(57)【要約】【課題】光電変換装置における積層構造のうちの任意の半導体層の厚さを、従来の製法と比べて厚くできる光電変換装置の製造方法を提供すること。【解決手段】光電変換装置の製造方法が、２つの電極の一方の表面を部分的に露出する開口部と、前記開口部の周囲を囲むバンク部と、を有するバンクパターンを前記一方の電極の前記表面上に設ける工程Ａと、前記開口部内で前記複数の半導体層を前記バンクパターンの厚さの方向に沿って積層する工程Ｂと、を包含している。さらに、前記工程Ｂは、前記複数の半導体層の少なくとも一つについて、前記開口部内の対応する下地表面上に半導体の前駆材料を含有した機能液を配置して、前駆層を形成する工程ｂ１と、前記半導体からなる前記少なくとも一つの半導体層が得られるように、前記前駆層を加熱する工程ｂ２と、を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの電極と、前記２つの電極の間に位置するとともに積層された複数の半導体層と、を備えた光電変換装置の製造方法であって、
前記２つの電極の一方の表面を部分的に露出する開口部と、前記開口部の周囲を囲むバンク部と、を有するバンクパターンを前記一方の電極上に設ける工程Ａと、
前記複数の半導体層を前記開口部内で前記バンクパターンの厚さの方向に沿って積層する工程Ｂと、
を包含し、
前記工程Ｂは、前記複数の半導体層の少なくとも一つについて、
半導体の前駆材料を含有した機能液を前記開口部内の対応する下地表面上に配置して、前駆層を形成する工程ｂ１と、
前記半導体からなる前記少なくとも一つの半導体層が得られるように、前記前駆層を加熱する工程ｂ２と、を含んでいる、
光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記複数の半導体層はｐｉｎ構造を構成していて、
前記少なくとも一つの半導体層はｉ型半導体からなる、
光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記工程Ｂは、前記複数の半導体層のそれぞれについて、
それぞれの前記前駆材料を含有したそれぞれの前記機能液を前記開口部内のそれぞれの前記下地表面上に配置して、それぞれの前記前駆層を形成する工程ｂ３と、
それぞれの前記半導体からなるそれぞれの前記半導体層が得られるように、それぞれの前記前駆層を加熱する工程ｂ４と、を含んでいる、
光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
２つの電極と、前記２つの電極の間に位置するとともに積層された複数の半導体層と、を備えた光電変換装置の製造方法であって、
前記２つの電極の一方の表面を部分的に露出する開口部と、前記開口部の周囲を囲むバンク部と、を有するバンクパターンを前記一方の電極上に設ける工程Ａと、
前記複数の半導体層を前記開口部内で前記バンクパターンの厚さの方向に沿って積層する工程Ｂと、
を包含し、
前記工程Ｂは、前記複数の半導体層の少なくとも一つについて、
半導体の前駆材料を含有した機能液を前記開口部内の対応する下地表面上に配置して、前駆層を形成する工程ｂ１と、
前記半導体からなる前記少なくとも一つの半導体層が得られるように、前記前駆層に光を照射する工程ｂ２と、を含んでいる、
光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記複数の半導体層はｐｉｎ構造を構成していて、
前記少なくとも一つの半導体層はｉ型半導体からなる、
光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記工程Ｂは、前記複数の半導体層のそれぞれについて、
それぞれの前記前駆材料を含有したそれぞれの前記機能液を前記開口部内のそれぞれの前記下地表面上に配置して、それぞれの前記前駆層を形成する工程ｂ３と、
それぞれの前記半導体からなるそれぞれの前記半導体層が得られるように、それぞれの前記前駆層に光を照射する工程ｂ４と、を含んでいる、
光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
第１の電極と、
前記第１の電極上に位置するバンクパターンであって、前記第１の電極の表面に達する開口部を有したバンクパターンと、
前記開口部内の前記第１の電極の表面上に位置する積層構造であって、前記バンクパターンの厚さの方向に積層された複数の半導体層を有する積層構造と、
前記第１の電極と第２の電極との間に前記積層構造が位置するように設けられた第２の電極と、
を備えた光電変換装置。
【請求項８】
請求項７記載の光電変換装置を備えた太陽光発電セル。
【請求項９】
請求項７記載の光電変換装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置とその製造方法に関し、より具体的には、太陽光発電セルおよび電子機器への応用が好適な光電変換装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ｐｉｎ構造を有した太陽光発電セルの光電変換効率を向上させるために、ｉ型半導体層の厚さを大きくすることが知られている。また、光電変換効率を大きくするためのタンデム構造を備えた太陽光発電セルも知られている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特公昭６３−４８１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＣＶＤ法などの従来の製造方法で半導体層を積層する場合には、積層される半導体層の厚さを厚くすることが難しい。また、積層され得る半導体層の数にも限界がある。
