(57)【要約】【課題】太陽電池の製造プロセスを簡素化し、製造コストを削減すること。【解決手段】基板(10)上に、ｐ型アモルファスシリコン層(13)、ｉ型アモルファスシリコン層(14)及びｎ型アモルファスシリコン層(15)を有する第１の太陽電池層を形成し、次いでその上面に、ｐ型微結晶シリコン層(16)、ｉ型微結晶シリコン層(17)及びｎ型微結晶シリコン層(18)を有する第２の太陽電池層と形成することを含み、前記ｐ型アモルファスシリコン層、前記ｉ型アモルファスシリコン層、前記ｎ型アモルファスシリコン層、前記ｐ型微結晶シリコン層、前記ｉ型微結晶シリコン層及び前記ｎ型微結晶シリコン層のうち少なくとも１つの層は、シリコン原子を含有する液体を塗布するとともに当該塗布された液体を焼成することによって形成される、太陽電池の製造方法である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池層を有する太陽電池の製造方法であって、
（ａ）第１の導電膜を有する基板上に、ｐ型アモルファスシリコン層、ｉ型アモルファスシリコン層及びｎ型アモルファスシリコン層を有する第１の太陽電池層を形成すること、
（ｂ）前記第１の太陽電池層の上面に、ｐ型微結晶シリコン層、ｉ型微結晶シリコン層及びｎ型微結晶シリコン層を有する第２の太陽電池層と形成すること、
を含み、
前記ｐ型アモルファスシリコン層、前記ｉ型アモルファスシリコン層、前記ｎ型アモルファスシリコン層、前記ｐ型微結晶シリコン層、前記ｉ型微結晶シリコン層及び前記ｎ型微結晶シリコン層のうち少なくとも１つの層は、シリコン原子を含有する液体を塗布し、当該塗布された液体を焼成することによって形成される、
太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第１の導電膜は、その表面に微小な凹凸を有する、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記液体は、シラン高分子及びドーパントを含有しており、当該液体を用いて前記ｐ型アモルファスシリコン層が形成される、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記液体は、シラン高分子を含有しており、当該液体を用いて前記ｉ型アモルファスシリコン層が形成される、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記液体は、シラン高分子及びドーパントを含有しており、当該液体を用いて前記ｎ型アモルファスシリコン層が形成される、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記シラン高分子が水素化ポリシランである、
請求項３乃至５の何れか１項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記液体は、不純物がドープされたシリコン微粒子が分散した液体であり、当該液体を用いて前記ｐ型微結晶シリコン層が形成される、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記液体は、シリコン微粒子が分散した液体であり、当該液体を用いて前記ｉ型微結晶シリコン層が形成される、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記液体は、不純物がドープされたシリコン微粒子が分散した液体であり、当該液体を用いて前記ｐ型微結晶シリコン層が形成される、
請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項１０】
（ｃ）前記第２の太陽電池層の上面に第２の導電膜を形成すること、
を更に含む、請求項１乃至９の何れか１項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、太陽電池に関し、特に、アモルファスシリコン薄膜と微結晶シリコン薄膜を積層して構成された太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
岡本らは、アモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)のｐｎ接合が再結合中心として働くことに注目して、pinユニットを積層した多接合太陽電池を提案している(非特許文献１参照)。岡本らの提案によれば、効率を著しく低下させることなく出力電圧を高くできる多接合太陽電池が得られる。しかし、この多接合太陽電池は各層の分光感度が同じになるために変換効率の増加が期待できない。これに対し、同じシリコン（Ｓｉ）で赤外領域に分光感度のある結晶シリコン太陽電池と可視部に感度のあるアモルファスシリコン太陽電池を積層した太陽電池も提案されている(非特許文献２参照)。このような構造の太陽電池はハイブリッド型太陽電池と呼ばれており、量産に成功した例も知られている（非特許文献３参照）。しかしながら、上記したような太陽電池に含まれるシリコン薄膜は、通常、プラズマＣＶＤ法（化学気相堆積法）などの真空プロセスを利用して形成されるため、大掛かりな真空装置が必要になることや、原料ガスの多くが無駄になる等の不都合が生じていた。
