(57)【要約】【課題】ｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を少工程かつ短時間で形成することで、安価な多結晶型太陽電池パネルを提供すること。【解決手段】ｎ型またはｐ型にドーピングされたシリコンからなる蒸着材料を用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜を蒸着により成膜する工程と；前記アモルファスシリコン膜の表層を、ｐ型またはｎ型ドーパントを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、かつ再結晶化させる工程と；を有する、多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。【選択図】図１Ａ
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【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蒸着材料を用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜を蒸着法により成膜する工程と、
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、かつ多結晶化させる工程と、
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蒸着材料を用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜を蒸着法により成膜する工程と、
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、かつ多結晶化させる工程と、
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に記載の多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【請求項４】
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５】
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に記載の多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【請求項６】
前記走査する速度が、１００ｍｍ／秒以上２０００ｍｍ／秒以下である、請求項１または２に記載の多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法により得られた多結晶型シリコン太陽電池パネル。
【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４Ａに示すように、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、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】
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５Ａには、多結晶シリコン板の製造装置を示す。シリコン陽極４０にアーク放電４１を照射し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を照射して溶融させ；ハロゲンランプ４７でアニールを行な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。
【０００５】
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を製膜した後、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ない（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】
【０００６】
【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】
【０００７】
【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】
【０００８】
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減させることがあげられる。
【０００９】
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照射し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。
【００１０】
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製膜速度が遅いという課題がある。しかも、Ｃａｔ‐ＣＶＤ法ではモノシランガスなど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。
【００１１】
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材料として蒸着法により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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、一つの工程で行なうことで、製造フローを簡略化して、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】
【００１４】
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蒸着材料として、アモルファスシリコン膜を蒸着法により成膜する工程と、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なう工程と、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。
【００１５】
すなわち、本発明は、以下に示す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。
【００１６】
［１］ｎ型にドーピングされたシリコンからなる蒸着材料を用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜を蒸着法により成膜する工程と、
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、かつ多結晶化させる工程と、
を有する、多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【００１７】