【０００５】
本発明は上記課題を鑑みてなされ、その目的の一つは、従来技術と比べて光電変換装置において積層される半導体層の厚さを厚くする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、２つの電極と、前記２つの電極の間に位置するとともに積層された複数の半導体層と、を備えた光電変換装置の製造方法が、前記２つの電極の一方の表面を部分的に露出する開口部と、前記開口部の周囲を囲むバンク部と、を有するバンクパターンを前記一方の電極上に設ける工程Ａと、前記複数の半導体層を前記開口部内で前記バンクパターンの厚さの方向に沿って積層する工程Ｂと、を包含している。さらに、前記工程Ｂは、前記複数の半導体層の少なくとも一つについて、半導体の前駆材料を含有した機能液を前記開口部内の対応する下地表面上に配置して、前駆層を形成する工程ｂ１と、前記半導体からなる前記少なくとも一つの半導体層が得られるように、前記前駆層を加熱する工程ｂ２と、を含んでいる。
【０００７】
上記構成によれば、半導体の前駆材料を含有した機能液が、開口部に配置される。ここで、開口部の周囲はバンク部によって囲まれているので、開口部は、機能液がバンク部の上面に達する程度にまで、機能液を蓄えることができる。したがって、機能液からなる前駆層の厚さを厚くできる。そしてこのため、前駆層から得られる半導体層の厚さを、最大でバンク部の厚さまで厚くできる。
【０００８】
本発明のある態様によれば、前記複数の半導体層はｐｉｎ構造を構成している。そして、前記少なくとも一つの半導体層はｉ型半導体からなる。
【０００９】
上記構成によれば、ｐｉｎ構造を有する光電変換装置において、ｉ型半導体からなる半導体層の厚さを厚くできる。ここで、ｉ型半導体からなる半導体層は、光子を吸収して正負のキャリア生成する層である。そして、この半導体層の厚さが厚くなれば、吸収される光子の数が増えて、その結果として生成される正負のキャリアも増える。したがって上記構成によれば、光電変換効率が高い光電変換装置が得られる。
【００１０】
本発明の他の態様によれば、前記工程Ｂは、前記複数の半導体層のそれぞれについて、それぞれの前記前駆材料を含有したそれぞれの前記機能液を前記開口部内のそれぞれの前記下地表面上に配置して、それぞれの前記前駆層を形成する工程ｂ３と、それぞれの前記半導体からなるそれぞれの前記半導体層が得られるように、それぞれの前記前駆層を加熱する工程ｂ４と、を含んでいる。
【００１１】
上記構成によれば、複数の半導体層を積層する工程が、複数の半導体層のそれぞれについて、開口部内のそれぞれの下地表面上に機能液を配置する工程を含んでいる。このことから、積層される複数の半導体層の全体の厚さを大きくできる。このため、ｐｉｎ構造またはｐｎ構造のタンデム（すなわちスタック）構造を形成しやすい。
【００１２】
本発明によれば、２つの電極と、前記２つの電極の間に位置するとともに積層された複数の半導体層と、を備えた光電変換装置の製造方法が、前記２つの電極の一方の表面を部分的に露出する開口部と、前記開口部の周囲を囲むバンク部と、を有するバンクパターンを前記一方の電極上に設ける工程Ａと、前記複数の半導体層を前記開口部内で前記バンクパターンの厚さの方向に沿って積層する工程Ｂと、を包含している。さらに、前記工程Ｂは、前記複数の半導体層の少なくとも一つについて、半導体の前駆材料を含有した機能液を前記開口部内の対応する下地表面上に配置して、前駆層を形成する工程ｂ１と、前記半導体からなる前記少なくとも一つの半導体層が得られるように、前記前駆層に光を照射する工程ｂ２と、を含んでいる。
【００１３】
上記構成によれば、半導体の前駆材料を含有した機能液が、開口部に配置される。ここで、開口部の周囲はバンク部によって囲まれているので、開口部は、機能液がバンク部の上面に達する程度にまで、機能液を蓄えることができる。したがって、機能液からなる前駆層の厚さを厚くできる。そしてこのため、前駆層から得られる半導体層の厚さを、最大でバンク部の厚さまで厚くできる。
【００１４】
本発明のある態様によれば、前記複数の半導体層はｐｉｎ構造を構成している。そして、前記少なくとも一つの半導体層はｉ型半導体からなる。
【００１５】
上記構成によれば、ｐｉｎ構造を有する光電変換装置において、ｉ型半導体からなる半導体層の厚さを厚くできる。ここで、ｉ型半導体からなる半導体層は、光子を吸収して正負のキャリア生成する層である。そして、この半導体層の厚さが厚くなれば吸収される光子の数が増えて、その結果として生成される正負のキャリアも増える。したがって上記構成によれば、光電変換効率が高い光電変換装置が得られる。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、前記工程Ｂは、前記複数の半導体層のそれぞれについて、それぞれの前記前駆材料を含有したそれぞれの前記機能液を前記開口部内のそれぞれの前記下地表面上に配置して、それぞれの前記前駆層を形成する工程ｂ３と、それぞれの前記半導体からなるそれぞれの前記半導体層が得られるように、それぞれの前記前駆層に光を照射する工程ｂ４と、を含んでいる。
【００１７】
上記構成によれば、複数の半導体層を積層する工程が、複数の半導体層のそれぞれについて、開口部内のそれぞれの下地表面上に機能液を配置する工程を含んでいる。このことから、積層される複数の半導体層の全体の厚さを大きくできる。このため、ｐｉｎ構造またはｐｎ構造のタンデム（すなわちスタック）構造を形成しやすい。