【０００３】
【非特許文献１】H. Okamoto, Y. Nitta, Y. Hamakawa: "Design Parameter of a-Si:H High-Voltage Photovoltaics Cells", Jpn J. App. Phys., 19, p545-550 (1980))
【非特許文献２】H. Okamoto, Y. Nitta, T. Yamaguchi, Y. Hamakawa: "Device Physics and Design of a-SiITO/pin Heteroface Solar Cells", Solar Energy Mat., 21 p313-325 (1980))
【非特許文献３】濱川佳弘編著，太陽電池，コロナ社（2004）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明に係る具体的態様は、太陽電池の製造プロセスを簡素化し、製造コストを削減することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る製造方法は、複数の太陽電池層を有する太陽電池の製造方法であって、（ａ）第１の導電膜を有する基板上に、ｐ型アモルファスシリコン層、ｉ型アモルファスシリコン層及びｎ型アモルファスシリコン層を有する第１の太陽電池層を形成すること、（ｂ）前記第１の太陽電池層の上面に、ｐ型微結晶シリコン層、ｉ型微結晶シリコン層及びｎ型微結晶シリコン層を有する第２の太陽電池層と形成すること、を含み、前記ｐ型アモルファスシリコン層、前記ｉ型アモルファスシリコン層、前記ｎ型アモルファスシリコン層、前記ｐ型微結晶シリコン層、前記ｉ型微結晶シリコン層及び前記ｎ型微結晶シリコン層のうち少なくとも１つの層は、シリコン原子を含有する液体を塗布し、当該塗布された液体を焼成することによって形成されることを特徴とする。ここで、第１の太陽電池層は、基板側からｐ型アモルファスシリコン層、ｉ型アモルファスシリコン層、ｎ型アモルファスシリコン層の順、または、ｎ型アモルファスシリコン層、ｉ型アモルファスシリコン層、ｐ型アモルファスシリコン層の順のいずれかで積層される。また、第２の太陽電池層は、基板側からｐ型微結晶シリコン層、ｉ型微結晶シリコン層、ｎ型微結晶シリコン層の順、または、ｎ型微結晶シリコン層、ｉ型微結晶シリコン層、ｐ型微結晶シリコン層の順のいずれかで積層される。また、「微結晶シリコン層」とは、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度の粒径の微小な結晶粒を多数含んだシリコン層をいう。「ｉ型」とは、真性半導体を示す。
【０００６】
本発明に係る製造方法によれば、各太陽電池層を構成するシリコン層のうちの１層以上が液体プロセスによって形成されるので、真空装置を使用する回数が減り、原料ガスの浪費も抑制される。それにより、太陽電池の製造プロセスを簡素化し、製造コストを削減することが可能となる。
【０００７】
前記第１の導電膜は、その表面に微小な凹凸を有していてもよい。それにより、基板上に形成される第１の太陽電池層及び第２の太陽電池層にも微小な凹凸が反映され、いわゆるテクスチャ構造が得られる。
【０００８】
前記少なくとも１つの層は、例えば前記ｐ型アモルファスシリコン層である。この場合、前記液体として、シラン高分子及びドーパント（例えばボロン化合物）を含有した液体を用いることにより、当該ｐ型アモルファスシリコン層が形成される。
【０００９】
また、前記少なくとも１つの層は、前記ｉ型アモルファスシリコン層であってもよい。この場合、前記液体として、シラン高分子を含有した液体を用いることにより、当該ｉ型アモルファスシリコン層が形成される。
【００１０】
また、前記少なくとも１つの層は、前記ｎ型アモルファスシリコン層であってもよい。この場合、前記液体として、シラン高分子及びドーパント（例えばリン化合物）を含有した液体を用いることにより、当該ｎ型アモルファスシリコン層が形成される。
【００１１】
上述したシラン高分子は、例えば水素化ポリシランである。ここで「ポリシラン」とは、一般式ＳｉnＨ2n+2（ｎ＜２）で表される化合物をいう。具体例としては、シクロペンタシラン（Ｓｉ5Ｈ10）など、１個以上の環状構造を持ったものに、紫外線を照射することによって光重合させて高次シランとしたものが挙げられる。これにより、良質なシリコン層が得られる。
【００１２】
また、前記少なくとも１つの層は、前記ｐ型微結晶シリコン層であってもよい。この場合、前記液体として、ボロン等の不純物がドープされたシリコン微粒子が分散した液体を用いることにより、当該ｐ型微結晶シリコン層が形成される。
