでドーピングすればよく、ｎ型にドープするにはリンまたはアルシンを含むガスまたは化合物でドーピングすればよい。
【００２９】
シリコンターゲットにおけるドーパントの濃度は、通常、１×１０１４/ｃｍ２〜１×１０１８/ｃｍ２の範囲であることが好ましい。
【００３０】
ｐ型にドープされたシリコンターゲットを材料とすれば、ｐ型アモルファスシリコン膜３がスパッタ成膜され；ｎ型にドープされたシリコンターゲットを材料とすれば、ｎ型アモルファスシリコン膜３がスパッタ成膜される。
【００３１】
シリコンターゲットは、ｐ型またはｎ型のいずれにドープされていてもよい。しかしながら、ｎ型ドーパントでプラズマドーピングする（後述のステップ４）ことは一般的に困難である。一般的なｎ型ドーパントは、リンやアルシンなどの毒性の高い物質であるからである。そこで、ｎ型にドープされたシリコンターゲットからｎ型アモルファスシリコン膜を成膜して、それにｐ型ドーパントでプラズマドーピングすることが好ましい。
【００３２】
シリコンターゲットは、板状である必要はなく、粉体状であることが好ましい。粉体状ターゲットを用いるスパッタ成膜手法は、例えば、特開平９−１７６８４５号、特開平１０−３６９６２号、特開２００６−２１３９６３号、特開２００７−１４６２７２号などに記載されている。
【００３３】
粉体状シリコンターゲットの粒径は特に限定されないが、通常は１０ｍｍ以下であり、好ましくは１ｍｍ以下であり、より好ましくは１μｍ以下である。
【００３４】
一般的に、板状シリコンターゲットは、スパッタ成膜により均一に消費されず、その表面が不均一となり、ターゲット材料の利用効率が低くなるという問題があった。これに対して粉体状シリコンターゲットを用いれば、粉体を適宜移動させることで、常にターゲット表面を平坦化することができるので、材料の利用効率が高まるというメリットが得られる。
【００３５】
図５には、粉体状ターゲットを用いてスパッタ成膜する装置の例が示されるが、特にスパッタ成膜装置がこの形式に限定されるわけではない。例えば、マグネトロン型のスパッタ成膜装置であっても構わない。
【００３６】
図５Ａは、スパッタ成膜装置の構成を模式図である。図５に示されるスパッタ成膜装置６０は、成膜処理が行われる真空チャンバ６１と、真空チャンバ６１内においてターゲット６３が載置されるターゲット載置用皿６４と、ターゲット６３の近傍に配置されたアースシールド６５と、真空チャンバ６１内において成膜処理が施される基材６６を保持する基材保持部６７とを備えている。ここで基材６６は、前述のステップ２で得たテクスチャが形成された基板１である。
【００３７】
さらに、スパッタ成膜装置６０は、真空チャンバ６１内にプラズマを発生するためのガスを導入するガス導入装置６８と、真空チャンバ６１内のガスを排気して真空雰囲気を形成するガス排気装置６９と、ターゲット６３上の空間にプラズマを発生させるように、ターゲット載置用皿６４に電力を印加するＤＣ電源装置７０とを備えている。さらに、成膜装置６０は、成膜処理の際に、電源装置７０、ガス導入装置６８、及びガス排気装置６９を制御する制御装置７１を備えている。
【００３８】
図５Ｂは、図５Ａのスパッタ成膜装置のターゲット６３の模式拡大断面図である。ターゲット６３は、その表面に溝状の貫通孔である溝部７２が形成された焼結体ターゲット７３と、この溝部７２の内周面に配置されて、凹部７４を形成する粉体材料により構成される粉体状シリコンターゲット７５とにより構成されている。
【００３９】
図５Ｂに示されるような、粉体状シリコンターゲットを含むターゲット６３を用いることで、成膜中のスパッタ領域を確実に制御することができ、成膜レートの面内均一性を高めることができる。
【００４０】
スパッタ成膜は、ｎ型またはｐ型にドープした粉体状のシリコンターゲットを、スパッタ成膜装置のチャンバ内に装着し、電力を供給すればよい。たとえば、成膜条件として、真空チャンバ６１内の圧力を０．５Ｐａとし、ＤＣ電源のパワーを１ＫＷとし、電極間隔（ターゲットと基板電極との間隔）を１００ｍｍとする。
