(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコンを原料とする太陽電池の変換効率の向上と共に、変換効率の経時変化を少なくする。【解決手段】シリコンウエーハーに、水素処理を行なう、または、塩素ガスで処理をする、または、燐を含むガスで処理する、または、再結合中心を作成するための処理をする、または、シリコンウエーハーの加熱工程からの冷却を、毎分摂氏１０度以下で行なう。または、以上の処理を組み合せる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーに水素処理を行うことを特徴とした太陽電池及びその製造方法。
【請求項２】
太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーに塩素を含むガスで処理することを特徴とした太陽電池及びその製造方法。
【請求項３】
太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーに燐を含むガスで処理する事を特徴とした太陽電池及びその製造方法。
【請求項４】
太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーに再結合中心を作成するための処理をする事を特徴とした太陽電池及びその製造方法。
【請求項５】
太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーの加熱工程からの冷却を、毎分摂氏１０度以下で行う事を特徴とした太陽電池及びその製造方法。
【請求項６】
太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、上記記載事項を組み合せた事を特徴とする太陽電池及びその製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、シリコンを原料とする太陽電池の変換効率の向上と、低下した変換効率の復旧に関する。
【背景技術】
【０００２】  シリコンを原料とする太陽電池は、５〜６Ｎ（９９．９９９  〜  ９９．９９９９％）の純度を有する金属シリコンを、キャスチングによる一方向冷却純化或いは及び単結晶引き上げ技術を用いて、純化して、インゴットを得て、切断しウエーハーを形成し、加工工程の後、所謂セルを作成する。【０００３】  従来、高純度の、所謂シーメンス法によって生産された、金属シリコンを原料としてセルを生産して来たが、セルに加工する工程で、主として工程汚染に起因して、変換効率が低下している。【０００４】  また切断加工中でも、切断刃の鈍化に起因する発熱、切断圧力の増加によって、歪がウエーハー内に蓄積される。【０００５】  この様に原料シリコンの問題とは別に、加工工程に於いても、変換効率の低下が発生する。【０００６】  従来は、セル生産工程で実行されるＣＶＤ（化学蒸気蓄積）工程で使用される原料ガス（ＳｉＨ４）の分解時に発生する水素ガスを利用して、低下したであろう変換効率の復旧を図っている。【０００７】  然し、これは、偶然の賜物で、決して意図したものではない。【０００８】  我々の本発明は、この様な偶然の効果を利用するのではなく、綿密に計算、確認された新しい発想に基づき提案された新しい技術である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  上述した様に、現在のシリコンをベースとした太陽電池の問題は、変換効率の経時変化及び本来の変換効率が、加工工程によって、低減されている事である。【００１０】  従来この様な問題に関して、関係者は、充分な注意を払って来ていたとは、残念ながら言い得ない。【００１１】  本発明は、従来から注意を払って来なかったこの問題を取り上げ、原因を確認し、対策に成功したものである。【００１２】  ただし、此処に提案する発明は、個別には既に他の業界にて使われている技術ではあるが、我々は従来誰も省みなかった技術を、全く新しい観点から再評価し、全く新しい業界に適用するように変更、改善し、新しい業界に適用する事に、成功したものである。
【問題を解決する為の手段】
【００１３】  問題を解決する為の第一の方法は、太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーに水素処理を行うことを特徴とした太陽電池及びその製造方法である。
