(57)【要約】【課題】  高純度のシリコン材料の使用量を低減でき、塊状シリコンで製造された従来の太陽電池を代替することができ、全体のコストを低減できる複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板及びそれを用いた太陽電池を提供する。【解決手段】  本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板は、純度が２Ｎ〜３Ｎである第１の基材層と、前記第１の基材層上に形成され、純度が６Ｎ〜９Ｎである第２の基材層とを具備する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度が２Ｎ〜３Ｎである第１の基材層と、
前記第１の基材層上に形成され、純度が６Ｎ〜９Ｎである第２の基材層と
を具備する複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板。
【請求項２】
前記第１の基材層の厚さは、１６０μｍ〜１８０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板。
【請求項３】
前記第２の基材層の厚さは、５μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板。
【請求項４】
前記第２の基材層はスパッタリング層であることを特徴とする請求項１に記載の複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板。
【請求項５】
純度が２Ｎ〜３Ｎである第１の基材層と、
前記第１の基材層上に形成され、純度が６Ｎ〜９Ｎである第２の基材層と、
前記第２の基材層が所定のプロセスで処理されることで転化されて形成されたエミッタ層と、
前記多結晶シリコン基板上に設けられる複数の電極と
を具備する太陽電池。
【請求項６】
前記第１の基材層の厚さは１６０μｍ〜１８０μｍであることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第２の基材層の厚さは５μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記複数の電極は、前記エミッタ層に設けられる正面電極と、前記第１の基材層の背面に設けられる背面電極と、を含むことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記エミッタ層上に形成される反射防止層を更に具備することを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第２の基材層はスパッタリング層であることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多結晶基板及びそれを用いた太陽電池に関し、特に複合型太陽電池用の多結晶基板及びそれを用いた太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油資源の過度の使用は、エネルギー危機をもたらし、大気中の二酸化炭素濃度を増加させつつあり、地球温暖化を引き起こしている。太陽エネルギーは地球において最大の自然資源と言える。太陽光が毎日地球に与えるエネルギーは、地球全体の石油資源の約２５％に相当する上、太陽エネルギーを使用するのは環境に悪影響を与えることがない。また、ここ数年、半導体材料技術の進歩に伴い、太陽エネルギーの吸収率も向上されつつある。高分子太陽電池の原理によれば、導電高分子からなる光活性層は、太陽エネルギーを吸収して励起子を生成し、励起子は界面部位において分離して電子と正孔を生成し、電子と正孔はそれぞれ電子伝導物質と正孔伝導物質を介して異なる電極板をそれぞれ伝導されることによって、電流路を形成する。
【０００３】
太陽電池は、結晶類の塊状シリコンを使用して製造することもできる。多結晶シリコン太陽電池は、塊状シリコンを用いたものと薄膜多結晶シリコンを用いたものとに大きく分けられる。多結晶シリコン太陽電池のメリットは、電池全体のコストの低減と使用面積の向上にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、より良好な光電変換効率を得るためには、従来技術が使用する多結晶シリコンウェハは高純度を有する必要がある。但し、高純度を有するために、シリコン材料は純化工程を複数回行う必要があるため、エネルギーの無駄、コストの高騰、地球環境に優しくないという欠点がある。また、実際の太陽電池の構造において、光電変換機能を提供する能動層は５μｍ〜１０μｍの厚さしか必要としないため、他の高純度の基板が無駄になる欠点がある。そこで、如何にして太陽電池のコストを低減すると共に良好な光電変換効率を取得することができる複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板及びその太陽電池を提供するかが課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、多結晶シリコン基板が複合型基板であり、高純度のシリコン材料を一般的な純度で低コストの基板に形成して二層構造となるように構成することでコストを低減できる複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板を提供することにある。
【０００６】
本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板は、純度が２Ｎ〜３Ｎである第１の基材層と、前記第１の基材層上に形成され、純度が６Ｎ〜９Ｎである第２の基材層と、を含む。
【０００７】
また、本発明は、前記多結晶シリコン基板を用いて製造された太陽電池を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、半導体プロセスにおいて、低純度の基板の上に高品質で高純度のエピタキシー層又は高純度のスパッタリング層を形成して太陽電池の能動層として使用するため、高純度のシリコン材料の使用を低減でき、塊状シリコンで製造された従来の太陽電池を代替することができ、太陽電池全体のコストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の基材層の模式図を示すものである。
【図２】本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板の模式図を示すものである。
【図３】本発明に係る太陽電池の模式図を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、本発明の技術内容をより分かりやすく説明し、本発明の理解を助けるために実施例を挙げたものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。ここに開示された実施形態以外にも、本発明の技術的思想に基づく他の変形例も実施可能であることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に自明なことである。
