专利名称：：太阳能电池及其制造方法
技术领域：
：本发明涉及太阳能电池及其制造方法。
背景技术：
：作为有利于环境的技术，积极开展了太阳能电池的开发。根据使用的半导体的种类，太阳能电池被分为硅太阳能电池和化合物半导体太阳能电池，硅太阳能电池被分为结晶硅类和无定形硅类。并且，结晶硅类太阳能电池被细分为单晶硅类和多晶硅类。利用单晶硅的太阳能电池从很久以前就一直在开发，例如在硅单结晶上形成有pn结或pin结的太阳能电池、形成有肖特基结(Schottkyjunction)的太阳能电池。该单晶石圭类的太阳能电池4争才奐效率和可靠性良好，但是存在制造成本高的问题。为了解决该问题，提出了在廉价的玻璃等基板上层叠有微小的多晶石圭和无定形石圭的太阳能电池。虽然这^"的太阳能电池是大面积适于大量生产，但是与单晶硅类的太阳能电池相比存在光的转换效率低的问题。作为提高转换效率的方法之一，提出了在光的入射面上形成具有数iam以上的高低差的凹凸，使入射光在此经过多重反射，借此来高效率地将光封闭在太阳能电池内，即利用了所谓的光封闭效应(light-trappingeffect)的方法。(例i口参照专利文献1)此外，作为在基板上形成无定形^l:的方法，-提出了利用等离子CVD(等离子化学气相沉积)装置的方法(例如参照专利文献2。)。然而，在该方法中，难以控制形成在基板上的无定形硅膜的特性以及膜厚，存在难于形成作为太阳能电池所满意的半导体层的问题。并且，提出了在基板上层叠有结晶硅和无定形硅的混合型(HIT型)等的太阳能电池。与普通的多晶硅类相比，这种太阳能电池的光的转换效率高且温度特性优良，但是存在制造工序繁杂的问题。另一方面，作为利用了化合物半导体的太阳能电池，提出了使用GaAs和CdTe等的III-V族和II-VI族的化合物半导体材冲牛的太阳能电池、使用有机类材料的染料敏化型的太阳能电池，虽然这些太阳能电池都可以期待实现高性能，但是制造成本高，且在抗老化性方面存在问题。专利文件1:特开平5-267702号公才艮专利文件2:特开平6-283435号^>才艮
发明内容在于提供一种制造工艺简单、且可以低成本制造的太阳能电池的构成及其制造方法。本发明的太阳能电池的特征在于，在一对彼此相对的基板的各相对面上，形成具有不同功函数值的导电膜，并且所述导电膜之间夹持有硅层，所述一对基板至少其中之一是透明的，其中，在所述一对基板之间设置有包围所述硅层的侧面的绝缘体隔板。根据本发明的太阳能电池，通过设置绝缘体隔板，能够将基板间距离保持为一定距离，能够防止导电膜和透明导电膜的接触。基于此，能够实现可靠性高的太阳能电池。除此以外，通过设置绝缘体隔板，能够从侧面保护硅层，通过防止硅层的变形能够实现太阳能电池的机械强度的提高。本发明的太阳能电池的制造方法的特征在于，包括在基板的一个面上形成导电膜的步骤；以包围所述导电膜的周缘的方式形成绝缘体隔板的步骤；在所述基板的一个面的被所述绝缘体隔板包围的区域内填充液体硅组合物的步骤；在透明基板的一个面上形成透明导电膜的步骤；以所述透明导电膜与所述导电膜相对的方式在所述液体硅组合物上》文置所述透明基板的步骤，以及，对所述液体石圭组合物进行加热处理的步骤。根据本发明的太阳能电池的制造方法，由于在基板的一个面上形成净皮绝纟彖体隔才反包围的区域，在该区域内填充液体石圭组合物之后，对其进4亍加热处理乂人而形成石圭层，所以与现有4支术比4交，能够通过非常简单的方法制造太阳能电池，可以低成本地制造大面积的太阳能电池。而且，由于形成的硅层的侧面被绝缘体隔板所覆盖，且基板间距离能够保持为一定距离，所以即使基板为大面积也不会弯曲，能够防止夹持有硅层的电极间的短路，能够制造可靠性高的太阳能电池。