单晶硅太阳能电池的制造方法及单晶硅太阳能电池的制作方法

专利名称：单晶硅太阳能电池的制造方法及单晶硅太阳能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单晶硅太阳能电池的制造方法及单晶硅太阳能电池。
技术背景以硅作为主要原料的太阳能电池，根据其晶体类型，分类成单晶硅太阳 能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池。其中，单晶硅太阳能电池，是利用线锯将由结晶提拉而形成的单晶晶锭切成晶片状，加工成100 200 um厚度的晶片，然后在此晶片上形成pn结、电极、保护膜等，制成太阳 能电池板(电池单体)。多晶硅，并不是利用结晶提拉，而是利用铸模使熔融金属硅晶体化而制 造多晶晶锭，将此晶锭与单晶硅太阳能电池同样地利用线锯切成晶片状，同 样地制成100 200u m厚度的晶片，然后与单晶硅基板同样地形成pn结、 电极、保护膜等，制成太阳能电池板。非晶硅太阳能电池，例如是利用等离子体CVD法，将硅烷气体在气相 中利用放电而分解，由此，在基板上形成非晶质的氢化硅膜，在此添加乙硼 烷、膦等，作为掺杂气体，同时堆积，而同时进行pn结和成膜工序，形成 电极、保护膜而制成太阳能电池板。非晶硅太阳能电池，其非晶硅作为直接 变换型，由于会吸收入射光，其光吸收系数与单晶及多晶硅的光吸收系数相 比，大约高出一位数(高桥清、浜川圭弘、后川昭雄编著、「太阳光发电J 、 森北出版、1980、第233页)，因而与晶体硅的太阳能电池相比，具有非晶硅 层的厚度只要大约百分之一的膜厚也就是1 " m左右便足够的优点。近年来， 太阳能电池的全球生产量， 一年己超过十亿瓦特，预期今后生产量更增加， 对于可有效利用资源的薄膜非晶硅太阳能电池有极大的期待。但是，非晶硅太阳能电池的制造中，原料是使用硅烷、乙硅烷等的高纯 度气体原料，而且由于在等离子体CVD装置内，也有堆积在基板以外的地 方，因此，其气体原料的有效利用率，并无法利用与晶体类太阳能电池所必 须的膜厚的单纯的比较，来决定资源的有效利用率。另外，相对于晶体类太阳能电池的变换效率约15%左右，非晶硅太阳能电池约10%左右，再者，光照射下的输出特性劣化的问题依然存在。对此，进行了利用晶体类硅材料来开发薄膜太阳能电池的各种尝试(高桥清、浜川圭弘、后川昭雄编著，「太阳光发电」，森北出版，1980年，217 页)。例如于氧化铝基板、石墨基板等，利用三氯硅垸气体、四氯硅垸气体 等堆积多晶的薄膜。此堆积膜中的晶体缺陷多，仅依此则变换效率低，为提 高变换效率，必要进行带域熔融以改善结晶性(例如参照日本专利公开公报 特开2004-342909号)。但是，即使进行如此的带域熔融方法，也有晶体边 界中的漏电流以及因寿命降低造成的长波长区域中的光电流响应特性降低 等的问题。发明内容本发明是鉴于上述问题点而开发出来，其目的是针对硅太阳能电池，将 谋求原料(硅)的有效活用同时变换性优异且因光照射所造成的劣化少的薄膜 单晶硅太阳能电池，制成具有能尽量提高效率(与相同膜厚比较)的光封闭型 结构的太阳能电池；以及提供一种该太阳能电池的制造方法。为了达成上述目的，本发明提供一种单晶硅太阳能电池的制造方法，是 用以制造出其光反射膜、作为光变换层的单晶硅层、和透明绝缘性基板被积 层在一起，并以上述透明绝缘性基板侧作为受光面的单晶硅太阳能电池的方 法，其特征为至少包含准备透明绝缘性基板与第一导电型的单晶硅基板的 工序；将氢离子或稀有气体离子的至少其中一种，注入上述单晶硅基板，来 形成离子注入层的工序；经由透明黏着剂，使上述单晶硅基板的离子注入面 与上述透明绝缘性基板密接的工序；使上述透明黏着剂固化来制成透明黏着 层，并将上述单晶硅基板与上述透明绝缘性基板贴合的工序；对上述离子注 入层施予冲击，机械性剥离上述单晶硅基板，来制成单晶硅层的工序；在上 述单晶硅层的上述剥离面侧，形成多个与上述第一导电型相异的导电型也就 是第二导电型的扩散区域，至少在面方向形成多个pn结，并制成在上述单 晶硅层的上述剥离面，存在多个第一导电型区域与多个第二导电型区域的工 序；在上述单晶硅层的上述多个第一导电型区域上，分别形成多个第一个别 电极，而在上述多个第二导电型区域上，分别形成多个第二个别电极的工序;形成用以连接上述多个第一个别电极的第一集电电极与用以连接上述多个第二个别电极的第二集电电极的工序；以及形成用以覆盖上述多个第一导电 型区域与多个第二导电型区域的光反射膜的工序。通过包含如此工序的单晶硅太阳能电池的制造方法，即可制造出一种薄 膜单晶硅太阳能电池，具有作为光变换层的薄膜单晶硅层，并制成在其受光 面的相反侧具有光反射膜的光封闭型结构。此薄膜单晶硅太阳能电池，由于 是将光变换层设成单晶硅层的太阳能电池，所以在相同膜厚的情况，变换效 率高，并能制成一种因光照射所造成的劣化少的太阳能电池。而且，若根据包含如此的工序的单晶硅太阳能电池的制造方法，由于是 通过进行将单晶硅基板剥离来形成作为光变换层的单晶硅层，所以能够提高 该单晶硅层的结晶性。结果，能够更提高太阳能电池的变换效率。另外，因单晶硅基板与透明绝缘性基板是使用透明黏着剂来进行贴合，所以可牢固地贴合两者。因此，即使不施以提高结合力的高温热处理，也可 充分地牢固接合。另外，因接合面如此地牢固接合，可于之后对离子注入层 施以冲击，机械性剥离单晶硅基板，而在透明绝缘性基板上形成薄的单晶硅 层。因此，即使不进行剥离的热处理，也可将单晶硅层制成薄膜化。另外，不通过加热而通过机械性剥离来进行用以形成单晶硅层的单晶硅 基板的剥离，因此，可抑制于光变换层发生因热膨胀率相异所造成的龟裂、 缺陷等。