［２］ｐ型にドーピングされたシリコンからなる蒸着材料を用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜を蒸着法により成膜する工程と、
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、かつ多結晶化させる工程と、
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。
【００１９】
［４］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】
［５］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。
【００２１】
［６］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。
【００２２】
［７］前記［１］〜［６］のいずれかに記載の方法により得られた多結晶型シリコン太陽電池パネル。
【発明の効果】
【００２３】
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、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】
【００２４】
【図１Ａ】本発明における実施の形態の基板にｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を形成するプロセスフローを示す工程図
【図１Ｂ】同じく電極を形成した基板にｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を形成するプロセスフローを示す工程図
【図２Ａ】同じく導電性基板を用いたサブストレート型両面電極式の太陽電池パネルを製造するプロセスフローを示す工程図
【図２Ｂ】同じく透明絶縁基板を用いたサブストレート型両面電極式の太陽電池パネルを製造するプロセスフローを示す工程図
【図２Ｃ】同じく透明絶縁基板を用いたスーパーストレート型両面電極式の太陽電池パネルを製造するプロセスフローを示す工程図
【図２Ｄ】同じく透明絶縁基板を用いたスーパーストレート型裏面電極式の太陽電池パネルを製造するプロセスフローを示す工程図
【図３】本発明の実施の形態における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
【図４】従来のシリコンインゴットをワイヤで切断する状態を示す概略図
【図５】従来の多結晶シリコン板の製造装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態）
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。
【００２７】
図１Ａには、本発明の太陽電池パネルを製造するプロセスフローのうち、基板に直接ｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を形成するプロセスフローが示される。
【００２８】
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、スーパーストレート型の裏面電極式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、サブストレート型の両面電極式太陽電池とすることができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
基板１が金属（例えばステンレス）などの導電性基板であれば、表面に凹凸を有する円筒状の型を、前記基板上に回転走査させてプレスすることでテクスチャー２を形成することができる。
【００３２】
ステップ３では、基板１のテクスチャー２の形成面に、蒸着装置を使用してアモルファスシリコン膜３を蒸着法により成膜する。蒸着法による成膜は、シリコンペレットまたはシリコン粉体を材料として行なうが、当該シリコン蒸着材料はｐ型またはｎ型にドープされている。シリコン蒸着材料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や砒素またはリンや砒素を含む化合物でドーピングすればよい。
【００３３】
蒸着材料おけるドーパントの濃度は、通常、１×１０16／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3の範囲であることが好ましい。
【００３４】
ｐ型にドープされたシリコンペレットまたはシリコン粉体を材料とすれば、ｐ型のアモルファスシリコン膜３が蒸着法により成膜され；ｎ型にドープされたシリコンペレットまたはシリコン粉体を材料とすれば、ｎ型のアモルファスシリコン膜３が成膜される。
【００３５】
シリコンペレットまたは粉体ターゲットは、ｐ型またはｎ型のいずれにドープされていてもよい。
【００３６】
蒸着法による成膜は、ｎ型またはｐ型にドープしたシリコンペレットまたはシリコン粉体を、蒸着装置のチャンバ内に装着した坩堝に供給し、電子ビームやイオンビームを照射すればよい。例えば、成膜条件として、真空チャンバ内を１０-4Ｐａ以下の圧力をまで排気し、蒸着用電源にて数ｋＷの電力を投入する。
【００３７】
基板１のテクスチャー２の形成面に蒸着法により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〜１００μｍの範囲であることが好ましく、例えば約５０μｍであればよい。
【００３８】
ステップ４では、蒸着法により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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。リン化合物の例には、ホスフィン（ＰＨ3）、砒素化合物の例には、アルシン（ＡｓＨ3）などが挙げられる。
【００４２】
ドーパントでのドーピングは、プラズマを利用して行なうことができる。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。
【００４３】
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ガスとを導入し；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型の）シリコンスパッタ膜の表層に導入して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。
【００４４】
一方、ｎ型ドーパントでプラズマドーピングするためには、ｎ型ドーパントとしてＰＨ3やＡｓＨ3ガスを用い、ｐ型ドーパントのＢ2Ｈ6ガスを用いる場合と同様の工程を行なえば良い。
【００４５】
