(57)【要約】      （修正有）【課題】基盤原料を生産する為の資源消費も多く、地球環境を良くするという太陽電池本来の目的のため、シリコンの使用量を減らす。このため、基盤原料の消費量が少ないシリコン膜を用いて、電池の厚さを薄くしても入射した太陽光を効率良く光電変換する事の出来る太陽電池を提供する。【解決手段】金属製基盤１１上のアルミ金属層１０の上に、ｐ型シリコン層９を形成し、その上にｎ型ＨＳＧシリコン層を形成した構成を有する太陽電池。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ金属層を有する金属基板上にシリコンを主成分とする膜を形成し、その上に導電性物質を含むＨＳＧシリコン膜を形成する工程を含有する構成を有する太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載された金属基板上に形成されるシリコンにＰ型及び或いはＮ型の不純物が含有された上記請求項の太陽電池。
【請求項３】
請求項１に記載された金属基盤上に形成されるシリコンは、単結晶、多結晶及び不定形（非晶質）の内１つ或いは複数成分が含有された上記請求項の太陽電池。
【請求項４】
請求項１に記載されたＨＳＧシリコン膜に含有される導電性物質は、Ｐ型或いは及びＮ型の不純物が含有された上記請求項の太陽電池。
【請求項５】
アルミ金属層を他の金属基盤上に形成された複合金属基盤を金属基盤とする上記請求項の太陽電池。
【請求項６】
シリコン膜を形成する金属基板上の表面は、予め粗化された上記請求項の太陽電池。
【請求項７】
アルミ金属層上に形成されるシリコン層とその後に形成されるＨＳＧ層は、前者形成の可能な温度内で後者が形成される上記請求項の太陽電池。
【請求項８】
アルミ金属上に形成されるシリコンの成長時、時系列的に高温から低温迄階段的に或いは及び連続的に変化させ、当該時系列期間内に摂氏４５０度から摂氏７００度を含む上記請求項の太陽電池。
【請求項９】
請求項８に記載されている温度変化の内、摂氏４５０度から摂氏６００度内で、温度の径時変化を一時停止或いは及び温度勾配を変化させた上記請求項の太陽電池。
【請求項１０】
アルミ金属基盤上に形成されるシリコン層の厚さは、ＨＳＧシリコン層の５０倍迄の厚さを有する上記請求項の太陽電池。
【請求項１１】
アルミ金属基板上に形成されるシリコン層に含有された電導物質は、ＨＳＧシリコン層に含有される電導物質とは、反対型である上記請求項の太陽電池。
【請求項１２】
アルミ金属層を有する金属基盤は、アルミ基盤の他、アルミクラッドニッケル板、アルミクラッド鉄板、アルミーニッケルーアルミの様なクラッド板及びアルミ金属層にシリコンを含有するアルミの各種が適用された上記請求項の太陽電池。
【請求項１３】
アルミ金属層を有する金属基盤のアルミ金属表面に、予めシリコン、或いは及びクロム或いは及びチタン或いは及びヴァナジュウム金属を単独或いは組み合わせて一部或いは全部が被覆された基盤を用いた太陽電池。
【請求項１４】
ＨＳＧシリコン表面に多孔質シリコン層を形成した上記請求項の太陽電池。
【請求項１５】
太陽光を受けるＨＳＧシリコン層を含む全てのシリコン層の表面に多孔質シリコン層を形成した上記請求項の太陽電池。
【請求項１６】
ＨＳＧシリコン層を含むシリコン層を酸性或いは及びアルカリ性溶液を用いて、エッチングする工程を含んで作成された上記請求項の太陽電池。
【請求項１７】
使用される金属基盤は、クラッドのほか、メッキ、蒸着、スパッタ、溶射によって形成された各種金属との複合板を用いて作成された上記請求項の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、金属基盤上に形成されたシリコン上に、光電変換効率を高める為にＨＳＧシリコン（ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｇｒａｉｎ）層或いは及び多孔質シリコンをＨＳＧ表面に構成した太陽電池に関する物である。
【背景技術】
