JPH1140832A - Thin-film solar cell and manufacture therefor - Google Patents
Thin-film solar cell and manufacture thereforInfo
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- JPH1140832A JPH1140832A JP9192400A JP19240097A JPH1140832A JP H1140832 A JPH1140832 A JP H1140832A JP 9192400 A JP9192400 A JP 9192400A JP 19240097 A JP19240097 A JP 19240097A JP H1140832 A JPH1140832 A JP H1140832A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶系薄膜太陽電
池およびその製造方法に関する。The present invention relates to a crystalline thin-film solar cell and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】単結晶シリコン、多結晶シリコン等の結
晶系シリコンからなる結晶系太陽電池において表面反射
率を低減するために、結晶系シリコンの表面に凹凸形状
を形成することが提案されている。2. Description of the Related Art In a crystalline solar cell made of crystalline silicon such as monocrystalline silicon and polycrystalline silicon, it has been proposed to form an uneven shape on the surface of crystalline silicon in order to reduce the surface reflectance. .
【0003】このような結晶系太陽電池の製造において
は、引き上げ法や鋳造法により作製された多結晶または
単結晶のシリコンインゴット(塊状結晶)を薄いウエハ
状に切断し、そのウエハの表面に機械的スクライブや化
学的エッチングにより凹凸形状を形成する。そして、こ
のウエハに形成された凹凸形状の表面に拡散法またはイ
オン注入法によりpn接合を形成し、さらに真空蒸着
法、印刷焼成法やメッキ法により電極を形成する。[0003] In the production of such a crystalline solar cell, a polycrystalline or single-crystal silicon ingot (bulk crystal) produced by a pulling method or a casting method is cut into a thin wafer, and the surface of the wafer is machined. An uneven shape is formed by mechanical scribing or chemical etching. Then, a pn junction is formed on the surface of the concavo-convex shape formed on the wafer by a diffusion method or an ion implantation method, and further, an electrode is formed by a vacuum evaporation method, a printing firing method, or a plating method.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記の結晶系太陽電池
においては、表面に形成された凹凸形状により入射光の
表面反射を小さくすることができる。それにより、変換
効率を向上させることが可能となる。In the above-mentioned crystalline solar cell, the surface reflection of incident light can be reduced due to the unevenness formed on the surface. Thereby, the conversion efficiency can be improved.
【0005】従来の製造方法によれば、太陽電池の表面
および裏面の両方に凹凸形状を形成することは困難であ
る。それにより、太陽電池の裏面は平坦になっているた
め、太陽電池の内部に進入した光の閉じ込めが十分であ
るとは言えない。それゆえ、例えばアプライド・フィジ
ックス・レターズ、第70巻、390頁〜392頁(Ap
plied Physics Letters,70(3),(1997)390-392)に記載の
ように、太陽電池の表面裏面に凹凸を形成した構造を実
現することで、太陽電池の内部に進入した光の閉じ込め
を十分に行うことにより、さらに変換効率を向上させる
ことが試みられている。しかしながら、これまで太陽電
池の表面裏面に凹凸を形成した構造は、上記の文献のよ
うに凹凸基板に多結晶薄膜を堆積させることによっての
み実現されており、粒径の大きな結晶薄膜で実現するこ
とは困難であったため、優れた特性のものが得られてい
ない。According to the conventional manufacturing method, it is difficult to form irregularities on both the front surface and the back surface of the solar cell. As a result, the back surface of the solar cell is flat, so that it cannot be said that light that has entered the inside of the solar cell is sufficiently confined. Therefore, for example, Applied Physics Letters, Vol. 70, pp. 390-392 (Ap.
As described in plied Physics Letters, 70 (3), (1997) 390-392), by realizing a structure with unevenness on the front and back surfaces of the solar cell, light confined inside the solar cell can be confined. Attempts have been made to further improve the conversion efficiency by performing it sufficiently. However, the structure in which the unevenness is formed on the front and back surfaces of the solar cell has been realized only by depositing a polycrystalline thin film on the uneven substrate as described in the above-mentioned literature. Was difficult, and excellent properties were not obtained.
【0006】また、従来の結晶系太陽電池の製造方法に
おいては、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンのシリ
コンインゴットからウエハを切り出す際に、切り代が発
生する。例えば、15cm径または15cm角のシリコ
ンインゴットから数百μmの厚さのウエハを切り出す場
合には、ウエハと同程度の厚さ、すなわち数百μmの厚
さの切り代が発生する。そのため、実際に使用するシリ
コンウエハと同程度の厚さのシリコンの無駄が生じる。Further, in the conventional method of manufacturing a crystalline solar cell, a cutting margin occurs when a wafer is cut from a single crystal silicon or polycrystalline silicon silicon ingot. For example, when a wafer having a thickness of several hundreds of μm is cut out from a silicon ingot having a diameter of 15 cm or a square of 15 cm, a cutting margin having a thickness similar to that of the wafer, that is, a thickness of several hundreds of μm is generated. Therefore, waste of silicon having the same thickness as the silicon wafer actually used occurs.
【0007】また、結晶系太陽電池において光電変換に
寄与する厚さは百μm以下であるが、シリコンインゴッ
トを百μm以下の厚さのウエハに切断することは困難で
ある。そのため、従来の結晶系太陽電池では、必要以上
の厚さのシリコンを用いていることになり、無駄が生じ
ている。[0007] Further, in a crystalline solar cell, the thickness contributing to photoelectric conversion is not more than 100 µm, but it is difficult to cut a silicon ingot into a wafer having a thickness of not more than 100 µm. For this reason, in the conventional crystalline solar cell, silicon having an unnecessarily thick thickness is used, which causes waste.
【0008】特に、単結晶シリコンは高価であるため、
単結晶シリコンに比べて特性の劣る多結晶シリコンを用
いた太陽電池が主として製造されている。In particular, since single crystal silicon is expensive,
Solar cells using polycrystalline silicon, which has inferior characteristics to single crystal silicon, are mainly manufactured.
