單晶硅太陽能電池的制造方法及單晶硅太陽能電池的制作方法

專利名稱：單晶硅太陽能電池的制造方法及單晶硅太陽能電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種單晶硅太陽能電池的制造方法及單晶硅太陽能電池，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能電池的制 造方法及單晶硅太陽能電池。
背景技術：
以硅作為主要原料的太陽能電池，根據其結晶性，分類成單晶硅太陽能 電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池。其中，單晶硅太陽能電池，
是利用線鋸將由結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、電極、保護膜等，制成太陽 能電池板(電池單體)。
多晶硅，并不是利用結晶提拉，而是利用鑄模使熔融金屬硅結晶化而制 造多晶晶錠，將此晶錠與單晶硅太陽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、電 極、保護膜等，制成太陽能電池板。
非晶硅太陽能電池，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的氫化硅膜，在此添加乙硼 垸、膦等，作為摻雜氣體，同時堆積，而同時進行pn結和成膜工序，形成 電極、保護膜而作成太陽能電池。非晶硅太陽能電池，其非晶硅作為直接變 換型，由于會吸收入射光，其光吸收系數比單晶與多晶硅的光吸收系數相比， 大約高出一位數(高橋清、浜川圭弘、后川昭雄編著、「太陽光發電」、森北 出版、1980、第233頁)，因而與結晶硅的太陽能電池相比，具有下述優點， 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，太陽能電池的全球生產量， 一年已超過十億瓦特，預期今后生產量將 進一步增加，對于可有效利用資源的薄膜非晶硅太陽能電池有極大的期待。
但是，非晶硅太陽能電池的制造中，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，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，并無法利用與結晶系太陽能電池所必 須的膜厚的單純的比較，來決定資源的有效利用率。另外，相對于結晶系太 陽能電池的變換效率約15%左右，非晶硅太陽能電池約10%左右，再者， 光照射下的輸出特性劣化的問題依然存在。
對此，進行了利用結晶系硅材料來開發薄膜太陽能電池的各種嘗試(高
橋清、浜川圭弘、后川昭雄編著，「太陽光發電」，森北出版，1980年，217 頁)。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。此堆積膜中的結晶缺陷多，僅依此則變換效率低，為提高 變換效率，必然進行區域熔融以改善結晶性(例如參照日本專利公開公報特 開2004-342909號)。但是，即使進行如此的區域熔融方法，也有結晶界面 中的漏電流以及因壽命降低造成的長波長域中的光電流響應特性降低等的 問題。

發明內容
本發明是鑒于上述問題而開發出來，其目的是提供一種單晶硅太陽能電 池，是針對硅太陽能電池，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，受光的可見光中的一部分可透過的透視型太陽能 電池及其制造方法。
為了達成上述目的，本發明提供一種單晶硅太陽能電池的制造方法，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 太陽能電池的方法，其特征為至少包含準備透明絕緣性基板與第一導電型 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，來形成離子注入層的工序；對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，進行表面活化處理的工 序；以該進行表面活化處理后的面作為貼合面，來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；對該離子注入層施予沖擊，機械性剝離 該單晶硅基板，來形成單晶硅層的工序；在該單晶硅層的該剝離面側，形成 多個與該第一導電型相異的導電型也就是第二導電型的擴散區域，至少在面 方向形成多個pn結，并制成在該單晶硅層的該剝離面，存在多個第一導電
型區域和多個第二導電型區域的工序；在該單晶硅層的該多個第一導電型區 域上，分別形成多個第一個別電極，而在該多個第二導電型區域上，分別形 成多個第二個別電極的工序；以及形成用以連結該多個第一個別電極的第一 集電電極與用以連結該多個第二個別電極的第二集電電極的工序。
通過包含如此工序的單晶硅太陽能電池的制造方法，即可制造出在透明 絕緣性基板上配置單晶硅層來作為光變換層的單晶硅太陽能電池。
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行貼合，所 以可牢固地貼合兩者。因此，即使不施以提高結合力的高溫熱處理，也可充 分地牢固接合。另外，因接合面如此地牢固接合，可于之后對離子注入層施 以沖擊，機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，即使不進行剝離的熱處理，也可將單晶硅層薄膜化。
