專利名稱：?jiǎn)尉Ч杼?yáng)能電池的制造方法及單晶硅太陽(yáng)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法及單晶硅太陽(yáng)能電池，特 別是涉及一種在透明絕緣性基板上形成單晶硅層的單晶硅太陽(yáng)能電池的制 造方法及單晶硅太陽(yáng)能電池。
背景技術(shù)：
以硅作為主要原料的太陽(yáng)能電池，根據(jù)其結(jié)晶性，分類成單晶硅太陽(yáng)能 電池、多晶硅太陽(yáng)能電池、非晶硅太陽(yáng)能電池。其中，單晶硅太陽(yáng)能電池，
是利用線鋸將由結(jié)晶提拉而形成的單晶晶錠切成晶片狀，加工成100 200 "m厚度的晶片，然后在此晶片上形成pn結(jié)、電極、保護(hù)膜等，制成太陽(yáng) 能電池板(電池單體)。
多晶硅，并不是利用結(jié)晶提拉，而是利用鑄模使熔融金屬硅結(jié)晶化而制 造多晶晶錠，將此晶錠與單晶硅太陽(yáng)能電池同樣地利用線鋸切成晶片狀，同 樣地作成100 200um厚度的晶片，然后與單晶硅基板同樣形成pn結(jié)、電 極、保護(hù)膜等，制成太陽(yáng)能電池板。
非晶硅太陽(yáng)能電池，例如是利用等離子體CVD法，將硅垸氣體在氣相 中利用放電而分解，由此，在基板上形成非晶質(zhì)的氫化硅膜，在此添加乙硼 垸、膦等，作為摻雜氣體，同時(shí)堆積，而同時(shí)進(jìn)行pn結(jié)和成膜工序，形成 電極、保護(hù)膜而作成太陽(yáng)能電池。非晶硅太陽(yáng)能電池，其非晶硅作為直接變 換型，由于會(huì)吸收入射光，其光吸收系數(shù)比單晶與多晶硅的光吸收系數(shù)相比， 大約高出一位數(shù)(高橋清、浜川圭弘、后川昭雄編著、「太陽(yáng)光發(fā)電」、森北 出版、1980、第233頁(yè))，因而與結(jié)晶硅的太陽(yáng)能電池相比，具有下述優(yōu)點(diǎn)， 即，非晶硅層的厚度只要大約百分之一的膜厚也就是lPm左右便足夠。近 年來(lái)，太陽(yáng)能電池的全球生產(chǎn)量， 一年已超過(guò)十億瓦特，預(yù)期今后生產(chǎn)量將 進(jìn)一步增加，對(duì)于可有效利用資源的薄膜非晶硅太陽(yáng)能電池有極大的期待。
但是，非晶硅太陽(yáng)能電池的制造中，原料是使用硅垸、乙硅烷等的高純 度氣體原料，而且由于在等離子體CVD裝置內(nèi)，也有堆積在基板以外的地
方，因此，其氣體原料的有效利用率，并無(wú)法利用與結(jié)晶系太陽(yáng)能電池所必 須的膜厚的單純的比較，來(lái)決定資源的有效利用率。另外，相對(duì)于結(jié)晶系太 陽(yáng)能電池的變換效率約15%左右，非晶硅太陽(yáng)能電池約10%左右，再者， 光照射下的輸出特性劣化的問(wèn)題依然存在。
對(duì)此，進(jìn)行了利用結(jié)晶系硅材料來(lái)開(kāi)發(fā)薄膜太陽(yáng)能電池的各種嘗試(高
橋清、浜川圭弘、后川昭雄編著，「太陽(yáng)光發(fā)電」，森北出版，1980年，217 頁(yè))。例如于氧化鋁基板、石墨基板等，利用三氯硅垸氣體、四氯硅烷氣體 等堆積多晶薄膜。此堆積膜中的結(jié)晶缺陷多，僅依此則變換效率低，為提高 變換效率，必然進(jìn)行區(qū)域熔融以改善結(jié)晶性(例如參照日本專利公開(kāi)公報(bào)特 開(kāi)2004-342909號(hào))。但是，即使進(jìn)行如此的區(qū)域熔融方法，也有結(jié)晶界面 中的漏電流以及因壽命降低造成的長(zhǎng)波長(zhǎng)域中的光電流響應(yīng)特性降低等的 問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題而開(kāi)發(fā)出來(lái)，其目的是提供一種單晶硅太陽(yáng)能電 池，是針對(duì)硅太陽(yáng)能電池，為了有效地活用其原料(硅)而將光變換層制成薄 膜，且變換特性優(yōu)異，并且因光照射所造成的劣化少；因而提供一種可使用 作為住宅等的采光窗材料，受光的可見(jiàn)光中的一部分可透過(guò)的透視型太陽(yáng)能 電池及其制造方法。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，是 用以制造出在透明絕緣性基板上配置有作為光變換層的單晶硅層的單晶硅 太陽(yáng)能電池的方法，其特征為至少包含準(zhǔn)備透明絕緣性基板與第一導(dǎo)電型 的單晶硅基板的工序；將氫離子或稀有氣體離子中的至少一種，注入該單晶 硅基板，來(lái)形成離子注入層的工序；對(duì)該單晶硅基板的離子注入面與該透明 絕緣性基板的至少其中一方的表面之中的至少一方，進(jìn)行表面活化處理的工 序；以該進(jìn)行表面活化處理后的面作為貼合面，來(lái)貼合該單晶硅基板的離子 注入面與該透明絕緣性基板的工序；對(duì)該離子注入層施予沖擊，機(jī)械性剝離 該單晶硅基板，來(lái)形成單晶硅層的工序；在該單晶硅層的該剝離面?zhèn)?，形?多個(gè)與該第一導(dǎo)電型相異的導(dǎo)電型也就是第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散區(qū)域，至少在面 方向形成多個(gè)pn結(jié)，并制成在該單晶硅層的該剝離面，存在多個(gè)第一導(dǎo)電