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型ドーパントとして個体ボロンを用いてもよい。個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設置し、Ａｒガスを導入し（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。
【００４６】
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、太陽電池において必要とされるｐｎ接合が形成できるように調整すればよいが、得られる太陽電池の光電変換効率を高めるためには、１×１０17／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3の範囲であると好ましいことが実験的に見出された。
【００４７】
なお、固体材料によるｎ型のドーピングを行なうには、リンガラス（Ｐ2Ｏ5）を用い、ｐ型ドーパントの固体ボロンを用いる場合と同様の工程を行なえば良い。
【００４８】
ステップ５では、ドーピング層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。
【００４９】
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なうことができる。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３Ａに示される。図３Ａに示される大気圧プラズマ装置は、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）を導入ことによって、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。
【００５０】
大気圧プラズマ装置のＸＹＺ軸に移動可能なステージ（図示せず）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３Ａ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、熱処理を行なう。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。
【００５１】
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、大気圧プラズマ電源のパワーや、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。
【００５２】
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離間して配置されうる。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。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。
【００５３】
走査スピードは、１００ｍｍ／秒〜２０００ｍｍ秒とすることが好ましく、例えば約１０００ｍｍ／秒とする。走査スピードが１００ｍｍ以下であると、下地となる基板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、アモルファスシリコン膜３の表層のみが溶融され、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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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なう事ができ、ｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜５が得られる。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てｐｎ接合を形成するための処理（アニール）工程が必要とされていた。
【００５８】
本発明者は、多結晶化工程を大気圧プラズマによって行なうことで、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。
【００５９】
なお、本実施の形態では、ＤＣアーク放電を利用した大気圧プラズマ装置としたが、高周波（例えば、１３．５６ＭＨｚ）によるＲＦ放電を利用したＩＣＰ方式やＣＣＰ方式でも構わない。また、プラズマが射出されるヘッド部分をスポット型としたが、線型プラズマであっても構わない。この場合、被処理基板の一片より大きな長尺プラズマを用いれば、一軸方向のみの走査にてアニール処理が完了するため、工程時間の短縮に繋がる。
【００６０】
次に、図１Ｂには、本発明の太陽電池パネルを製造するプロセスフローのうち、基板に電極が形成された後に、ｐｎ接合が形成された多結晶シリコン膜を形成するプロセスフローが示される。
【００６１】
ステップ１では、ガラスまたは石英などの絶縁性で透明な基板１を用意する。
【００６２】
ステップ２では、基板１の表面に、図１Ａと同様にテクスチャー２を形成する。テクスチャー２の形成方法は、図１Ａのプロセスフローと同様のため、その説明は省略する。
【００６３】
ステップ２．５では、太陽電池の一方の電極となる電極層１４を形成する。電極層１４が、金属（例えば、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等）である場合には、サブストレート型の両面電極式太陽電池とすることができ；電極層１４が、透明導電体（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ等）である場合には、スーパーストレート型の両面電極式太陽電池とすることができる。
【００６４】
電極層１４の形成には、蒸着やスパッタリング等の真空プロセスを用いればよい。また、ダイコート方式やスプレー方式等の塗工プロセスを用いても構わない。
【００６５】
ステップ３では、図１Ａのプロセスフローと同様に、蒸着によりアモルファスシリコン膜を、
ステップ４では、図１Ａのプロセスフローと同様に、プラズマドーピングによりドーピング層を、
それぞれ、形成すればよいが、電気を取り出すために、多結晶シリコン膜５で覆われていない電極層の露出面１４ａを露出させる。露出面１４ａの形成方法に制限はないが、例えば、露出面１４ａを金属板等でマスクして、ステップ３およびステップ４を行なえばよい。また、ステップ３およびステップ４を行なった後で、露出面以外をレジスト等でマスクし、ウェットエッチングやドライエッチング等で露出面１４ａ上のシリコン層を除去しても構わない。なお、ステップ３のアモルファスシリコン膜の形成方法、およびステップ４のドーピング層の形成方法は、図１Ａのプロセスフローと同様のため、その説明は省略する。
【００６６】