【0009】本発明の目的は、高い変換効率を確保しつ
つ低コスト化および省資源化を図ることができる薄膜太
陽電池およびその製造方法を提供することである。It is an object of the present invention to provide a thin-film solar cell capable of reducing costs and saving resources while securing high conversion efficiency, and a method for manufacturing the same.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段および発明の効果】第1の
発明に係る薄膜太陽電池の製造方法は、結晶半導体の表
面に凹凸形状を形成する第1の工程と、結晶半導体の凹
凸形状の表面から所定の深さに所定の元素を層状にイオ
ン注入する第2の工程と、基板上に電極層を形成する第
3の工程と、所定の元素が注入された結晶半導体の凹凸
形状の表面を基板上に形成された電極層の表面に接着す
る第4の工程と、熱処理により、結晶半導体に注入され
た上記所定の元素の領域に層状に分布する空隙を形成
し、結晶半導体を層状に分布した空隙の領域で切断して
電極層上に接着された凹凸形状の結晶半導体層と残りの
結晶半導体とに分離する第5の工程と、電極層上に接着
された凹凸形状の結晶半導体層に発電層を形成する第6
の工程とを備えたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin-film solar cell, comprising: a first step of forming an uneven shape on a surface of a crystalline semiconductor; A second step of ion-implanting a predetermined element in a layer at a predetermined depth from a third step, a third step of forming an electrode layer on the substrate, and a step of forming an uneven surface of the crystal semiconductor into which the predetermined element has been implanted. A fourth step of adhering to the surface of the electrode layer formed on the substrate, and a heat treatment to form voids distributed in a layered manner in the region of the predetermined element injected into the crystal semiconductor, thereby distributing the crystal semiconductor in a layered manner. A fifth step of cutting into an uneven crystal semiconductor layer adhered on the electrode layer by cutting in the region of the formed gap and separating the remaining crystal semiconductor from the uneven crystal semiconductor layer adhered on the electrode layer; 6th forming power generation layer
And the steps of
【0011】本発明に係る薄膜太陽電池の製造方法にお
いては、まず第1の工程で、結晶半導体の表面に凹凸形
状を形成し、第2の工程で、結晶半導体の凹凸形状の表
面から所定の深さに所定の元素を層状にイオン注入する
とともに、第3の工程で、基板上に電極層を形成し、第
4の工程で、所定の元素が注入された結晶半導体の凹凸
形状の表面を基板上に形成された電極層の表面に接着す
る。そして、第5の工程で、熱処理により、結晶半導体
にイオン注入により形成された結晶欠陥における構成元
素の不対結合手に上記所定の元素を移動させ、その元素
を不対結合手と結合させて不対結合手を終端させる。そ
れにより、結晶半導体中に層状に分布した空隙を形成
し、その層状に分布した空隙の領域で結晶半導体を分断
する。その結果、電極層上に接着された凹凸形状の結晶
半導体層と残りの結晶半導体とが得られる。In the method for manufacturing a thin-film solar cell according to the present invention, first, in a first step, an uneven shape is formed on the surface of the crystalline semiconductor, and in a second step, a predetermined shape is formed from the uneven surface of the crystalline semiconductor. In a third step, a predetermined element is ion-implanted in a layer at a depth, an electrode layer is formed on the substrate in a third step, and in a fourth step, the uneven surface of the crystal semiconductor into which the predetermined element has been implanted is removed. It adheres to the surface of the electrode layer formed on the substrate. Then, in the fifth step, the predetermined element is moved to a dangling bond of a constituent element in a crystal defect formed by ion implantation into the crystalline semiconductor by heat treatment, and the element is bonded to the dangling bond. Terminate the dangling bond. Accordingly, voids distributed in a layered manner are formed in the crystal semiconductor, and the crystalline semiconductor is divided in regions of the voids distributed in the layered shape. As a result, a crystal semiconductor layer having an uneven shape bonded to the electrode layer and the remaining crystal semiconductor are obtained.
【0012】なお、イオン注入量が不足すると、移動し
た注入元素は空孔を形成し、分断に必要な空隙を形成し
ないので不適当である。また、注入エネルギーが低過ぎ
ると、分断した層が縦方向にも破断し、分断した層が一
体にならないので不適当である。If the amount of ion implantation is insufficient, the transferred implanted elements form voids and do not form voids necessary for division, which is inappropriate. On the other hand, if the implantation energy is too low, the divided layer is also broken in the longitudinal direction, and the divided layers are not integrated, which is inappropriate.
【0013】さらに、第6の工程で、電極層上に接着さ
れた凹凸形状の結晶半導体層に発電層を形成する。この
ようにして、凹凸形状の発電層を有する太陽電池が製造
される。Further, in a sixth step, a power generation layer is formed on the uneven crystalline semiconductor layer adhered on the electrode layer. In this way, a solar cell having a power generation layer having an uneven shape is manufactured.
【0014】発電層の厚さは上記所定の元素の注入深さ
にほぼ相当するので、注入深さを調整することにより任
意の厚さの結晶半導体からなる発電層を形成することが
できる。したがって、発電層を光電変換に必要な薄い厚
さに容易に形成することができる。Since the thickness of the power generation layer substantially corresponds to the implantation depth of the predetermined element, a power generation layer made of a crystalline semiconductor having an arbitrary thickness can be formed by adjusting the implantation depth. Therefore, the power generation layer can be easily formed to a thin thickness required for photoelectric conversion.
【0015】本発明に係る製造方法により製造された薄
膜太陽電池では、発電層の表面および裏面が凹凸形状に
形成されている。そのため、発電層の表面での入射光の
反射が低減され、発電層の内部に進入する光の量が多く
なる。また、表面の凹凸形状により入射光が発電層の内
部に斜めに屈折される確率が高くなるので、発電層の内
部で光の進む距離が長くなる。それにより、光が光電変
換に有効に利用される。さらに、発電層の内部で進行す
る光が裏面の凹凸形状により全反射される確率が高くな
るので、光の閉じ込めが良好に行われる。これらの結
果、変換効率がさらに向上する。In the thin-film solar cell manufactured by the manufacturing method according to the present invention, the front surface and the back surface of the power generation layer are formed in an uneven shape. Therefore, the reflection of the incident light on the surface of the power generation layer is reduced, and the amount of light entering the inside of the power generation layer increases. In addition, since the probability of incident light being obliquely refracted into the power generation layer increases due to the unevenness of the surface, the distance that light travels inside the power generation layer becomes longer. Thereby, light is effectively used for photoelectric conversion. Furthermore, the probability that the light traveling inside the power generation layer is totally reflected by the irregularities on the back surface increases, so that the light is confined favorably. As a result, the conversion efficiency is further improved.