型區(qū)域和多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域的工序；在該單晶硅層的該多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū) 域上，分別形成多個(gè)第一個(gè)別電極，而在該多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域上，分別形 成多個(gè)第二個(gè)別電極的工序；以及形成用以連結(jié)該多個(gè)第一個(gè)別電極的第一 集電電極與用以連結(jié)該多個(gè)第二個(gè)別電極的第二集電電極的工序。
通過(guò)包含如此工序的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，即可制造出在透明 絕緣性基板上配置單晶硅層來(lái)作為光變換層的單晶硅太陽(yáng)能電池。
又，因單晶硅基板與透明絕緣性基板是在表面活化處理后進(jìn)行貼合，所 以可牢固地貼合兩者。因此，即使不施以提高結(jié)合力的高溫?zé)崽幚恚部沙?分地牢固接合。另外，因接合面如此地牢固接合，可于之后對(duì)離子注入層施 以沖擊，機(jī)械性剝離單晶硅基板，而在透明絕緣性基板上形成薄的單晶硅層。 因此，即使不進(jìn)行剝離的熱處理，也可將單晶硅層薄膜化。
而且，若通過(guò)包含如此工序的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，通過(guò)進(jìn)行 從單晶硅基板剝離以形成作為光變換層的單晶硅層，可提高該單晶硅層的結(jié) 晶性。其結(jié)果，可提高太陽(yáng)能電池的變換效率。
又，不通過(guò)加熱而通過(guò)機(jī)械性剝離來(lái)進(jìn)行用以形成單晶硅層的單晶硅基 板的剝離，因此，可抑制于光變換層發(fā)生因熱膨脹率相異所造成的龜裂、缺 陷等。
又，由于制成薄硅層的薄膜太陽(yáng)能電池，可節(jié)約、有效利用硅原料。 又，由于只在光變換層的一側(cè)形成用以取出電能的電極，所以能夠制成 電能取出容易的單晶硅太陽(yáng)能電池。
此情況，該表面活化處理，可設(shè)為等離子體處理或臭氧處理的至少其中一種。
如此，若將表面活化處理，設(shè)為等離子體處理或臭氧處理的至少其中一 種，則能夠容易地進(jìn)行表面活化。
又，上述透明絕緣性基板可為石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以 及堿石灰玻璃中的任一種。
如此，透明絕緣性基板若為石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及 堿石灰玻璃中的任一種，這些玻璃為光學(xué)特性良好的透明絕緣性基板，可容 易制造出透視型單晶硅太陽(yáng)能電池。又，所制造的單晶硅太陽(yáng)能電池容易與 已有的窗玻璃等置換。度為距離子注入面0.1ym以上、5um以下。
如此，離子注入的深度為距離子注入面0.1 u m以上、5 u m以下，由此， 作為所制造的單晶硅太陽(yáng)能電池的光變換層的單晶硅層的厚度，約可為0.1 um以上、5ym以下。而且，若為具有如此厚度的單晶硅層的單晶硅太陽(yáng) 能電池，薄膜單晶硅太陽(yáng)能電池可獲得實(shí)用的效率，且可節(jié)約硅原料的使用 量。又，若為具有如此厚度的單晶硅層的單晶硅太陽(yáng)能電池，則可確實(shí)地透 過(guò)一部分的可見(jiàn)光。
又，本發(fā)明提供一種單晶硅太陽(yáng)能電池，是上述任一種單晶硅太陽(yáng)能電 池的制造方法制造出來(lái)的單晶硅太陽(yáng)能電池。
如此，若是根據(jù)上述任一單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法制造出來(lái)的單晶 硅太陽(yáng)能電池，則通過(guò)進(jìn)行從單晶硅基板剝離以形成作為光變換層的單晶硅 層，不通過(guò)加熱而是通過(guò)機(jī)械性剝離來(lái)進(jìn)行形成單晶硅層的單晶硅基板的剝 離，所以可作出結(jié)晶性高的單晶硅層。因此，與膜厚相較，可作出變換效率 高的薄膜太陽(yáng)能電池。又，因?yàn)槭菃尉Ч鑼拥暮穸缺〉谋∧ぬ?yáng)能電池，故 可有效利用硅原料。
又，本發(fā)明提供一種單晶硅太陽(yáng)能電池，其特征為
是至少積層透明絕緣性基板與單晶硅層；該單晶硅層，在該透明絕緣性 基板側(cè)的面的相反側(cè)的面，形成多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域和第二導(dǎo)電型區(qū)域，至 少在面方向，形成多個(gè)pn結(jié)；在該單晶硅層的該多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域上， 分別形成多個(gè)第一個(gè)別電極；在該多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域上，分別形成多個(gè)第 二個(gè)別電極；并形成有用以連結(jié)該多個(gè)第一個(gè)別電極的第一集電電極以及用 以連結(jié)該多個(gè)第二個(gè)別電極的第二集電電極。
如此，若為一種單晶硅太陽(yáng)能電池，其至少積層透明絕緣性基板與單晶 硅層；該單晶硅層，在該透明絕緣性基板側(cè)的面的相反側(cè)的面，形成多個(gè)第 一導(dǎo)電型區(qū)域和第二導(dǎo)電型區(qū)域，至少在面方向，形成多個(gè)pn結(jié)；在該單 晶硅層的該多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域上，分別形成多個(gè)第一個(gè)別電極；在該多個(gè) 第二導(dǎo)電型區(qū)域上，分別形成多個(gè)第二個(gè)別電極；并形成有用以連結(jié)該多個(gè) 第一個(gè)別電極的第一集電電極以及用以連結(jié)該多個(gè)第二個(gè)別電極的第二集 電電極。則成為在透明絕緣性基板上配置有光變換層的硅太陽(yáng)能電池，由于