【００１８】
本発明の光電変換装置は、第１の電極と、前記第１の電極上に位置するバンクパターンであって、前記第１の電極の表面に達する開口部を有したバンクパターンと、前記開口部内の前記第１の電極の表面上に位置する積層構造であって、前記バンクパターンの厚さの方向に積層された複数の半導体層を有する積層構造と、前記第１の電極と第２の電極との間に前記積層構造が位置するように設けられた第２の電極と、を備えている。また、本発明の太陽光発電セルは、上記光電変換装置を備えている。さらに、本発明の電子機器は、上記光電変換装置を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施形態１）
（Ａ．太陽光発電セルの構造）
以下では、光電変換装置の製造方法の一つの実施形態として、太陽光発電セルの製造方法を説明する。
【００２０】
図１の太陽光発電セル１は、ｐｉｎ構造を備えた光電変換装置である。本実施形態では、太陽光発電セル１は、基板１０と、基板１０上に位置した下部電極１１と、どちらも下部電極１１上に位置した積層構造１２およびバンクパターン１３と、積層構造１２上に位置した上部電極１４と、上部電極１４上に位置した収集電極パターン１５と、を備えている。ここで、基板１０はステンレスからなる基板であり、基板１０の表面はほぼ平坦である。そして、下部電極１１は、基板１０のこの表面のほぼ全体を覆っている。
【００２１】
バンクパターン１３は、開口部１３Ａと、開口部１３Ａの周囲を囲むバンク部１３Ｂと、を有している。この開口部１３Ａは、バンクパターン１３の厚さ方向に沿ってバンクパターン１３を貫いて、下部電極１１の表面にまで達している。そしてこのため、下部電極１１の表面は部分的に、開口部１３Ａによってバンクパターン１３から露出されている。
【００２２】
バンク部１３Ｂは下部電極１１上で閉じた形状を有しているとも表現される。このような表現にしたがうと、上述の開口部１３Ａは、バンク部１３Ｂで閉じられた部分であるとも表現され得る。そして、バンクパターン１３が、このような開口部１３Ａと、バンク部１３Ｂと、を有しているので、後述する機能液が開口部１３Ａ内に配置されると、機能液は開口部１３Ａ内に蓄えられる。なお、開口部１３Ａ内で露出した下部電極１１の表面は、実質的な「閉領域」を構成している。ここで、「閉領域」とは、仮想的な閉曲線で囲まれた領域のことである。
【００２３】
積層構造１２は、３つの半導体層２１，２２，２３を備えている。これら３つの半導体層２１，２２，２３は、開口部１３Ａ内で、バンクパターン１３の厚さの方向に沿って積層されている。本実施形態では、半導体層２１は下部電極１１上に位置していて、半導体層２２は半導体層２１上に位置していて、そして、半導体層２３は半導体層２２上に位置している。また、半導体層２１はｎ型半導体から構成され、半導体層２２はｉ型半導体から構成され、そして、半導体層２３はｐ型半導体から構成される。ここで、半導体層２１と半導体層２３とは、どちらも積層構造１２の「最表層」の例である。なお、「ｎ型」、「ｉ型」、および「ｐ型」は、いずれも半導体の導電型を示している。
【００２４】
ｎ型半導体から構成される半導体層２１は、周期表の第５Ｂ族元素を含んだアモルファスシリコン層である。本実施形態では、半導体層２１は、第５Ｂ族元素としてリン（Ｐ）を含んでいる。また、半導体層２１の厚さは、０．３μｍである。ただし、半導体層２１の厚さは、この値に限定されず、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲、より好ましくは０．０５μｍ以上０．３μｍ以下の範囲、にあればよい。
【００２５】
ｉ型半導体から構成される半導体層２２は、真性のアモルファスシリコン層である。また、半導体層２２の厚さは、３μｍである。ただし、半導体層２２の厚さは、この値に限定されず、０．１μｍ以上５０μｍ以下の範囲、より好ましくは１μｍ以上５μｍ以下の範囲、にあればよい。半導体層２２は、ｐｉｎ構造において、入射した光子を吸収して正負のキャリアを生成する機能、すなわち発電作用を担っている。
【００２６】
ｐ型半導体から構成される半導体層２３は、周期表の第３Ｂ族元素を含んだアモルファスシリコン層である。本実施形態では、半導体層２３は、第３Ｂ族元素としてホウ素（Ｂ）を含んでいる。また、半導体層２３の厚さは、０．３μｍである。ただし、半導体層２３の厚さは、この値に限定されず、０．０１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲、より好ましくは０．０５μｍ以上０．３μｍ以下の範囲、にあればよい。
【００２７】
上部電極１４は、半導体層２３上に設けられている。上部電極１４は、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる。このため、上部電極１４は、可視光域の波長の光に対して透過性を有している。一方、収集電極パターン１５は、金属からなる。ここで、収集電極パターン１５は、バンク部１３Ｂに対応する部分に位置しているが、開口部１３Ａに対応する部分には位置していない。このため、収集電極パターン１５側から太陽光発電セル１へ光が入射すれば、光は、収集電極パターン１５に阻止されることなく、開口部１３Ａ内の積層構造１２に達する。なお、上部電極１４を構成する材料は、光透過性を有する導電材料であればよく、ＩＴＯ以外にも、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の材料が挙げられる。