【０００２】  光電変換効率を高める為に、従来から幾多の提案がなされている。例えば、受光表面積を増加させる為に、シリコン表面をアルカリ性溶液で化学的にエッチングして、凸凹を形成させる事、受光した太陽光を反射させない様に、反射防止剤をその表面に被覆させる事、結晶性の良好なシリコンを用いること、水素を用いて含有不純物をゲッタリングする事、多孔質シリコン膜を形成して、受光表面積を増大させる事等である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  これ等技術は、何れも有効で有り、実際にその幾つかは、既に実用化されている。【０００４】  これ等技術は、単結晶及び多結晶基盤を使用した太陽電池、即ち電池の厚さが数１００ミクロンの太陽電池に用いられて来た物で、シリコンの使用量が多いと言う欠点が有る。【０００５】  シリコンの使用量が多いと言う事は、基盤原料を生産する為の資源消費も多く、地球環境を良くるという太陽電池本来の目的からは、逸脱するという矛盾が有る。【０００６】  従って生産に際して、より資源消費の少ない太陽電池が求められており、その一つが薄膜或いは厚膜シリコン太陽電池である。【０００７】  これ等シリコン太陽電池は、厚さが薄い為にシリコンの消費量が少なく、この観点からは、良好な結果を得ているが、光電変換効率が悪いと言う欠点が有る。【０００８】  薄膜或いは及び厚膜シリコン太陽電池の光電変換効率の悪い原因は、結晶性、結晶粒界の不純物析出、結晶粒形状の不揃い、結晶粒径の不揃い、光電反応距離が短い等、多くの問題が指摘されているが、現時点では結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池の光電変換効率に遠く及ばない。【０００９】  更にこれ等膜シリコンを成長させる為の基盤にも材質、純度、価格等の問題が指摘されている。
【課題を解決する為の手段】
【００１０】  本発明は、上記課題を達成する為に、既に全くの他分野にて適用されている各種技術を、太陽電池の生産に特化、最適化し、最適な構成を行い、他分野では期待されていない全く新たな用途をここに開発し、ここにそれらの複数要因を組み合わせて、その相乗効果によって全く新しい分野での適用に成功し、従来では実現出来なかった良好な太陽電池の発明に成功した。
【発明の効果】
【００１１】  本発明の他の効果は、シリコン源として、ガスを用いるので、シリコン薄膜、厚膜太陽電池に、極めて有効な効果を示す事である。
【００１２】  更に本発明は、基盤として金属複合基盤を用いる事によって、生産工程が省略されるので、生産原価が安く、且つスループットが短く、仕掛かり数量が少なくなって、これ等の相乗効果によって、原価低減に対して実質的効果が大きい発明である。
【００１３】  同様に従来基盤として使用されているガラス基盤に比較して、機械的衝撃にも格段に強く、また軽い利点が有る。
【００１４】  上記の様に基盤として金属基盤を使用しているので、大きさ、形状に制限が無い。即ち円形、多角形、短冊、星型等応用に応じて任意の形状が、基盤形状を変えるだけで極めて容易に達成出来る。
【００１５】  また複合基盤の組み合わせを、膨張係数に着目して選択すれば、温度変化に対して変形する事無く、大型の太陽電池を作成する事が出来る。
【００１６】  成長させるシリコンに接する金属は、アルミ、アルミ合金に限られる事なく、反応性、相互拡散、接着性、オーミックコンタクト等の観点から、幅広く任意に選択する事が出来るので、原価低減、量産性に対して大きな可能性を持っている。
【発明を実施する為の最良の形態】
【００１７】  以下本発明の実施の形態を図及び実施例に基いて説明する。
【実施例】
【００１８】  ニッケルとアルミをクラッド（ｃｌａｄ）にした金属板を、太陽電池の基盤として準備した。本金属基盤を摂氏４０度に加熱した燐酸、氷酢酸及び硝酸混液に浸漬して、表面をエッチングし、純水を用いて洗浄し、１０００回転／秒にて、窒素ガスを供給しながら５分間乾燥した。本金属基盤をアルミ面を上にして、１０ｃｍＸ１０ｃｍの寸法になる様に、アルミ面からニッケル面に向かって切断し、切断面にニッケル面が出ない様にした。切断された金属基盤を有機溶剤中に浸漬し、２９ＫＨｚの超音波を照射し清浄化した。この様にして清浄にされた金属基盤を減圧ＣＶＤ条件、即ち摂氏６００度、１Ｔｏｒｒの減圧条件にて、ヘリユムで２０％に希釈されたモノシランに、同じくヘリユムにて５０００ｐｐｍに希釈されたジボランをドーパントガスとして供給し、Ｐ型を有するシリコン皮膜を成長させた。しかる後ドーパントガスをジボランからフォスフィンに切り替えて、温度を摂氏５５０度迄低下させ凸凹の有る所謂ＨＳＧシリコンを得た。本品に標準的な太陽電池の工程過程を経て、図３に示す太陽電池１を作成した。【００１９】  ニッケルとアルミをクラッドにした金属板を、太陽電池の基盤として準備した。本基盤を３２０番の粗さを有するシリコンカーバイド粒を噴射し、アルミ表面を粗化した。しかる後、純水中にて、２９ＫＨｚの超音波をアルミ板に照射して、シリコンカーバイド粒を除去した。