而且，若通過包含如此工序的單晶硅太陽能電池的制造方法，通過進行 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 晶性。其結果，可提高太陽能電池的變換效率。
又，不通過加熱而通過機械性剝離來進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能電池，可節約、有效利用硅原料。 又，由于只在光變換層的一側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能電池。
此情況，該表面活化處理，可設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，則能夠容易地進行表面活化。
又，上述透明絕緣性基板可為石英玻璃、結晶化玻璃、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能電池。又，所制造的單晶硅太陽能電池容易與 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 能電池，薄膜單晶硅太陽能電池可獲得實用的效率，且可節約硅原料的使用 量。又，若為具有如此厚度的單晶硅層的單晶硅太陽能電池，則可確實地透 過一部分的可見光。
又，本發明提供一種單晶硅太陽能電池，是上述任一種單晶硅太陽能電 池的制造方法制造出來的單晶硅太陽能電池。
如此，若是根據上述任一單晶硅太陽能電池的制造方法制造出來的單晶 硅太陽能電池，則通過進行從單晶硅基板剝離以形成作為光變換層的單晶硅 層，不通過加熱而是通過機械性剝離來進行形成單晶硅層的單晶硅基板的剝 離，所以可作出結晶性高的單晶硅層。因此，與膜厚相較，可作出變換效率 高的薄膜太陽能電池。又，因為是單晶硅層的厚度薄的薄膜太陽能電池，故 可有效利用硅原料。
又，本發明提供一種單晶硅太陽能電池，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 基板側的面的相反側的面，形成多個第一導電型區域和第二導電型區域，至 少在面方向，形成多個pn結；在該單晶硅層的該多個第一導電型區域上， 分別形成多個第一個別電極；在該多個第二導電型區域上，分別形成多個第 二個別電極；并形成有用以連結該多個第一個別電極的第一集電電極以及用 以連結該多個第二個別電極的第二集電電極。
如此，若為一種單晶硅太陽能電池，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的面的相反側的面，形成多個第 一導電型區域和第二導電型區域，至少在面方向，形成多個pn結；在該單 晶硅層的該多個第一導電型區域上，分別形成多個第一個別電極；在該多個 第二導電型區域上，分別形成多個第二個別電極；并形成有用以連結該多個 第一個別電極的第一集電電極以及用以連結該多個第二個別電極的第二集 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能電池，由于
是以單晶硅層作為光變換層的太陽能電池，因此，與膜厚相較，可制成變換 效率高的太陽能電池。又，用以從光變換層取出電能的電極，只形成在光變 換層的一側面，容易取出電能。
此時，優選上述透明絕緣性基板為石英玻璃、結晶化玻璃、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能電池。又，所制造的單晶硅太陽 能電池容易與已有的窗玻璃等置換。
又，優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 陽能電池可獲得實用的效率，且可節約硅原料的使用量。又，若為具有如此 厚度的單晶硅層的單晶硅太陽能電池，則可確實地透過一部分的可見光。 再者，優選上述任一單晶硅太陽能電池，從一側面來看時可透視另一側面。
如此，若為從一側面來看時可透視另一側面的透明太陽能電池，則可與 已有的窗玻璃等置換，可適應于各種各樣的情形。
若根據本發明的單晶硅太陽能電池的制造方法，則可制造出一種透視型 薄膜太陽能電池，其將結晶性良好、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能電池。
又，若根據本發明的單晶硅太陽能電池，則為于透明絕緣性基板上配置 光變換層的硅太陽能電池中，以單晶硅層作為光變換層的太陽能電池，因此， 與膜厚相較，可制成變換效率高的太陽能電池。


圖1是表示本發明的單晶硅太陽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明的單晶硅太陽能電池的一例的概要剖面圖。 其中，附圖標記說明如下-
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:第一導電型區域
22:第二導電型區域 24:第二個別電極 26:第二集電電極
23:第一個別電極 25:第一集電電極
31:單晶硅太陽能電池
具體實施例方式