【００２８】
後述するように本実施形態では、積層構造１２を設ける工程が、半導体の前駆材料を含有した機能液を開口部１３Ａ内に配置する工程を含んでいる。このため、半導体の前駆材料は、液状体の形態で開口部１３Ａ内に供給される。ここで、開口部１３Ａの周囲がバンク部１３Ｂに囲まれているので、開口部１３Ａは、機能液がバンク部１３Ｂの上面に達する程度にまで、機能液を蓄えることができる。そして、このことから、最終的に得られる半導体層２１，２２，２３の少なくとも一つの厚さを、バンク部１３Ｂの厚さ程度に厚くできる。そして、本実施形態では、このような工程によって、３μｍの厚さを有した半導体層２２が実現する。そしてこのため、光電流変換効率が高い太陽光発電セル１が得られる。
【００２９】
以下では、図２から図７を参照しながら、太陽光発電セル１の製造方法を説明する。
【００３０】
（Ｂ．下部電極とバンクパターン）
まず、図２（ａ）の基板１０を準備する。そして、基板１０の一方の表面のほぼ一面に、スパッタ法を用いてアルミニウムを堆積する。そうすると、図２（ｂ）に示すように、下部電極１１が得られる。ここで得られる下部電極１１の厚さは、約０．５μｍである。
【００３１】
次に、フォトリソグラフィー法を用いて、バンクパターン１３を下部電極１１上に設ける。
【００３２】
本実施形態では、まず、図２（ｃ）に示すように、感光性を有した材料を下部電極１１上に塗布して、材料層１３Ｒを形成する。ここでの材料は、ポリシラザン骨格を有した感光性組成物であって、露光に対してポジ型の性質を呈する感光性組成物である。ただし、この材料は、ポリシラザン骨格を有する感光性組成物に代えて、ポリシロキサン骨格を有する感光性組成物であってもよいし、ポリシラン骨格を有する感光性組成物であってもよい。また、露光に対してポジ型であってもネガ型であってもよい。
【００３３】
材料層１３Ｒを形成した後、図２（ｄ）に示すように、開口部１３Ａに対応した光透過部ＴＰと、バンク部１３Ｂに対応した遮光部ＳＨと、を有するマスクパターンＭＫを介して、材料層１３Ｒに光を照射する。そのうえで、材料層１３Ｒを現像液に浸す。そうすると、材料層１３Ｒのうちの光が照射された部分が現像液に溶解して、開口部１３Ａが現れる。その後、下地電極１１上に残った材料層１３Ｒの温度が約４５０℃に達するように、残った材料層１３Ｒを大気中で加熱する。そうすると、残った材料層１３Ｒが、シリカ、すなわちアモルファス状態のＳｉＯ2になる。そしてこのことで、図３（ａ）に示すように、ＳｉＯ2からなるバンク部１３Ｂが得られる。得られるバンク部１３Ｂの厚さは、約３．６μｍである。なお、本実施形態では、バンク部１３Ｂの厚さを、「バンクパターン１３の厚さ」とも表現する。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、本明細書では、バンクパターン１３の厚さの方向を「方向ＴＤ」とも表記する。「方向ＴＤ」は、基板１０の表面に対してほぼ垂直な方向でもある。なお、図３（ｂ）に示すように、開口部１３Ａの２次元形状は、ほぼ矩形である。より具体的には、開口部１３Ａを基板１０の表面と平行な仮想平面で切断して得られる断面の２次元形状は、ほぼ矩形である。
【００３５】
（Ｃ．積層構造）
バンクパターン１３を得た後で、３つの半導体層２１，２２，２３を開口部１３Ａ内で方向ＴＤに沿って積層する。詳細は、以下の通りである。
【００３６】
（Ｃ１．ｎ型半導体からなる半導体層）
図４（ａ）から（ｄ）に示すように、半導体層２１を開口部１３Ａ内の下地表面上に設ける。ここでの「下地表面」は、開口部１３Ａ内で露出した下部電極１１の表面である。
【００３７】
まず、ｎ型半導体となる前駆材料を含有した機能液２１Ａを準備する。機能液２１Ａは、本実施形態では以下のように準備される。
【００３８】
最初に、液状体であるとともに、環系の構造を有したシラン化合物を準備する。ここで、シラン化合物は、一般式「ＳｉnＸm」で表される。この一般式において、「Ｘ」は水素および／またはハロゲンを表し、「ｎ」は５以上の整数を表し、「ｍ」は、「ｎ」、「２ｎ−２」、または「２ｎ」の整数を表している。次に、この液状体のシラン化合物にリン（Ｐ）を添加して、混合液を得る。そして、この混合液に紫外線を照射する。そうすると、混合液においてシラン化合物が重合する。その後、トルエンなどの溶媒を加えることで混合液を希釈し、希釈された混合液をフィルターに通す。フィルターを通された混合液が、機能液２１Ａである。
【００３９】
ここで、混合液を希釈する溶媒は、シラン化合物、黄リンなどのリン単体、またはリンを含有する化合物、を溶解し、かつ、これら溶質と反応しないのであれば、上述のトルエン以外でもよい。また、リンを含有する化合物としては、例えば、リンを含むシラン化合物、リンを含有する変性シラン化合物、ホスフィン［ＰＨ3］、ジホスフィン［Ｐ2Ｈ4］、トリメチルホスフィン［Ｐ（ＣＨ3）3］、トリエチルホスフィン［Ｐ（Ｃ2Ｈ5）3］、トリフェニルホスフィン［Ｐ（Ｃ6Ｈ5）3］、等が挙げられる。
【００４０】
また、液状体のシラン化合物に添加されるリンの量は、リンがリン原子として換算される場合に、半導体層２１においてリンが、好ましくは１０19〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3程度の範囲、より好ましくは１０20〜１０21ａｔｏｍ／ｃｍ3の範囲になるように、調整される。