是以單晶硅層作為光變換層的太陽(yáng)能電池，因此，與膜厚相較，可制成變換 效率高的太陽(yáng)能電池。又，用以從光變換層取出電能的電極，只形成在光變 換層的一側(cè)面，容易取出電能。
此時(shí)，優(yōu)選上述透明絕緣性基板為石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、 以及堿石灰玻璃中的任一種。
如此，透明絕緣性基板若為石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及 堿石灰玻璃中的任一種，因這些玻璃為光學(xué)特性良好的透明絕緣性基板，所 以可制造出透明度高的透視型單晶硅太陽(yáng)能電池。又，所制造的單晶硅太陽(yáng) 能電池容易與已有的窗玻璃等置換。
又，優(yōu)選上述單晶硅層的膜厚為0.1um以上、5um以下。 如此，若單晶硅層的膜厚為0.1wm以上、5um以下，則薄膜單晶硅太 陽(yáng)能電池可獲得實(shí)用的效率，且可節(jié)約硅原料的使用量。又，若為具有如此 厚度的單晶硅層的單晶硅太陽(yáng)能電池，則可確實(shí)地透過(guò)一部分的可見(jiàn)光。 再者，優(yōu)選上述任一單晶硅太陽(yáng)能電池，從一側(cè)面來(lái)看時(shí)可透視另一側(cè)面。
如此，若為從一側(cè)面來(lái)看時(shí)可透視另一側(cè)面的透明太陽(yáng)能電池，則可與 已有的窗玻璃等置換，可適應(yīng)于各種各樣的情形。
若根據(jù)本發(fā)明的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，則可制造出一種透視型 薄膜太陽(yáng)能電池，其將結(jié)晶性良好、變換效率高的單晶硅層作為光變換層。 又，由于只在光變換層的一側(cè)面形成用以取出電能的電極，而能夠作出一種 電能取出容易的單晶硅太陽(yáng)能電池。
又，若根據(jù)本發(fā)明的單晶硅太陽(yáng)能電池，則為于透明絕緣性基板上配置 光變換層的硅太陽(yáng)能電池中，以單晶硅層作為光變換層的太陽(yáng)能電池，因此， 與膜厚相較，可制成變換效率高的太陽(yáng)能電池。


圖1是表示本發(fā)明的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法的一例的工序圖。 圖2是示意性地表示本發(fā)明的單晶硅太陽(yáng)能電池的一例的概要剖面圖。 其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下-
11:單晶硅基板 12:透明絕緣性基板
13:離子注入面 17:單晶硅層
14:離子注入層 21:第一導(dǎo)電型區(qū)域
22:第二導(dǎo)電型區(qū)域 24:第二個(gè)別電極 26:第二集電電極
23:第一個(gè)別電極 25:第一集電電極
31:單晶硅太陽(yáng)能電池
具體實(shí)施例方式
如上所述，即使是可節(jié)約硅原料的薄膜太陽(yáng)能電池中，也更追求高的變 換效率，因此，不但采用結(jié)晶系太陽(yáng)能電池，且再進(jìn)一步追求結(jié)晶性的改善。
對(duì)此，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將單晶硅基板貼合于透明絕緣性基板后，通過(guò)將 該單晶硅基板薄膜化，可提高作為光變換層的硅層的結(jié)晶性。并且，也想出 在單晶硅基板與透明絕緣性基板貼合前，通過(guò)使兩者的表面活化，即使不進(jìn) 行高溫?zé)崽幚恚部商岣呓雍蠌?qiáng)度，另外，剝離時(shí)進(jìn)行機(jī)械性的剝離，因未 經(jīng)高溫?zé)崽幚矶鴦冸x，所以可保持單晶硅層的良好結(jié)晶性。又，發(fā)現(xiàn)當(dāng)將此
種薄膜的單晶硅層作為光變換層時(shí)，相對(duì)于受光面，并不一定需要使pn結(jié) 界面平行地形成，也可以將pn結(jié)界面相對(duì)于受光面，形成于垂直方向，來(lái) 作出用以取出光致電能的結(jié)構(gòu)。又，若為如此的薄膜太陽(yáng)能電池，即可使用 作為住宅的窗材料，從一表面?zhèn)葋?lái)看時(shí)可透視另一表面?zhèn)?，也即，可作成?視型太陽(yáng)能電池，進(jìn)而完成本發(fā)明。
以下，具體地說(shuō)明有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明并未被限定于這 些實(shí)施方式。
圖1是表示本發(fā)明的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法的一例的工序圖。 首先，準(zhǔn)備單晶硅基板ll與透明絕緣性基板12(工序a)。 作為單晶硅基板，并沒(méi)有特別限定，例如能夠采用一種基板，其是將由 切克勞斯基法育成的單晶加以切片而得到，例如其直徑為100 300mm、導(dǎo) 電型為p型或n型、電阻率為0.1—20Q. cm程度。