另外，由于制成薄硅层的薄膜太阳能电池，可节约、有效利用硅原料。另外，由于没有在受光面侧形成电极，所以能更提高作为光变换层的单 晶硅层中的光吸收效率，结果，能更提高作为太阳能电池的变换效率。另外，上述透明绝缘性基板可为石英玻璃、结晶化玻璃、硼硅酸玻璃、 以及碱石灰玻璃中的任一种。如此，透明绝缘性基板若为石英玻璃、结晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及 碱石灰玻璃中的任一种，这些玻璃为光学特性良好的透明绝缘性基板，可容 易制造出其受光面侧为透明的光封闭型薄膜单晶硅太阳能电池。另外，上述透明黏着剂，优选为含有硅树脂、丙烯酸树脂、脂环式丙烯 酸树脂、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯之中的至少一种。如此，若使透明黏着剂，含有硅树脂、丙烯酸树脂、脂环式丙烯酸树脂、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯之中的至少一种，则这些材 料具有作为黏着剂的功能，且由于可见光透过性优异，所以能够形成良好的 透明黏着层。另外，上述离子注入的深度，优选为设成从离子注入面算起2ym以上、 50um以下。如此，离子注入的深度为从离子注入面算起2um以上、50tim以下， 由此，作为所制造的单晶硅太阳能电池的光变换层的单晶硅层的厚度，能够 设成约2um以上、50um以下。而且，若为具有如此厚度的单晶硅层的单 晶硅太阳能电池，薄膜单晶硅太阳能电池可获得实用的效率，且可节约硅原 料的使用量。另外，优选为将上述透明绝缘性基板，制成在内部或是与上述单晶硅 层贴合面的相反侧的面具有光散射性；或是将上述透明绝缘性基板，制成在 与上述单晶硅层贴合面侧具有光散射性；或是制成在使上述透明黏着层固化 来制成上述透明黏着层时，使其具有光散射性。如此，若将上述透明绝缘性基板，制成在内部或是与上述单晶硅层贴合 面的相反侧的面具有光散射性；或是将上述透明绝缘性基板，制成在与上述 单晶硅层贴合面侧具有光散射性；或是制成在使上述透明黏着层固化来制成 上述透明黏着层时，使其具有光散射性；则入射至作为光变换层的单晶硅层 中的光的路径长度，能够更加地延长，而能够作出一种具有光封闭结构的薄 膜单晶硅太阳能电池，可通过作为光变换层的单晶硅层来吸收大量的光。其 结果，能够提高太阳能电池的变换效率。另外，本发明提供一种单晶硅太阳能电池，是按照上述任一种单晶硅太 阳能电池的制造方法制造出来的单晶硅太阳能电池。如此，若是按照上述任一单晶硅太阳能电池的制造方法制造出来的单晶 硅太阳能电池，则通过进行从单晶硅基板剥离以形成作为光变换层的单晶硅 层，不通过加热而是通过机械性剥离来进行形成单晶硅层的单晶硅基板的剥 离，所以可作出结晶性高的单晶硅层。因此，与膜厚相较(与相同膜厚比较)， 可作出变换效率高的薄膜太阳能电池。另外，本发明提供一种单晶硅太阳能电池，其特征为一种单晶硅太阳能电池，其特征为是至少积层光反射膜、单晶硅层、透明黏着层和透明绝缘性基板；上述单晶硅层，在上述光反射膜侧的面，形 成多个第一导电型区域和多个第二导电型区域，至少在面方向，形成多个pn 结；在上述单晶硅层的上述多个第一导电型区域上，分别形成多个第一个别 电极；在上述多个第二导电型区域上，分别形成多个第二个别电极；并形成 有用以连接上述多个第一个别电极的第一集电电极以及用以连接上述多个 第二个别电极的第二集电电极。具有如此结构的单晶硅太阳能电池，具有作为光变换层的薄膜单晶硅 层，是在受光面的相反侧制成具有光反射膜的光封闭型结构的薄膜单晶硅太 阳能电池。此薄膜单晶硅太阳能电池，是一种其光变换层是单晶硅层的太阳 能电池，所以在相同膜厚的情况下，其变换效率高，能制成因光照射造成的 劣化少的太阳能电池。另外，由于没有在受光面侧形成电极，所以能更提高作为光变换层的单 晶硅层中的光吸收效率，结果，能更提高作为太阳能电池的变换效率。此情况，上述透明绝缘性基板，优选为石英玻璃、结晶化玻璃、硼硅酸 玻璃、以及碱石灰玻璃中的任一种。如此，透明绝缘性基板若为石英玻璃、结晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及 碱石灰玻璃中的任一种，由于这些玻璃为光学特性良好的透明绝缘性基板， 能够提高受光面的透明度，因而能够增加在作为光变换层的单晶硅层中所吸 收的光的量。另外，上述透明黏着剂，优选为含有硅树脂、丙烯酸树脂、脂环式丙烯 酸树脂、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯之中的至少一种。如此，若透明黏着剂，含有硅树脂、丙烯酸树脂、脂环式丙烯酸树脂、 液晶聚合物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯之中的至少一种，则由于这 些材料对于可见光透过性优异，所以能够形成良好的透明黏着层。另外，上述单晶硅层的膜厚，优选为2um以上、50um以下。如此，若单晶硅层的膜厚为2um以上、50um以下，则薄膜单晶硅太 阳能电池可获得实用的效率，且可节约硅原料的使用量。另外，优选为上述透明绝缘性基板，是在其内部或是与上述单晶硅层 贴合面的相反侧的面具有光散射性；或是上述透明绝缘性基板，是在与上述 单晶硅层贴合面侧具有光散射性；或是上述透明黏着层具有光散射性。如此，若上述透明绝缘性基板，是在其内部或是与上述单晶硅层贴合面的相反侧的面具有光散射性；或是上述透明绝缘性基板，是在与上述单晶硅 层贴合面侧具有光散射性；或是上述透明黏着层具有光散射性；则入射至作 为光变换层的单晶硅层中的光的路径长度，能够更加地延长，而能够作出一 种具有光封闭结构的薄膜单晶硅太阳能电池，可通过作为光变换层的单晶硅 层来吸收大量的光。其结果，能够提高太阳能电池的变换效率。若按照本发明的单晶硅太阳能电池的制造方法，则可制造出一种光封闭 型薄膜太阳能电池，其将结晶性良好、变换效率高的单晶硅层作为光变换层。另外，若按照本发明的单晶硅太阳能电池，则为将光变换层设成单晶硅 层的光封闭型太阳能电池，所以在相同膜厚的情况下，可制成变换效率高的 太阳能电池。