【0016】また、凹凸形状の結晶半導体層からなる発
電層が薄い厚さに形成されるので、結晶半導体の無駄が
生じない。したがって、高い変換効率を確保しつつ低コ
スト化および省資源化を図ることができる。In addition, since the power generation layer formed of the crystal semiconductor layer having the uneven shape is formed to have a small thickness, the crystal semiconductor is not wasted. Therefore, cost reduction and resource saving can be achieved while securing high conversion efficiency.
【0017】特に、基板上の電極層が接着剤を兼ねても
よい。これにより、第4の工程で結晶半導体の接着が容
易になる。In particular, the electrode layer on the substrate may double as the adhesive. This facilitates the bonding of the crystalline semiconductor in the fourth step.
【0018】結晶半導体として第1導電型結晶半導体を
用い、第6の工程で凹凸形状の結晶半導体層中または凹
凸形状の結晶半導体層上に第2導電型結晶半導体層を形
成してもよい。これにより、発電層が形成される。The first conductivity type crystal semiconductor may be used as the crystal semiconductor, and the second conductivity type crystal semiconductor layer may be formed in or on the uneven crystal semiconductor layer in the sixth step. Thereby, a power generation layer is formed.
【0019】また、結晶半導体として第1導電型結晶半
導体を用い、第3の工程で電極層中に第2導電型不純物
元素(第2導電型ドーパント)を添加し、第6の工程で
熱処理により電極層から凹凸形状の結晶半導体層中に不
純物元素を拡散させてもよい。この場合、発電層の形成
が容易になる。Further, a first conductivity type crystal semiconductor is used as a crystal semiconductor, a second conductivity type impurity element (second conductivity type dopant) is added to the electrode layer in a third step, and a heat treatment is performed in a sixth step. The impurity element may be diffused from the electrode layer into the uneven crystalline semiconductor layer. In this case, the formation of the power generation layer is facilitated.
【0020】また、結晶半導体は結晶シリコンであって
もよい。この場合、結晶シリコンとして単結晶シリコン
を用いることが好ましい。あるいは、結晶シリコンとし
て多結晶シリコンを用いてもよい。Further, the crystalline semiconductor may be crystalline silicon. In this case, single crystal silicon is preferably used as crystalline silicon. Alternatively, polycrystalline silicon may be used as crystalline silicon.
【0021】第1の工程で上記所定の元素を結晶半導体
の凹凸形状の表面から5μm以上10μm以下の深さに
層状にイオン注入することが好ましい。これにより、厚
さ5μm以上10μm以下の凹凸形状の結晶半導体層を
形成することができる。この場合、光電変換に必要な薄
い厚さの発電層が形成される。In the first step, it is preferable that the above-mentioned predetermined element is ion-implanted in layers in a depth of 5 μm or more and 10 μm or less from the uneven surface of the crystal semiconductor. Thus, a crystalline semiconductor layer having a concavo-convex shape with a thickness of 5 μm or more and 10 μm or less can be formed. In this case, a power generating layer having a small thickness necessary for photoelectric conversion is formed.
【0022】さらに、第5の工程で分離された残りの結
晶半導体を第2の工程で再利用してもよい。これによ
り、結晶半導体の無駄を低減することが可能となる。Further, the remaining crystalline semiconductor separated in the fifth step may be reused in the second step. This makes it possible to reduce waste of the crystalline semiconductor.
【0023】第2の発明に係る薄膜太陽電池は、基板
と、基板上に形成された電極層と、電極層上に形成され
た凹凸形状の結晶半導体層からなる発電層とを備えたも
のである。A thin-film solar cell according to a second aspect of the present invention includes a substrate, an electrode layer formed on the substrate, and a power generation layer formed on the electrode layer and formed of an uneven crystalline semiconductor layer. is there.
【0024】本発明に係る薄膜太陽電池においては、発
電層の表面および裏面が凹凸形状に形成されている。そ
のため、発電層の表面での入射光の反射が低減され、発
電層の内部に進入する光の量が多くなる。また、表面の
凹凸形状により入射光が発電層の内部に斜めに屈折され
る確率が高くなるので、発電層の内部で光の進む距離が
長くなる。それにより、光が光電変換に有効に利用され
る。さらに、発電層の内部で進行する光が裏面の凹凸形
状により全反射される確率が高くなるので、光の閉じ込
めが良好に行われる。これらの結果、変換効率がさらに
向上する。In the thin-film solar cell according to the present invention, the front surface and the back surface of the power generation layer are formed in an uneven shape. Therefore, the reflection of the incident light on the surface of the power generation layer is reduced, and the amount of light entering the inside of the power generation layer increases. In addition, since the probability of incident light being obliquely refracted into the power generation layer increases due to the unevenness of the surface, the distance that light travels inside the power generation layer becomes longer. Thereby, light is effectively used for photoelectric conversion. Furthermore, the probability that the light traveling inside the power generation layer is totally reflected by the irregularities on the back surface increases, so that the light is confined favorably. As a result, the conversion efficiency is further improved.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】図1〜図5は本発明の一実施例に
おける薄膜太陽電池の製造方法を示す模式的工程図であ
る。1 to 5 are schematic process diagrams showing a method for manufacturing a thin-film solar cell according to one embodiment of the present invention.
【0026】図1(a)に示すように、比抵抗10Ω・
cm程度のp型単結晶シリコン板1を用いる。まず、図
1(b)に示すように、p型単結晶シリコン板1の表面
に、機械的スクライブまたは化学的エッチングにより凹
凸形状2を形成する。本実施例では、製造工程を簡略化
するために、機械的スクライブ(切削)により凹凸形状
2として複数のV字溝からなる線状パターンを形成す
る。V字溝の内面の傾斜角度θは例えば60°であり、
V字溝の幅Dは例えば10μm程度である。As shown in FIG. 1A, the specific resistance is 10Ω.