又，透明絕緣性基板，可以選擇石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、 堿石灰玻璃等。雖然并不限定于這些材料，但是若考慮透明性、可代替窗玻 璃材料性，優(yōu)選為上述的玻璃材料。又，在將透明絕緣性基板設(shè)為廣泛使用 的堿石灰玻璃來(lái)作為玻璃材料時(shí)，在其表面上，也可以通過(guò)浸涂法形成氧化硅皮膜或氧化錫皮膜(奈塞(nesa)膜)等。這些皮膜具有防止堿石灰玻璃中 的堿金屬成分向表面溶解析出與擴(kuò)散的緩沖膜的功能，所以是優(yōu)選的。
并且，單晶硅基板11與透明絕緣性基板12，在后述的工序d的貼合工 序時(shí)，為了提高相互之間的接合強(qiáng)度，優(yōu)選為至少將分別要貼合在一起的表 面充分地平坦化。如此的高平坦度的表面，例如能夠通過(guò)研磨等的手段使表 面平坦化來(lái)實(shí)現(xiàn)。
接著，將氫離子或稀有氣體離子的至少其中一種，注入單晶硅基板ll， 形成離子注入層14(工序b)。
例如，將單晶硅基板的溫度設(shè)成200—450'C，并以一注入能量，從其表 面13注入規(guī)定劑量的氫離子或稀有氣體離子的至少其中一種，此注入能量 能夠在對(duì)應(yīng)單晶硅層的厚度的深度，例如在0.1-5um以下的深度，形成離 子注入層14。此情況，由于氫離子質(zhì)量輕，在相同的加速能量下，可以從離 子注入面13更深地注入，所以特別理想。
氫離子的電荷，可以是正或負(fù)電荷的任一種，除了原子離子以外，也可 以是氫氣離子。稀有氣體離子的情況，其電荷也可以是正或負(fù)電荷的任一種。
又，如在單晶硅基板的表面，預(yù)先形成薄的硅氧化膜等的絕緣膜，通過(guò) 此膜來(lái)進(jìn)行離子注入，可以得到一種可抑制注入離子的穿隧效應(yīng)(channdling) 的效果。
接著，在單晶硅基板11的離子注入面13和透明絕緣性基板12的至少 其中一方的表面之中的至少一面，進(jìn)行表面活化處理(工序c)。
此表面活化處理，是為了在次一工序d的貼合工序中，牢固貼合單晶硅 基板11與透明絕緣基板12，其目的在于對(duì)要貼合側(cè)的表面(在單晶硅基板11 ， 是離子注入面13)，進(jìn)行活化處理。又，其方法并沒(méi)有特別限定，但可通過(guò) 等離子體處理或臭氧處理的至少其中一種，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行。
以等離子體進(jìn)行處理時(shí)，于真空氣室中載置以RCA洗凈法等洗凈后的 單晶硅基板11及/或透明絕緣性基板12，導(dǎo)入等離子體用氣體后，于約100W 的高頻等離子體中曝露約5 10秒，至少將要在工序d中貼合側(cè)的表面，也 就是單晶硅基板11的離子注入面13、透明絕緣性基板12的任一方的主表面， 進(jìn)行等離子體處理。等離子體用氣體并無(wú)特別限定，處理單晶硅基板時(shí)，在 氧化表面的情況，可采用氧的等離子體，而在不進(jìn)行氧化的情況，可采用氫氣、氬氣、或這些的混合氣體，或是氫氣與氦氣的混合氣體。處理透明絕緣 性基板時(shí)，則可以采用任一種氣體。
以臭氧進(jìn)行處理時(shí)，于導(dǎo)入大氣的氣室中載置以RCA洗凈法等洗凈后
的單晶硅基板ll及/或透明絕緣性基板12，導(dǎo)入氮?dú)?、氬氣等的等離子體用
氣體后，產(chǎn)生高頻等離子體，將大氣中的氧變換為臭氧，至少將上述要進(jìn)行 表面活化處理的表面，進(jìn)行臭氧處理。等離子體處理與臭氧處理可進(jìn)行任一 種或兩種皆進(jìn)行。
通過(guò)此等離子體處理、臭氧處理等的表面活化處理，氧化除去單晶硅基
板11及/或透明絕緣性基板12表面上的有機(jī)物，并增加表面的氫氧基而活化。 單晶硅基板11和透明絕緣性基板12的表面，兩者皆進(jìn)行此表面活化處理更 為優(yōu)選，也可以僅其中一方進(jìn)行。
接著，以在上述工序c中已經(jīng)進(jìn)行表面活化處理后的面作為貼合面，來(lái) 貼合單晶硅基板11的離子注入面13與透明絕緣性基板12的表面(工序d)。
在工序c中，單晶硅基板的離子注入面13或透明絕緣性基板12的表面 中的至少一方，經(jīng)表面活化處理，因此，兩者例如于減壓或常壓下，從室溫 至約250°C，優(yōu)選是以約為室溫的溫度下，僅使其粘結(jié)，便能以可承受其后 的工序中的機(jī)械性剝離的強(qiáng)度，牢固地接合。
此貼合工序是于室溫至約25(TC左右為止的溫度條件下進(jìn)行，不進(jìn)行300 。C以上的熱處理。如單晶硅基板11與透明絕緣性基板12于貼合狀態(tài)下，進(jìn) 行30(TC以上的高溫?zé)崽幚?，則因兩者的熱膨脹系數(shù)相異，可能會(huì)發(fā)生熱歪 曲、裂痕、剝離等。如此，相同地，直到下述工序e的單晶硅基板11的剝 離轉(zhuǎn)印結(jié)束為止，不進(jìn)行30(TC以上的高溫?zé)崽幚怼?br> 接著，對(duì)離子注入層14施予沖擊，機(jī)械性剝離上述單晶硅基板11，作 成單晶硅層17 (工序e)。
在本發(fā)明中，由于是對(duì)離子注入層施予沖擊來(lái)進(jìn)行機(jī)械性剝離，因此沒(méi) 有伴隨加熱發(fā)生熱歪曲、裂痕、剝離等的可能性。對(duì)離子注入層施予沖擊的 方法，例如，可連續(xù)或間歇地對(duì)接合的晶片的側(cè)面，以氣體、液體等的流體 噴吹，但是對(duì)于通過(guò)沖擊產(chǎn)生機(jī)械性剝離的方法并無(wú)特別限定。
又，單晶硅基板的機(jī)械性剝離時(shí)，以于透明絕緣性基板的背面粘結(jié)第一 輔助基板，并于上述單晶硅基板的背面粘結(jié)第二輔助基板，來(lái)進(jìn)行單晶硅基
板的剝離為優(yōu)選。若如此地利用輔助基板來(lái)進(jìn)行機(jī)械性剝離，可防止剝離轉(zhuǎn) 印的硅單晶層17發(fā)生因彎曲造成微小的龜裂以及因此造成的結(jié)晶缺陷，防
