(57)【要約】【課題】改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供する。【解決手段】第１のｉ型半導体層を形成する工程または第２のｉ型半導体層を形成する工程の後に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す。【選択図】図１
2012253260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の導電型を有する半導体基板の第１の主面上に、実質的に真性な第１のｉ型半導体層を形成する工程と、
前記第１のｉ型半導体層の上に、一の導電型を有する第１の半導体層を形成する工程と、
前記半導体基板の第２の主面上に、実質的に真性な第２のｉ型半導体層を形成する工程と、
前記第２のｉ型半導体層の上に、他の導電型を有する第２の半導体層を形成する工程と、を備え、
前記第１のｉ型半導体層を形成する工程または前記第２のｉ型半導体層を形成する工程の後に、イオンを用いない水素ラジカル処理を前記第１及び第２のｉ型半導体層の少なくとも一方に対して施す工程をさらに備える、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記イオンを用いない水素ラジカル処理を、リモートプラズマ法、触媒化学気相成長法及びホットワイヤー法の少なくともひとつにより行う、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１のｉ型半導体層、前記第１の半導体層、前記第２のｉ型半導体層及び前記第２の半導体層の少なくともひとつは、水素を含む非単結晶シリコン系半導体からなる、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一の導電型の結晶シリコン基板と、他の導電型のアモルファスシリコン層との間に、水素を含む実質的に真性なアモルファスシリコン層（以下、「ｉ型アモルファスシリコン層」とする。）が配された、ｐｉｎ接合を有する太陽電池が知られている。この太陽電池では、ｉ型アモルファスシリコン層によりキャリアの再結合を抑制できる。このため、優れた出力特性を得ることができる。
【０００３】
水素を含むｉ型アモルファスシリコン層は、ｉ型アモルファスシリコン層を形成した後に、ｉ型アモルファスシリコン層に水素を導入することにより形成されている。例えば特許文献１には、ｉ型アモルファスシリコン層に水素を導入する方法として、約１ｅＶ〜約５ｋｅＶの加速電圧が加えられた電界により加速した水素イオンをｉ型アモルファスシリコン層に照射する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８９０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、太陽電池の出力特性をさらに向上したいという要望が高まってきている。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る太陽電池の製造方法では、一の導電型を有する半導体基板の第１の主面上に、実質的に真性な第１のｉ型半導体層を形成する。第１のｉ型半導体層の上に、一の導電型を有する第１の半導体層を形成する。半導体基板の第２の主面上に、実質的に真性な第２のｉ型半導体層を形成する。第２のｉ型半導体層の上に、他の導電型を有する第２の半導体層を形成する。第１のｉ型半導体層を形成する工程または第２のｉ型半導体層を形成する工程の後に、イオンを用いない水素ラジカル処理を第１及び第２のｉ型半導体層の少なくとも一方に対して施す。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。
【図２】第２の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１１】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１２】
（第１の実施形態）
（太陽電池１の構成）
図１は、第１の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。まず、図１を参照しながら本実施形態において製造する太陽電池の構成について説明する。
【００１３】
太陽電池１は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、例えば、単結晶半導体基板や多結晶半導体基板により構成することができる。具体的には、半導体基板１０は、例えば、単結晶シリコン基板により構成することができる。
【００１４】
なお、本実施形態では、半導体基板１０の導電型がｎ型である例について説明する。但し、本発明は、これに限定されない。半導体基板１０の導電型はｐ型であってもよい。
【００１５】
半導体基板１０の第１の主面１０ａの上には、半導体基板１０の導電型とは異なるｐ型半導体層１１が配されている。ｐ型半導体層１１は、例えば、ｐ型アモルファスシリコンなどのｐ型の非単結晶シリコン系半導体により構成することができる。ｐ型半導体層１１は、水素を含んでいることが好ましい。ｐ型半導体層１１の厚みは、例えば、３ｎｍ〜２０ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜１５ｎｍであることがより好ましい。
