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WO2012169319A1 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

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WO2012169319A1
WO2012169319A1 PCT/JP2012/062327 JP2012062327W WO2012169319A1 WO 2012169319 A1 WO2012169319 A1 WO 2012169319A1 JP 2012062327 W JP2012062327 W JP 2012062327W WO 2012169319 A1 WO2012169319 A1 WO 2012169319A1
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WO
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semiconductor layer
solar cell
forming
type
substrate
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2012/062327
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English (en)
French (fr)
Inventor
知紀 上山
幹英 甲斐
島　正樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
Priority claimed from JP2011126232A external-priority patent/JP2012253260A/ja
Priority claimed from JP2011126234A external-priority patent/JP5842168B2/ja
Priority claimed from JP2011126233A external-priority patent/JP6011755B2/ja
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
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Priority to US14/090,405 priority Critical patent/US20140162394A1/en
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a solar cell.
  • a solar cell having an n-type semiconductor substrate and a p-type semiconductor layer disposed on the semiconductor substrate is known.
  • it is known to suppress carrier recombination by introducing hydrogen into the semiconductor layer and reducing the density of defects in the semiconductor layer.
  • hydrogen absorption is introduced into the semiconductor layer to increase the amount of hydrogen atoms bonded to silicon atoms, thereby increasing the band gap energy of the semiconductor layer and reducing light absorption loss.
  • Patent Document 1 describes a method of irradiating a semiconductor layer with hydrogen ions accelerated by an electric field to which an acceleration voltage of about 1 eV to about 5 keV is applied as a method for introducing hydrogen into the semiconductor layer.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a method capable of manufacturing a solar cell having improved output characteristics.
  • a first semiconductor layer having one conductivity type is formed on a first main surface of a semiconductor substrate having one conductivity type.
  • a second semiconductor layer having another conductivity type is formed on the second main surface of the semiconductor substrate. At least one of the first and second semiconductor layers is subjected to hydrogen radical treatment without using ions.
  • a method capable of producing a solar cell having improved output characteristics can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solar cell manufactured in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a solar cell manufactured in the second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view of a tray on which a semiconductor substrate is fixed.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solar cell manufactured in the first embodiment. First, the structure of the solar cell manufactured in the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the solar cell 1 includes a semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor substrate 10 can be composed of, for example, a single crystal semiconductor substrate or a polycrystalline semiconductor substrate. Specifically, the semiconductor substrate 10 can be constituted by a single crystal silicon substrate, for example.
  • the conductivity type of the semiconductor substrate 10 is n-type.
  • the conductivity type of the semiconductor substrate 10 may be p-type.
  • a p-type semiconductor layer 11 different from the conductivity type of the semiconductor substrate 10 is disposed on the first main surface 10 a of the semiconductor substrate 10.
  • the p-type semiconductor layer 11 can be composed of, for example, a p-type non-single crystal silicon semiconductor such as p-type amorphous silicon.
  • the p-type semiconductor layer 11 preferably contains hydrogen.
  • the thickness of the p-type semiconductor layer 11 is preferably 3 nm to 20 nm, for example, and more preferably 5 nm to 15 nm.
  • An i-type semiconductor layer 12 is disposed between the first main surface 10 a of the semiconductor substrate 10 and the p-type semiconductor layer 11.
  • the i-type semiconductor layer 12 can be made of, for example, a substantially intrinsic non-single-crystal silicon semiconductor such as i-type amorphous silicon.
  • the i-type semiconductor layer 12 preferably contains hydrogen.
  • the i-type semiconductor layer 12 preferably has a thickness that does not substantially contribute to power generation.
  • the thickness of the i-type semiconductor layer 12 is preferably, for example, 3 nm to 15 nm, and more preferably 5 nm to 10 nm.
  • an n-type semiconductor layer 13 having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 10 is disposed on the second main surface 10 b of the semiconductor substrate 10.
  • the n-type semiconductor layer 13 can be composed of, for example, an n-type non-single crystal silicon semiconductor such as n-type amorphous silicon.
  • the n-type semiconductor layer 13 preferably contains hydrogen.
  • the thickness of the n-type semiconductor layer 13 is preferably 3 nm to 25 nm, for example, and more preferably 5 nm to 15 nm.
  • An i-type semiconductor layer 14 is disposed between the second main surface 10 b of the semiconductor substrate 10 and the n-type semiconductor layer 13.
  • the i-type semiconductor layer 14 can be made of, for example, a substantially intrinsic non-single crystal silicon semiconductor such as i-type amorphous silicon.
  • the i-type semiconductor layer 14 preferably has a thickness that does not substantially contribute to power generation.
  • the i-type semiconductor layer 14 preferably contains hydrogen.
  • the thickness of the i-type semiconductor layer 14 is, for example, preferably 3 nm to 15 nm, and more preferably 5 nm to 10 nm.
  • Transparent conductive oxide (TCO) layers 15 and 16 are disposed on the semiconductor layers 11 and 13.
  • a p-side electrode 17 is disposed on the TCO layer 15. Holes are collected by the p-side electrode 17.
  • an n-side electrode 18 is disposed on the TCO layer 16. Electrons are collected by the n-side electrode 18.
  • i-type semiconductor layers 12 and 14 are formed on a semiconductor substrate 10.
  • the p-type semiconductor layer 11 is formed on the i-type semiconductor layer 12
  • the n-type semiconductor layer 13 is formed on the i-type semiconductor layer 14.
  • the i-type semiconductor layers 12 and 14, the p-type semiconductor layer 11, and the n-type semiconductor layer 13 can be formed by, for example, a vapor deposition method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a sputtering method.
  • hydrogen radical treatment without using ions is performed on at least one of the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 in a vacuum container.