【００１３】
また、前記少なくとも１つの層は、前記ｉ型微結晶シリコン層であってもよい。この場合、前記液体として、シリコン微粒子が分散した液体を用いることにより、当該ｉ型微結晶シリコン層が形成される。
【００１４】
また、前記少なくとも１つの層は、前記ｎ型微結晶シリコン層であってもよい。この場合、前記液体として、リン等の不純物がドープされたシリコン微粒子が分散した液体を用いることにより、当該ｐ型微結晶シリコン層が形成される。
【００１５】
なお、前記ｐ型アモルファスシリコン層、前記ｉ型アモルファスシリコン層、前記ｎ型アモルファスシリコン層、前記ｐ型微結晶シリコン層、前記ｉ型微結晶シリコン層及び前記ｎ型微結晶シリコン層のうち、２層又はそれ以上の層が液体を用いて形成されてもよいし、すべての層が液体を用いて形成されてもよい。
【００１６】
上述した本発明に係る製造方法は、前記第２の太陽電池層の上面に第２の導電膜を形成することを更に含んでいてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に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。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る太陽電池の構成を示す模式断面図である。図１に示す太陽電池は、導電膜（第１の導電膜）１２を有する基板１０上に、ｐ型アモルファスシリコン層１３、ｉ型アモルファスシリコン層１４及びｎ型アモルファスシリコン層１５を有する第１の太陽電池層（ａ−Ｓｉ層）と、ｐ型微結晶シリコン層１６、ｉ型微結晶シリコン層１７及びｎ型微結晶シリコン層１８を有する第２の太陽電池層（μｃ−Ｓｉ層）と、導電膜１９、２０を積層して構成されている。基板１０は、例えばガラス基板などの透明基板である。この基板１０の一面上にはＳｎＯ2膜などの透明な導電体からなる導電膜１２が形成されており、基板１０の他面上には反射防止膜１１が形成されている。第１の太陽電池層の厚さは、例えば０．１μｍ〜０．５μｍ程度が好ましく、０．２μｍ〜０．４μｍ程度が更に好ましい。第２の太陽電池層の厚さは、例えば０．５μｍ〜５μｍ程度が好ましく、１μｍ〜３μｍ程度が更に好ましい。
【００１９】
図２は、基板上に設けられる導電膜の他の態様について説明する模式断面図である。図２に示す導電膜１２ａは、基板１０の一面上に設けられている。この導電膜１２ａは、微小な凹凸（テクスチャ構造）１２ｂを有する。凹凸１２ｂのサイズは、例えば数μｍ〜数十μｍオーダである。このような微小な凹凸１２ｂを有する導電膜１２ａを用いた場合には、後述する第１及び第２の各太陽電池層を形成する際に、この微小な凹凸１２ｂが反映され、各太陽電池層も微小な凹凸を有するようになる。
【００２０】
図３は、本実施形態に係る太陽電池の製造方法を説明するための模式断面図である。以下、この図３を用いて、本実施形態に係る太陽電池の製造方法を詳述する。製造工程の概略は以下のとおりである。図３（Ａ）に示すように、基板１０の一面上（詳細には、導電膜１２上）に第１の太陽電池層を形成し、その後、図３（Ｂ）に示すように、第１の太陽電池層上に第２の太陽電池層を形成する。その後、導電膜１９、２０を形成することにより、図１に示したように本実施形態に係る太陽電池が完成する。以下、更に詳述する。
【００２１】
まず、導電膜１２上にｐ型アモルファスシリコン膜１３が形成される（図１（Ａ））。本実施形態では、このｐ型アモルファスシリコン膜１３は、水素化ポリシランとボロン化合物を含む液体を導電膜１２上に塗布し、これを３００℃〜３５０℃程度の温度、１０分間〜３０分間程度の時間で焼成することによって形成される。ｐ型アモルファスシリコン膜１３の膜厚は５ｎｍ〜２０ｎｍ程度である。
【００２２】
ここで「ポリシラン」とは、一般式ＳｉnＨ2n+2（ｎ＜２）で表される化合物をいう。具体例としては、シクロペンタシラン（Ｓｉ5Ｈ10）など、１個以上の環状構造を持ったものに、紫外線を照射することによって光重合させて高次シランとしたものが挙げられる。以下においても同様である。
【００２３】
次に、ｐ型アモルファスシリコン膜１３上にｉ型アモルファスシリコン膜１４が形成される（図１（Ａ））。本実施形態では、このｉ型アモルファスシリコン膜１４は、水素化ポリシランを含む液体をｐ型アモルファスシリコン膜１３上に塗布し、これを３００℃〜３５０℃程度の温度、１０分間〜３０分間程度の時間で焼成することによって形成される。ｉ型アモルファスシリコン膜１４の膜厚は３００ｎｍ程度である。
【００２４】
次に、ｉ型アモルファスシリコン膜１４上にｎ型アモルファスシリコン膜１５が形成される（図１（Ａ））。本実施形態では、このｎ型アモルファスシリコン膜１５は、水素化ポリシランとリン化合物を含む液体をｉ型アモルファスシリコン膜１４上に塗布し、これを３００℃〜３５０℃程度の温度、１０分間〜３０分間程度の時間で焼成することによって形成される。ｎ型アモルファスシリコン膜１５の膜厚は５ｎｍ〜２０ｎｍ程度である。