图1是表示本发明的单晶硅太阳能电池的制造方法的一例的工序图。 图2是表示本发明的单晶硅太阳能电池的一例的概要剖面图；(a)是省略各集电电极的概要剖面图，(B)是示意地表示各集电电极的结线形态的概要剖面图。其中，附图标记说明如下11:单晶硅基板12:透明绝缘性基板13:离子注入面14:离子注入层15:透明黏着剂16:透明黏着层17:单晶硅层21:第一导电型区域22:第二导电型区域23:第一个别电极24:第二个别电极25:第一集电电极26:第二集电电极27:密封层28:光反射膜29:受光面31:单晶硅太阳能电池具体实施方式
如上所述，即使是可节约硅原料的薄膜太阳能电池中，也更追求高的变换效率，因此，不但采用晶体类太阳能电池，且再进一步追求结晶性的改善。 因此，本发明人对此课题进行研究，结果发现在将单晶硅基板和透明绝 缘性基板贴合后，通过将该单晶硅基板薄膜化，可提高作为光变换层的硅层 的结晶性。并且，也想出在将单晶硅基板与透明绝缘性基板贴合时，通过 使用透明黏着剂并使其固化，即使不进行高温热处理，也可提高接合强度， 另外，剥离时进行机械性的剥离，因未经高温热处理而剥离，所以可保持单 晶硅层的良好结晶性。另外，也想出当将此种薄膜的单晶硅层作为光变换 层时，相对于受光面，并不一定需要使pn结界面平行地形成，也可以将pn 结界面相对于受光面，形成于垂直方向，来作出用以取出光致电能的结构； 以及若制成如此的结构，在受光面侧不需要形成电极，而能利用光变换层来 吸收更多的光，而完成本发明。以下，具体地说明有关本发明的实施方式，但是本发明并未被限定于这 些实施方式。图1是表示本发明的单晶硅太阳能电池的制造方法的一例的工序图。 首先，准备单晶硅基板11与透明绝缘性基板12(工序a)。 作为单晶硅基板，并没有特别限定，例如能够采用一种基板，其是将由 切克劳斯基法育成的单晶加以切片而得到，例如其直径为100 300mm、导 电型为p型或n型、电阻率为0.1 20Q 'Cm程度。厚度也没有特别限定， 例如能够采用500 2000 u m程度的基板。另外，透明绝缘性基板，可以选择石英玻璃、结晶化玻璃、硼硅酸玻璃、 碱石灰玻璃(钠钙玻璃)等。虽然并不限定于这些材料，但是优选为对于单晶 硅的吸收光的透明度高的材料。其它，也可以是白板玻璃、强化玻璃等。另 外，在将透明绝缘性基板设为常用的碱石灰玻璃来作为玻璃材料时，在其表 面上，也可以通过浸涂法形成氧化硅皮膜或氧化锡皮膜(奈塞(nesa)膜)等。 这些皮膜具有防止碱石灰玻璃中的碱金属成分向表面溶出与扩散的缓冲膜 的功能，所以是优选的。接着，将氢离子或稀有气体离子的至少其中一种，注入单晶硅基板ll， 形成离子注入层14(工序b)。例如，将单晶硅基板的温度设成200 45(TC，并以一注入能量，从其表 面13注入规定剂量的氢离子或稀有气体离子的至少其中一种，此注入能量能够在对应所希望的单晶硅层的厚度的深度，例如在2um以上50"m以下 的深度，形成离子注入层14。此情况，由于氢离子质量轻，在相同的加速能 量下，可以从离子注入面13更深地注入，所以特别理想。氢离子的电荷， 可以是正或负电荷的任一种，除了原子离子以外，也可以是氢气离子。稀有 气体离子的情况，其电荷也可以是正或负电荷的任一种。另外，如在单晶硅基板的表面，预先形成薄的硅氧化膜等的绝缘膜，通 过此膜来进行离子注入，可以得到一种可抑制注入离子的隧道效应 (channelling)的效果。接着，以离子注入面13作为贴合面，经由透明黏着剂15，使单晶硅基 板11和透明绝缘性基板12密接(工序c)。作为此透明黏着剂，优选为采用丙烯酸树脂、脂环式丙烯酸树脂、硅树 脂、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等的可见光透过性优良 的树脂。可以使用的透明黏着剂并不限定于这些材料，但是其可见光的透过 率最好是80%以上。而且，经由此透明黏着剂，使单晶硅基板和透明绝缘性 基板密接。具体而言，例如首先在单晶硅基板11与透明绝缘性基板12的至少其中 一方的贴合面，形成透明黏着剂层。此透明黏着剂层的形成，能够采用狭缝 涂布、浸涂法等的涂布法。接着，经由此透明黏着剂层，使单晶硅基板与透 明绝缘性基板密接。接着，使透明黏着剂15固化而制成透明黏着层16，并使单晶硅基板ll 与透明绝缘性基板12贴合(工序d)。此透明黏着剂的固化方法并无特别限定，可配合材料而作适当的选择。 例如，除了各种聚合反应以外，可以利用将透明黏着剂暂时地加热至250°C 来使其软化，然后再度冷却的方法或是使溶剂挥发的方法等，使透明黏着剂 固化，将单晶硅基板与透明绝缘性基板牢固地贴合。但是，此固化处理，是 于室温至约25(TC左右为止的温度条件下进行，不进行30CTC以上的热处理。 如单晶硅基板11与透明绝缘性基板12于贴合状态下，进行30(TC以上的高 温热处理，则因两者的热膨胀系数相异，可能会发生热歪曲、裂痕、剥离等。 