A p-type single crystal silicon plate 1 of about cm is used. First, as shown in FIG. 1B, an uneven shape 2 is formed on the surface of a p-type single crystal silicon plate 1 by mechanical scribe or chemical etching. In this embodiment, in order to simplify the manufacturing process, a linear pattern composed of a plurality of V-shaped grooves is formed as the concavo-convex shape 2 by mechanical scribing (cutting). The inclination angle θ of the inner surface of the V-shaped groove is, for example, 60 °,
The width D of the V-shaped groove is, for example, about 10 μm.
【0027】次に、図1(c)に示すように、p型単結
晶シリコン板1にH(水素)をイオン注入する。これに
より、p型単結晶シリコン板1の凹凸形状2の表面から
所定の深さに原子状水素3の注入領域が形成される。イ
オン注入の条件としては、水素イオン(H+ )の加速エ
ネルギーを500keVとし、ドーズ量を5×1016/
cm2 〜1×1017/cm2 とする。これにより、原子
状水素3の注入領域の深さは凹凸形状2の表面から約1
0μmとなる。Next, as shown in FIG. 1C, H (hydrogen) ions are implanted into the p-type single crystal silicon plate 1. As a result, an implanted region of atomic hydrogen 3 is formed at a predetermined depth from the surface of uneven shape 2 of p-type single crystal silicon plate 1. The conditions for the ion implantation are as follows: the acceleration energy of hydrogen ions (H + ) is 500 keV, and the dose is 5 × 10 16 /
cm 2 to 1 × 10 17 / cm 2 . As a result, the depth of the implantation region of the atomic hydrogen 3 is set to about 1
0 μm.
【0028】次いで、図2(d)に示すように、耐熱性
ガラス板またはステンレス、銅等の金属シートからなる
基板4上に、非晶質SiO2 、Al2 O3 等からなる絶
縁層5をスパッタ法、プリント法(印刷法)等により形
成し、さらに絶縁層5上に電極形成用ペースト6aを塗
布する。この電極形成用ペースト6aは、Ag(銀)、
Cu(銅)、Al(アルミニウム)等の金属粒子を有機
溶媒中に分散するとともに、n型不純物(n型ドーパン
ト)であるP(燐)粒子を添加したものである。Next, as shown in FIG. 2D, an insulating layer 5 made of amorphous SiO 2 , Al 2 O 3 or the like is formed on a substrate 4 made of a heat-resistant glass plate or a metal sheet such as stainless steel or copper. Is formed by a sputtering method, a printing method (printing method), or the like, and an electrode forming paste 6 a is applied on the insulating layer 5. This electrode forming paste 6a is made of Ag (silver),
Metal particles such as Cu (copper) and Al (aluminum) are dispersed in an organic solvent, and P (phosphorus) particles, which are n-type impurities (n-type dopants), are added.
【0029】そして、図2(e)に示すように、p型単
結晶シリコン板1の凹凸形状2の表面を電極形成用ペー
スト6aの表面に貼り付け、300〜500℃で熱処理
を行い、電極用ペースト6a中の有機溶媒を蒸発させ
る。これにより、Ag、Cu、Al等の金属からなる下
部電極層6が形成されるとともに、p型単結晶シリコン
板1が下部電極層6に接着される。すなわち、図2
(d)の電極形成用ペースト6aは下部電極層6の材料
および接着剤を兼ねている。Then, as shown in FIG. 2E, the surface of the irregular shape 2 of the p-type single crystal silicon plate 1 is attached to the surface of the electrode forming paste 6a, and heat treatment is performed at 300 to 500 ° C. The organic solvent in the paste 6a is evaporated. Thereby, the lower electrode layer 6 made of a metal such as Ag, Cu, or Al is formed, and the p-type single-crystal silicon plate 1 is bonded to the lower electrode layer 6. That is, FIG.
The electrode forming paste 6a of (d) also serves as a material of the lower electrode layer 6 and an adhesive.
【0030】その後、図3(f)に示すように、500
〜700℃で熱処理を行う。これにより、原子状水素3
がイオン注入により形成された結晶欠陥における構成元
素の不対結合手に移動し、不対結合手と結合することに
より、その不対結合手を終端する。その結果、p型単結
晶シリコン板1の凹凸形状2の表面から約10μmの深
さに層状に分布する多数の空隙が形成され、さらに加熱
に伴う熱歪でp型単結晶シリコン板1が空隙の領域3a
で分断される。Thereafter, as shown in FIG.
Heat treatment at ~ 700 ° C. Thereby, atomic hydrogen 3
Move to the dangling bond of the constituent element in the crystal defect formed by the ion implantation, and bond with the dangling bond to terminate the dangling bond. As a result, a large number of voids distributed in a layered manner at a depth of about 10 μm from the surface of the uneven shape 2 of the p-type single-crystal silicon plate 1 are formed. Area 3a
Is divided.
【0031】このようにして、下部電極層6上に接着さ
れた膜厚約10μmのp型単結晶シリコン層1aおよび
残りのp型単結晶シリコン板1bが得られる。この場
合、p型単結晶シリコン層1aの表面および裏面は共に
凹凸形状を有する。p型単結晶シリコン層1aおよびp
型単結晶シリコン板1bの凹凸形状の表面の微細な凹凸
は数十nm以下である。Thus, a p-type single-crystal silicon layer 1a having a thickness of about 10 μm and a remaining p-type single-crystal silicon plate 1b adhered on the lower electrode layer 6 are obtained. In this case, both the front surface and the back surface of the p-type single crystal silicon layer 1a have irregularities. p-type single-crystal silicon layers 1a and p
The fine irregularities on the surface of the irregular shape of the mold single crystal silicon plate 1b are several tens nm or less.
【0032】次に、図3(g)に示すように、700〜
900℃で熱処理を行う。これにより、下部電極層6と
凹凸形状のp型単結晶シリコン層1aとの接着が強化さ
れるとともに、下部電極層6からp型単結晶シリコン層
1a中にn型不純物が拡散し、n型拡散層1cが形成さ
れる。この結果、p型単結晶シリコン層1aとn型拡散
層1cとのpn接合からなる発電層Aが形成される。Next, as shown in FIG.