止太陽(yáng)能電池的變換效率降低。兩者的基板厚度薄，為約lmm以下時(shí)，此 方法的效果顯著。例如，透明絕緣性基板為堿石灰玻璃，厚0.7mm時(shí)，以同 樣的堿石灰玻璃作為輔助基板，其總計(jì)厚度設(shè)成lmm以上，來(lái)進(jìn)行剝離。
又，進(jìn)行單晶硅基板的剝離轉(zhuǎn)印之后，也可以進(jìn)行熱處理，以修復(fù)單晶 硅層17的表面附近的離子注入損傷。此時(shí)，由于單晶硅基板ll已經(jīng)被剝離 轉(zhuǎn)印，而成為薄膜的單晶硅層17，所以即使以30(TC以上的溫度來(lái)進(jìn)行表面 附近的局部熱處理，也幾乎不會(huì)導(dǎo)致龜裂或是伴隨著此龜裂而造成的缺陷。 又，此處理在以后的工序中也是同樣的。
接著，在單晶硅層17的剝離面?zhèn)?，形成多個(gè)第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散區(qū)域22， 其導(dǎo)電型是與在工序a中所準(zhǔn)備的單晶硅基板的導(dǎo)電型也就是第一導(dǎo)電型相 異。此時(shí)，至少在面方向形成多個(gè)pn結(jié)(pn結(jié)界面的法線，至少具有朝向單 晶硅層17的面方向的成分)，使得在單晶硅層17的剝離面部，存在多個(gè)第一 導(dǎo)電型區(qū)域21和多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域22(工序f)。
在工序a所準(zhǔn)備的單晶硅基板11是p型單晶硅的情況，第一導(dǎo)電型是p 型，并形成n型擴(kuò)散區(qū)域來(lái)作為第二導(dǎo)電型。另一方面，單晶硅基板ll是n 型單晶硅的情況，第一導(dǎo)電型是n型，并形成p型擴(kuò)散區(qū)域來(lái)作為第二導(dǎo)電 型。多個(gè)第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散區(qū)域的具體的形成方法，例如能夠以下述的方式 進(jìn)行。在工序a所準(zhǔn)備的單晶硅基板ll是p型的情況，在單晶硅層17的表 面，利用離子注入法將磷元素離子注入多個(gè)區(qū)域(例如多個(gè)并行線狀的區(qū)域)， 然后對(duì)此處進(jìn)行閃光燈退火、或是照射在單晶硅層表面中的吸收系數(shù)高的紫 外線、深紫外線的激光，進(jìn)行施體(donor)的活化處理，能夠形成多個(gè)pn結(jié)。 此時(shí)，為了不使多個(gè)n型擴(kuò)散區(qū)域重迭而成為單一的區(qū)域，優(yōu)選為適當(dāng)?shù)卣{(diào) 節(jié)離子注入量、擴(kuò)散溫度與擴(kuò)散時(shí)間等。又，如此的多個(gè)pn結(jié)的形成，也 可以先作成糊狀的組合物(含有形成施體的磷)，并通過(guò)網(wǎng)版印刷法等，將此 組合物涂布在單晶硅層17表面上的多個(gè)區(qū)域(例如多個(gè)并行線狀的區(qū)域)，然 后通過(guò)閃光燈退火、或是照射在單晶硅層表面中的吸收系數(shù)高的紫外線、深 紫外線的激光、或是利用紅外線加熱爐等，來(lái)進(jìn)行該組合物的擴(kuò)散與活性化 處理。
另外，第二導(dǎo)電型區(qū)域22，也可以形成到達(dá)至單晶硅層17的與透明絕 緣性基板12的接合界面為止。
又，形成多個(gè)第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散區(qū)域，另一方面，在該多個(gè)第二導(dǎo)電型 的擴(kuò)散區(qū)域之間，也可以形成第一導(dǎo)電型的高濃度擴(kuò)散區(qū)域。例如，在上述 p型硅基板的多個(gè)區(qū)域，擴(kuò)散磷等，形成n型擴(kuò)散區(qū)域的情況，也可以通過(guò) 同樣的手段，將硼等的用以形成受體(acceptor)的元素，擴(kuò)散在上述多個(gè)n型 擴(kuò)散區(qū)域之間，并進(jìn)行活化處理，來(lái)形成多個(gè)p+區(qū)域。
接著，在單晶硅層17的多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域21上，分別形成多個(gè)第一 個(gè)別電極23，而在多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域22上，分別形成多個(gè)第二個(gè)別電極 24(工序g)。
例如，在單晶硅層17的表面上，使用金屬或透明導(dǎo)電性材料，通過(guò)真 空蒸鍍法或化學(xué)合成濺鍍法等，在多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域21上，分別形成多 個(gè)第一個(gè)別電極23，而在多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域22上，分別形成多個(gè)第二個(gè) 別電極24。又，也可以是通過(guò)上述印刷法等，將含有金屬等的糊狀的個(gè)別電 極形成用組合物(漿料)，涂布在上述規(guī)定的區(qū)域，然后通過(guò)熱處理使其固化 的方法等，能夠采用各種公知的方法。
另外，此時(shí)，使第一個(gè)別電極23不會(huì)接合在第二導(dǎo)電型區(qū)域22上，并 使第二個(gè)別電極24不會(huì)接合在第一導(dǎo)電型區(qū)域21上。
