(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶系半導体基板の両主面上にそれぞれ非晶質半導体膜を設け、さらにそれらの上にそれぞれ透明電極層を設けた光起電力素子の製造方法において、
前記結晶系半導体膜の両主面上にそれぞれ設けられる前記非晶質半導体膜のうち一方の非晶質半導体膜を前記結晶系半導体膜と逆導電型の非晶質半導体層、あるいは真性の非晶質半導体層と該逆導電型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜とし、他方の非晶質半導体膜を前記結晶系半導体膜と同じ導電型の非晶質半導体層、あるいは真性の非晶質半導体層と該同じ導電型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜とすると共に、
前記結晶系半導体基板の側面をカバー部材で覆った後、該結晶系半導体基板の両主面上にそれぞれ前記非晶質半導体膜及び前記透明電極層を形成することを特徴とする光起電力素子の製造方法。
【請求項２】
前記結晶系半導体基板の両主面上にそれぞれ前記非晶質半導体膜及び前記透明電極層を形成した後、前記カバー部材を前記結晶系半導体基板の側面から取り除くことを特徴とする請求項１に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項３】
前記カバー部材が絶縁性樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項４】
前記カバー部材が、前記結晶系半導体基板の側面に対し取り付け及び取り外し可能な部材であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光起電力素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光起電力素子の製造方法に関するものであり、詳細には単結晶シリコン基板などの結晶系半導体基板の上にこれと逆導電型の非晶質半導体膜を設けた光起電力素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池を用いた太陽光発電システムは、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの光を直接電気に変換できるので新しいエネルギー変換装置として期待され、近年においては一般家庭用の電源としての利用が盛んに進められている。
【０００３】
エネルギー変換効率の高い太陽電池として、単結晶シリコン基板などの結晶系半導体基板の上にこれと逆導電型の非晶質半導体薄膜を形成した太陽電池が知られている。さらに、このような太陽電池において、半導体接合で生じる界面準位での光生成キャリアの再結合を低減するため、結晶系半導体基板と非晶質半導体膜の間に真性の非晶質半導体膜を挿入した構造の太陽電池が提案されている。
【０００４】
図５は、このような太陽電池の従来の製造工程を示す断面図である。図５に示す太陽電池では、裏面側に単結晶シリコン基板と同じ導電型の非晶質半導体膜が、真性の非晶質半導体膜を介して設けられ、ＢＳＦ（ｂａｃｋ  ｓｕｒｆａｃｅｆｉｅｌｄ）構造が形成されている。
【０００５】
まず、図５（ａ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１を用意する。ｎ型単結晶シリコン基板１の両主面には、アルカリ水溶液を用いた異方性エッチングにより、ピラミッド形状の凹凸構造が形成されている。このような凹凸構造により、シリコンウエハー表面での光の反射率を低減し、光閉じ込め効果により変換効率を向上させることができる。
【０００６】
次に、図５（ｂ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の一方主面上に、非晶質半導体膜２を形成する。非晶質半導体膜２は、真性の非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層を積層して構成されている。従って、ｎ型単結晶シリコン基板１とｐ型非晶質シリコン層との間に真性の非晶質シリコン層が挿入された構造になっている。
【０００７】
ｎ型単結晶シリコン基板１の他方（裏面側）主面上には、非晶質半導体膜３が形成されている。非晶質半導体膜３は、真性の非晶質シリコン層とｎ型非晶質シリコン層を積層して構成されている。従って、ｎ型非晶質シリコン層とｎ型単結晶シリコン基板１との間に真性の非晶質シリコン層が挿入された構造となっている。
【０００８】
非晶質半導体膜２及び３は、マスクによって形成領域が制限されており、ここではｎ型単結晶シリコン基板１の側面１ａよりも内側に非晶質半導体膜２及び３が制限されて形成されている。
【０００９】
次に、図５（ｃ）に示すように、非晶質半導体膜２及び３の上に、それぞれ透明電極層４及び５が形成される。透明電極層４及び５の形成領域も、マスクによって制限されるが、ここでは、透明電極４及び５が、ｎ型単結晶シリコン基板１の側面１ａ上の部分にも形成され、互いに接触して電流リーク部Ａが形成されている。また、図５（ｃ）に示すように、セルの有効部の面積、すなわちセルの有効面積は、ｎ型単結晶シリコン基板１と非晶質半導体膜２により形成された接合部の面積に等しくなる。
【００１０】
次に、図５（ｄ）に示すように、透明電極層４の上にＡｇからなる集電極６が設けられ、透明電極層５の上にＡｇからなる集電極７が形成される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す例では、基板の両面上に形成した透明電極層が基板の側面において互いに接触し電流リークを生じているが、透明電極層が非晶質半導体膜を介さずに、直接結晶系半導体基板上に接触する場合も同様に電流リークが生じる。このような電流リークの発生を防止するために、非晶質半導体膜及び透明電極層の形成領域を基板の外側端部から余裕をもって内側に制限すると、さらにセルの有効面積が減少し、出力が低下するという問題を生じる。