【００４１】
また、粉体状シリコンターゲットは、例えば、１）ドープされたシリコンインゴットを切断してスライス板を得る工程において発生するシリコン粒子の回収物であってもよいし、２）ドープされたシリコンウェハの研磨工程（ラッピングまたはポリシング）において発生するシリコン粒子の回収物であってもよい。
【００４２】
シリコンインゴットの切断は、一般的に、インゴットの切断面に砥粒を含む水溶液を提供しながらワイヤで切断する。そのため、発生するシリコン粒子には砥粒が混入する。同様に、シリコンウェハの研磨も、研磨面に砥粒を含む水溶液を提供しながら研磨パッド（研磨クロス）で研磨するので、発生するシリコン粒子には砥粒が混入する。従って、発生したシリコン粒子から、砥粒などを除去することで、シリコン粒子の純度を高めて回収する必要がある。シリコン粒子の回収は、例えば、特開２０１０−６９５５６に記載されているように、分級法やろ過法を組み合わせて行うことができる。
【００４３】
また、一般的にシリコン粒子は、製鋼プロセスにおける脱酸反応（シリコン脱酸反応）の原料として用いられている。シリコン脱酸反応に用いられるシリコン粒子を精製して、本発明の粉体状シリコンターゲットとしてもよい。
【００４４】
もちろん、シリコン粒子を別途の手法で製造して、粉体状シリコンターゲットとしてもよい。例えば、ドープされたシリコンインゴットを超高圧水切断することで粉末化すると、不純物が混入することなく、高純度の粉体状シリコンが得られる。超高圧水切断とは、超高圧水の衝突エネルギーを利用して物質を切断する手法である。超高圧水とは、約３００ＭＰａの水圧を有する水でありうる。超高圧水切断は、例えばスギノマシン製の超高圧水切断装置を用いて行うことができる。また、このとき使用される水は、半導体プロセスで使用されるレベルの比抵抗１８ＭΩ・ｃｍの超純水であることが好ましい。
【００４５】
基板１のテクスチャー２の形成面にスパッタ成膜されるアモルファスシリコン膜３の厚みは、特に限定されないものの、１０μｍ〜２００μｍの範囲であることが好ましく、例えば約５０μｍであればよい。
【００４６】
ステップ４では、スパッタ成膜されたアモルファスシリコン膜３の表層をドーパントでドーピングして、ドーピング層４を形成する。アモルファスシリコン膜３がｎ型アモルファスシリコン膜である場合には、ｐ型ドーパントでドーピングしてｐ型のドーピング層４を形成する。一方、アモルファスシリコン膜３がｐ型アモルファスシリコン膜である場合には、ｎ型ドーパントでドーピングしてｎ型のドーピング層４を形成する。
【００４７】
ｐ型ドーパントの例には、ホウ素またはホウ素化合物が含まれる。ホウ素化合物の例には、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）などがあげられる。ｎ型ドーパントの例には、リンまたは砒素を含むガスおよび化合物などがあげられる。
【００４８】
ドーパントでのドーピングは、プラズマを利用して行うことができる。プラズマを利用したドーピングとは、真空装置にドーパントガスを導入して、高周波を利用して発生させたプラズマでドーパントをイオン化し、イオン化されたドーパントをアモルファスシリコン膜３の表層に導入する手法をいう。
【００４９】
例えば、ｐ型ドーパントとしてＢ２Ｈ６ガスを用いる場合には、真空装置のチャンバにＢ２Ｈ６ガス（０．５％Ｈｅ希釈）とＡｒガスとを流し；１３．５６ＭＨｚの高周波を利用して発生させたプラズマでボロンをイオン化し；イオン化されたボロンを（ｎ型）シリコンスパッタ膜３の表層に導入してｐ型ドーピングする。ドーピング中の真空装置内の圧力は、適宜調整すればよいが、約０．５Ｐａに設定すればよい。Ｂ２Ｈ６ガスの流量は１００ｓｃｃｍに、Ａｒガスの流量は１００ｓｃｃｍに設定すればよい。ドーピングに必要な時間は、３０秒〜６０秒でありうる。