Heat treatment is performed at 900 ° C. Thereby, the adhesion between the lower electrode layer 6 and the p-type single crystal silicon layer 1a having the uneven shape is strengthened, and the n-type impurity diffuses from the lower electrode layer 6 into the p-type single crystal silicon layer 1a, and the n-type impurity is diffused. The diffusion layer 1c is formed. As a result, a power generation layer A composed of a pn junction between the p-type single crystal silicon layer 1a and the n-type diffusion layer 1c is formed.
【0033】なお、上記の例では電極層からのn型不純
物の拡散により発電層Aを形成したが、結晶表面に凹凸
形状を形成する第1の工程の後に、表面からイオン注入
や熱拡散等の方法でn型不純物を導入することによって
も発電層Aが形成される。In the above example, the power generation layer A is formed by diffusing the n-type impurity from the electrode layer. However, after the first step of forming the irregularities on the crystal surface, ion implantation or thermal diffusion from the surface is performed. The power generation layer A is also formed by introducing an n-type impurity by the above method.
【0034】さらに、図4(h)に示すように、p型単
結晶シリコン層1aの凹凸形状の表面および分断された
p型単結晶シリコン板1bの凹凸形状の表面の微細な凹
凸(損傷領域)を化学的エッチングにより研磨する。研
磨されたp型単結晶シリコン板1bは図1(c)の工程
で再利用することができる。Further, as shown in FIG. 4 (h), fine irregularities (damaged areas) on the irregular surface of the p-type single crystal silicon layer 1a and the irregular surface of the divided p-type single crystal silicon plate 1b are obtained. ) Is polished by chemical etching. The polished p-type single crystal silicon plate 1b can be reused in the step of FIG. 1 (c).
【0035】次に、図4(i)に示すように、p型単結
晶シリコン層1a上に、CVD法またはプラズマCVD
法により、Si、N、Oの混合物、あるいはTi、Al
等を含む誘電体を、単層または積層構造で堆積したパッ
シベーション膜7を形成する。このパッシベーション膜
7は保護膜および反射防止膜を兼ねる。Next, as shown in FIG. 4 (i), the p-type single crystal silicon layer 1a is
A mixture of Si, N, O, or Ti, Al
A passivation film 7 is formed by depositing a dielectric material including a single layer or a laminated structure. This passivation film 7 also serves as a protective film and an antireflection film.
【0036】最後に、図5(j)に示すように、パッシ
ベーション膜7の所定領域をパターンニングにより除去
して電極材料を堆積するか、またはパッシベーション膜
7の所定領域に電極材料を設け、熱処理工程によってp
型基板との接触をとることによって、p型単結晶シリコ
ン層1a上に上部電極8を形成する。上部電極8の形成
方法としては、Ag、Cu、Al等の金属粒子を有機溶
媒中に分散させたペーストを塗布し、400℃程度で焼
成する。また、直接電極材料を設ける場合には、短時間
の700℃での焼成により、パッシベーション膜7を介
して直接電極の形成が可能である。このようにして、単
結晶シリコンからなる太陽電池が製造される。Finally, as shown in FIG. 5J, a predetermined region of the passivation film 7 is removed by patterning to deposit an electrode material, or an electrode material is provided in a predetermined region of the passivation film 7 and heat treatment is performed. Depending on the process
The upper electrode 8 is formed on the p-type single crystal silicon layer 1a by making contact with the mold substrate. As a method for forming the upper electrode 8, a paste in which metal particles such as Ag, Cu, and Al are dispersed in an organic solvent is applied and baked at about 400 ° C. When a direct electrode material is provided, it is possible to form a direct electrode via the passivation film 7 by baking at 700 ° C. for a short time. Thus, a solar cell made of single-crystal silicon is manufactured.
【0037】図6および図7は本発明の他の実施例にお
ける薄膜太陽電池の製造方法を示す模式的工程断面図で
ある。FIGS. 6 and 7 are schematic process sectional views showing a method of manufacturing a thin-film solar cell according to another embodiment of the present invention.
【0038】図6(a)は0.5Ω・cmのp型単結晶
シリコン板1である。まず、図6(b)に示すように、
p型単結晶シリコン板1の(100)表面に所望のマス
クパターンを形成し(図示せず)、公知の異方性エッチ
ング法によりエッチングし、一部に平坦部を有する凹凸
形状2を形成する。マスク開口部が正方形の場合、形成
される凹凸形状2の凹部は逆ピラミッド状のピットとな
り、その内面の傾斜角θは約55°である。この角度は
結晶学的に決まるため、シリコン板1の表面の全面で一
様である。凹凸形状2の逆ピラミッド状凹部の辺長Dは
例えば5μmである。また、平坦部の幅は20μmから
50μmである。FIG. 6A shows a p-type single crystal silicon plate 1 of 0.5 Ω · cm. First, as shown in FIG.
A desired mask pattern is formed on the (100) surface of the p-type single-crystal silicon plate 1 (not shown), and is etched by a known anisotropic etching method to form a concavo-convex shape 2 having a flat portion in part. . When the mask opening is square, the concave portion of the concavo-convex shape 2 to be formed becomes an inverted pyramid pit, and the inclination angle θ of the inner surface thereof is about 55 °. Since this angle is determined crystallographically, it is uniform over the entire surface of the silicon plate 1. The side length D of the inverted pyramid-shaped concave portion of the concave-convex shape 2 is, for example, 5 μm. In addition, the width of the flat portion is 20 μm to 50 μm.