如此，相同地，直到下述工序e的单晶硅基板11的剥离转印结束为止，不 进行300°C以上的高温热处理。接着，对离子注入层14施予冲击，机械性剥离上述单晶硅基板11，制成单晶硅层17 (工序e)。在本发明中，由于是对离子注入层施予冲击来进行机械性剥离，因此没 有伴随加热发生热歪曲、裂痕、剥离等的可能性。对离子注入层施予冲击的 方法，例如，可连续或间歇地对接合的晶片的侧面，以气体、液体等的流体 喷吹，但是对于通过冲击来产生机械性剥离的方法并无特别限定。另外，单晶硅基板的机械性剥离时，以于透明绝缘性基板的背面密接第 一辅助基板，并于上述单晶硅基板的背面密接第二辅助基板，来进行单晶硅 基板的剥离为优选。若如此地利用辅助基板来进行机械性剥离，可防止剥离 转印的硅单晶层17发生因弯曲造成微小的龟裂以及因此造成的结晶缺陷， 防止太阳能电池的变换效率降低。两者的基板厚度薄，为约lmm以下时， 此方法的效果显著。例如，透明绝缘性基板为碱石灰玻璃，厚0.7mm时，以 同样的碱石灰玻璃作为辅助基板，其总计厚度设成lmm以上，来进行剥离。另外，进行单晶硅基板的剥离转印之后，也可以进行热处理，以修复单 晶硅层17的表面附近的离子注入损伤。此时，由于单晶硅基板ll已经被剥 离转印，而成为薄膜的单晶硅层17，所以即使以300'C以上的温度来进行表 面附近的局部热处理，也几乎不会导致龟裂或是伴随着此龟裂而造成的缺 陷。另外，此处理情况在以后的工序中也是同样的。接着，在单晶硅层17的剥离面侧，形成多个第二导电型的扩散区域22， 其导电型是与在工序a中所准备的单晶硅基板的导电型也就是第一导电型相 异。此时，至少在面方向形成多个pn结(pn结界面的法线，至少具有朝向单 晶硅层17的面方向的成分)，使得在单晶硅层17的剥离面部，存在多个第一 导电型区域21和多个第二导电型区域22(工序f)。在工序a所准备的单晶硅基板11是p型单晶硅的情况，第一导电型是p 型，并形成n型扩散区域来作为第二导电型。另一方面，单晶硅基板ll是n 型单晶硅的情况，第一导电型是n型，并形成p型扩散区域来作为第二导电 型。多个第二导电型的扩散区域的具体的形成方法，例如能够以下述的方式 进行。在工序a所准备的单晶硅基板ll是p型的情况，在单晶硅层17的表 面，利用离子注入法将磷元素离子注入多个区域(例如多个并行线状的区域)， 然后对此处进行闪光灯退火、或是照射在单晶硅层表面中的吸收系数高的紫外线、深紫外线的激光照射，进行施体(donor)的活性化处理，能够形成多个 pn结。此时，为了不使多个n型扩散区域重叠而成为单一的区域，优选为适 当地调节离子注入量、扩散时间与扩散温度等。另外，如此的多个pn结的 形成，也可以先制成糊状的组合物(含有形成施体的磷)，并通过网版印刷法 等，将此组合物涂布在单晶硅层17表面上的多个区域(例如多个并行线状的 区域)，然后通过闪光灯退火、或是照射在单晶硅层表面中的吸收系数高的紫 外线、深紫外线的激光照射、或是利用红外线加热炉等，来进行该组合物的 扩散与活性化处理。另外，第二导电型区域22，也可以形成到达至单晶硅层17的与透明绝 缘性基板12的接合界面为止。另外，形成多个第二导电型的扩散区域，另一方面，在该多个第二导电 型的扩散区域之间，也可以形成第一导电型的高浓度扩散区域。例如，在上 述p型硅基板的多个区域，扩散磷等，形成n型扩散区域的情况，也可以通 过同样的手段，将硼等的用以形成受体(acceptor)的元素，扩散在上述多个n 型扩散区域之间，并进行活性化处理，来形成多个p+区域。接着，在单晶硅层17的多个第一导电型区域21上，分别形成多个第一 个别电极23，而在多个第二导电型区域22上，分别形成多个第二个别电极 24(工序g)。例如，在单晶硅层17的表面上，使用金属或透明导电性材料，通过真 空蒸镀法或化学合成溅镀法等，在多个第一导电型区域21上，分别形成多 个第一个别电极23，而在多个第二导电型区域22上，分别形成多个第二个 别电极24。另外，也可以是通过印刷法等，将含有金属等的糊状的个别电极 形成用组合物(浆料)，涂布在上述规定的区域，然后通过热处理使其固化的 方法等，能够采用各种公知的方法。另外，此时，使第一个别电极23不会接合在第二导电型区域22上，并 使第二个别电极24不会接合在第一导电型区域21上。另外，工序f的扩散区域形成工序和工序g的个别电极形成工序，能够 以下述的方式，同时进行。也即，也可以制成通过印刷法或喷墨法，将含有 掺杂剂(成为施体或受体)材料的电极形成用组合物，涂布在规定的区域，然 后通过热处理，使多个电极固化形成，并使掺杂剂扩散的形态。此情形的热处理，能够通过上述的闪光灯退火、或是照射在单晶硅层表面中的吸收系数 高的紫外线、深紫外线的激光照射、或是利用红外线加热炉等来进行。各自的个别电极形成用组合物的涂布间隔，能够设成10lim以上，也能 够设成100um以上。有关本发明的单晶硅层17并没有晶体边界，光生成载 体的移动度与寿命，与通常的单晶硅基板相等，所以可以将个别电极形成用 组合物的间隔，扩张成比多晶硅薄膜与非晶硅薄膜的间隔宽。接着，形成用以连接多个第一个别电极23的第一集电电极25、以及形 成用以连接多个第二个别电极24的第二集电电极26(工序h)。此时的结线形态并没有特别地限定，第一集电电极25是制成不会接触 第二导电型区域22和第二个别电极24等；第二集电电极26是制成不会接 触第一导电型区域21和第一个别电极23等。利用如此地形成第一集电电极25和第二集电电极26，能够有效率地取 出由多个第一个别电极23、第二个别电极24所收集的电子与空穴。接着，形成光反射膜28，用以覆盖多个第一导电型区域21与多个第二 导电型区域22(工序i)。