【００１６】
半導体基板１０の第１の主面１０ａとｐ型半導体層１１との間には、ｉ型半導体層１２が配されている。ｉ型半導体層１２は、例えば、ｉ型アモルファスシリコンなどの実質的に真性な非単結晶シリコン系半導体により構成することができる。ｉ型半導体層１２は、水素を含んでいることが好ましい。ｉ型半導体層１２の厚みは、実質的に発電に寄与しない程度であることが好ましい。ｉ型半導体層１２の厚みは、例えば、３ｎｍ〜１５ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜１０ｎｍであることがより好ましい。
【００１７】
一方、半導体基板１０の第２の主面１０ｂの上には、半導体基板１０の導電型と同じであるｎ型半導体層１３が配されている。ｎ型半導体層１３は、例えばｎ型アモルファスシリコンなどのｎ型の非単結晶シリコン系半導体により構成することができる。ｎ型半導体層１３は、水素を含んでいることが好ましい。ｎ型半導体層１３の厚みは、例えば、３ｎｍ〜２５ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜１５ｎｍであることがより好ましい。
【００１８】
半導体基板１０の第２の主面１０ｂとｎ型半導体層１３との間には、ｉ型半導体層１４が配されている。ｉ型半導体層１４は、例えば、ｉ型アモルファスシリコンなどの実質的に真性な非単結晶シリコン系半導体により構成することができる。ｉ型半導体層１４の厚みは、実質的に発電に寄与しない程度であることが好ましい。ｉ型半導体層１４は、水素を含んでいることが好ましい。ｉ型半導体層１４の厚みは、例えば、３ｎｍ〜１５ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜１０ｎｍであることがより好ましい。
【００１９】
半導体層１１，１３の上には、透明導電性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）層１５，１６が配されている。ＴＣＯ層１５の上には、電極１７が配されている。この電極１７により正孔が収集される。一方、ＴＣＯ層１６の上には、電極１８が配されている。この電極１８により電子が収集される。
【００２０】
（太陽電池１の製造方法）
次に、太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
【００２１】
まず、半導体基板１０の上に、ｉ型半導体層１２，１４を形成する。ｉ型半導体層１２，１４の形成は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング等の蒸着法により行うことができる。
【００２２】
次に、ｉ型半導体層１２，１４の少なくとも一方に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す。具体的には、イオンを用いない水素ラジカル処理を、リモートプラズマ法や、触媒化学気相成長（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｃａｔ−ＣＶＤ）法、ホットワイヤー法等により行う。これによりｉ型半導体層１２，１４を改質する。具体的には、ｉ型半導体層１２，１４に含まれる水素の結合状態などを改質する。なお、この改質工程において、ｉ型半導体層１２，１４に水素を導入してもよい。すなわち、この改質工程は、ｉ型半導体層１２，１４における水素濃度を高める工程であってもよい。
【００２３】
次に、ｉ型半導体層１２の上にｐ型半導体層１１を形成すると共に、ｉ型半導体層１４の上にｎ型半導体層１３を形成する。ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３の形成は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法等の蒸着法により行うことができる。
【００２４】
次に、半導体層１１，１３の上に、ＴＣＯ層１５，１６を形成する。ＴＣＯ層１５，１６の形成は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法等の蒸着法により行うことができる。
【００２５】
最後に、電極１７と電極１８とを形成することにより太陽電池１を完成させることができる。なお、電極１７，１８の形成は、例えば導電性ペーストの塗布や、めっき法等により行うことができる。
【００２６】
上述のように、特許文献１には、ｉ型アモルファスシリコン層に水素を導入する方法として、約１ｅＶ〜約５ｋｅＶの加速電圧が加えられた電界により加速した水素イオンをｉ型アモルファスシリコン層に照射する方法が記載されている。本発明者らは、この水素の導入方法を鋭意研究した結果、水素導入時に照射する水素イオンによりｉ型アモルファスシリコン層がダメージを受けていること、そのダメージにより製造される太陽電池の出力特性が低くなっていることを見出した。その結果、ｉ型半導体層に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施すことに想到した。
【００２７】