【００５０】
また、ｎ型のアモルファスシリコン膜３の表層をｐ型ドーパントでドーピングするために、ｐ型ドーパンとして固体ボロンを用いてもよい。固体ボロンを用いる場合には、真空装置のチャンバ内に固体ボロンを置き、Ａｒガスを流し（Ａｒガスの流量は１００ＳＣＣＭ）；高周波を利用して発生させたプラズマで固体ボロンをイオン化し；イオン化されたボロンをｎ型のアモルファスシリコン膜３の表層に導入してｐ型ドーピングする。ドーピング中の真空装置内の圧力は、適宜調整すればよいが、約１０Ｐａに設定すればよい。ドーピングに必要な時間は３０秒〜６０秒でありうる。
【００５１】
イオン化されたボロンの、ｎ型のアモルファスシリコン膜３へのドーズ量は、太陽電池に必要とされるｐｎ接合が形成できるように調整すればよいが、１０×１０１６/ｃｍ２〜１０×１０１８/ｃｍ２の範囲であると好ましいことが実験的に見出された。得られる太陽電池の光電変換効率を高めるためである。
【００５２】
ステップ５では、ドーパント層４を含むアモルファスシリコン膜３にプラズマを照射して溶融し、その直後に冷却して多結晶化して、アモルファスシリコン膜３を多結晶シリコン膜５とする。
【００５３】
アモルファスシリコン膜３へ照射されるプラズマは、大気圧プラズマであることが好ましい。大気圧プラズマとは、大気圧環境下で照射されるプラズマである。大気圧プラズマの照射は、大気圧プラズマ装置を用いて行うことができる。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６に示される。図６に示される大気圧プラズマ装置５０は、陰極２０と陽極２１とを有する。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。このような大気圧プラズマ装置は、例えば特開２００８−５３６３２号公報などに記載されている。
【００５４】
大気圧プラズマ装置のＸＹＺ軸に移動可能なステージ（不図示）に、ドーピング層４を含むアモルファスシリコン膜３が形成された基板１（図３におけるステップ４を参照）を搭載する。大気圧プラズマ源を、アモルファスシリコン膜３の表面の一端から他端までを走査して、熱処理を行う。プラズマ２３が照射された領域のアモルファスシリコン膜３（表層であるドーピング層４を含む）は溶融する。
【００５５】
アモルファスシリコン膜３の表面における大気圧プラズマ２３の温度を適切に制御することで、ドーピング層４を含むアモルファスシリコン膜３の溶融条件を調整する。アモルファスシリコン膜３の表面における大気圧プラズマ２３の温度は、大気圧電源のパワーや、プラズマ噴射口２２とアモルファスシリコン膜３との間隔などによって、任意に制御することができる。
【００５６】
大気圧プラズマの温度は一般的には１×１０４℃以上であるが、プラズマ噴射口２２の先端の温度が約２×１０３℃となるように調整することが好ましい。プラズマ噴射口２２は、アモルファスシリコン膜３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を不活性ガスで押出して、アモルファスシリコン膜３に噴射する。プラズマ噴射口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ことが好ましい。
【００５７】
走査スピードは、１×１０２ｍｍ/秒〜２×１０３ｍｍ秒とすることが好ましく、例えば約１×１０３ｍｍ/秒とする。走査スピードが１００ｍｍ以下であると、下地となるガラス基板１が溶融して、得られる多結晶シリコン膜５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、ドーピング層４のアモルファスシリコン膜３の表層のみ溶融し、全体を溶融することができない場合がある。また、２０００ｍｍ/秒以上の速度で走査するには、装置システムが複雑になる。
【００５８】