【００１１】
本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板は、複合型の構造を有することによって高純度の多結晶シリコン材料の使用量を低減できるため、コスト低減効果を奏することができる。
【００１２】
図１と図２に示すように、本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板は、第１の基材層１１と、第１の基材層１１上に形成される第２の基材層１２とを少なくとも含む。
【００１３】
本実施例において、第１の基材層１１は低純度のシリコン材料であり、その純度は例えば２Ｎ（即ち、９９％）〜３Ｎ（即ち、９９．９％）である。言い換えれば、第１の基材層１１は、低コストで取得しやすい工業レベルのシリコン材料である。本実施例において、第１の基材層１１は、「豫新化工（SHANGHAI YIXIN CHEMICAL CO., LTD）」という会社が製造する型式番号４１１、４２１、５５３、２２０２、３３０３などの工業レベルのシリコン材料から選択されるものである。また、第１の基材層１１の厚さは、１６０μｍ〜１８０μｍである。
【００１４】
本発明の第２の基材層１２は第１の基材層１１上に形成される。第１の基材層１１と比べて、第２の基材層１２は高純度のシリコン材料であり、その純度は約６Ｎ（即ち、９９．９９９９％）〜９Ｎ（即ち、９９．９９９９９９９％）である。第２の基材層１２の厚さは約５μｍ〜２０μｍである。また、第２の基材層１２は、電子レベルのシリコン材料に属する高純度のシリコン材料であり、主に太陽電池の能動層として機能する。好ましくは、第２の基材層１２の厚さは電子の拡散範囲の長さよりも小さい。これにより、能動層が厚すぎることによる電子正孔散乱や電子正孔結合などの問題を改善でき、高純度のシリコン材料の使用量を低減でき、材料コストを低減できる。
【００１５】
第２の基材層１２は、物理的気相成長（physical vapor deposition；ＰＶＤ）、化学気相成長（chemical vapor deposition；ＣＶＤ）、又は液相エピタキシー（Liquid-phase epitaxy；ＬＰＥ）などの方式で第１の基材層１１上に形成するようにしてもよい。
【００１６】
本実施例において、ＣＶＤ法によってｐ−Ｓｉ（低温ポリシリコン）である第２の基材層１２を第１の基材層１１上に形成する。また、Ｓｉ原子のガス材料源をジクロルシラン（Dichlorosilane、ＤＣＳ）（ＳｉＨ２Ｃｌ２）とし、ホウ素（Ｂ）ドープのガス材料源をジボラン（Diborane）（Ｂ２Ｈ６）とし、キャリアガスを水素とし、１０００℃〜１１００℃で２０分間〜３０分間、化学反応を行うことによって１５μｍのｐ−Ｓｉの第２の基材層１２をエピタキシー成長するようにしてもよい。また、第２の基材層１２の結晶性について、ある成長プロセスを行った後、第２の基材層１２が非晶質層（Amorphous layer）になる恐れがあることを考慮すると、レーザー結晶化法などの方法によって第２の基材層１２を多結晶材料として形成してもよい。例えば、エキシマレーザー（excimer laser）を非晶質の第２の基材層１２に照射して、レーザーパルスの約２０ｎｓの時点で約１４００度に上昇させ、レーザーパルスが完了してから冷却すると結晶化が開始する。
【００１７】
また、他の実施例において、第２の基材層１２はスパッタリング層であってもよい。例えば、スパッタリングプロセスにおいて、パルス直流マグネトロンスパッタリング（Pluse-DC）設備によって第１の基材層１１上にシリコン薄膜を成長する場合、プロセスのパラメーターとして、背圧（backing pressure）を約５×１０−７Ｔｏｒｒ〜９×１０−７Ｔｏｒｒとし、スパッタリングパワーを１００Ｗ〜３００Ｗとし、ステージ温度を２００度〜２５０度とし、蒸着圧力は約５ｍＴｏｒｒとし、Ａｒガス流量を約８ｓｃｃｍ〜１０ｓｃｃｍとしてもよい。
【００１８】
これにより、本発明は、低純度で低コストの第１の基材層１１上に太陽電池の能動層として使用できる高純度の第２の基材層１２を形成した複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板を使用することによって、太陽電池基板の製造コストを低減することができる。
【００１９】
図３は、本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板で形成された太陽電池の模式図を示すものである。太陽電池は、第１の基材層１１、第２の基材層１２、多結晶シリコン基板上に設けられる電極１４Ａ、１４Ｂで構成される。第１の基材層１１は既に上述の実施例で説明したため、ここではその説明を省略する。第２の基材層１２は、リン原子（phosphorus atom）の熱拡散プロセス又はリン原子のイオンインプラプロセスなどによってｎ+−Ｓｉエミッタ層（emitter layer）１２’に転化されるようにしてもよい。好ましくは、太陽電池は、エミッタ層１２’上に形成される反射防止層（antireflection layer）１３を更に有する。反射防止層１３は、例えば窒化珪素層などであってもよい。また、電極（即ち正面電極）１４Ａは、チタン／パラジウム／金の構造であり、エミッタ層１２’上に設けられるようにしてもよい。一方、電極（即ち、背面電極１４Ｂ）は、例えばアルミニウムペーストなどの高導電性のメタルで第１の基材層１１の背面に塗布して形成されるようにしてもよい。
【００２０】
上述したように、本発明は少なくとも下記のメリットを有する。
（１）本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板は、低純度の基板上に高純度のシリコン材料を成長させることによって、高コストで高純度の塊状シリコンで製造された従来の基板を代替することができ、全体のコストを低減できる。
（２）本発明に係る複合型太陽電池用の多結晶シリコン基板は太陽電池に適用できるため、高効率で低コストのエピタキシャルシリコン（epitaxial silicon）の太陽電池を提供することができる。
【００２１】
上述した実施例は、本発明の好ましい実施態様に過ぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面内容に基づいてなされた均等な変更および付加は、いずれも本発明の特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００２２】
１１  第１の基材層
１２  第２の基材層
１２’  エミッタ層
１３  反射防止層
１４Ａ、１４Ｂ  電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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