【0039】次に、図6(c)に示すように、平坦部の
一部にリン等のn型不純物を熱拡散もしくはイオン注入
等で導入し、n型領域1eを形成する。また、平坦部の
他の一部には硼素等のp型不純物を熱拡散もしくはイオ
ン注入等で導入し、p型領域1dを形成する。この形成
には、公知の酸化膜等のマスク皮膜の形成と開口部の形
成、不純物導入と熱処理が適用される。それぞれの領域
1e,1dの深さは1μm程度である。p型領域1dの
形成は必須ではなく、p型単結晶シリコン板1の比抵抗
が本実施例にように小さい場合には省略してもよい。ま
た、シリコン板1の表面には0.1μm程度の薄い酸化
膜が形成されていることが望ましい。Next, as shown in FIG. 6C, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into a part of the flat portion by thermal diffusion or ion implantation to form an n-type region 1e. A p-type impurity such as boron is introduced into the other part of the flat portion by thermal diffusion or ion implantation to form a p-type region 1d. For this formation, a known mask film such as an oxide film and the formation of an opening, impurity introduction and heat treatment are applied. The depth of each of the regions 1e and 1d is about 1 μm. The formation of the p-type region 1d is not essential, and may be omitted when the specific resistance of the p-type single crystal silicon plate 1 is small as in this embodiment. It is desirable that a thin oxide film of about 0.1 μm be formed on the surface of the silicon plate 1.
【0040】次いで、図6(d)に示すように、表面に
不純物領域が形成されたp型単結晶シリコン板1の全面
に水素(H)イオンをイオン注入する。イオン注入の条
件は、水素イオン(H+ )の加速エネルギーを1MeV
とし、ドーズ量を1×1017/cm2 〜2×1017/c
m2 とする。これにより、原子状水素3の注入領域の深
さはp型単結晶シリコン板1の表面から約10μmとな
る。原子状水素3の注入領域はシリコン板1の表面形状
を深さ方向に約10μm平行移動させた形状となる。イ
オン注入された水素イオンは表面拡散領域にはほとんど
影響を与えることなくシリコン板1の表面領域を通過
し、静止深さの狭い領域でのみ高濃度の結晶欠陥を形成
する。Next, as shown in FIG. 6D, hydrogen (H) ions are implanted into the entire surface of the p-type single crystal silicon plate 1 having the impurity regions formed on the surface. The conditions for the ion implantation are as follows: the acceleration energy of hydrogen ions (H + ) is 1 MeV
And the dose is 1 × 10 17 / cm 2 to 2 × 10 17 / c
and m 2. Thereby, the depth of the implantation region of atomic hydrogen 3 is about 10 μm from the surface of p-type single crystal silicon plate 1. The implantation region of the atomic hydrogen 3 has a shape obtained by translating the surface shape of the silicon plate 1 by about 10 μm in the depth direction. The implanted hydrogen ions pass through the surface region of the silicon plate 1 with almost no effect on the surface diffusion region, and form high-concentration crystal defects only in a region having a small static depth.
【0041】次に、薄膜を剥離して保持するために配線
基板を用意する。図7(e)は耐熱性ガラス板、セラミ
ックス、ステンレス等の金属シートなどの基板4の表面
に、高純度ガラス膜、アルミナ膜などの絶縁層5をCV
D法やスパッタ法、塗布法、印刷法などで形成・焼成し
た配線基板に、さらに電極配線6b,6cを形成したも
のである。電極配線6cはシリコン板1のn型領域1e
とコンタクトを取るため、Agを主成分とする金属ペー
ストであり、電極配線6bはシリコン板1のp型領域1
dとコンタクトを取るため、Alを含むAgペーストで
ある。これらはそれぞれ、コンタクトからの電気出力を
導くための他の配線(図示せず)の所望領域に形成さ
れ、以下に述べる接着工程に適合するよう、シリコン板
1の平坦部分に形成されたn型領域1eおよびp型領域
1dに対向して設けられている。Next, a wiring board is prepared for peeling and holding the thin film. FIG. 7E shows an insulating layer 5 such as a high-purity glass film or an alumina film formed on a surface of a substrate 4 such as a heat-resistant glass plate, a ceramic or a metal sheet such as stainless steel.
The electrode wirings 6b and 6c are further formed on a wiring substrate formed and fired by a method D, a sputtering method, a coating method, a printing method, or the like. The electrode wiring 6c is an n-type region 1e of the silicon plate 1.
The electrode wiring 6b is made of a metal paste containing Ag as a main component to make contact with the p-type region 1 of the silicon plate 1.
Ag paste containing Al to make contact with d. These are formed in desired regions of other wirings (not shown) for conducting electric output from the contacts, respectively, and are formed on a flat portion of the silicon plate 1 so as to be compatible with the bonding process described below. It is provided to face region 1e and p-type region 1d.
【0042】上記配線基板と、図6(d)で示した水素
イオン注入済みのシリコン板1とを図7(f)に示すよ
うに対向させ、シリコン板1表面に形成したn型領域1
eと配線基板上に形成した電極配線(Agペースト形成
部分)6cとを、また、シリコン板1表面に形成したp
型領域1dと配線基板上に形成した電極配線(Ag(A
1)ペースト形成部分)6bとをそれぞれ対向させて圧
接し、この状態で700℃、5分間の熱処理を加える。
それぞれの電極配線6c,6dは、薄い酸化皮膜があっ
ても、これを介してそれぞれn型領域1eおよびp型領
域1dと良好なオーミック接触を形成する。接着するシ
リコン板1が大きな場合には、予めシリコン板1のn型
領域1eおよびp型領域1dの上にそれぞれコンタクト
を形成しておくことは防げない。この工程は水素イオン
注入の前後、どちらでもよい。The wiring board and the hydrogen-implanted silicon plate 1 shown in FIG. 6D face each other as shown in FIG. 7F, and an n-type region 1 formed on the surface of the silicon plate 1 is formed.
e and the electrode wiring (Ag paste formation portion) 6c formed on the wiring board, and the p formed on the surface of the silicon plate 1
The electrode wiring (Ag (A
1) Paste forming portion) 6b is pressed against each other while facing each other, and in this state, heat treatment is performed at 700 ° C. for 5 minutes.
Even if there is a thin oxide film, each of the electrode wirings 6c and 6d forms a good ohmic contact with the n-type region 1e and the p-type region 1d via the thin oxide film. When the silicon plate 1 to be bonded is large, it cannot be prevented that contacts are formed on the n-type region 1e and the p-type region 1d of the silicon plate 1 in advance. This step may be performed before or after hydrogen ion implantation.