【００４１】
機能液２１Ａが準備されたら、図４（ａ）に示すように、機能液２１Ａを開口部１３Ａ内の下地表面上に配置する。そうすると、図４（ｂ）に示すように、機能液２１Ａからなる前駆層２１Ｐが下地表面上に得られる。なお、上述のように、ここでの下地表面は、下部電極１１の表面である。
【００４２】
より具体的には、開口部１３Ａ内へ、インクジェットヘッド８２Ａのノズル８１Ａから機能液２１Ａの液滴を吐出する。そうすると、吐出された液滴は、下部電極１１上に着弾する。そして、所定数の液滴が下部電極１１上に着弾すると、機能液２１Ａからなる前駆層２１Ｐが下部電極１１上に得られる。なお、開口部１３Ａ内に配置される機能液２１Ａの体積は、最終的に得られる半導体層２１の厚さが０．３μｍになるように、事前の実験から決められている。
【００４３】
前駆層２１Ｐが得られたら、図４（ｃ）に示すように、不活性ガス雰囲気下で、前駆層２１Ｐを約４００℃の温度で焼成する。そうすると、前駆層２１Ｐにおけるシリコンがアモルファス状態になり、この結果、図４（ｄ）に示すように、ｎ型半導体からなる半導体層２１が得られる。
【００４４】
（Ｃ２．ｉ型半導体からなる半導体層）
次に、図５（ａ）から（ｄ）に示すように、半導体層２２を開口部１３Ａ内の下地表面上に設ける。ここでの「下地表面」は、半導体層２１の表面である。
【００４５】
まず、ｉ型半導体となる前駆材料を含有した機能液２２Ａを準備する。機能液２２Ａは、本実施形態では以下のように準備される。
【００４６】
最初に、液状体であるとともに、環系の構造を有したシラン化合物を準備する。ここで、シラン化合物は、一般式「ＳｉnＸm」で表される。この一般式において、「Ｘ」は水素および／またはハロゲンを表し、「ｎ」は５以上の整数を表し、「ｍ」は、「ｎ」、「２ｎ−２」、または「２ｎ」の整数を表している。次に、この液状体のシラン化合物に紫外線を照射する。そうすると、シラン化合物が重合する。その後、トルエンなどの溶媒を加えることでシラン化合物を希釈し、希釈されたシラン化合物をフィルターに通す。フィルターを通された液状体が、機能液２２Ａである。
【００４７】
機能液２２Ａが準備されたら、図５（ａ）に示すように、機能液２２Ａを開口部１３Ａ内の下地表面上に配置する。そうすると、図５（ｂ）に示すように、機能液２２Ａからなる前駆層２２Ｐが下地表面上に得られる。なお、上述のように、ここでの下地表面は、半導体層２１の表面である。
【００４８】
より具体的には、半導体層２１の場合と同様に、開口部１３Ａ内へ、インクジェットヘッド８２Ｂのノズル８１Ｂから機能液２２Ａの液滴を吐出する。そうすると、吐出された液滴は、半導体層２１上に着弾する。そして、所定数の液滴が半導体層２１上に着弾すると、機能液２２Ａからなる前駆層２２Ｐが半導体層２１上に得られる。なお、開口部１３Ａ内に配置される機能液２２Ａの体積は、最終的に得られる半導体層２２の厚さが３μｍになるように、事前の実験から決められている。
【００４９】
前駆層２２Ｐが得られたら、図５（ｃ）に示すように、不活性ガス雰囲気下で、前駆層２２Ｐを約４００℃の温度で焼成する。そうすると、前駆層２２Ｐにおけるシリコンがアモルファス状態になり、この結果、図５（ｄ）に示すように、ｉ型半導体からなる半導体層２２が得られる。
【００５０】
（Ｃ３．ｐ型半導体からなる半導体層）
次に、図６（ａ）から（ｄ）に示すように、半導体層２３を開口部１３Ａ内の下地表面上に設ける。ここでの「下地表面」は、半導体層２２の表面である。
【００５１】
まず、ｐ型半導体となる前駆材料を含有した機能液２３Ａを準備する。機能液２３Ａは、本実施形態では以下のように準備される。
【００５２】
最初に、液状体であるとともに、環系の構造を有したシラン化合物を準備する。ここで、シラン化合物は、一般式「ＳｉnＸm」で表される。この一般式において、「Ｘ」は水素および／またはハロゲンを表し、「ｎ」は５以上の整数を表し、「ｍ」は、「ｎ」、「２ｎ−２」、または「２ｎ」の整数を表している。次に、この液状体のシラン化合物にホウ素（Ｂ）を添加して、混合液を得る。そして、この混合液に紫外線を照射する。そうすると、混合液においてシラン化合物が重合する。その後、トルエンなどの溶媒を加えることで混合液を希釈し、希釈された混合液をフィルターに通す。フィルターを通された混合液が、機能液２３Ａである。
【００５３】
ここで、混合液を希釈する溶媒は、上記シラン化合物および／またはホウ素を含有する化合物を溶解し、かつ、これら溶質と反応しないものであれば、上述のトルエン以外でもよい。また、ホウ素を含有する化合物としては、例えば、ホウ素を含むシラン化合物、ジボラン［Ｂ2Ｈ6］、テトラボラン［Ｂ4Ｈ10］、ペンタボラン［Ｂ5Ｈ9］、ヘキサボラン［Ｂ6Ｈ10］、デカボラン［Ｂ10Ｈ14］、トリメチルホウ素［Ｂ（ＣＨ3）3］、トリエチルホウ素［Ｂ（Ｃ2Ｈ5）3］、トリフェニルホウ素［Ｂ（Ｃ6Ｈ5）3］、等が挙げられる。
【００５４】
液状体のシラン化合物に添加されるホウ素の量は、ホウ素がホウ素原子として換算された場合に、半導体層２３においてホウ素が、好ましくは１０10〜１０18ａｔｏｍ／ｃｍ3程度の範囲、より好ましくは１０10〜１０17ａｔｏｍ／ｃｍ3の範囲になるように、調整される。
【００５５】
機能液２３Ａが準備されたら、図６（ａ）に示すように、機能液２３Ａを開口部１３Ａ内の下地表面上に配置する。そうすると、図６（ｂ）に示すように、機能液２３Ａからなる前駆層２３Ｐが下地表面上に得られる。なお、上述のように、ここでの下地表面は、半導体層２２の表面である。