另外，工序f的擴(kuò)散區(qū)域形成工序和工序g的個(gè)別電極形成工序，能夠 以下述的方式，同時(shí)進(jìn)行。也即，也可以作成通過(guò)印刷法或噴墨法，將含有 摻雜劑(成為施體或受體)材料的電極形成用組合物，涂布在規(guī)定的區(qū)域，然 后通過(guò)熱處理，使多個(gè)電極固化形成，并使摻雜劑擴(kuò)散的形態(tài)。此情形的熱 處理，能夠通過(guò)閃光燈退火、或是照射在單晶硅層表面中的吸收系數(shù)高的紫 外線、深紫外線的激光、或是利用紅外線加熱爐等來(lái)進(jìn)行。
又，作為透過(guò)型的本發(fā)明的太陽(yáng)能電池，當(dāng)從一側(cè)面來(lái)看時(shí)，為了可以 透視另一側(cè)面，個(gè)別電極形成用組合物的各個(gè)涂布間隔，優(yōu)選為設(shè)成10um 以上，更優(yōu)選為設(shè)成100um以上。本發(fā)明的單晶硅層17，并沒(méi)有結(jié)晶界面， 光生成載體的移動(dòng)度與壽命，與通常的單晶硅基板相等，所以可以將個(gè)別電 極形成用組合物的間隔，擴(kuò)張成比多晶硅薄膜與非晶硅薄膜的間隔寬，這也 將有助于提高本發(fā)明的太陽(yáng)能電池的可見(jiàn)光透過(guò)性。
接著，形成用以連接多個(gè)第一個(gè)別電極23的第一集電電極25、以及形 成用以連接多個(gè)第二個(gè)別電極24的第二集電電極26(工序h)。
此時(shí)的接線方式并沒(méi)有特別地限定，第一集電電極25是制成不會(huì)接觸 第二導(dǎo)電型區(qū)域22和第二個(gè)別電極24等；第二集電電極26是制成不會(huì)接 觸第一導(dǎo)電型區(qū)域21和第一個(gè)別電極23等。
利用如此地形成第一集電電極25和第二集電電極26，能夠有效率地取 出由多個(gè)第一個(gè)別電極23、第二個(gè)別電極24所收集的電子與空穴。
又，形成以上的各種電極之后，也可以在單晶硅層17上，進(jìn)一步形成 氮化硅等的保護(hù)膜等。
而且，通過(guò)工序a h制造出來(lái)的單晶硅太陽(yáng)能電池，在制造時(shí)，不會(huì) 發(fā)生熱歪曲、剝離、裂痕等，厚度薄且具有良好的膜厚均勻性，結(jié)晶性優(yōu)異， 是在透明絕緣性基板上具有單晶硅層的單晶硅太陽(yáng)能電池31。
另夕卜，在工序e中，將單晶硅層17剝離轉(zhuǎn)印后的殘留的單晶硅基板， 通過(guò)研磨剝離后的粗面與離子注入層，進(jìn)行平滑化與除去處理，并進(jìn)行重復(fù) 的離子注入處理，由此可以再度作為單晶硅基板11來(lái)使用。本發(fā)明的單晶 硅太陽(yáng)能電池的制造方法，在從離子注入工序至剝離工序，由于不需要將單 晶硅基板加熱至30(TC以上，所以氧誘導(dǎo)缺陷不會(huì)有被導(dǎo)入單晶硅基板中的 可能性。因此，在最初使用厚度比lmm小的單晶硅基板的情況，將單晶硅 層17的膜厚設(shè)為5um時(shí)，可以剝離轉(zhuǎn)印IOO次以上。
通過(guò)此種制造方法制造出來(lái)的單晶硅太陽(yáng)能電池31，示意性地如圖2所 示，依次積層透明絕緣性基板12(石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、堿 石灰玻璃等)和單晶硅層17;單晶硅層17，是在透明絕緣性基板12側(cè)的面的 相反側(cè)的面(剝離面)側(cè)，形成多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域21和多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域 22，并至少在面方向，形成多個(gè)pn結(jié)(pn結(jié)界面的法線，至少具有朝向單晶 硅層17的面方向的成分)，且在單晶硅層17的多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域21上， 分別形成多個(gè)第一個(gè)別電極23，而在多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域22上，分別形成 多個(gè)第二個(gè)別電極24，并形成有用以連結(jié)多個(gè)第一個(gè)別電極23的第一集電 電極25以及用以連結(jié)多個(gè)第二個(gè)別電極24的第二集電電極26。
單晶硅層17，若是0.1 u m以上5 U m以下，作為薄膜單晶硅太陽(yáng)能電 池，可以得到實(shí)用的效率，并能充分地節(jié)約所使用的硅原料的量。又，若是具有此種厚度的單晶硅層的單晶硅太陽(yáng)能電池，則能夠確實(shí)地使一部份可見(jiàn) 光透過(guò)而成為透明。
又，本發(fā)明的單晶硅太陽(yáng)能電池31，能夠作成當(dāng)從一側(cè)面來(lái)看時(shí)，可以 透視另一側(cè)面，此情況，受光面可以是透明絕緣性基板12側(cè)和已形成有各 種電極的面?zhèn)鹊娜我环健?br> 實(shí)施例
準(zhǔn)備一單晶硅基板來(lái)作為單晶硅基板11，其一側(cè)面經(jīng)鏡面研磨、直徑
200mm (8英寸)、結(jié)晶面(100) 、 p型、電阻率15 Q. cm。又，準(zhǔn)備直 徑200mm (8英寸)、厚2.5mm的石英玻璃基板來(lái)作為透明絕緣性基板12 (工序a)。另外，兩者的基板表面是通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)進(jìn)行研磨， 并以在原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope; AFM) 10umX10um的 掃描下，可以獲得平均粗度0.3nm以下的鏡面的方式，來(lái)進(jìn)行研磨。