【0043】上記熱処理の工程で、図7(g)に示すよ
うに、コンタクト部分における接着と、原子状水素3の
注入領域で発生する空隙の成長による剥離が同時に達成
され、p型単結晶シリコン層1aが配線基板に接着した
状態で剥離し、p型単結晶シリコン板1bが残る。p型
単結晶シリコン層1aが除去されたシリコン板1bは、
図6(b)に示すエッチング後のシリコン板1とほぼ同
じ表面形状であり、表面の微細な凹凸をエッチング除去
して図6(c)に示す工程以下に再利用される。In the heat treatment step, as shown in FIG. 7 (g), adhesion at the contact portion and separation due to the growth of the voids generated in the region where the atomic hydrogen 3 is implanted are simultaneously achieved. The layer 1a is peeled off in a state of being adhered to the wiring substrate, and the p-type single crystal silicon plate 1b remains. The silicon plate 1b from which the p-type single crystal silicon layer 1a has been removed
The surface shape is almost the same as that of the silicon plate 1 after the etching shown in FIG. 6B, and the fine irregularities on the surface are removed by etching and reused in the steps shown in FIG.
【0044】剥離されたp型単結晶シリコン層1aの剥
離面の微細な凹凸は軽くエッチングし、さらにその表面
には図7(h)に示すように反射防止膜7をCVD法、
プラズマCVD法などにより形成する。反射防止膜7に
はシリコンの酸化膜や窒化膜、Tiの酸化膜などが好適
で、その厚さは素材の屈折率により、反射防止条件を満
たすよう、0.06μm〜0.11μmの適当な厚さに
選ぶ。こうしてp型単結晶シリコン層1aとn型領域1
eとのpn接合からなる発電層Aが形成され、さらに、
集電電極が裏面に集約された構造の太陽電池が完成す
る。The fine irregularities on the peeled surface of the peeled p-type single crystal silicon layer 1a are lightly etched, and the surface thereof is further coated with an antireflection film 7 by a CVD method as shown in FIG.
It is formed by a plasma CVD method or the like. The antireflection film 7 is preferably a silicon oxide film, a nitride film, a Ti oxide film, or the like, and the thickness thereof is appropriately set to 0.06 μm to 0.11 μm depending on the refractive index of the material so as to satisfy the antireflection condition. Choose the thickness. Thus, the p-type single crystal silicon layer 1a and the n-type region 1
e, a power generation layer A consisting of a pn junction with e is formed.
A solar cell having a structure in which current collecting electrodes are integrated on the back surface is completed.
【0045】これらの実施例の太陽電池においては、p
型単結晶シリコン層1aおよびn型拡散層1c(または
n型領域1e)からなる発電層Aの表面および裏面が共
に凹凸形状に形成されている。それにより、発電層Aの
表面での入射光の反射が低減され、発電層Aの内部に進
入する光の量が多くなる。また、表面の凹凸形状により
入射光が発電層Aの内部に斜めに屈折される確率が高く
なるので、発電層Aの内部で光の進む距離が長くなる。
それにより、光が光電変換に有効に利用される。さら
に、発電層Aの内部で進行する光が裏面の凹凸形状によ
り全反射される確率が高くなるので、光の閉じ込めが良
好に行われる。これらの結果、変換効率がさらに向上す
る。In the solar cells of these examples, p
The power generation layer A composed of the single-crystal silicon layer 1a and the n-type diffusion layer 1c (or the n-type region 1e) has both a front surface and a rear surface formed in an uneven shape. Thereby, the reflection of the incident light on the surface of the power generation layer A is reduced, and the amount of light entering the inside of the power generation layer A increases. In addition, the probability that incident light is obliquely refracted into the power generation layer A due to the unevenness of the surface increases, so that the distance that light travels inside the power generation layer A increases.
Thereby, light is effectively used for photoelectric conversion. Further, the probability that the light traveling inside the power generation layer A is totally reflected by the irregularities on the back surface increases, so that the light is confined favorably. As a result, the conversion efficiency is further improved.
【0046】また、本実施例の製造方法によると、発電
層Aの厚さを約5μm〜10μm程度と薄く形成するこ
とができるので、高い変換効率を確保しつつ単結晶シリ
コンの使用量を低減することが可能となり、省資源化お
よび低コスト化が図られる。Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, the power generation layer A can be formed as thin as about 5 μm to about 10 μm, so that the amount of single crystal silicon used can be reduced while ensuring high conversion efficiency. It is possible to save resources and reduce costs.
【0047】なお、上記実施例では、結晶半導体として
単結晶シリコン板を用いているが、単結晶シリコン板の
代わりに単結晶シリコンインゴット、多結晶シリコン
板、多結晶シリコンインゴットまたはその他の結晶半導
体を用いてもよい。In the above embodiment, a single crystal silicon plate is used as a crystal semiconductor, but a single crystal silicon ingot, a polycrystal silicon plate, a polycrystal silicon ingot, or another crystal semiconductor is used instead of the single crystal silicon plate. May be used.
【0048】また、上記実施例では、図3(f)の工程
で単結晶シリコン板1を分断するために、図1(c)の
工程で単結晶シリコン板1にHをイオン注入している
が、Hの代わりに弗素、塩素、臭素、沃素等のハロゲン
元素を用いることもできる。Further, in the above embodiment, H is ion-implanted into the single crystal silicon plate 1 in the step of FIG. 1C in order to divide the single crystal silicon plate 1 in the step of FIG. However, halogen elements such as fluorine, chlorine, bromine and iodine can be used instead of H.
【0049】さらに、上記実施例では、図1(b)の工
程で凹凸形状2として複数のV字溝からなる線状パター
ンを形成しているが、凹凸形状2としてU字溝からなる
線状パターンを形成してもよく、あるいはアルカリ水溶
液を用いた化学的エッチングにより微細なピラミッド状
の交差パターンを形成してもよい。Further, in the above embodiment, a linear pattern composed of a plurality of V-shaped grooves is formed as the concave-convex shape 2 in the step of FIG. A pattern may be formed, or a fine pyramid-shaped intersection pattern may be formed by chemical etching using an alkaline aqueous solution.
【0050】なお、上記実施例の太陽電池において、各
層の導電型を逆にしてもよい。In the solar cell of the above embodiment, the conductivity type of each layer may be reversed.