除此以外，由于能够利用绝缘体隔板来保护硅层，所以能够得到高强度的太阳能电池。作为所述导电膜，优选使用具有大于由所述液体硅组合物固化而形成的硅层的费米能级的功函数值、且高反射率的金属材料。才艮据此构成，能够形成可可靠地捕捉作为受光层的硅层所产生的空穴的阴极。而且，如果使用高反射率的金属材料，则在硅层未吸收完的光能够被导电膜反射，再次入射到石圭层并被吸收，能够高凌丈率;也利用光。作为所述透明导电膜，优选使用具有小于由所述液体硅组合物固化而形成的石圭层的费米能级的功函凝f直、且带隙为leV以上的才才料。根据此构成，能够形成可可靠地捕捉作为受光层的硅层所产生的电子的阳才及。而且，如果是带隙为leV以上的材并+，则能够充分地透过可纟见光。在填充所述液体硅组合物时，可以使用液滴喷吐法。才艮据此构成，由于能够非4妄触且直4妄地对液体石圭组合物进4亍图案形成，所以能够在需要区域内对需要量进行最低限度的使用，非常节省资源，能够简便且廉价地提供太阳能电池。附图^兌明图1是表示本发明的太阳能电池的第一实施方式的概略截面图2示出本发明的太阳能电池的能带图3是表示本发明的制造方法的一个实施方式的概略截面图；图4是表示本发明的太阳能电池的第二实施方式的概略截面图；以及图5是表示本发明的太阳能电池的第三实施方式的概略截面图。具体实施例方式下面，参照附图对本发明的太阳能电池及其制造方法进行说明。本实施方式示出了本发明的一个形态，但并不是用于限制本发明，可在本发明的4支术思想的范围内任意地进4亍变更。另外，在以下所示的各个图中，为了4吏各层和各部件在图上成为可识别程度的大小，使各层和各部件的缩小不同。(太阳能电池)首先，参照图1对本发明的太阳能电池的构成进行说明。图1是示出通过本发明的制造方法获得的太阳能电池l的一个实施例的概略截面图。该太阳能电池1由基板2、在基板2的上面上形成的阴才及3(导电膜)、在该阴4及3的上面形成的石圭层4、以包围该石圭层4和阴才及3的侧面的方式形成的绝全彖体隔^反5、隔着该绝缘体隔板5及硅层4与阴极3相对设置的阳极6(透明导电膜)、以及设置在该阳极6的上面的透明基板7。基板2是作为阴极3的导电膜以及太阳能电池1整体的支承部件，透明基板7是作为阳极6的透明导电膜的支承部件，均由平板状的部件构成。基板2由例如玻璃、以及金属、陶瓷、塑料等的各种材料构成，可以是不透明的材料，也可以与透明基板7同样是透明的材料。在本实施方式的太阳能电池l中，如图1所示，由于4吏光/人透明基板7侧入射，所以透明基板7只要是用于上述基板2的材料中的并在入射光的波长区具有透明性的材料即可，没有特别的限定，可以无色透明、以及有色透明、半透明，可以适当地z使用Jf皮璃、塑料等。并且，基板2以及透明基板7也可以具有可挠性。但是，需要具备耐热性，能够耐受石圭层4形成的时的处理温度。阴极3形成在基板2的上面，成为捕捉在作为受光层的硅层4产生的空穴的阴极。特别是，导电膜3优选是具有大于硅层4的费米能级的功函数值的材料。也就是说，使用导电膜3的费米能级(通常为负值，在此用绝对值表示)例如是硅的本征带间能量的4.61eV以上的材料。而且，如果使用反射率高的金属，则未被珪层4吸收完的入射光能够在阴极3被反射，再次入射到硅层4并被吸收，能够高效率地利用入射光，所以优选这种方式。作为这样的材料，可以列举Pt、Au、Ni、Ir、Co等金属或它们的合金等。在本实施方式中，使用功函数值为5.29eV且反射率高的Pt。绝缘体隔板5是以包围阴极3以及硅层4的侧面的方式形成的壁部件，发挥将基斗反2和透明基板7之间保持为一定间隔的功能，其结果是在防止导电膜3和透明导电膜7接触的同时，可以控制硅层4的膜厚。而且，保护珪层4，防止其变形，因此，能够实现才是高太阳能电池的机械强度。