【００２５】
次に、ｎ型アモルファスシリコン膜１５上にｐ型微結晶シリコン膜１６が形成される（図１（Ｂ））。本実施形態では、このｐ型微結晶シリコン膜１６は、ボロンなどの導電型不純物がドープされたシリコン微粒子をトルエン等の有機溶媒に分散させてなる液体をｎ型アモルファスシリコン膜１５上塗布し、これを１００℃〜３５０℃程度の温度、１０分間〜３０分間程度の時間で焼成することによって形成される。シリコン微粒子としては、例えば粒径がナノメートルオーダ（例えば数ｎｍ程度）の微粒子が用いられる。ｐ型微結晶シリコン膜１６の膜厚は５ｎｍ〜２０ｎｍ程度である。
【００２６】
次に、ｐ型微結晶シリコン膜１６上にｉ型微結晶シリコン膜１７が形成される（図１（Ｂ））。本実施形態では、このｉ型微結晶シリコン膜１７は、シリコン微粒子をトルエン等の有機溶媒に分散させてなる液体をｐ型微結晶シリコン膜１６上に塗布し、これを１００℃〜３５０℃程度の温度、１０分間〜３０分間程度の時間で焼成することによって形成される。シリコン微粒子としては、例えば粒径がマイクロメートルオーダ（例えば数μｍ程度）の微粒子が用いられる。ｉ型微結晶シリコン膜１７の膜厚は１μｍ〜４μｍ程度である。
【００２７】
次に、ｉ型微結晶シリコン膜１７上にｎ型微結晶シリコン膜１８が形成される（図１（Ｂ））。本実施形態では、このｎ型微結晶シリコン膜１８は、リンなどの導電型不純物がドープされたシリコン微粒子をトルエン等の有機溶媒に分散させてなる液体をｉ型微結晶シリコン膜１７上に塗布し、これを１００℃〜３５０℃程度の温度、１０分間〜３０分間程度の時間で焼成することによって形成される。シリコン微粒子としては、例えば粒径がナノメートルオーダ（例えば数ｎｍ程度）の微粒子が用いられる。ｎ型微結晶シリコン膜１８の膜厚は５ｎｍ〜２０ｎｍ程度である。
【００２８】
次に、各導電膜１９、２０が形成される。例えば、導電膜１９は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの透明導電膜であり、導電膜２０は、銀膜である。この導電膜２０は、所定のパターンに整形されている。各導電膜１９、２０は、例えばスパッタ法や蒸着法などの物理気相堆積法によって形成することが可能である。
【００２９】
以上のような本実施形態に係る製造方法によれば、各太陽電池層を構成するシリコン層が液体プロセスによって形成されるので、真空装置を使用する回数が減り、原料ガスの浪費も抑制される。それにより、太陽電池の製造プロセスを簡素化し、製造コストを削減することが可能となる。また、成膜に必要な材料を液体状態で保存することができるので、材料のストックヤード面積を低減することができる。
【００３０】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上述した実施形態においては、ｐ型アモルファスシリコン層、ｉ型アモルファスシリコン層、ｎ型アモルファスシリコン層、ｐ型微結晶シリコン層、ｉ型微結晶シリコン層及びｎ型微結晶シリコン層のいずれも液体プロセスを採用して形成されていたが、必ずしもこれらすべての層に液体プロセスが用いられる必要はなく、上述の各層のうち少なくとも１層以上の形成に液体プロセスが用いられていればよい。この場合、液体プロセスが適用されない層の形成については、例えば化学気相堆積法（ＣＶＤ法）などの成膜技術が適宜用いられる。
【００３１】
また、上述した実施形態では、基板上に第１の太陽電池層としてａ−Ｓｉ層を形成し、さらにその上に第２の太陽電池層としてμｃ−Ｓｉ層を形成していたが、これとは逆に、基板上に第１の太陽電池層としてμｃ−Ｓｉ層を形成し、さらにその上に第２の太陽電池層としてａ−Ｓｉ層を形成してもよい。また、ａ−Ｓｉ層、μｃ−Ｓｉ層の各々におけるｐ型層とｎ型層の配置を入れ替えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係る太陽電池の構成を示す模式断面図である。
【図２】基板上に設けられる導電膜の他の態様について説明する模式断面図である。
【図３】本実施形態に係る太陽電池の製造方法を説明するための模式断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…基板、１１…反射防止膜、１２…導電膜（第１の導電膜）、１３…ｐ型アモルファスシリコン層、１４…ｉ型アモルファスシリコン層、１５…ｎ型アモルファスシリコン層、１６…ｐ型微結晶シリコン層、１７…ｉ型微結晶シリコン層、１８…ｎ型微結晶シリコン層、１９、２０…導電膜（第２の導電膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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