ステップ５では、ドーピング層４を含むアモルファスシリコン膜３に、図１Ａと同様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。多結晶シリコン膜５の形成方法は、図１Ａのプロセスフローと同様のため、その説明は省略する。
【００６７】
以下において、図２Ａから図２Ｄ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プロセスフローを説明する。
【００６８】
導電性基板を用いたサブストレート型両面電極式太陽電池（図２Ａ）
導電性基板を用いたサブストレート型両面電極式の太陽電池は、受光面に一方の電極（表面電極）を有し、裏面に他方の電極（裏面電極）を有する太陽電池であり、導電性を有する基板１が他方の電極として作用する。
【００６９】
図２ＡにおけるステップＡにおいて、図１Ａのステップ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（ＳｉＯx）や窒化シリコン（ＳｉＮx）等であるが、その材質は特に制限されない。また、その形成方法も、蒸着法やスパッタ法等の真空プロセスであっても、ダイコート方式やスプレー方式等の塗工プロセスであっても構わない。
【００７０】
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、１２ｂとして露出させる。露出面１２ａ、１２ｂの形成方法に制限はないが、例えば、露出面１２ａ、１２ｂを金属板等でマスクして、反射防止層１１を形成すればよい。また、反射防止層１１を形成した後に、露出面以外をレジスト等でマスクし、ウェットエッチングやドライエッチング等で露出面１２ａ、１２ｂ上の反射防止層１１を除去しても構わない。
【００７１】
次に、ステップＢに示されるように、露出面１２ａ、１２ｂに、表面電極１３ａ、１３ｂ（電気配線）を配置する。表面電極材料には例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（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。また、その形成方法も特に制限されない。（例えば、スクリーン印刷方式等）。
【００７２】
このようにして、導電性基板を用いたサブストレート型両面電極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、１３ｂと、裏面電極として作用する基板１とを通して電気を取り出す。
【００７３】
この構造の太陽電池は、基板を直接、裏面電極として作用させることができるため、材料費および工程数の削減に繋がるという特徴を有する。
【００７４】
透明絶縁基板を用いたサブストレート型両面電極式太陽電池（図２Ｂ）
透明絶縁基板を用いたサブストレート型両面電極式の太陽電池は、図２Ａを参照して説明した導電性基板を用いたサブストレート型両面電極式太陽電池と同様に、受光面に一方の電極（表面電極）を有し、裏面側に他方の電極（金属裏面電極）を有する太陽電池であり、基板１に形成された電極層１４が他方の電極として作用する。
【００７５】
図２ＢにおけるステップＡにおいて、図１Ｂのステップ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（ＳｉＯx）や窒化シリコン（ＳｉＮx）等であるが、その材質は特に制限されない。また、その形成方法も、蒸着法やスパッタ法等の真空プロセスであっても、ダイコート方式やスプレー方式等の塗工プロセスであっても構わない。
【００７６】
多結晶シリコン膜５の表面の一部（および、金属電極の露出面１４ａ）は、反射防止層１１に覆われることなく、露出面１２ａ、１２ｂ（および、金属電極の露出面１４ａ）として露出させる。露出面１２ａ、１２ｂの形成方法に制限はないが、例えば、露出面１２ａ、１２ｂ、および、金属電極の露出面１４ａを金属板等でマスクして、反射防止層１１を形成すればよい。また、反射防止層１１を形成した後に、露出面以外をレジスト等でマスクし、ウェットエッチングやドライエッチング等で露出面１２ａ、１２ｂ、および、金属電極の露出面１４ａ上の反射防止層１１を除去しても構わない。
【００７７】
次に、ステップＢに示されるように、露出面１２ａ、１２ｂに、表面電極１３ａ、１３ｂ（電気配線）を配置する。表面電極材料には例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（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。また、その形成方法も特に制限されない。（例えば、スクリーン印刷方式等）。
【００７８】
このようにして、透明絶縁基板を用いたサブストレート型両面電極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、１３ｂと、裏面電極として作用する金属層１４とを通して電気を取り出す。
【００７９】
この構造の太陽電池は、裏面電極が基板材料に制限されることがないため、最適な裏面電極材料を選択することで、多結晶シリコン膜と裏面電極とのコンタクト性が改善でき、太陽電池セルの変換効率向上に繋がるという特徴を有する。
【００８０】
透明絶縁基板を用いたスーパーストレート型両面電極式太陽電池（図２Ｃ）
透明絶縁基板を用いたスーパーストレート型両面電極式の太陽電池は、図２Ｂを参照して説明した透明絶縁基板を用いたサブストレート型両面電極式太陽電池と同様に、受光面に一方の電極を有し、裏面に他方の電極を有する太陽電池であるが、基板側が受光面となる太陽電池である。具体的には、受光面側の基板１上に形成された透明導電層１４が一方の電極として作用する。
【００８１】
図２ＣにおけるステップＡにおいて、図１Ｂのステップ５で得られた多結晶シリコン膜５の表面に裏面電極層１５を形成する。裏面電極層１５は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等であるが、その材質は特に制限されない。また、その形成方法も、蒸着法やスパッタ法等の真空プロセスであっても、ダイコート方式やスプレー方式等の塗工プロセスであっても構わない。
【００８２】
透明電極層１４の露出面１４ａは、裏面電極層１５に覆われることなく、露出面１４ａとして維持させる。透明電極層１４の露出面１４ａを維持する方法に制限はないが、例えば、透明電極層１４の露出面１４ａを金属板等でマスクして、裏面電極層１５を形成すればよい。また、裏面電極層１５を形成した後に、露出面１４ａ以外をレジスト等でマスクし、ウェットエッチングやドライエッチング等で露出面１４ａ上の裏面電極層１５を除去しても構わない。
【００８３】
次に、ステップＢに示されるように、基板１の受光面側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（ＳｉＯx）や窒化シリコン（ＳｉＮx）等であるが、その材質は特に制限されない。また、その形成方法も、蒸着法やスパッタ法等の真空プロセスであっても、ダイコート方式やスプレー方式等の塗工プロセスであっても構わない。