大気圧プラズマを照射することでドーピング層４を含むアモルファスシリコン膜３を溶融させた後に急冷すると、アモルファスシリコン膜３が結晶粒径の小さい多結晶シリコン膜５となる。このとき、多結晶の結晶粒径が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。
【００５９】
また、大気圧プラズマ２３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、アモルファスシリコン膜３の表面に形成された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５を得ることができる。
【００６０】
このように、本発明は基板１の表面に形成された、ドーピング層４を含むアモルファスシリコン膜３を、大気圧プラズマで溶融後、冷却して多結晶化する。一方で、従来のように基板１の表面に配置したバルクシリコンを、大気圧プラズマで溶融することは困難であり、真空環境下での高温プラズマで溶融しなければならない。真空環境下での高温プラズマによる場合と比較して、大気圧プラズマによれば、大面積のアモルファスシリコン膜３を、迅速に溶融・多結晶化させることができる。
【００６１】
さらに、本発明では、アモルファスシリコン膜３の表層にドーパントをドーピングしてドーピング層４を形成した後に、アモルファスシリコン膜３を多結晶化することも特徴である。これにより、多結晶化の工程において、ドーピング層４に含まれるドーパントの活性化をも行うことができる。一方で、従来は、アモルファスシリコン膜を多結晶化してから、ドーパントをドーピングしていた。そのため、多結晶化工程とは別に、ドーピング後にドーパントを活性化させるための処理（アニール）工程が必要とされていた。
【００６２】
本発明者は、多結晶化工程を大気圧プラズマによって行うことで、アモルファスシリコン膜３の表層に含まれるドーパントを活性化することができることを見出した。
【００６３】
以下において、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、基板１に形成した多結晶シリコン膜５を用いて太陽電池を得るフローを説明する。
【００６４】
バックコンタクト式太陽電池（図４Ａ）について
まず、基板１が透明絶縁基板（ガラス基板など）である場合には、バックコンタクト式の太陽電池を作製することができる。バックコンタクト式の太陽電池は、受光面に配置された電極を有さず、受光面とは反対の面に陽極および陰極の両方を有する太陽電池をいう。
【００６５】
図４ＡにおけるステップＡ〜Ｃでは、ステップ５で得られた多結晶シリコン膜５の表面の一部を、部分的にエッチングする。部分的エッチングは、例えば、マスク７を用いて行うことができる。マスク７は、半導体工程で使用されるレジストを使用して形成することができる。つまり、レジストをスピン方式、スプレー方式、スクリーン印刷方式、インクジェット方式等種々の方法で、多結晶シリコン膜５の表面に塗布し；必要に応じてパターニングすることで、マスク７を形成する（ステップＡ）。
【００６６】
多結晶シリコン膜５のエッチングにより、マスク７で覆われていない多結晶シリコン膜５の表層を除去して、露出面６を露出させる（ステップＢ）。多結晶シリコン膜５のエッチングは、例えば、フッ化水素と硝酸を含む溶液などをエッチャントとするウェットエッチングで行えばよいが、特に制限されない。当該除去する表層の厚み（エッチング深さｄ）は、ステップ４でドーピングしたドーパントが拡散した領域を除去できる程度の厚みにすればよい。それにより、多結晶シリコン膜５の表面のドープ型と、露出面６のドープ型とを異ならせることができる。
【００６７】
エッチング深さｄは適宜設定されるべきである。ドーパントとしてｐ型ドーパントのホウ素含有ガスを用いた場合には、太陽電池としての特性を鑑みてドーパント拡散領域を考慮すると、エッチング深さｄは通常５００Å以上である。また、エッチング深さの上限は、約１０μｍである。より具体的には、約１０００Åである。