如上所述，即使是可節約硅原料的薄膜太陽能電池中，也更追求高的變 換效率，因此，不但采用結晶系太陽能電池，且再進一步追求結晶性的改善。
對此，本發明人發現，將單晶硅基板貼合于透明絕緣性基板后，通過將 該單晶硅基板薄膜化，可提高作為光變換層的硅層的結晶性。并且，也想出 在單晶硅基板與透明絕緣性基板貼合前，通過使兩者的表面活化，即使不進 行高溫熱處理，也可提高接合強度，另外，剝離時進行機械性的剝離，因未 經高溫熱處理而剝離，所以可保持單晶硅層的良好結晶性。又，發現當將此
種薄膜的單晶硅層作為光變換層時，相對于受光面，并不一定需要使pn結 界面平行地形成，也可以將pn結界面相對于受光面，形成于垂直方向，來 作出用以取出光致電能的結構。又，若為如此的薄膜太陽能電池，即可使用 作為住宅的窗材料，從一表面側來看時可透視另一表面側，也即，可作成透 視型太陽能電池，進而完成本發明。
以下，具體地說明有關本發明的實施方式，但是本發明并未被限定于這 些實施方式。
圖1是表示本發明的單晶硅太陽能電池的制造方法的一例的工序圖。 首先，準備單晶硅基板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 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，優選為上述的玻璃材料。又，在將透明絕緣性基板設為廣泛使用 的堿石灰玻璃來作為玻璃材料時，在其表面上，也可以通過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散的緩沖膜的功能，所以是優選的。
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，為了提高相互之間的接合強度，優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，例如能夠通過研磨等的手段使表 面平坦化來實現。
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成200—450'C，并以一注入能量，從其表 面13注入規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 能夠在對應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電荷的任一種。
又，如在單晶硅基板的表面，預先形成薄的硅氧化膜等的絕緣膜，通過 此膜來進行離子注入，可以得到一種可抑制注入離子的穿隧效應(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，其目的在于對要貼合側的表面(在單晶硅基板11 ， 是離子注入面13)，進行活化處理。又，其方法并沒有特別限定，但可通過 等離子體處理或臭氧處理的至少其中一種，適當地進行。
以等離子體進行處理時，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， 進行等離子體處理。等離子體用氣體并無特別限定，處理單晶硅基板時，在 氧化表面的情況，可采用氧的等離子體，而在不進行氧化的情況，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，則可以采用任一種氣體。
以臭氧進行處理時，于導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，導入氮氣、氬氣等的等離子體用
氣體后，產生高頻等離子體，將大氣中的氧變換為臭氧，至少將上述要進行 表面活化處理的表面，進行臭氧處理。等離子體處理與臭氧處理可進行任一 種或兩種皆進行。
通過此等離子體處理、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，兩者皆進行此表面活化處理更 為優選，也可以僅其中一方進行。
接著，以在上述工序c中已經進行表面活化處理后的面作為貼合面，來 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，優選是以約為室溫的溫度下，僅使其粘結，便能以可承受其后 的工序中的機械性剝離的強度，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行，不進行300 。C以上的熱處理。如單晶硅基板11與透明絕緣性基板12于貼合狀態下，進 行30(TC以上的高溫熱處理，則因兩者的熱膨脹系數相異，可能會發生熱歪 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 離轉印結束為止，不進行30(TC以上的高溫熱處理。
接著，對離子注入層14施予沖擊，機械性剝離上述單晶硅基板11，作 成單晶硅層17 (工序e)。
在本發明中，由于是對離子注入層施予沖擊來進行機械性剝離，因此沒 有伴隨加熱發生熱歪曲、裂痕、剝離等的可能性。對離子注入層施予沖擊的 方法，例如，可連續或間歇地對接合的晶片的側面，以氣體、液體等的流體 噴吹，但是對于通過沖擊產生機械性剝離的方法并無特別限定。
又，單晶硅基板的機械性剝離時，以于透明絕緣性基板的背面粘結第一 輔助基板，并于上述單晶硅基板的背面粘結第二輔助基板，來進行單晶硅基