【００５６】
より具体的には、半導体層２１，２２の場合と同様に、開口部１３Ａ内へ、インクジェットヘッド８２Ｃのノズル８１Ｃから機能液２３Ａの液滴を吐出する。そうすると、吐出された液滴は、半導体層２２上に着弾する。そして、所定数の液滴が半導体層２２上に着弾すると、機能液２３Ａからなる前駆層２３Ｐが半導体層２２上に得られる。なお、開口部１３Ａ内に配置される機能液２３Ａの体積は、最終的に得られる半導体層２３の厚さが０．３μｍになるように、事前の実験から決められている。
【００５７】
前駆層２３Ｐが得られたら、図６（ｃ）に示すように、不活性ガス雰囲気下で、前駆層２３Ｐを約４００℃の温度で焼成する。そうすると、前駆層２３Ｐにおけるシリコンがアモルファス状態になり、この結果、図６（ｄ）に示すように、ｐ型半導体からなる半導体層２３が得られる。
【００５８】
以上の工程を経て、３つの半導体層２１，２２，２３が、開口部１３Ａ内で方向ＴＤに沿って、重ねられる。そしてこのことで、図７（ａ）の積層構造１２が得られる。
【００５９】
さて、上述の「機能液」とは、インクジェットヘッド８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃのノズル８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃから液滴として吐出されうる粘度を有する液状体をいう。ここで、「機能液」が水性であると油性であるとを問わない。ノズル８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃから吐出可能な流動性（低い粘度）を備えていれば十分で、固体物質が混入していても全体として流動体であればよい。さらに、「機能液」の粘度は１ｍＰａ・ｓ以上５０ｍＰａ・ｓ以下であるのが好ましい。粘度が１ｍＰａ・ｓ以上である場合には、「機能液」の液滴を吐出する際にノズル８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃの周辺部が「機能液」で汚染されにくい。一方、粘度が５０ｍＰａ・ｓ以下である場合は、ノズル８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃにおける目詰まりの頻度が小さく、このため円滑な液滴の吐出を実現できる。
【００６０】
機能液２１Ａ，２２Ａ，２３Ａのそれぞれに含有されるシラン化合物として、本実施形態では、１個の環状構造を有するものとして、シクロトリシラン、シクロテトラシラン、シクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン等が挙げられ、２個の環状構造を有するものとして、１，１’−ビシクロブタシラン、１，１’−ビシクロペンタシラン、１，１’−ビシクロヘキサシラン、１，１’−ビシクロヘプタシラン、１，１’−シクロブタシリルシクロペンタシラン、１，１’−シクロブタシリルシクロヘキサシラン、１，１’−シクロブタシリルシクロヘプタシラン、１，１’−シクロペンタシリルシクロヘキサシラン、１，１’−シクロペンタシリルシクロヘプタシラン、１，１’−シクロヘキサシリルシクロヘプタシラン、スピロ［２，２］ペンタシラン、スピロ［３，３］ヘプタタシラン、スピロ［４，４］ノナシラン、スピロ［４，５］デカシラン、スピロ［４，６］ウンデカシラン、スピロ［５，５］ウンデカシラン、スピロ［５，６］ウンデカシラン、スピロ［６，６］トリデカシラン等が挙げられ、その他にこれらの骨格の水素原子を部分的にＳｉＨ3基やハロゲン原子に置換したシラン化合物を挙げることができる。また、機能液２１Ａ，２２Ａ，２３に含有されるシラン化合物として、これら化合物の２種以上が混合されて使用されてもよい。
【００６１】
本実施形態によれば、半導体層２１，２２，２３のそれぞれは、それぞれの前駆層２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐに含まれるシリコンをアモルファス化することで得られる。ここで、このような半導体層２１，２２，２３の厚さは、前駆層２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐの厚さにほぼ比例する。しかも、前駆層２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐは、流動性を有する機能液２１Ａ，２２Ａ，２３Ａからそれぞれ構成されるので、前駆層２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐの厚さは、少なくともバンクパターン１３の厚さにまで厚くできる。このことから、ＣＶＤ法などの他の方法で設けられる半導体層の厚さよりも、半導体層２１，２２，２３の厚さを厚くできる。
【００６２】
（Ｄ．上部電極および収集電極パターン）
次に、図７（ｂ）に示すように、積層構造１２上に上部電極１４を設ける。本実施形態では、半導体層２３上にＩＴＯからなる上部電極１４を設ける。本実施形態では、バンクパターン１３の厚さと、積層構造１２の厚さとは、互いにほぼ同じなので、上部電極１４は、積層構造１２と、バンクパターン１３と、を覆うことになる。なお、上部電極１４を設ける方法としては、スパッタ法でもよいし、インクジェット法でもよい。
【００６３】