此光反射膜28的形成，是以使得第一个别电极23与第一集电电极25、 以及第二个别电极24与第二集电电极26，不会发生短路的方式，来形成。 当将光反射膜设为铝等的金属的情况，则先以填埋已形成于单晶硅层17上 的各种电极的方式，来形成二氧化硅或氮化硅等的透明密封层27，然后在密 封层27上，形成金属膜来作为光反射膜28。光反射膜的材料，当设为绝缘 性材料的情况，也能以填埋已形成于单晶硅层17上的各种电极的方式，来 形成光反射膜28。另外，在图l(i)中，省略第一集电电极25和第二集电电 极26的图示。并且，作为光反射膜28，优选为采用可见光的反射率为80%以上程度的 光反射膜。另外，形成密封层27或光反射膜28的方法，并没有特别限定。例如， 能够通过溅镀法等的沉积法，形成密封层27后，通过蒸镀而在该密封层27 上形成金属膜或是通过接合金属薄片来形成光反射膜28。而且，通过工序a i制造出来的单晶硅太阳能电池，在制造时，不会发 生热歪曲(热应变)、剥离、裂痕等，厚度薄且具有良好的膜厚均匀性，是具有结晶性优异的单晶硅层的薄膜单晶硅太阳能电池31。另外，受光面29是 透明绝缘性基板12侧。如此，透明绝缘性基板12成为光入射侧。为了要提高太阳能电池的变 换效率，其中一种手段，是在光入射侧，制成会产生光散射的结构。如此， 要在光入射侧制成会产生光散射的结构，能够通过以下的方法。第一种方法是在透明绝缘性基板12的主表面之中，在工序d中要与 单晶硅基板11贴合的面的相反侧的面，制成具有光散射性；或是在透明绝 缘性基板12的内部，制成具有光散射性。此方法中，例如能够以下述的方式来附加光散射性。将透明绝缘性基板12的在工序d中要与单晶硅基板11贴合的面的相反 侧的面，例如制成具有O.lum程度以上的凹凸的粗糙面。形成此种粗糙面 的方法并没有特别限定。另外，形成此粗糙面的阶段也没有特别限定，例如 在工序a，准备透明绝缘性基板12的阶段，便可以准备其至少一面是粗糙面 的基板，也可以在工序a i的各工序中，形成上述粗糙面。另外，也可以在透明绝缘性基板12上，形成透明材料层(含有例如0.1 "m程度以上折射率的相异的微小透明粒子)，来制成光散射层。其它，在透明绝缘性基板12的内部，例如通过形成具有O.lum程度以 上的折射率的相异的微小区域，能够附加光散射性。第二种方法是在透明绝缘性基板12的主表面之中，在工序d中要与 单晶硅基板ll贴合的面侧，制成具有光散射性。本发明的单晶硅太阳能电池的制造方法中，由于使用透明黏着剂15来 贴合单晶硅基板11与透明绝缘性基板12，所以其贴合面不需要高度平坦化， 两基板的贴合面即使是有一定程度的粗糙面也没有关系。因此，在工序a的 准备透明绝缘性基板12的阶段，通过准备一透明绝缘性基板12，其贴合面 侧是具有例如0.1 um程度以上的凹凸的粗糙面，便能够对透明绝缘性基板 12的贴合面侧附加光散射性。第三种方法在使透明黏着剂15固化而制成透明黏着层16时，使其具 有光散射性。例如，通过在透明黏着剂15中含有微小透明粒子(具有0.1 y m程度以上 的尺寸，其折射率与透明黏着层16相异)，能够对透明黏着层16附加光散射性。另外，透明黏着层16并不需要全部区域都具有光散射性，也可以制成 只有一部分具有光散射性。并且，在上述的受光面侧形成产生光散射结构的各种方法，能够分别组 合地进行。其它，例如也能够通过将单晶硅基板11的与透明绝缘性基板12贴合面 侧，制成粗糙面，来对受光面侧附加光散射性。另外，在工序e中，将单晶硅层17剥离转印后的残留的单晶硅基板， 通过研磨剥离后的粗糙面与离子注入层，进行平滑化与除去处理，并进行重 复的离子注入处理，由此可以再度作为单晶硅基板11来使用。本发明的单 晶硅太阳能电池的制造方法，在从离子注入工序至剥离工序，由于不需要将 单晶硅基板加热至30(TC以上，所以氧诱导缺陷不会有被导入单晶硅基板中 的可能性。因此，在最初使用厚度比lmm小的单晶硅基板的情况，将单晶 硅层17的膜厚设为5 u m时，可以剥离转印100次以上，即使是将膜厚设为 50um时，也可以重复剥离转印IO次以上。通过此种制造方法制造出来的单晶硅太阳能电池31，在图2(a)中表示其 概要的结构，而在图2(b)中示意地表示电极的结线图案，依序积层光反射膜 28、单晶硅层17、透明黏着层16和透明绝缘性基板12;单晶硅层n，在光 反射膜28侧的面(剥离面)，形成多个第一导电型区域21和多个第二导电型 区域22，并至少在面方向，形成多个pn结(pn结界面的法线，至少具有朝向 单晶硅层17的面方向的成分)，且在单晶硅层17的多个第一导电型区域21 上，分别形成多个第一个别电极23，而在多个第二导电型区域22上，分别 形成多个第二个别电极24，并形成有用以连接多个第一个别电极23的第一 集电电极25以及用以连接多个第二个别电极24的第二集电电极26。另外，在图2中，受光面29朝上显示，与图l(i)所示的情况，上下相反。另外，二氧化硅或氮化硅等的密封层27，也能以填埋各种电极的方式来 形成。具有此种结构的太阳能电池31，光线从受光面29入射，光线透过透明 黏着层16而几乎没有被吸收，然后光线的一部分在单晶硅层17被吸收，并 通过pn结而被变换成电能，再通过各电极来取出电能。另外，单晶硅太阳能电池31，在受光面29的相反侧，由于具有光反射膜28，所以从受光面29入射进来的一部分光线，即使没有被单晶硅层17吸 收而透过，也会通过光反射膜28，再度通过单晶硅层17内，而能够提高全 体的光吸收效率。