板的剝離為優選。若如此地利用輔助基板來進行機械性剝離，可防止剝離轉 印的硅單晶層17發生因彎曲造成微小的龜裂以及因此造成的結晶缺陷，防
止太陽能電池的變換效率降低。兩者的基板厚度薄，為約lmm以下時，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，以同 樣的堿石灰玻璃作為輔助基板，其總計厚度設成lmm以上，來進行剝離。
又，進行單晶硅基板的剝離轉印之后，也可以進行熱處理，以修復單晶 硅層17的表面附近的離子注入損傷。此時，由于單晶硅基板ll已經被剝離 轉印，而成為薄膜的單晶硅層17，所以即使以30(TC以上的溫度來進行表面 附近的局部熱處理，也幾乎不會導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的剝離面側，形成多個第二導電型的擴散區域22， 其導電型是與在工序a中所準備的單晶硅基板的導電型也就是第一導電型相 異。此時，至少在面方向形成多個pn結(pn結界面的法線，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，存在多個第一 導電型區域21和多個第二導電型區域22(工序f)。
在工序a所準備的單晶硅基板11是p型單晶硅的情況，第一導電型是p 型，并形成n型擴散區域來作為第二導電型。另一方面，單晶硅基板ll是n 型單晶硅的情況，第一導電型是n型，并形成p型擴散區域來作為第二導電 型。多個第二導電型的擴散區域的具體的形成方法，例如能夠以下述的方式 進行。在工序a所準備的單晶硅基板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區域(例如多個并行線狀的區域)， 然后對此處進行閃光燈退火、或是照射在單晶硅層表面中的吸收系數高的紫 外線、深紫外線的激光，進行施體(donor)的活化處理，能夠形成多個pn結。 此時，為了不使多個n型擴散區域重迭而成為單一的區域，優選為適當地調 節離子注入量、擴散溫度與擴散時間等。又，如此的多個pn結的形成，也 可以先作成糊狀的組合物(含有形成施體的磷)，并通過網版印刷法等，將此 組合物涂布在單晶硅層17表面上的多個區域(例如多個并行線狀的區域)，然 后通過閃光燈退火、或是照射在單晶硅層表面中的吸收系數高的紫外線、深 紫外線的激光、或是利用紅外線加熱爐等，來進行該組合物的擴散與活性化 處理。
另外，第二導電型區域22，也可以形成到達至單晶硅層17的與透明絕 緣性基板12的接合界面為止。
又，形成多個第二導電型的擴散區域，另一方面，在該多個第二導電型 的擴散區域之間，也可以形成第一導電型的高濃度擴散區域。例如，在上述 p型硅基板的多個區域，擴散磷等，形成n型擴散區域的情況，也可以通過 同樣的手段，將硼等的用以形成受體(acceptor)的元素，擴散在上述多個n型 擴散區域之間，并進行活化處理，來形成多個p+區域。
接著，在單晶硅層17的多個第一導電型區域21上，分別形成多個第一 個別電極23，而在多個第二導電型區域22上，分別形成多個第二個別電極 24(工序g)。
例如，在單晶硅層17的表面上，使用金屬或透明導電性材料，通過真 空蒸鍍法或化學合成濺鍍法等，在多個第一導電型區域21上，分別形成多 個第一個別電極23，而在多個第二導電型區域22上，分別形成多個第二個 別電極24。又，也可以是通過上述印刷法等，將含有金屬等的糊狀的個別電 極形成用組合物(漿料)，涂布在上述規定的區域，然后通過熱處理使其固化 的方法等，能夠采用各種公知的方法。
另外，此時，使第一個別電極23不會接合在第二導電型區域22上，并 使第二個別電極24不會接合在第一導電型區域21上。
另外，工序f的擴散區域形成工序和工序g的個別電極形成工序，能夠 以下述的方式，同時進行。也即，也可以作成通過印刷法或噴墨法，將含有 摻雜劑(成為施體或受體)材料的電極形成用組合物，涂布在規定的區域，然 后通過熱處理，使多個電極固化形成，并使摻雜劑擴散的形態。此情形的熱 處理，能夠通過閃光燈退火、或是照射在單晶硅層表面中的吸收系數高的紫 外線、深紫外線的激光、或是利用紅外線加熱爐等來進行。
又，作為透過型的本發明的太陽能電池，當從一側面來看時，為了可以 透視另一側面，個別電極形成用組合物的各個涂布間隔，優選為設成10um 以上，更優選為設成100um以上。本發明的單晶硅層17，并沒有結晶界面， 光生成載體的移動度與壽命，與通常的單晶硅基板相等，所以可以將個別電 極形成用組合物的間隔，擴張成比多晶硅薄膜與非晶硅薄膜的間隔寬，這也 將有助于提高本發明的太陽能電池的可見光透過性。
接著，形成用以連接多個第一個別電極23的第一集電電極25、以及形 成用以連接多個第二個別電極24的第二集電電極26(工序h)。
此時的接線方式并沒有特別地限定，第一集電電極25是制成不會接觸 第二導電型區域22和第二個別電極24等；第二集電電極26是制成不會接 觸第一導電型區域21和第一個別電極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 出由多個第一個別電極23、第二個別電極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，進一步形成 氮化硅等的保護膜等。