特别是在大面积的太阳能电池中，由于能够防止基板2及透明基板7的弯曲，所以非常有效。该绝缘体隔板5例如由聚碳酸酯、紫外线固性树脂、热固性树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等各种树脂材料、以及玻璃、陶瓷等构成，也可以组合使用这些材料。在本实施方式中，4吏用石圭fU匕物的TEOS(正石圭酸乙酯)的约ljam的绝缘体隔板5。如后所述，硅层4是通过在绝缘体隔板5所包围的区域内填充液体硅组合物之后实施加热处理而形成的，是接收太阳光等入射光并产生电子和空穴的受光层。该硅层4的膜厚优选至少是lpm以上。这是因为光入射并浸入到硅层4内的深度即浸透长(吸收长)L。是lpm(例如波长500nm左右的可4见光的情况)。下面进行更详细地说明，在假设入射光在硅层4内以一定强度被吸收的情况下，该吸收长U是作为该吸收介质的硅层4的吸收系数(Xo的倒数。这是因为在硅层4中仅浸入吸收长La的时刻的入射光的强度为e",减少到原强度的37%,所以在此以上的利用是不实际的。并且，如果该吸收长La是硅的吸收系数ao-1xlC^cm",则La=l(am,使硅层4的膜厚为吸收长La以上应该是最有效的。阳极6形成在透明基板7的下面，是捕捉在硅层4产生的电子的阳极。特别是，构成阳极6的透明导电膜与构成阴极3的导电膜相反，优选为具有小于硅层4的费米能级的功函数值的材料。也就是说，透明导电膜的费米能级(通常为负值，在此用绝对值表示)优选是例如;圭的本征带间能量的4.61eV以下。而且，为了^f吏入射光入射到硅层4中，需要导电膜相对于入射光实质上是透明的。作为这样的材料，可列举ZnO、ln203、Sn02、CdO等。而且，如果4吏用带隙为3.1eV以上的材:扦，则能够-使可^L光(波长0.4(mi以上的光)充分地透过。在本实施方式中，使用功函数值是3.4eV的ZnO。图2示出了本发明的太阳能电池的能带图。^M，表示作为阳极的透明导电膜6的功函tt值，0M2表示作为阴才及的导电力莫3的功函数值。而且，图2中的Esi表示硅的费米能级(优选为本征带间能量)。如果各材料接合，则能带图变形，在硅膜中产生能带的弯曲(能带弯曲)。而且，如果在阳极上施加正的偏压，在阴极上施加负的偏压，则能带的弯曲增大，通过光照射而产生的空穴和电子对易于分离。因此，能够实现效率良好的太阳能电池。如上所述，在本实施方式中，由于能够通过在石圭层4的侧部i殳置绝缘体隔板5而使基板间距离保持为一定距离，所以即使基板为大面积也不会弯曲，能够防止夹持有硅层4的电极间的短路。除此以外，通过设置绝缘体隔板5，能够保护硅层4，能够防止其变形，因此能够实现提高太阳能电池的机械强度。因而，形成大面积且可靠性高的太阳能电池。(太阳能电池的制造方法)接着，参照图3，对制造上述的太阳能电池1的方法的一个实施方式进行说明。图3(a)至图3(e)是示出太阳能电池l的制造方法的工序图，与图1所示的太阳能电池1的截面图对应。本实施方式示出了本发明的一个方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以基于设计要求等进行各种变更。而且，在下面的附图中，各构成的比例尺和个数与实际构造是不同的，以易于判断各构成及工序。首先，准备作为太阳能电池l的支承体的基板2，如图3(a)所示，在基板2上形成作为阴极的导电膜3。在基板2上形成导电膜3的方法没有特别的限制，但是，在本实施方式中，由于使用Pt作为导电膜3,所以在3皮璃基板2上通过溅射法4吏Pt膜成膜之后，实施图案形成，并形成阴才及。接着，以l(am以上的层厚的方式形成绝缘体层以覆盖基板2和导电膜3的上面，之后，通过照相平版印刷法对该绝缘体层实施图案形成，如图3(b)所示，形成绝缘体隔板5以包围导电膜3的侧部。