作为光变换层，使用其光吸收率比非晶硅低很多的单晶硅 层，在制成非常薄的薄膜单晶硅太阳能电池中，为了提高变换效率，此种背 面反射膜等的所谓的光封闭结构，是有效的。进而，根据上述的方法，制成在受光面侧具有光散射层的结构，也即制 成在透明绝缘性基板12的内部或是与单晶硅层17相反侧的面(受光面29)具 有光散射性、或是在透明绝缘性基板12的单晶硅层17侧的面具有光散射性、 或是透明黏着层16具有光散射性的结构，则通过光被散射，入射至单晶硅 层17中的光的路径长度，能够更加地延长，而能够作出可通过单晶硅层17 来吸收大量的光的光封闭结构。其结果，能够提高太阳能电池的变换效率。另外，根据上述方法，若制成其单晶硅层17是2pm以上50um以下 的单晶硅太阳能电池，则作为薄膜单晶硅太阳能电池，可以得到实用的效率， 并能充分地节约所使用的硅原料的量。实施例 实施例1准备一单晶硅基板，其直径200mm (8英寸)、晶面(100) 、 p型、面 电阻15Q 、m，来作为单晶硅基板ll。另外，准备直径200mm (8英寸)、 厚2.5mm的石英玻璃基板来作为透明绝缘性基板12 (工序a)。接着，以加速电压350keV、剂量1.0乂1017/0112的条件，将氢阳离子注 入单晶硅基板11的其中一方的主表面(工序b)。离子注入层14的深度距 离子注入面13约3um。接着，使用烷基三垸氧基硅垸和四烷氧基硅烷，以盐酸作为催化剂，得 到加水分解縮聚物。将此加水分解縮聚物溶于异丙醇的溶剂中，制成透明黏 着剂(硅树脂)。经由此透明黏着剂15，使单晶硅基板11与石英玻璃基板12 密接(工序c)。将此贴合基板以25(TC进行2小时的加热处理后，恢复成室温，使透明 黏着剂15固化而制成透明黏着层16，并使单晶硅基板11与石英玻璃基板 12牢固地贴合(工序d)。之后，恢复成室温，于离子注入层附近，以高压氮气喷吹后，从该喷吹面开始剥离，进行剥起单晶硅基板的机械性剥离(工序e)。此时，使辅助 基板从背面吸住单晶硅基板与石英玻璃基板后，进行剥离。另外，通过闪光 灯退火法，以表面瞬间成为70(TC以上的条件，将剥离转印后的单晶硅层17， 进行热处理，来修复氢注入损伤。通过网版印刷法，将以包含磷玻璃的乙二醇乙醚作为增粘剂的扩散用桨 料，以lmm间隔，涂布于单晶硅层17的表面，形成线宽50um的图样。将 此以闪光灯进行照射使其表面瞬间成为600°C以上，形成约0.2 u m接合深度 的多个n型扩散区域(工序f)。由此，在单晶硅层17的表面，交互地存在 p型区域21和n型区域22，而在面方向形成多个pn结。以氢氟酸以及丙酮、异丙醇，除去、洗净此扩散浆料后，通过真空蒸镀 法与图样成形法，以银作为电极材料，在多个p型区域21上，分别形成第 一个别电极23，而在多个n型区域22上，分别形成第二个别电极24(工序g)。之后，更以银作为电极材料，分别使用金属屏蔽，通过真空蒸镀法，形 成第一集电电极25，来连接多个第一个别电极23，并形成第二集电电极26， 来连接多个第二个别电极24(工序h)。接着，除了取出电极部分以外的表面，通过反应性溅镀法形成氮化硅的 保护皮膜，来作为密封层27。进而，以聚乙烯醇縮丁醛作为粘着剂，将用来 作为光反射膜28的已施行氧化铝膜处理后的铝膜，接合在密封层27上(工序 i)。以如此的方式，如图2(a)与(b)所示，制造出一种薄膜单晶硅太阳能电池 31，积层铝的光反射膜28、氮化硅的密封层27、单晶硅层17、透明黏着层 16和石英玻璃基板12;单晶硅层17，在光反射膜侧的面，形成多个p型区 域21和多个n型区域22，至少在面方向，形成多个pn结；在单晶硅层17 的多个p型区域21上，分别形成多个第一个别电极23;在多个n型区域22 上，分别形成多个第二个别电极24;并形成有用以连接多个第一个别电极 23的第一集电电极25以及用以连接多个第二个别电极24的第二集电电极 26。对如此地制造出来的单晶硅太阳能电池，从石英玻璃基板12侧的受光面29，以太阳光模拟仪照射光谱AM1.5、 100mW/cr^的光，来测量变换效 率。其变换效率为12.5%，未随时间发生变化。即使是其光变换层为3um的非常薄的薄膜单晶硅太阳能电池，也可以 得到高变换效率。光变换层(硅层)是结晶性良好的单晶硅，因而被认为通过 制成光封闭结构，可以得到如此高的变换效率。实施例2对于在实施例1中制造出来的单晶硅太阳能电池，进而如下述般地在石 英玻璃基板12的受光面29上，形成光散射层。也就是，将含有60重量％ 的折射率2.4、平均粒子直径为0.31_1111的氧化锆粒子，并以盐酸作为催化剂 而加水分解縮聚后的烷基三垸氧基硅垸和四垸氧基硅垸的縮聚树脂，溶于异 丙醇的溶剂中，制成透明树脂材料，然后将此材料以2um的厚度，涂布在 石英玻璃基板12上。如此地在石英玻璃基板12的受光面29侧附加有光散射性的单晶硅太阳 能电池，与实施例l同样地，测量其变换效率。结果，其变换效率为15%， 未随时间发生变化。通过将光封闭结构做更进一步的改善，与实施例l相比，可以更提高变 换效率。实施例3以与实施例1同样的工序来进行，但是，使用石英玻璃基板12(将其两 面制成具有0.1 P m程度的凹凸的粗糙面)，来制造薄膜单晶硅太阳能电池31 。如此地在石英玻璃基板12的与透明黏着层16的界面，也附加有光散射 性的单晶硅太阳能电池，与实施例1同样地，测量其变换效率。结果，其变 换效率为16%，未随时间发生变化。通过将光封闭结构做更进一步的改善，与实施例l相比，可以更提高变 换效率。