【００８４】
このようにして、透明絶縁基板を用いたスーパーストレート型両面電極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、基板１、透明電極層１４を通して多結晶シリコン膜５に取り込まれ、透明電極層１４と、裏面電極層１５とを通して電気を取り出す。
【００８５】
この構造の太陽電池は、受光面側に遮光する電極が存在しないため、受光量が増加し、太陽電池セルの変換効率向上に繋がるという特徴を有する。
【００８６】
透明絶縁基板を用いたスーパーストレート型裏面電極式太陽電池（図２Ｄ）
透明絶縁基板を用いたスーパーストレート型裏面電極式の太陽電池は、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。
【００８７】
図２ＤにおけるステップＡ〜Ｃでは、図１Ａのステップ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を用いて行なうことができる。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）。
【００８８】
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）。
【００８９】
多結晶シリコン膜５のエッチングは、例えば、フッ化水素（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ3）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なえばよいが、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。
【００９０】
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５０ｎｍ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１００ｎｍである。
【００９１】
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）。
【００９２】
次に、ステップＤに示されるように、基板１の受光面側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（ＳｉＯx）や窒化シリコン（ＳｉＮx）等であるが、その材質は特に制限されない。また、その形成方法も、蒸着法やスパッタ法等の真空プロセスであっても、ダイコート方式やスプレー方式等の塗工プロセスであっても構わない。
【００９３】
また、基板１の端部を覆う絶縁膜（図示せず）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。絶縁膜は酸化シリコン（ＳｉＯx）や窒化シリコン（ＳｉＮx）等であればよく、スパッタ法により形成される。
【００９４】
その後、ステップＥ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８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９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、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（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。
【００９５】
このようにして、透明絶縁基板を用いたスーパーストレート型裏面電極式の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。
【００９６】
この構造の太陽電池は、受光面側に遮光する電極が存在しないため、受光量が増加し、太陽電池セルの変換効率向上に繋がるという特徴を有する。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
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】
【００９８】
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
【図１Ａ】
2013149937.tif 000003
【図１Ｂ】
2013149937.tif 000004
【図２Ａ】
2013149937.tif 000005
【図２Ｂ】
2013149937.tif 000006
【図２Ｃ】
2013149937.tif 000007
【図２Ｄ】
2013149937.tif 000008
【図３】
2013149937.tif 000009
【図４】
2013149937.tif 000010
【図５】
2013149937.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月7日(2012.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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蒸着材料を用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜を蒸着法により成膜する工程と、
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、かつ多結晶化させる工程と、
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蒸着材料を用いて、基板表面にアモルファスシリコン膜を蒸着法により成膜する工程と、
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、かつ多結晶化させる工程と、
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に記載の多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【請求項４】
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５】
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に記載の多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。
【請求項６】
前記走査する速度が、１００ｍｍ／秒以上２０００ｍｍ／秒以下である、請求項１または２に記載の多結晶型シリコン太陽電池パネルの製造方法。