基于此，能够在基板2上形成被绝缘体隔板5包围的区域。这时，绝缘体隔板5的高度是应该形成的硅层4的膜厚加上导电膜3的膜厚及透明导电膜6的膜厚的总和。通过调整该绝纟彖体隔板5的高度，能够容易地控制之后形成的硅层4的层厚。如图3(c)所示，在被绝缘体隔板5划分的基板2上面的区域内注入液体石圭组合物8。通过4吏液体石圭组合物8的注入量与绝》彖体隔板5的高度大体一致，能够通过绝缘体隔板5来控制石圭层4的层厚。注入液体硅组合物8的方法没有特别的限制，除了以丝网印刷法和凹版印刷等为代表的接触式的印刷方法之外，还可使用以分配(dispenser)法和喷墨法(液滴喷吐法)等为表的非*接触式的注入及印刷方法。特别是如果使用喷墨方式，由于能够非接触且直接地对液体硅组合物8进行图案形成，所以能够在需要区域中对需要量进行最低限度的使用，尽量节省资源，能够简便且廉价地提供太阳能电池l,所以优选这种方式。本实施方式的液体石圭组合物8是指用于形成作为太阳能电池1的受光层而发挥功能的硅层4的液体硅组合物，并且，通过对其加热而形成硅薄膜的液体状的前体组合物。更加具体地来讲，是指用化学式(-(SiH2)n-)所表示的聚硅烷、用化学式(Si5H1G)所表示的环戊矽烷(或称环戊硅烷)(简称CPS)与有机溶剂的混合物。聚硅烷是固体，几乎不溶于所有有机溶剂，但是由于可溶于作为其前体的CPS,所以将聚石圭烷溶解在CPS和有4几溶剂的混合溶剂中，即可溶解聚石圭烷并得到液体石圭组合物8。这样的液体硅组合物8的调制法可是各种各样的，例如使用以下的方法。首先，在精制CPS之后，照射紫外线引起光聚合，在该光聚合即将完成的时候停止紫外线照射。在常温下向无色液体CPS照射例如波长405nm的紫外线，开环聚合形成白色固体的聚石圭烷，平均分子量为2600的具有较宽分子量分布的聚^圭烷成为溶解在未反应的CPS中的状态。将其用曱苯等有机溶剂稀释，由于此时生成不溶物，将不溶物用过滤器除去最终得到液体硅组合物8。由于该液体硅组合物8需要转换成高纯度的硅，所以优选其组成中不含有石友原子以及氧原子。通过适当调整液体-圭组合物8的组成和该液体硅组合物8形成硅层4时的加热条件，能够形成碳以及氧的含有率极低、并可作为太阳能电池l的半导体层而充分地发挥功能的硅层4。接着，与上述的各个工序不同地准备透明基板7，在该透明基才反7的一个面上形成透明导电爿莫6。该工序可以利用7>知的各种方法。然后，如图3(d)所示，以透明导电膜6和导电膜3对置的方式将透明基寺反7力欠置在液体硅组合物8上。之后，在对它们实施热处理4吏液体^:组合物8成为石圭层4,并且，将附图上侧的透明基板7固定在硅层4上，形成了图l所示的本实施方式的太阳能电'池1。该热处理条件例如是在残留氧气浓度为0.5ppm以下的氮气气氛中，在20(TC至400。C、优选在350。C条件下处理120分钟等。这样，通过控制条件，能够降低硅层4中的碳及氧的含量。在热处理条件下，液体硅组合物8中的有机溶剂最初挥发之后，键能224kJ/mol的Si-Si键断裂，以SiHs及SiH3的形式脱离。接着，键能318kJ/mol的Si-H4建断裂，利用残留的Si原子形成硅层4。因此，不管在液体硅组合物8中是否含有有机溶剂，都能够使碳及氧残留量为极微量，从而得到半导体特性良好的硅层4。但是，由于在该热处理的冷却过程中，如果骤冷，则由于热膨胀系数不同而容易引起界面剥离，所以在冷却时以每分钟5。C以下的速度緩慢降温。如以上所i兌明的，才艮据本实施方式的制造方法，通过以液体处理来形成硅层4,可低能耗、低成本、高通量地制造高效率、大面积的太阳能电池。图4及图5是利用本发明的制造方法得到的太阳能电池的第二、第三实施方式的概略截面图。