接著，以加速電壓350keV、劑量1.0X10口/cr^的條件，將氫陽(yáng)離子注 入單晶硅基板11的已進(jìn)行上述研磨的表面(工序b)。離子注入層14的深 度距離子注入面13約3 u m。
接著，對(duì)于單晶硅基板11的離子注入面13與石英玻璃基板12的已進(jìn) 行上述研磨的表面，通過(guò)減壓等離子體法，曝露于氮等離子體中15秒，進(jìn) 行表面活化處理(工序c)。
接著，將進(jìn)行上述表面活化處理后的表面，作為貼合面，牢固地貼合單 晶硅基板11與石英玻璃基板12 (工序d)。貼合后，使用潔凈爐，在大氣 氣氛中，以18(TC的溫度，進(jìn)行16小時(shí)的貼合熱處理。
之后，恢復(fù)成室溫，于接合界面附近，以高壓氮?dú)鈬姶岛螅瑥脑搰姶得?開(kāi)始剝離，進(jìn)行剝起單晶硅基板的機(jī)械性剝離(工序e)。此時(shí)，使輔助基 板從背面吸住單晶硅基板與石英玻璃基板后，進(jìn)行剝離。又，通過(guò)閃光燈退 火法，以表面瞬間成為70(TC以上的條件照射剝離轉(zhuǎn)印后的單晶硅基板，來(lái) 修復(fù)氫注入損傷。
通過(guò)網(wǎng)版印刷法，將以包含磷玻璃的乙二醇乙醚作為增粘劑的擴(kuò)散用漿 料，以lmm間隔，涂布于單晶硅層17的表面，形成線寬50um的圖案。將 此以閃光燈進(jìn)行照射使其表面瞬間成為600°C以上，形成約0.2 u m接合深度的多個(gè)n型擴(kuò)散區(qū)域(工序f)。由此，在單晶硅層17的表面，交互地存在 p型區(qū)域21和n型區(qū)域22，而在面方向形成多個(gè)pn結(jié)。
以氫氟酸以及丙酮、異丙醇，除去、洗凈此擴(kuò)散漿料后，通過(guò)真空蒸鍍 法與圖案成形法，以銀作為電極材料，在多個(gè)p型區(qū)域21上，分別形成第 一個(gè)別電極23，而在多個(gè)n型區(qū)域22上，分別形成第二個(gè)別電極24(工序g)。
之后，更以銀作為電極材料，分別使用金屬屏蔽，通過(guò)真空蒸鍍法，形 成第一集電電極25，來(lái)連結(jié)多個(gè)第一個(gè)別電極23，并形成第二集電電極26， 來(lái)連結(jié)多個(gè)第二個(gè)別電極24(工序h)。之后，在除了取出電極部分的表面上， 通過(guò)反應(yīng)性濺鍍法形成氮化硅的保護(hù)皮膜。
如此，如圖2所示，制造出一種薄膜單晶硅太陽(yáng)能電池31，積層透明絕 緣性基板和透明接著層，單晶硅層，在透明接著層側(cè)的面的相反側(cè)的面，形 成多個(gè)p型區(qū)域和n型區(qū)域，至少在面方向，形成多個(gè)pn結(jié)；在單晶硅層 的多個(gè)p型區(qū)域上，分別形成多個(gè)第一個(gè)別電極；在多個(gè)n型區(qū)域上，分別 形成多個(gè)第二個(gè)別電極；并形成有用以連結(jié)多個(gè)第一個(gè)別電極的第一集電電 極以及用以連結(jié)多個(gè)第二個(gè)別電極的第二集電電極。
對(duì)如此地制造出來(lái)的單晶硅太陽(yáng)能電池，以太陽(yáng)光模擬儀照射光譜 AM1.5、 100mW/cn^的光，求取變換效率。其變換效率為8.5%，未隨時(shí)間 發(fā)生變化。
又，透過(guò)此太陽(yáng)能電池，晴天時(shí)的白天中，可將室外的光線引入，目視 室外時(shí)，可看見(jiàn)室外的情況。
并且，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式。上述實(shí)施方式僅為例示。與本發(fā) 明的權(quán)利要求中記載的技術(shù)思想，實(shí)質(zhì)上具有相同的構(gòu)成，產(chǎn)生相同的效果 的實(shí)施方式，不論為如何的方式，皆應(yīng)包含于本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，是用以制造出在透明絕緣性基板上配置有作為光變換層的單晶硅層的單晶硅太陽(yáng)能電池的方法，其特征為至少包含準(zhǔn)備透明絕緣性基板與第一導(dǎo)電型的單晶硅基板的工序；將氫離子或稀有氣體離子中的至少一種，注入該單晶硅基板，來(lái)形成離子注入層的工序；對(duì)該單晶硅基板的離子注入面與該透明絕緣性基板的至少一個(gè)表面之中的至少一方，進(jìn)行表面活化處理的工序；以該進(jìn)行表面活化處理后的面作為貼合面，來(lái)貼合該單晶硅基板的離子注入面與該透明絕緣性基板的工序；對(duì)該離子注入層施予沖擊，機(jī)械地剝離該單晶硅基板，來(lái)形成單晶硅層的工序；在該單晶硅層的該剝離面?zhèn)?，形成多個(gè)與該第一導(dǎo)電型相異的導(dǎo)電型即第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散區(qū)域，至少在面方向上形成多個(gè)pn結(jié)，并制成在該單晶硅層的該剝離面，存在多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域和多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域的工序；在該單晶硅層的該多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域上，分別形成多個(gè)第一個(gè)別電極，而在該多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域上，分別形成多個(gè)第二個(gè)別電極的工序；以及形成用以連結(jié)該多個(gè)第一個(gè)別電極的第一集電電極與用以連結(jié)該多個(gè)第二個(gè)別電極的第二集電電極的工序。