【００１４】  問題を解決する為の第二の方法は、太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーに塩素を含むガスで処理することを特徴とした太陽電池及びその製造方法である。
【００１５】  問題を解決する為の第三の方法は、太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーに燐を含むガスで処理する事を特徴とした太陽電池及びその製造方法である。
【００１６】  問題を解決する為の第四の方法は、太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーに再結合中心を作成するための処理をする事を特徴とした太陽電池及びその製造方法である。
【００１７】  問題を解決する為の第五の方法は、太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、シリコンウエーハーの加熱工程からの冷却を、毎分摂氏１０度以下で行う事を特徴とした太陽電池及びその製造方法である。
【００１８】  問題を解決する為の第六の方法は、太陽電池の変換効率の向上及び効率の経時変化を少なくする為に、上記記載事項を組み合わせた事を特徴とする太陽電池及びその製造方法である。
【発明の効果】
【００１９】  上述した様に、本発明によって生産されたシリコンをベースとした、太陽電池は、個別には，簡単で既知な工程を単独或いは及び複数組み合わせ、これ等を全く新しい業界に、新しい工程として適用する事によって、従来誰もが成し得なかった大きな効果を得たものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】  以下本発明実施の形態を、実施例に基いて説明する。
【実施例】
【００２１】  本発明の重要な点は、他業界にて適用され、効果が有った工程技術を、太陽電池の生産工程に限定して、更に大きな効果が得られる様に、改善されたものである。
【実施例１】  シーメンス法にて生産された多結晶シリコンを原材料として、摂氏１５５０度にて、１ｍｍ／分にて、結晶を引き上げ、単結晶を生産した。通常の工程にて、整形しワイヤー方法で２００ミクロンの厚さに切断した。その後、化学的処理で表面凸凹を形成し、燐拡散、ＣＶＤ処理、電極形成をして、太陽電池セルを作成し、モジュールを作成した。このセルの変換効率の分布は、１３％から１８％で、実際に太陽光を照射した所、経時変化も無く、安定的に起電量を発生した。
【実施例２】  実施例１と同じ材料と加工方法で、ウエーハーを作成し、化学処理による表面凸凹形成工程の後、摂氏１２００度の水素気流中で２時間処理を行った。その後、実施例１と同様な工程、条件で、セル、モジュールを生産した。このセルの変換効率は、１５〜１８％であった。また実際に太陽光を照射したところ、経時変化も無く、安定的な電気量を発生した。
即ち水素処理を実行すると、変換効率の小さいウエーハーは、大きくなるが元々大きいウエーハーは、変化が無いと言う事を示している。
【実施例３】  シーメンス法にて生産された多結晶シリコン８０重量部に対して、ＵＭＧシリコンと称する純化金属シリコン多結晶を２０重量部混合して、キャスチング法で、実施例１と同じ方法でセル及びモジュールを生産した。
このセルの変換効率の分布は、１１％〜１５％であったが、実際に太陽光線を照射したところ、変換効率が１５％だったものが、平均で１．５％低下した。即ち１３．５％にまで低下したが元々低い１１％のものは、殆ど低下しなかった。
これは、所謂ＵＭＧシリコンの品質の含有する本質的問題で、マイナーな不純物が太陽光のもとで、励起、誘起されて、相互作用をして、結果として、この様な変換効率の低下をしているものと推定されている。
【実施例４】  実施例３と同じ材料と加工方法で、ウエーハーを作成し、化学処理による表面凸凹形成工程の後、摂氏１２００度の水素気流中で、２時間処理を行った。その後、実施例３と同様な工程、条件で、セル及びモジュールを生産した。
これは、基盤表面及び内部に含有されている不純物や、結晶欠陥中心に存在する不純物を還元し、低温で容易に蒸発除去させた結果と推定されている。
このセルの変換効率の分布は、１２％から１５％と、最低変換効率が大きくなった。また実際に太陽光線を照射したところ、変換効率の低下は、実施例３に比較して、半分以下になりこの特性もまた向上した。