第二、第三实施方式与第一实施方式的不同点是立设有多个绝缘体隔板列51......。该绝缘体隔板列51……将硅层4分割成多个小区划41......。图4所示的第二实施方式的太阳能电池11在基板2上形成的导电膜3的上设置多个绝缘体隔板列51......之后，在该绝缘体隔板歹'J51......所包围的各个区域内分别填充液状石圭组合物8。4妄着，将透明基板7放置在该液体硅组合物8上，之后，进行热处理，形成由小区划41......构成的石圭层4。图5是通过本发明的制造方法得到的太阳能电池的第三实施方式的和克略截面图。第三实施方式与第二实施方式不同点是在导电膜3和透明导电膜6上设置有槽部31......以及61......，在该槽部31......以及61......内立i殳有纟色纟彖体隔4反列51歹'J......。才曹部31......以及61......是在导电膜3以及透明导电膜6成膜之后，分别通过照相平版印刷法进行图案形成而形成的。如图4所示的第三实施方式及图5所示的第四实施方式那样，通过设置多个绝缘体隔板列51……，即使太阳能电池ll、12大面积化，绝缘体隔板列51......也能够作为支承硅层4的层厚的垫片(spacer)而起作用，所以能够防止导电膜3及透明导电膜6的接触而短3各，能够l是供可靠性高的太阳能电池ll。而且，通过设置多个绝缘体隔板列51......，硅层4的机械强度才是高，所以能够防止大面积的太阳能电池11由于自重而弯曲，借此也能够提高太阳能电池11的可靠性。附图才示i己i兌明<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>权利要求1.一种太阳能电池，其特征在于，在一对彼此相对的基板的各相对面上，形成具有不同功函数值的导电膜，并且所述导电膜之间夹持有硅层，所述一对基板至少其中之一是透明的，其中，在所述一对基板之间设置有包围所述硅层的侧面的绝缘体隔板。2.—种太阳能电池的制造方法，其特4正在于，包^l舌在基板的一个面上形成导电膜的步骤；以包围所述导电膜的周缘的方式形成绝纟彖体隔^反的步骤；在所述基板的一个面的被所述绝缘体隔板包围的区域内填充液体硅组合物的步骤；在透明基板的一个面上形成透明导电膜的步骤；以所述透明导电膜与所述导电膜相对的方式在所述液体硅组合物上放置所述透明基板的步骤，以及对所述液体硅组合物进行加热处理的步骤。3.根据权利要求2所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，作为所述导电膜，4吏用具有大于由所迷液体石圭组合物固化而形成的硅层的费米能级的功函数值、且高反射率的金属材料。4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，作为所述透明导电力莫，-使用具有小于由所述液体石圭组合物固化而形成的硅层的费米能级的功函数值、且带隙为leV以上的材泮+。5.根据权利要求2至4中任一项所述的太阳能电池的制造方法，其特征在于，在填充所述液体石圭组合物时，<吏用液滴喷吐法。全文摘要本发明提供了一种可廉价地制造太阳能电池的构造及其制造方法。通过在形成为具有不同的功函数值的导电膜的两个基板间设置绝缘体隔板，能够防止基板间的导通，可以得到可靠性高的太阳能电池。而且，通过在绝缘体隔板所包围的区域内填充液态硅组合物并对其进行热处理而形成硅层，可廉价地提供可靠性高的太阳能电池。文档编号H01L31/02GK101533864SQ20091012710公开日2009年9月16日申请日期2009年3月11日优先权日2008年3月11日发明者泷泽照夫,田中英树申请人:精工爱普生株式会社