本実施形態のように、ｉ型半導体層１２，１４にイオンを用いない水素ラジカル処理を施してｉ型半導体層１２，１４を改質した場合は、イオンの照射によりｉ型半導体層を改質する場合とは異なり、イオン照射に起因するダメージがｉ型半導体層１２，１４に発生することを抑制することができる。よって、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す本実施形態では、ｉ型半導体層１２，１４の損傷を抑制しつつ、ｉ型半導体層１２，１４に含まれる水素の結合状態等を改質することができる。その結果、優れた出力特性を有する太陽電池１を製造することができる。
【００２８】
より優れた出力特性を有する太陽電池１を得る観点からは、ｉ型半導体層１２とｉ型半導体層１４との両方に対して、イオンを用いない水素ラジカル処理を施すことが好ましい。
【００２９】
なお、イオンを用いない水素ラジカル処理として例示したリモートプラズマ法は、水素ラジカルだけが基板の表面に到達できるように、磁場や電場によりイオンをプラズマ空間から分離できる装置を用いて行う方法であればよい。
【００３０】
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００３１】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。
【００３２】
第１の実施形態では、半導体基板１０の第１の主面１０ａの上にｐ型半導体層１１が形成されている一方、第２の主面１０ｂの上にｎ型半導体層１３が形成されている太陽電池１を製造する例について説明した。但し、本発明に係る太陽電池の製造方法は、他の形態の太陽電池の製造にも適用することができる。本実施形態では、裏面接合型の太陽電池の製造例について説明する。
【００３３】
図２に示すように、第２の実施形態の太陽電池２では、半導体基板１０の第２の主面１０ｂの上に、ｉ型半導体層１２及びｐ型半導体層１１と、ｉ型半導体層１４及びｎ型半導体層１３との両方が形成されている。半導体基板１０の第１の主面１０ａの上には、ｉ型半導体層１９と、ｎ型半導体層２０と、反射抑制機能を兼ね備えた保護膜２１とがこの順番で形成されている。
【００３４】
この太陽電池２の製造に際しても、ｉ型半導体層１２，１４の少なくとも一方にイオンを用いない水素ラジカル処理を施してｉ型半導体層１２，１４を改質する。このようにすることによって、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態においても、優れた出力特性を有する太陽電池２を製造することができる。
【００３５】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００３６】
（実施例１）
第１の実施形態に係る太陽電池１と実質的に同様の構成を有する太陽電池を、第１の実施形態において説明した方法により、下記の条件で作製した。
【００３７】
実施例１では、太陽電池の製造に際し、ｉ型半導体層１２に対して、イオンを用いない水素ラジカル処理を施した。具体的には、減圧されたＣＶＤ装置の真空容器内に水素ガスを５００ｓｃｃｍで導入し、圧力を２Ｐａ〜１０Ｐａに調整した。その後、ＣＶＤ装置への投入電力を３．５ｋＷ〜４．０ｋＷとして水素ラジカルを発生させ、２０秒間にわたってｉ型半導体層１２に対して水素ラジカルを照射することにより、水素ラジカル処理を行った。なお、本実施形態では、ｉ型半導体層１４に対しては水素ラジカル処理を施さなかった。
【００３８】
また、実施例１では、ｉ型半導体層１２は、ＣＶＤ装置の真空容器内にシラン（ＳｉＨ４）ガス２００ｓｃｃｍと水素（Ｈ２）ガス１００ｓｃｃｍとの混合ガスを導入し、圧力を１Ｐａ〜５Ｐａに調整し、投入電力を３．５ｋＷ〜４．０ｋＷとして、膜厚が１０ｎｍとなるように形成した。
【００３９】
実施例１において作製した太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表１に示す。
【００４０】
（比較例１）
ｉ型半導体層１２に対してイオンを用いない水素ラジカル処理を施さなかったこと以外は実施例１と同様にして実施例１で作製した太陽電池と実質的に同様の構成を有する太陽電池を作製した。
【００４１】
比較例１において作製した太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表１に示す。
【００４２】
なお、表１に示す結果は、ｉ型半導体層１２に水素ラジカル処理を施さない比較例１の値を１００としたときの規格化値である。
【００４３】
【表１】
2012253260.tif 000003
【００４４】
表１に示す結果から、ｉ型半導体層１２，１４にイオンを用いない水素ラジカル処理を施すことにより、イオンを用いない水素ラジカル処理を施さない場合や、イオンを用いた水素ラジカル処理を施した場合よりも曲線因子や最大出力などの太陽電池の出力特性を改善できることが分かる。
【符号の説明】
【００４５】
１，２…太陽電池
１０…半導体基板
１０ａ…第１の主面
１０ｂ…第２の主面
１１…ｐ型半導体層
１２，１４…ｉ型半導体層
１３…ｎ型半導体層
１５，１６…ＴＣＯ層
１７，１８…電極
【図１】
2012253260.tif 000004
【図２】
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