而且，通過工序a h制造出來的單晶硅太陽能電池，在制造時，不會 發生熱歪曲、剝離、裂痕等，厚度薄且具有良好的膜厚均勻性，結晶性優異， 是在透明絕緣性基板上具有單晶硅層的單晶硅太陽能電池31。
另夕卜，在工序e中，將單晶硅層17剝離轉印后的殘留的單晶硅基板， 通過研磨剝離后的粗面與離子注入層，進行平滑化與除去處理，并進行重復 的離子注入處理，由此可以再度作為單晶硅基板11來使用。本發明的單晶 硅太陽能電池的制造方法，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，所以氧誘導缺陷不會有被導入單晶硅基板中的 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的膜厚設為5um時，可以剝離轉印IOO次以上。
通過此種制造方法制造出來的單晶硅太陽能電池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側的面的 相反側的面(剝離面)側，形成多個第一導電型區域21和多個第二導電型區域 22，并至少在面方向，形成多個pn結(pn結界面的法線，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的多個第一導電型區域21上， 分別形成多個第一個別電極23，而在多個第二導電型區域22上，分別形成 多個第二個別電極24，并形成有用以連結多個第一個別電極23的第一集電 電極25以及用以連結多個第二個別電極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能電 池，可以得到實用的效率，并能充分地節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能電池，則能夠確實地使一部份可見 光透過而成為透明。
又，本發明的單晶硅太陽能電池31，能夠作成當從一側面來看時，可以 透視另一側面，此情況，受光面可以是透明絕緣性基板12側和已形成有各 種電極的面側的任一方。
實施例
準備一單晶硅基板來作為單晶硅基板11，其一側面經鏡面研磨、直徑
200mm (8英寸)、結晶面(100) 、 p型、電阻率15 Q. cm。又，準備直 徑200mm (8英寸)、厚2.5mm的石英玻璃基板來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化學機械研磨(CMP)進行研磨， 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，來進行研磨。
接著，以加速電壓350keV、劑量1.0X10口/cr^的條件，將氫陽離子注 入單晶硅基板11的已進行上述研磨的表面(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 行上述研磨的表面，通過減壓等離子體法，曝露于氮等離子體中15秒，進 行表面活化處理(工序c)。
接著，將進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，進行16小時的貼合熱處理。
之后，恢復成室溫，于接合界面附近，以高壓氮氣噴吹后，從該噴吹面 開始剝離，進行剝起單晶硅基板的機械性剝離(工序e)。此時，使輔助基 板從背面吸住單晶硅基板與石英玻璃基板后，進行剝離。又，通過閃光燈退 火法，以表面瞬間成為70(TC以上的條件照射剝離轉印后的單晶硅基板，來 修復氫注入損傷。
通過網版印刷法，將以包含磷玻璃的乙二醇乙醚作為增粘劑的擴散用漿 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n型擴散區域(工序f)。由此，在單晶硅層17的表面，交互地存在 p型區域21和n型區域22，而在面方向形成多個pn結。
以氫氟酸以及丙酮、異丙醇，除去、洗凈此擴散漿料后，通過真空蒸鍍 法與圖案成形法，以銀作為電極材料，在多個p型區域21上，分別形成第 一個別電極23，而在多個n型區域22上，分別形成第二個別電極24(工序g)。
之后，更以銀作為電極材料，分別使用金屬屏蔽，通過真空蒸鍍法，形 成第一集電電極25，來連結多個第一個別電極23，并形成第二集電電極26， 來連結多個第二個別電極24(工序h)。之后，在除了取出電極部分的表面上， 通過反應性濺鍍法形成氮化硅的保護皮膜。
如此，如圖2所示，制造出一種薄膜單晶硅太陽能電池31，積層透明絕 緣性基板和透明接著層，單晶硅層，在透明接著層側的面的相反側的面，形 成多個p型區域和n型區域，至少在面方向，形成多個pn結；在單晶硅層 的多個p型區域上，分別形成多個第一個別電極；在多個n型區域上，分別 形成多個第二個別電極；并形成有用以連結多個第一個別電極的第一集電電 極以及用以連結多個第二個別電極的第二集電電極。
對如此地制造出來的單晶硅太陽能電池，以太陽光模擬儀照射光譜 AM1.5、 100mW/cn^的光，求取變換效率。其變換效率為8.5%，未隨時間 發生變化。
又，透過此太陽能電池，晴天時的白天中，可將室外的光線引入，目視 室外時，可看見室外的情況。
并且，本發明不限定于上述實施方式。上述實施方式僅為例示。與本發 明的權利要求中記載的技術思想，實質上具有相同的構成，產生相同的效果 的實施方式，不論為如何的方式，皆應包含于本發明的技術思想的范圍內。