实施例4以与实施例1同样的工序来进行，但是，作为透明黏着剂15，是使用一种将含有60重量％的折射率2.4、平均粒子直径为0.3 u m的氧化锆粒子，并 以盐酸作为催化剂而加水分解縮聚后的垸基三烷氧基硅烷和四烷氧基硅烷 的縮聚树脂，溶于异丙醇的溶剂中，而制成的透明树脂材料(与上述实施例2 中的透明树脂材料相同)，将该透明黏着剂15的厚度设为2um，来制造薄膜 单晶硅太阳能电池31。如此地在透明黏着层16附加有光散射性的单晶硅太阳能电池，与实施 例1同样地，测量其变换效率。结果，其变换效率为16%，未随时间发生变 化。通过将光封闭结构做更进一步的改善，与实施例l相比，可以更提高变 换效率。比较例通过与实施例1同样的方法，进行至工序i的形成氮化硅的密封层27的 阶段。接着，取代铝膜而将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂，并以聚乙烯 醇縮丁醛作为粘着剂，接合在密封层27上。如此地制造出来的单晶硅太阳能电池，与实施例同样地测量其变换效 率。结果，其变换效率为10%。与实施例1 4比较，其变换效率较低，由于可知在薄膜单晶硅太阳能 电池中，通过制成如本发明般的光封闭结构，将有助于提高变换效率。并且，本发明不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为例示。与本发 明的权利要求中记载的技术思想，实质上具有相同的构成，产生相同的效果 者，不论为如何的形态，皆应包含于本发明的技术思想内。
权利要求
1.一种单晶硅太阳能电池的制造方法，是用以制造出其光反射膜、作为光变换层的单晶硅层、和透明绝缘性基板被积层在一起，并以上述透明绝缘性基板侧作为受光面的单晶硅太阳能电池的方法，其特征在于，至少包括准备透明绝缘性基板与第一导电型的单晶硅基板的工序；将氢离子或稀有气体离子的至少一种，注入上述单晶硅基板，来形成离子注入层的工序；经由透明黏着剂，使上述单晶硅基板的离子注入面与上述透明绝缘性基板密接的工序；使上述透明黏着剂固化来制成透明黏着层，并将上述单晶硅基板与上述透明绝缘性基板贴合的工序；对上述离子注入层施予冲击，机械性剥离上述单晶硅基板，来制成单晶硅层的工序；在上述单晶硅层的上述剥离面侧，形成多个与上述第一导电型相异的导电型即第二导电型的扩散区域，至少在面方向形成多个pn结，并制成在上述单晶硅层的上述剥离面，存在多个第一导电型区域与多个第二导电型区域的工序；在上述单晶硅层的上述多个第一导电型区域上，分别形成多个第一个别电极，而在上述多个第二导电型区域上，分别形成多个第二个别电极的工序；形成用以连接上述多个第一个别电极的第一集电电极与用以连接上述多个第二个别电极的第二集电电极的工序；以及形成用以覆盖上述多个第一导电型区域与多个第二导电型区域的光反射膜的工序。
2. 如权利要求1所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，上述透 明绝缘性基板为石英玻璃、结晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及碱石灰玻璃中的 任一种。
3. 如权利要求1所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，上述透 明黏着剂，含有硅树脂、丙烯酸树脂、脂环式丙烯酸树脂、液晶聚合物、聚 碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
4. 如权利要求2所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，上述透明黏着剂，含有硅树脂、丙烯酸树脂、脂环式丙烯酸树脂、液晶聚合物、聚 碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
5. 如权利要求1所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，上述离 子注入的深度，设成从离子注入面算起2nm以上、50um以下。
6. 如权利要求2所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，上述离 子注入的深度，设成从离子注入面算起2nm以上、50um以下。
7. 如权利要求3所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，上述离 子注入的深度，设成从离子注入面算起2"m以上、50um以下。
8. 如权利要求4所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，上述离 子注入的深度，设成从离子注入面算起2um以上、50um以下。
9. 如权利要求1 8中任一项所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其 中，将上述透明绝缘性基板，制成在其内部或与上述单晶硅基板贴合面的相 反侧的面，具有光散射性。
10. 如权利要求1 8中任一项所述的单晶硅太阳能电池的制造方法， 其中，将上述透明绝缘性基板，制成在与上述单晶硅基板贴合的面侧，具有 光散射性。
11. 如权利要求9所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，将上述 透明绝缘性基板，制成在与上述单晶硅基板贴合的面侧，具有光散射性。
12. 如权利要求1 8中任一项所述的单晶硅太阳能电池的制造方法， 其中，在使上述透明黏着剂固化而制成上述透明黏着层时，制成具有光散射 性。