【００１２】
本発明の目的は、基板端部における電流リークを防止し、有効面積の拡大を図ることができる光起電力素子の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結晶系半導体基板の両主面上にそれぞれ非晶質半導体膜を設け、さらにそれらの上にそれぞれ透明電極層を設けた光起電力素子の製造方法であり、結晶系半導体膜の両主面上にそれぞれ設けられる非晶質半導体膜のうち一方の非晶質半導体膜を結晶系半導体膜と逆導電型の非晶質半導体層、あるいは真性の非晶質半導体層と逆導電型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜とし、他方の非晶質半導体膜を結晶系半導体膜と同じ導電型の非晶質半導体層、あるいは真性の非晶質半導体層と同じ導電型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜とすると共に、結晶系半導体基板の側面をカバー部材で覆った後、結晶系半導体基板の両主面上にそれぞれ非晶質半導体膜及び透明電極層を形成することを特徴としている。
【００１４】
本発明に従い、非晶質半導体膜及び透明電極層を形成する前に、結晶系半導体基板の側面をカバー部材で覆うことにより、結晶系半導体基板の主面の外側端部を超えてカバー部材に及ぶ領域まで非晶質半導体膜を形成することができる。従って、その上に形成する透明電極層が直接結晶系半導体基板に接することがなく、電流リークの発生を防止することができる。また、結晶系半導体基板の側面は、カバー部材で覆われているので、結晶系半導体基板の側面に透明電極層が接するのを防止することができる。
【００１５】
また、図５に示す例のように、結晶系半導体基板の両主面上に非晶質半導体膜を設け、さらにその上に透明電極層を設ける場合、一方面側の透明電極層がカバー部材上で他方面側の透明電極層と接するように形成される場合がある。このような場合、非晶質半導体膜及び透明電極層を形成した後、カバー部材を結晶系半導体基板の側面から取り除くことにより、透明電極層同士の接触部分が存在しなくなるので、電流リークの発生が防止される。
【００１６】
本発明において、カバー部材は、絶縁性を有する材質であれば特に限定されるものではないが、例えば、ポリイミドなどの耐熱性の絶縁性樹脂や、ガラスやセラミック材料などから形成することができる。また、フォトレジストに用いられるレジスト材料などから形成してもよい。樹脂材料の場合には有機溶剤などで希釈し塗布して形成することができる。また、ガラス材料の場合は、ガラス（ＳｉＯ2 ）ペーストなどを塗布した後乾燥して形成することができる。これらの材料から形成したカバー部材を、非晶質半導体膜及び透明電極層を形成した後、取り除く場合は、有機溶剤やアルカリ性溶液で溶解除去したり、あるいは物理的な方法で除去することができる。
【００１７】
また、カバー部材は、結晶系半導体基板の側面に対し取り付け及び取り外し可能な部材であってもよい。このような部材を用いる場合、繰り返し複数回使用することができる。
【００１８】
本発明において、結晶系半導体基板と非晶質半導体膜で光電変換層を形成する場合、非晶質半導体膜は、結晶系半導体基板に対し逆導電型の非晶質半導体層とするか、あるいは真性の非晶質半導体層と該逆導電型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜とする。すなわち、例えば結晶系半導体基板の導電型がｎ型である場合、非晶質半導体膜は、ｐ層とするか、あるいはｐ層がｉ層を介して接合されるように積層された、ｉ層とｐ層からなる半導体膜とする。
【００１９】
結晶系半導体基板の両主面上にそれぞれ非晶質半導体膜及び透明電極層が設けられる場合、一方の非晶質半導体膜は、上述のような光電変換層を形成する非晶質半導体膜とし、他方の非晶質半導体膜はＢＳＦ構造を形成する非晶質半導体膜とすることができる。すなわち、結晶系半導体基板と同じ導電型の非晶質半導体層とするか、あるいは真性の非晶質半導体層と該同じ導電型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜とすることができる。例えば、結晶系半導体基板の導電型がｎ型である場合、ｎ層とするか、あるいはｉ層を介してｎ層が接合されるようなｉ層とｎ層を積層して構成される半導体膜とすることができる。
【００２０】
本発明における結晶系半導体基板としては、単結晶及び多結晶のものを用いることができる。また、非晶質半導体膜としては、微結晶シリコンなどの微結晶半導体も用いることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明に従う一実施例の製造工程を説明するための断面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、まずｎ型単結晶シリコン基板１を準備する。ｎ型単結晶シリコン基板１の表面は、ＮａＯＨとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の混合液を用いて異方性エッチングによりエッチングされ、表面にピラミッド形状の凹凸構造が形成されている。また、このエッチング処理の後、ＨＦを用いて表面の酸化膜及びアルカリ成分が除去されている。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の側面１ａをカバー部材１０で覆う。カバー部材１０は、例えばポリイミドの溶液を塗布した後乾燥することにより形成することができる。カバー部材１０の厚みは、例えば１ｍｍである。