權利要求
1.一種單晶硅太陽能電池的制造方法，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能電池的方法，其特征為至少包含準備透明絕緣性基板與第一導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，來形成離子注入層的工序；對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表面之中的至少一方，進行表面活化處理的工序；以該進行表面活化處理后的面作為貼合面，來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；對該離子注入層施予沖擊，機械地剝離該單晶硅基板，來形成單晶硅層的工序；在該單晶硅層的該剝離面側，形成多個與該第一導電型相異的導電型即第二導電型的擴散區域，至少在面方向上形成多個pn結，并制成在該單晶硅層的該剝離面，存在多個第一導電型區域和多個第二導電型區域的工序；在該單晶硅層的該多個第一導電型區域上，分別形成多個第一個別電極，而在該多個第二導電型區域上，分別形成多個第二個別電極的工序；以及形成用以連結該多個第一個別電極的第一集電電極與用以連結該多個第二個別電極的第二集電電極的工序。
2. 如權利要求l所述的單晶硅太陽能電池的制造方法，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. 如權利要求1所述的單晶硅太陽能電池的制造方法，其中，該透明絕 緣性基板為石英玻璃、結晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及堿石灰玻璃中的任一 種。
4. 如權利要求2所述的單晶硅太陽能電池的制造方法，其中，該透明絕 緣性基板為石英玻璃、結晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及堿石灰玻璃中的任一 種。
5. 如權利要求l所述的單晶硅太陽能電池的制造方法，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. 如權利要求2所述的單晶硅太陽能電池的制造方法，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. 如權利要求3所述的單晶硅太陽能電池的制造方法，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. 如權利要求4所述的單晶硅太陽能電池的制造方法，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. 一種單晶硅太陽能電池，是根據權利要求1 8中任一項所述的單晶 硅太陽能電池的制造方法制造而成。
10. 如權利要求9所述的單晶硅太陽能電池，其中，該單晶硅太陽能電 池可從一側面透視另一側面。
11. 一種單晶硅太陽能電池，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 基板側的面的相反側的面，形成多個第一導電型區域和第二導電型區域，至 少在面方向上，形成多個pn結；在該單晶硅層的該多個第一導電型區域上， 分別形成多個第一個別電極；在該多個第二導電型區域上，分別形成多個第 二個別電極；并形成有用以連結該多個第一個別電極的第一集電電極以及用 以連結該多個第二個別電極的第二集電電極。
12. 如權利要求ll所述的單晶硅太陽能電池，其中，該透明絕緣性基板 為石英玻璃、結晶化玻璃、硼硅酸玻璃、以及堿石灰玻璃中的任一種。
13. 如權利要求ll所述的單晶硅太陽能電池，其中，該單晶硅層的膜厚 為0.1 y m以上、5um以下。
14. 如權利要求12所述的單晶硅太陽能電池，其中，該單晶硅層的膜厚 為0.1 um以上、5um以下。
15. 如權利要求11 14中任一項所述的單晶硅太陽能電池，其中，該單 晶硅太陽能電池可從一側面透視另一側面。
全文摘要
本發明是一種單晶硅太陽能電池的制造方法，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，進行表面活化處理的工序；以該進行表面活化處理后的面作為貼合面，來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；對該離子注入層施予沖擊，機械性剝離該單晶硅基板，來形成單晶硅層的工序；以及在該單晶硅層的該剝離面側，形成多個第二導電型的擴散區域，并制成在該單晶硅層的該剝離面，存在多個第一導電型區域和多個第二導電型區域的工序。由此提供一種單晶硅太陽能電池，將薄膜的光變換層制成結晶性高的單晶硅層，可提供作為透視型太陽能電池。
文檔編號H01L21/84GK101174596SQ20071018512
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月30日 優先權日2006年10月30日
發明者久保田芳宏, 伊藤厚雄, 川合信, 田中好一, 秋山昌次, 飛坂優二 申請人:信越化學工業株式會社