【図1】本発明の一実施例における薄膜太陽電池の製造
方法を示す模式的工程断面図である。FIG. 1 is a schematic process sectional view showing a method for manufacturing a thin-film solar cell according to one embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例における薄膜太陽電池の製造
方法を示す模式的工程断面図である。FIG. 2 is a schematic process sectional view showing a method for manufacturing a thin-film solar cell according to one embodiment of the present invention.
【図3】本発明の一実施例における薄膜太陽電池の製造
方法を示す模式的工程断面図である。FIG. 3 is a schematic process sectional view showing a method for manufacturing a thin-film solar cell according to one embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例における薄膜太陽電池の製造
方法を示す模式的工程断面図である。FIG. 4 is a schematic process sectional view showing a method for manufacturing a thin-film solar cell according to one embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例における薄膜太陽電池の製造
方法を示す模式的工程断面図である。FIG. 5 is a schematic process sectional view showing a method for manufacturing a thin-film solar cell according to one embodiment of the present invention.
【図6】本発明の他の実施例における薄膜太陽電池の製
造方法を示す模式的工程断面図である。FIG. 6 is a schematic process sectional view showing a method for manufacturing a thin-film solar cell according to another embodiment of the present invention.
【図7】本発明の他の実施例における薄膜太陽電池の製
造方法を示す模式的工程断面図である。FIG. 7 is a schematic process sectional view showing a method for manufacturing a thin-film solar cell according to another embodiment of the present invention.
1,1b p型単結晶シリコン板 1c n型拡散層 1e n型領域 2 凹凸形状 3 原子状水素 3a 空隙の領域 4 基板 5 絶縁層 6 下部電極層 6b 電極配線 6c 電極配線 8 上部電極層 A 発電層 1, 1b p-type single crystal silicon plate 1c n-type diffusion layer 1e n-type region 2 uneven shape 3 atomic hydrogen 3a void region 4 substrate 5 insulating layer 6 lower electrode layer 6b electrode wiring 6c electrode wiring 8 upper electrode layer A power generation layer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蕨迫 光紀 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Mitsunori Warakosako 1-280 Higashi Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.
Claims (8)
第1の工程と、 前記結晶半導体の前記凹凸形状の表面から所定の深さに
所定の元素を層状にイオン注入する第2の工程と、 基板上に電極層を形成する第3の工程と、 前記所定の元素が注入された前記結晶半導体の前記凹凸
形状の表面を前記基板上に形成された前記電極層の表面
に接着する第4の工程と、 熱処理により、前記結晶半導体に注入された前記所定の
元素の領域に層状に分布する空隙を形成し、前記結晶半
導体を前記層状に分布した空隙の領域で切断して前記電
極層上に接着された凹凸形状の結晶半導体層と残りの結
晶半導体とに分離する第5の工程と、 前記電極層上に接着された前記凹凸形状の結晶半導体層
に発電層を形成する第6の工程とを備えたことを特徴と
する薄膜太陽電池の製造方法。A first step of forming a concavo-convex shape on the surface of the crystal semiconductor; and a second step of ion-implanting a predetermined element in a layer from the surface of the concavo-convex shape of the crystal semiconductor to a predetermined depth. A third step of forming an electrode layer on a substrate, and a fourth step of bonding the surface of the concave-convex shape of the crystal semiconductor into which the predetermined element has been implanted to the surface of the electrode layer formed on the substrate. Forming a gap distributed in a layered manner in the region of the predetermined element injected into the crystal semiconductor by heat treatment, and cutting the crystal semiconductor in the region of the gap distributed in the layered shape to form a gap on the electrode layer. A fifth step of separating the concave-convex-shaped crystal semiconductor layer and the remaining crystal semiconductor adhered to the substrate, and a sixth step of forming a power generation layer on the concave-convex-shaped crystal semiconductor layer adhered on the electrode layer And a thin film comprising: Method of manufacturing a solar cell.
とを特徴とする請求項1記載の薄膜太陽電池の製造方
法。2. The method according to claim 1, wherein the electrode layer on the substrate also serves as an adhesive.
導体を用い、前記第6の工程で前記凹凸形状の結晶半導
体層中または前記凹凸形状の結晶半導体層上に第2導電
型結晶半導体層を形成することを特徴とする請求項1ま
たは2記載の薄膜太陽電池の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein a first conductivity type crystal semiconductor is used as the crystal semiconductor, and a second conductivity type crystal semiconductor layer is formed in the uneven semiconductor crystal layer or on the uneven crystal semiconductor layer in the sixth step. The method for manufacturing a thin-film solar cell according to claim 1, wherein the thin-film solar cell is formed.
導体を用い、前記第3の工程で前記電極層中に第2導電
型不純物元素を添加し、前記第6の工程で熱処理により
前記電極層から前記凹凸形状の結晶半導体層中に前記不
純物元素を拡散させることを特徴とする請求項1、2ま
たは3記載の薄膜太陽電池の製造方法。4. A first conductivity type crystal semiconductor is used as said crystal semiconductor, a second conductivity type impurity element is added to said electrode layer in said third step, and said electrode layer is heat-treated in said sixth step. 4. The method for manufacturing a thin-film solar cell according to claim 1, wherein the impurity element is diffused into the uneven crystalline semiconductor layer.
とを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜太
陽電池の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the crystalline semiconductor is crystalline silicon.
結晶半導体の前記凹凸形状の表面から5μm以上10μ
m以下の深さに層状にイオン注入することを特徴とする
請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製造方
法。6. The method according to claim 1, wherein in the first step, the predetermined element is not less than 5 μm and not more than 10 μm from a surface of the irregular shape of the crystal semiconductor.
The method for producing a thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein ions are implanted in a layer to a depth of not more than m.
結晶半導体を前記第2の工程で再利用することを特徴と
する請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜太陽電池の製
造方法。7. The thin-film solar cell according to claim 1, wherein the remaining crystalline semiconductor separated in the fifth step is reused in the second step. Method.
なる発電層とを備えたことを特徴とする薄膜太陽電池。8. A thin-film solar cell comprising: a substrate; an electrode layer formed on the substrate; and a power generation layer formed on the electrode layer and formed of a crystalline semiconductor layer having an uneven shape.
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