次いで２９ＫＨｚの超音波を加えた摂氏４０度に加熱した、燐酸、氷酢酸及び硝酸混液に浸漬して表面をエッチングし、純水を用いて洗浄し、１０００回転／秒にて、窒素ガスを供給しながら５分間乾燥した。次いで本金属基盤をアルミ面を上にして、１０ｃｍＸ１０ｃｍの寸法になる様に、アルミ面からニッケル面に向かって切断し、切断面にニッケル面が出ない様にした。切断された金属基盤を有機溶剤中に浸漬し、２９ＫＨｚの超音波を照射し清浄化した。この様にして清浄にされた金属基盤を［００１８］と同様にして減圧ＣＶＤによって図４に示す太陽電池２を作成した。【００２０】  上記［００１８］及び［００１９］にて用いたニッケルとアルミのクラッド板のアルミの代わりにアルミーシリコンの合金を用いて、標準的な太陽電池の工程過程を経て太陽電池３及び４を作成した。【００２１】  上記手法にてＨＳＧシリコンが形成された基盤を、背面光を含む光照射環境下にて５％フッ酸水溶液中にて、１２ｍＡ／ｃｍ２の電流密度にて多孔質シリコン層を形成し、しかる後本品に標準的な太陽電池の工程過程を上記［００１８］、［００１９］、［００２０］に実施して、図６に示す太陽電池５から８を作成した。【００２２】  上記手法にてＨＳＧシリコンが形成された基盤を、背面光を含む光照射環境下にて、４９％フッ酸＋エタノールを１：１の溶液にて、１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度にて、多孔質シリコン層を形成し、しかる後本品に標準的な太陽電池の工程過程を上記［００１８］、［００１９］、［００２０］に実施して、図７に示す太陽電池９から１２を作成した。【００２３】  上記手法にてＨＳＧシリコンが形成された基盤を、硝酸１０対フッ酸１を含む酸性エッチング液と塩化ナトリユームを含むアルカリ性エッチング液を用いて、シリコン表面をエッチングし、２種類の表面状態を得た。この工程を上記［００１８］、［００１９］、［００２０］に実施して、図５ａ）ｂ）に示す太陽電池１１から２０を作成した。【００２４】  加熱されたガラス基板上に塩化錫を噴霧し、導電膜を形成した。本基盤をＣＶＤ装置に挿入し、ＳｉＨ４をシリコン源とし、ＰＨ３をＮ型源として、摂氏６５０度にて、多結晶シリコンを成長させた。しかる後ＰＨ３をＰ型源であるＢ２Ｈ６に切り替えて、連続して多結晶シリコンを成長させ、金属電極を被覆して、図１に示す太陽電池２１を作成した。【００２５】  ［００１８］と同様なる手法によってＰ型を有するシリコン皮膜を形成した。しかる後ドーパントガスをジボランからフォスフィンに切り替えて温度を変える事無く、シリコン皮膜を成長させた。本品に標準的な太陽電池の工程過程を経て、図２に示す太陽電池２２を作成した。【００２６】  太陽電池１から２２までの測定結果を要約して表１に示す。本結果から本発明が、極めて有効で有る事が理解される。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】  従来のガラス基盤を用いた太陽電池の構成例
【図２】  金属基盤を用いてＨＳＧシリコンを有しない太陽電池の構成例
【図３】  金属基盤を用いてＨＳＧシリコンを有する太陽電池の構成例
【図４】  粗化した金属表面を用いて、ＨＳＧシリコンを有する太陽電池の構成例
【図５ａ】  粗化した金属表面を用いてＨＳＧシリコンを形成した表面を酸エッチした太陽電池の構成例
【図５ｂ】  粗化した金属表面を用いてＨＳＧシリコンを形成した表面をアルカリエッチした太陽電池の構成例
【図６】  粗化した金属表面を用いてＨＳＧシリコンを形成した表面に少ない電流密度を用いてシリコンを多孔質化した太陽電池の構成例
【図７】  粗化した金属表面を用いてＨＳＧシリコンを形成した表面に大きい電流密度を用いてシリコンを多孔質化した太陽電池の構成例
【符号の説明】
【００２８】  ０  電極層
１  ｐ型シリコン層
２  ｉ（真性）シリコン層
３  ｎ型シリコン層
４  ガラス基盤
５  ｎ型シリコン層
６  ｐ型シリコン層
７  金属基盤
８  ｎ型ＨＳＧシリコン層
９  ｐ型シリコン層
１０  アルミ層
１１  金属基盤
１２  表面が粗化されたアルミ層
１３  表面が酸エッチされたＨＳＧシリコン層
１４  表面がアルカリエッチされたＨＳＧシリコン層
１５  表面が小さい電流密度で多孔質化されたＨＳＧシリコン層
１６  表面が大きい電流密度で多孔質化されたＨＳＧシリコン層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７】
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