2. 如權(quán)利要求l所述的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其中，該表面活 化處理，是等離子體處理或臭氧處理中的至少一種。
3. 如權(quán)利要求1所述的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其中，該透明絕 緣性基板為石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及堿石灰玻璃中的任一 種。
4. 如權(quán)利要求2所述的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其中，該透明絕 緣性基板為石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及堿石灰玻璃中的任一 種。
5. 如權(quán)利要求l所述的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其中，該離子注 入的深度為距離子注入面O.lum以上、5um以下。
6. 如權(quán)利要求2所述的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其中，該離子注 入的深度為距離子注入面0.1ixm以上、5um以下。
7. 如權(quán)利要求3所述的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其中，該離子注 入的深度為距離子注入面0.1um以上、5um以下。
8. 如權(quán)利要求4所述的單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，其中，該離子注 入的深度為距離子注入面0.1iim以上、5um以下。
9. 一種單晶硅太陽(yáng)能電池，是根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的單晶 硅太陽(yáng)能電池的制造方法制造而成。
10. 如權(quán)利要求9所述的單晶硅太陽(yáng)能電池，其中，該單晶硅太陽(yáng)能電 池可從一側(cè)面透視另一側(cè)面。
11. 一種單晶硅太陽(yáng)能電池，其特征為是至少積層透明絕緣性基板與單晶硅層；該單晶硅層，在該透明絕緣性 基板側(cè)的面的相反側(cè)的面，形成多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域和第二導(dǎo)電型區(qū)域，至 少在面方向上，形成多個(gè)pn結(jié)；在該單晶硅層的該多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域上， 分別形成多個(gè)第一個(gè)別電極；在該多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域上，分別形成多個(gè)第 二個(gè)別電極；并形成有用以連結(jié)該多個(gè)第一個(gè)別電極的第一集電電極以及用 以連結(jié)該多個(gè)第二個(gè)別電極的第二集電電極。
12. 如權(quán)利要求ll所述的單晶硅太陽(yáng)能電池，其中，該透明絕緣性基板 為石英玻璃、結(jié)晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及堿石灰玻璃中的任一種。
13. 如權(quán)利要求ll所述的單晶硅太陽(yáng)能電池，其中，該單晶硅層的膜厚 為0.1 y m以上、5um以下。
14. 如權(quán)利要求12所述的單晶硅太陽(yáng)能電池，其中，該單晶硅層的膜厚 為0.1 um以上、5um以下。
15. 如權(quán)利要求11 14中任一項(xiàng)所述的單晶硅太陽(yáng)能電池，其中，該單 晶硅太陽(yáng)能電池可從一側(cè)面透視另一側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明是一種單晶硅太陽(yáng)能電池的制造方法，包含將氫離子或稀有氣體離子注入單晶硅基板的工序；對(duì)該單晶硅基板的離子注入面與透明絕緣性基板的表面之中的至少一方，進(jìn)行表面活化處理的工序；以該進(jìn)行表面活化處理后的面作為貼合面，來(lái)貼合該單晶硅基板的離子注入面與該透明絕緣性基板的工序；對(duì)該離子注入層施予沖擊，機(jī)械性剝離該單晶硅基板，來(lái)形成單晶硅層的工序；以及在該單晶硅層的該剝離面?zhèn)?，形成多個(gè)第二導(dǎo)電型的擴(kuò)散區(qū)域，并制成在該單晶硅層的該剝離面，存在多個(gè)第一導(dǎo)電型區(qū)域和多個(gè)第二導(dǎo)電型區(qū)域的工序。由此提供一種單晶硅太陽(yáng)能電池，將薄膜的光變換層制成結(jié)晶性高的單晶硅層，可提供作為透視型太陽(yáng)能電池。
文檔編號(hào)H01L21/84GK101174596SQ20071018512
公開(kāi)日2008年5月7日 申請(qǐng)日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者久保田芳宏, 伊藤厚雄, 川合信, 田中好一, 秋山昌次, 飛坂優(yōu)二 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社