【００２４】
図１（ｃ）に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の一方主面上に、非晶質半導体膜２を形成する。非晶質半導体膜２は、プラズマＣＶＤ法により、ｉ型非晶質シリコン層（膜厚１００Å）とｐ型非晶質シリコン層（膜厚１００Å）を積層することにより形成されている。従って、ｐ型非晶質シリコン層は、ｉ型非晶質シリコン層を介してｎ型単結晶シリコン基板と接合し、光電変換層を構成している。
【００２５】
ｎ型単結晶シリコン基板１の他方主面上には、非晶質半導体膜３が形成されている。非晶質半導体膜３は、プラズマＣＶＤ法により、ｉ型非晶質シリコン層（膜厚１００Å）とｎ型非晶質シリコン層（膜厚１００Å）を積層することにより形成されている。従って、ｎ型非晶質シリコン層がｉ型非晶質シリコン層を介してｎ型単結晶シリコン基板１と接合し、ＢＳＦ領域を形成している。
【００２６】
図１（ｃ）に示すように、非晶質半導体膜２及び非晶質半導体膜３は、ｎ型単結晶シリコン基板１の外側端部を超えて、カバー部材１０上に到達するように形成されている。
【００２７】
図１（ｄ）に示すように、次に、非晶質半導体膜２の上に透明電極層４（膜厚１０００Å）が形成され、非晶質半導体膜３の上に透明電極層５（膜厚１０００Å）が形成される。透明電極層４及び５は、スパッタリング法によりＩＴＯから形成されている。透明電極層４及び５の外側端部は、カバー部材１０の外側端部よりも内側になるように形成されている。従って、カバー部材１０の側面には透明電極層４及び５は付着していない。
【００２８】
次に、カバー部材１０を有機溶剤などによって溶解して除去する。この際、カバー部材１０に被着した非晶質半導体膜２，３及び及び透明電極層４，５も、その膜厚が極めて薄いために同時に除去され、図２（ｅ）に示すような状態となる。図２（ｅ）に示すように、透明電極層４及び５は互いに接触しておらず、またｎ型単結晶シリコン基板にも接触していない。従って、電流リークを生じることがなく、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の低下により出力が低下することがない。また、非晶質半導体膜２及び３をｎ型単結晶シリコン基板１の端部にまで形成することができるので、図２（ｅ）に示すように、セルの有効面積を従来よりも拡大することができ、短絡電流（Ｉｓｃ）を向上させることができる。
【００２９】
次に、図２（ｆ）に示すように、透明電極層４及び５の上に、それぞれＡｇペーストからなる櫛形の集電極６及び７をそれぞれ形成する。
上記実施例において、カバー部材１０は、絶縁性樹脂であるポリイミドから形成されており、かつ透明電極層４及び５がカバー部材１０の側面上で接触していない。従って、カバー部材１０は、透明電極層４及び５の形成後に必ずしも取り除く必要はない。従って、図３に示すように、カバー部材１０を残した状態のままで、集電極６及び７を形成し、光起電力素子を完成させてもよい。
【００３０】
図１及び図２に示す製造工程で得られた本発明に従う太陽電池と、図５に示す製造工程で得られた従来例の太陽電池について、１００ｍＷ／ｃｍ2 の照度のソーラーシミュレータを用いて、太陽電池特性を評価した。評価結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0004169463.tif 000002
【００３２】
表１に示すように、本発明の太陽電池では、電流リークが解消されたことにより、従来例に比べ開放電圧が０．４％向上し、曲線因子が２．０％向上している。また、有効面積が拡大したことにより、短絡電流が２．０％向上している。これらの結果、本発明の太陽電池は、従来例の太陽電池に比べ、最大出力が４．５％改善されている。
【００３３】
また、図１及び図２に示す本発明の製造工程と、図５に示す製造工程で、それぞれ５０個の太陽電池を作製し、得られた太陽電池の最大出力（Ｐｍａｘ）を測定し、図４にその結果を示した。図４から明らかなように、本発明に従えば、出力特性が向上し、出力の低い製品が減少するので、生産工程における歩留りを向上させることができる。
【００３４】
上記実施例では、カバー部材としてポリイミドなどの絶縁性樹脂から形成したものを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば結晶系半導体基板の側面に対し取り付け及び取り外しが可能な部材を用いても、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、基板端部における電流リークを防止することができるので、開放電圧及び曲線因子を向上させることができる。また、セルの有効面積を拡大することができるので、短絡電流を向上させることができる。従って、出力特性を向上させることができ、製造工程における歩留りを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う一実施例の製造工程を示す断面図。
【図２】本発明に従う一実施例の製造工程を示す断面図。
【図３】本発明に従う一実施例の製造工程を示す断面図。
【図４】本発明の製造工程に従い得られた太陽電池の出力特性を示す図。
【図５】従来の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
１…ｎ型単結晶シリコン基板
１ａ…ｎ型単結晶シリコン基板の側面
２，３…非晶質半導体膜
４，５…透明電極層
６，７…集電極
１０…カバー部材
Ａ…電流リーク部
【図１】
0004169463.tif 000003
【図２】
0004169463.tif 000004
【図３】
0004169463.tif 000005
【図４】
0004169463.tif 000006
【図５】
0004169463.tif 000007