上部電極１４を設けた後で、図７（ｃ）に示すように、上部電極１４上に収集電極パターン１５を設ける。本実施形態の収集電極パターン１５は、アルミニウムからなる。ここで、収集電極パターン１５は、バンクパターン１３に対応する位置に設けられるが、開口部１３Ａに対応する位置には設けられない。このため、収集電極パターン１５が積層構造１２への光の入射を妨げることはない。そして、本実施形態では、収集電極パターン１５が設けられた段階で、太陽光発電セル１が得られる。
【００６４】
以上、説明したように本実施形態では、積層構造１２を設ける工程が、バンクパターン１３の開口部１３Ａの内部に、機能液２１Ａ，２２Ａ，２３Ａをそれぞれ配置する工程を含んでいる。ここで、機能液２１Ａ，２２Ａ，２３Ａのそれぞれは、それぞれの半導体の前駆材料を含有している。このため、それぞれの前駆材料は、液状体の形態で開口部１３Ａ内に供給される。ここで、上述のように、開口部１３Ａの周囲は、バンク部１３Ｂによって囲まれている。したがって、機能液２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、開口部１３Ａ内の対応する下地表面上で、バンクパターン１３の上面に達する程度にまで、蓄えられ得る。そして、このことから、最終的に得られる半導体層２１，２２，２３の少なくとも一つの厚さを、バンクパターン１３の厚さ程度に厚くできる。本実施形態では、ｉ型半導体から構成される半導体層２２の厚さが、約３μｍ程度にまで厚くなる。このため、半導体層２２に吸収される光子の数が増えて、結果として半導体層２２内で生成する正負のキャリアの数が増大する。したがって、光電流変換効率が高い光電変換装置が得られる。
【００６５】
なお、機能液２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、インクジェット法によって開口部１３Ａに配置される。ただし、バンクパターン１３が設けられるのであれば、インクジェット法による配置に代えて、スピンコート法などの他の液状体プロセスを用いて、機能液２１Ａ，２２Ａ，２３Ａを開口部１３Ａ内に配置してもよい。ただし、インクジェット法およびマイクロディスペンサ法に代表される液滴配置法を用いれば、必要とされる場所に必要とされる体積の機能液を配置できるので、無駄に消費される機能液の量を減らすことができる。さらに、インクジェット法を用いれば、正確な位置に短い時間で機能液を配置できる。なお、マイクロディスペンサ法とは、マイクロディスペンサを用いて、機能液を液滴の形態で対象物上に配置する技術のことである。
【００６６】
（実施形態２）
実施形態１の太陽光発電セル１は、ｎ型、ｉ型、ｐ型の３つのアモルファスシリコン層を備えている。このような構成に代えて、本実施形態の太陽光発電セル１’（図９）は、ｎ型、ｉ型、ｐ型の３つの多結晶シリコン層を備えている。ただし、この点を除けば、本実施形態は基本的に実施形態１と同じである。このため、実施形態１の構成要素と同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。また、実施形態１の説明と重複する説明は省略されている。
【００６７】
３つの多結晶シリコン層を備えた太陽光発電セル１’の製造方法は以下の通りである。
【００６８】
まず、実施形態１で説明した方法で、開口部１３Ａと、開口部１３Ａの周囲を囲むバンク部１３Ｂと、を有するバンクパターン１３を下部電極１１上に設ける。
【００６９】
次に、図８（ａ）から（ｄ）に示すように、半導体層４１を開口部１３Ａ内の下地表面上に設ける。なお、ここでの「下地表面」は、開口部１３Ａによってバンクパターン１３から露出された下部電極１１の表面である。半導体層４１を設ける工程の詳細は、以下の通りである。
【００７０】
まず、ｎ型半導体の前駆材料を含有した機能液２１Ａを準備する。そして、図８（ａ）に示すように、このような機能液２１Ａを、開口部１３Ａ内の下地表面上に配置する。そうすると、機能液２１Ａからなる前駆層２１Ｐが下地表面上に得られる。
【００７１】
その後、図８（ｂ）に示すように、前駆層２１Ｐが約４００℃の温度に達するように加熱して、前駆層２１Ｐに含まれるシリコンをアモルファス状態にする。さらに、図８（ｃ）に示すように、加熱後の前駆層２１Ｐに、エキシマレーザからのレーザ光ＬＢを照射する。そうすると、前駆層２１Ｐにおけるシリコンが多結晶状態になり、この結果、図８（ｄ）に示すように、ｎ型の多結晶シリコン層が得られる。なお、本実施形態では、このｎ型の多結晶シリコン層を半導体層４１と表記している。
【００７２】
次に、実施形態１で説明した機能液２２Ａ，２３Ａをそれぞれ用いて、半導体層４１の場合と同様な工程をそれぞれ行う。そのことで、ｉ型の多結晶シリコン層と、ｐ型の多結晶シリコン層と、を開口部１３Ａ内のそれぞれの下地表面上に設ける。図９では、得られたｉ型の多結晶シリコン層とｐ型の多結晶シリコン層とを、それぞれ半導体層４２，４３と表記している。
【００７３】
このような工程によって、３つの半導体層４１，４２，４３が、開口部１３Ａ内で方向ＴＤに沿って、重ねられる。そしてこのことで、積層構造１２’（図９）が得られる。その後、実施形態１で説明した方法で、上部電極１４と、収集電極パターン１５と、をそれぞれ設ける。そうすると、図９に示す太陽光発電セル１’が得られる。
【００７４】
このように、多結晶シリコン層を含む太陽光発電セル１’であっても、上記実施形態の製造方法によって、ｉ型半導体から構成される半導体層４２の厚さを厚くできる。したがって、光電流変換効率の高い太陽光発電セル１’が得られる。
【００７５】
（変形例１）