【実施例５】  実施例４と同じで水素気流処理の代わりに、水素−酸素ガスの水蒸気中に５％の塩素ガスを混入して、摂氏１２００度にて、２時間熱処理を実行した。その後実施例３と同様な工程、条件で、セル及びモジュールを生産した。
このセルの変換効率の分布は、１２．５％から１５％と、最低変換効率が大きくなった。また実際に太陽光線を照射したところ、変換効率の低下は、実施例３に比較して、殆ど無くなりこの特性もまた向上した。
これは、半導体デバイスの生産、特にＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）でのゲート酸化膜の品質向上に適用される工程技術で、基盤含有の不純物の捕獲、太陽光線によって励起、誘起された不純物と、結晶欠陥の消滅に大きな効用を有する為に、この様な改善が得られたと考えられる。
【実施例６】  実施例４と同じで水素気流処理の代わりに、ＰＯＣｌ３を混入した酸素ガスを用いて、摂氏１２００度にて、２時間熱処理を実行した。その後実施例３と同様な工程、条件で、セル及びモジュールを生産した。
このセルの変換効率の分布は、１２％から１５％と、最低変換効率が大きくなった。また実際に太陽光線を照射したところ、変換効率の低下は、実施例３に比較して、半分以下になり、この特性もまた向上した。
これは、半導体デバイスの生産工程で適用されている、燐による不純物のゲッター作用が、効用したものと解される。
【実施例７】  実施例３と同じ材料と加工方法で、ウエーハーを作成し、化学処理による表面凸凹形成工程の後、その裏面を＃３５０粒度のＳｉＣ粉末を２ｋｇ／ｃｍ２にて噴射した。その後、実施例３と同様な工程、条件で、セル及びモジュールを生産した。
このセルの変換効率は、１１％から１５％であったが、実際に太陽光線を照射したところ、変換効率の低下は、実施例３に比較して、２０％程度と少なくなり、変化分が縮小した。
これは、噴射に依る歪が、工程途中での不純物や太陽光によって誘起した元来の不純物を捕獲する為と考えられる。
【実施例８】  実施例３と同じ材料と加工方法で、ウエーハーを作成し、燐拡散、ＣＶＤ等の熱処理工程の冷却時、毎分摂氏１０度以下で冷却した。  その結果、変換効率の分布は、１２％から１５％と最低値が向上すると共に、太陽光照射後の変換効率の減少が平均３０％位に減少した。これは高温処理に基く歪が、除歪された為と考えられている。【００２２】  これら記載の発明は、記載事項を複数組み合わせる事によって、更なる効果を産むが、その効果は、混合するＵＭＧシリコンの品質及び混合する他の履歴を有する多結晶シリコン材料に依存する。【００２３】  従って履歴不明の原料の混合等の場合、本発明を適用する事によって、安定的且つ高変換効率セルの生産が維持出来ると言う実用的に大きな効果が得られる。【００２４】  なお、本発明の適用によって、いかなる場合でも品質の低下が無い事は、本発明の稀有な特徴と有用性を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、シリニンウエーハーに水素処理を実行する為の設備である。
【図２】図２は、シリコンウエーハーに塩素を含むガス或いは及び燐を含むガスで処理する為の設備である。
【図３】図３は、シリコンウエーハーに再結合中心を形成する為の設備である。
【図４】図４は、処理後のシリコンウエーハーの冷却状況を示す図である。
【符号の説明】Ａは、処理管Ｂの水素圧力を調整する為の、圧力調整装置。
Ｃは、処理するウエーハーを保持するボート。
Ｄは、シリコンウエーハーである。
Ｅは、水素などを管Ｂに導入する為の導入口。
Ｆは、管Ｂの内部雰囲気を維持する為の蓋で、圧力の耐える構造を持っている。
ＥＩは、塩素或いは及び燐を含むガスの導入口である。
Ｇは、管Ｂの内部雰囲気を維持する為の蓋。
Ｈは、排気口である。
Ｉは、圧縮空気の導入口。
Ｊは、再結合中心を形成する為の材料の供給口。
Ｋは、ＩとＪを混合墳出させる為の設備。
Ｌは、その噴出の様子を図示したもの。
Ｍは、シリコンウエーハーの載台。
Ｎは、シリコンウエーハーである。
Ｏは、時間に対して低下する温度の状況を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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