13. 如权利要求9所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，在使上 述透明黏着剂固化而制成上述透明黏着层时，制成具有光散射性。
14. 如权利要求IO所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，在使 上述透明黏着剂固化而制成上述透明黏着层时，制成具有光散射性。
15. 如权利要求11所述的单晶硅太阳能电池的制造方法，其中，在使 上述透明黏着剂固化而制成上述透明黏着层时，制成具有光散射性。
16. —种单晶硅太阳能电池，是按照权利要求1 8中任一项所述的单晶 硅太阳能电池的制造方法制造而成。
17. —种单晶硅太阳能电池，其特征为至少积层光反射膜、单晶硅层、透明黏着层和透明绝缘性基板；上述单 晶硅层，在上述光反射膜侧的面，形成多个第一导电型区域和多个第二导电 型区域，至少在面方向，形成多个pn结；在上述单晶硅层的上述多个第一 导电型区域上，分别形成多个第一个别电极；在上述多个第二导电型区域上， 分别形成多个第二个别电极；并形成有用以连接上述多个第一个别电极的第 一集电电极以及用以连接上述多个第二个别电极的第二集电电极。
18. 如权利要求17所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述透明绝缘性基 板为石英玻璃、结晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及碱石灰玻璃中的任一种。
19. 如权利要求17所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述透明黏着剂， 含有硅树脂、丙烯酸树脂、脂环式丙烯酸树脂、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
20. 如权利要求18所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述透明黏着剂， 含有硅树脂、丙烯酸树脂、脂环式丙烯酸树脂、液晶聚合物、聚碳酸酯、聚 对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
21. 如权利要求17所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述单晶硅层的膜 厚为2um以上、50um以下。
22. 如权利要求18所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述单晶硅层的膜 厚为2um以上、50um以下。
23. 如权利要求19所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述单晶硅层的膜 厚为2ym以上、50um以下。
24. 如权利要求20所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述单晶硅层的膜 厚为2um以上、50um以下。
25. 如权利要求17 24中任一项所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述 透明绝缘性基板，是在其内部或在其上述单晶硅层侧的面的相反侧的面，具 有光散射性。
26. 如权利要求17 24中任一项所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述 透明绝缘性基板，在上述单晶硅层侧的面，具有光散射性。
27. 如权利要求25所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述透明绝缘性基 板，在上述单晶硅层侧的面，具有光散射性。
28. 如权利要求17 24中任一项所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述透明黏着层具有光散射性。
29. 如权利要求25所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述透明黏着层具 有光散射性。
30. 如权利要求26所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述透明黏着层具 有光散射性。
31. 如权利要求27所述的单晶硅太阳能电池，其中，上述透明黏着层具 有光散射性。
全文摘要
一种单晶硅太阳能电池的制造方法，包括将氢离子或稀有气体离子注入单晶硅基板的工序；以上述离子注入面作为贴合面，经由透明黏着剂，使上述单晶硅基板与上述透明绝缘性基板密接的工序；使上述透明黏着剂固化的工序；机械性剥离上述单晶硅基板，制成单晶硅层的工序；在上述单晶硅层的上述剥离面侧，形成多个第二导电型的扩散区域，并制成在上述单晶硅层的上述剥离面，存在多个第一导电型区域与多个第二导电型区域的工序；在上述单晶硅层的上述多个第一、第二导电型区域上，分别形成多个个别电极的工序；形成各自的集电电极的工序；以及形成光反射膜的工序。由此可提供一种光封闭型单晶硅太阳能电池，将薄膜的光变换层制成结晶性高的单晶硅层。
文档编号H01L31/04GK101262029SQ200810083479
公开日2008年9月10日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月7日
发明者久保田芳宏, 伊藤厚雄, 川合信, 田中好一, 秋山昌次, 飞坂优二 申请人:信越化学工业株式会社