【００６８】
部分的エッチングにより多結晶シリコン膜５の表層を除去したのち、マスク７を除去する（ステップＣ）。
【００６９】
次に、基板１の端部を覆う絶縁膜（不図示）を形成してもよい。それにより当該端部での電気特性の劣化を防止することができる。絶縁膜は窒化ケイ素膜などであればよく、スパッタ法により形成される。
【００７０】
その後、ステップＤに示されるように、一方の電極８と他方の電極９とを配置する。一方の電極９は、エッチング除去されずに残っている多結晶シリコン膜５の表面に配置する。他方の電極８は、部分的エッチングにより露出した露出面６に配置する。電極材料の例には、Ａｇ、Ｃｕ、半田材料等が含まれるが、導電体であれば特に制限されない。
【００７１】
このようにして、バックコンタクト式太陽電池を得ることができる。つまり、太陽光が、基板１を通して多結晶シリコン膜５に取り込まれ、電極８および電極９を通して電気を取り出す。
【００７２】
こうして、現状市販している結晶型太陽電池と比べて遜色のない太陽電池を得た。例えば、開放電圧が０．５Ｖ（１０cm２換算）である太陽電池を得ることができた。
【００７３】
両面コンタクト式太陽電池（図４Ｂ）について
一方、基板１が導電体である場合には、両面コンタクト式の太陽電池とすることができる。両面コンタクト式の太陽電池は、受光面に一方の電極（表面電極）を有し、裏面に他方の電極を有する太陽電池であり、導電体である基板１が他方の電極として作用する。
【００７４】
図４ＢにおけるステップＥにおいて、ステップ５で得られた多結晶シリコン膜５の表面に反射防止層１１を形成する。反射防止層１１は、酸化シリコンなどであるがその材質は特に制限されない。多結晶シリコン膜５の表面の一部は、反射防止層１１に覆われることなく、露出面１２ａおよび１２ｂとして露出させる。
【００７５】
次に、ステップＦに示されるように、露出面１２ａおよび１２ｂに、表面電極１３ａおよび１３ｂ（電気配線）を配置する。電極材料の例には、Ａｇ、Ｃｕ、半田材料等が含まれるが、導電体であれば特に制限されない。
【００７６】
このようにして、両面コンタクト式太陽電池を得ることができる。つまり、太陽光が、反射防止層１１を通して多結晶シリコン膜５に取り込まれ、表面電極１３ａおよび１３ｂと、裏面電極として作用する金属板１とを通して電気を取り出す。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上の通り、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】
【００７８】
１  基板
２  テクスチャー
３  アモルファスシリコン膜
４  ドーピング層
５  多結晶シリコン膜
６  露出面
７  マスク
８  一方の電極
９  他方の電極
１１  反射防止層
１２ａ  露出面
１２ｂ  露出面
１３ａ,１３ｂ  表面電極
２０  陰極
２１  陽極
２２  プラズマ噴射口
２３  プラズマ
３０  インゴット
３１  ワイヤ
４０  シリコン陽極
４１  アーク放電
４２  シリコン粒子
４３  アルゴンガス
４４  輸送管
４５  支持基板
４６  高温プラズマ
４７  ハロゲンランプ
４８  分離室
４９  多結晶シリコン板
５０  大気圧プラズマ装置
６０  スパッタ成膜装置
６１  真空チャンバ
６３  ターゲット
６４  ターゲット載置用皿
６５  アースシールド
６６  基材
６７  基材保持部
６８  ガス導入装置
６９  ガス排気装置
７０  電源装置
７１  制御装置
７２  溝部
７３  焼結体ターゲット
７４  凹部
７５  粉体状シリコンターゲット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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