実施形態１，２によれば、積層構造１２，１２’は、１セットのｐｉｎ構造を有している。しかしながら、積層構造１２，１２’は、このような構成に代えて、複数セットのｐｉｎ構造を有してもよい。具体的には、図１０に示すように、開口部１３Ａ内で複数のｐｉｎ構造が互いに直列に積層されてもよい。複数のｐｉｎ構造、または複数のｐｎ構造（不図示）が積層された構造は「タンデム構造」または「スタック構造」と呼ばれるが、実施形態１，２の製造方法によれば、このような「タンデム構造」または「スタック構造」を備えた積層構造１２，１２’を形成しやすい。
【００７６】
しかも、実施形態１，２によれば、開口部１３Ａを規定するバンクパターン１３の厚さを厚くすることで、直列に積層されるｐｉｎ構造の数、またはｐｎ構造の数を増やすことができる。そしてこのことから、光電変換効率の高い太陽光発電セルを設計しやすい。なお、１つのタンデム構造を構成する複数セットのｐｉｎ構造（またはｐｎ構造）が、互いに異なる波長の光を吸収して発電するように、半導体層の材料が選択されてもよい。そうすれば、入射光のスペクトラムのうちの複数の波長域が発電に寄与できるので、効率のよい太陽光発電セルが得られる。
【００７７】
（変形例２）
実施形態１，２によれば、開口部１３Ａの２次元形状が矩形になるように、バンクパターン１３の形状が規定されている。しかしながら、バンクパターン１３の形状は、開口部１３Ａの２次元形状がハニカム状になるように規定されてもよいし、円状になるように規定されてもよい。また、図１１に示すように、開口部１３Ａの２次元形状がストライプ状になるように、バンクパターン１３が形成されてもよい。ただし、開口部１３Ａの２次元形状がストライプ状になる場合であっても、バンク部１３Ｂは、基板１０の最も外側で開口部１３Ａを囲むように、配置されている。
【００７８】
（変形例３）
実施形態１，２によれば、バンク部１３Ｂは、感光性を有する材料から形成される。しかしながら、目的とする積層構造１２の厚さ以上の厚さを有したバンク部１３Ｂが形成されるのであれば、バンク部１３Ｂを形成するための材料が感光性を有さなくてもよい。例えば、下部電極１１上にシリカ層、つまりアモルファス状態のＳｉＯ2からなる層、を形成してから、フォトリソグラフィー法で、シリカ層からバンク部１３Ｂを形成してもよい。また、バンク部１３Ｂを構成する材料は、半導体層２１，２２，２３，４１，４２，４３を形成するために加えられる熱に耐え得る材料であれば、シリカに限定されず他の無機材料でもよい。
【００７９】
ただし、実施形態１，２のように、感光性を有する材料からバンク部１３Ｂが形成される場合には、バンク部１３Ｂを形取るためのレジスト材料が不要であるし、さらにバンク部１３Ｂを形取るためのエッチングプロセスも不要である。このため、感光性を有する材料を用いれば、太陽光発電セル１，１’の製造コストを抑えられる。
【００８０】
（応用例）
図１２の携帯電話器２００は、太陽光発電セル１を備えた電子機器の一例である。また、図１３の電卓３００は、太陽光発電セル１を備えた電子機器の他の一例である。上記実施形態の製造方法で得られる太陽光発電セルは、その光電変換効率が高いので、電子機器において用いられても望ましい性能を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施形態１の太陽光発電セルの断面を示す模式図。
【図２】（ａ）から（ｄ）は、実施形態１の太陽光発電セルの製造方法を説明する工程図である。
【図３】（ａ）は、バンクパターンの断面を示す模式図であり、（ｂ）は、バンクパターンの上面を示す模式図である。
【図４】（ａ）から（ｄ）は、実施形態１の太陽光発電セルの製造方法を説明する工程図である。
【図５】（ａ）から（ｄ）は、実施形態１の太陽光発電セルの製造方法を説明する工程図である。
【図６】（ａ）から（ｄ）は、実施形態１の太陽光発電セルの製造方法を説明する工程図である。
【図７】（ａ）から（ｃ）は、実施形態１の太陽光発電セルの製造方法を説明する工程図である。
【図８】（ａ）から（ｄ）は、実施形態２の太陽光発電セルの製造方法を説明する工程図である。
【図９】実施形態２の太陽光発電セルの断面を示す模式図。
【図１０】実施形態１の変形例を示す模式図。
【図１１】実施形態１の変形例を示す模式図。
【図１２】実施形態１の太陽光発電セルを備えた携帯電話器の模式図。
【図１３】実施形態１の太陽光発電セルを備えた電卓の模式図。
【符号の説明】
【００８２】
１，１’…太陽光発電セル、１０…基板、１１…下部電極、１２，１２’…積層構造、１３Ａ…開口部、１３…バンクパターン、１３Ｒ…材料層、１４…上部電極、１５…収集電極パターン、２１，２２，２３…半導体層、２１Ａ，２２Ａ，２３Ａ…機能液、２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐ…前駆層、４１，４２，４３…半導体層、８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ…ノズル、８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ…インクジェットヘッド。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007305941.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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