  • hydrogen radical treatment without using ions is performed by a remote plasma method, a catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD) method, a hot wire method, or the like.
  • Cat-CVD catalytic chemical vapor deposition
  • the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 are modified.
  • the bonding state of hydrogen contained in the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 is modified.
  • hydrogen may be introduced into the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13. That is, this reforming step may be a step of increasing the hydrogen concentration in the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13.
  • the modification step is preferably performed after the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 are formed and before exposure to the atmosphere.
  • TCO layers 15 and 16 are formed on the semiconductor layers 11 and 13.
  • the TCO layers 15 and 16 can be formed by a vapor deposition method such as a sputtering method or a CVD method.
  • the formation of the TCO layers 15 and 16 may be performed in an aerobic atmosphere.
  • the solar cell 1 can be completed by forming the p-side electrode 17 and the n-side electrode 18.
  • the electrodes 17 and 18 can be formed by, for example, applying a conductive paste or plating.
  • Patent Document 1 describes a method for irradiating a semiconductor layer with hydrogen ions accelerated by an electric field to which an acceleration voltage of about 1 eV to about 5 keV is applied as a method for introducing hydrogen into the semiconductor layer.
  • the present inventors have found that the semiconductor layer is damaged by hydrogen ions irradiated at the time of hydrogen introduction, and the output characteristics of the solar cell produced by the damage are lowered. I found out. As a result, it was conceived that the semiconductor layer was subjected to hydrogen radical treatment without using ions.
  • the semiconductor layers 11 and 13 are modified by performing hydrogen radical treatment without using ions on the semiconductor layers 11 and 13 as in this embodiment, the semiconductor layers 11 and 13 are modified by ion irradiation. It is possible to prevent the semiconductor layers 11 and 13 from being damaged due to irradiation. Therefore, in the present embodiment in which hydrogen radical treatment without using ions is performed, it is possible to modify the bonding state of hydrogen contained in the semiconductor layers 11 and 13 while suppressing damage to the semiconductor layers 11 and 13. As a result, the solar cell 1 having excellent output characteristics can be manufactured.
  • the remote plasma method exemplified as the hydrogen radical treatment without using ions is a method that uses a device that can separate ions from the plasma space by a magnetic field or an electric field so that only hydrogen radicals can reach the surface of the substrate. Good.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a solar cell manufactured in the second embodiment.
  • the p-type semiconductor layer 11 is formed on the first main surface 10a of the semiconductor substrate 10, while the n-type semiconductor layer 13 is formed on the second main surface 10b.
  • An example of manufacturing the solar cell 1 is described.
  • the method for manufacturing a solar cell according to the present invention can also be applied to the manufacture of other types of solar cells.
  • a manufacturing example of a back junction solar cell will be described.
  • the i-type semiconductor layer 12, the p-type semiconductor layer 11, and the i-type semiconductor layer 14 are formed on the second main surface 10 b of the semiconductor substrate 10. Both the n-type semiconductor layer 13 and the n-type semiconductor layer 13 are formed. On the first main surface 10a of the semiconductor substrate 10, an i-type semiconductor layer 19, an n-type semiconductor layer 20, and a protective film 21 having a reflection suppressing function are formed in this order.
  • the solar cell 2 In the production of the solar cell 2, at least one of the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 is subjected to hydrogen radical treatment without using ions. By doing in this way, similarly to 1st Embodiment, also in 2nd Embodiment, the solar cell 2 which has the outstanding output characteristic can be manufactured.
  • Example 1 A solar cell having a configuration substantially similar to that of the solar cell 1 according to the first embodiment was produced under the following conditions by the method described in the first embodiment.
  • Example 1 when manufacturing a solar cell, the n-type semiconductor layer 13 was subjected to hydrogen radical treatment without using ions. Specifically, hydrogen gas was introduced at 200 sccm into the vacuum vessel of the depressurized CVD apparatus, and the pressure was adjusted to 2 Pa to 10 Pa. Thereafter, hydrogen radicals were generated by setting the input power to the CVD apparatus to 3.5 kW to 4.0 kW, and irradiating the n-type semiconductor layer 13 with hydrogen radicals for 40 seconds. In the present embodiment, the hydrogen radical treatment is not performed on the p-type semiconductor layer 11.
  • the open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), fill factor (FF), and maximum output (Pmax) of the solar cell produced in Example 1 were measured. The results are shown in Table 1 below.
  • the p-type semiconductor layer 11 is obtained by applying a mixed gas of silane (SiH 4 ) gas 150 sccm, hydrogen (H 2 ) gas 750 sccm, and diborane (B 2 H 6 ) 5 sccm into the vacuum chamber of the CVD apparatus. Then, the pressure was adjusted to 1 Pa to 5 Pa, the input power was 3.5 kW to 4.0 kW, and the film thickness was 5 nm to 15 nm.
  • silane (SiH 4 ) gas 150 sccm, hydrogen (H 2 ) gas 750 sccm, and diborane (B 2 H 6 ) 5 sccm into the vacuum chamber of the CVD apparatus. Then, the pressure was adjusted to 1 Pa to 5 Pa, the input power was 3.5 kW to 4.0 kW, and the film thickness was 5 nm to 15 nm.
  • the n-type semiconductor layer 13 introduces a mixed gas of silane (SiH 4 ) gas 200 sccm, hydrogen (H 2 ) gas 500 sccm, and phosphine (PH 3 ) 5 sccm into the vacuum chamber of the CVD apparatus.
  • the pressure was adjusted to 1 Pa to 5 Pa, the input power was 3.5 kW to 4.0 kW, and the film thickness was 5 nm to 15 nm.
  • Example 1 A configuration substantially similar to that of the solar cell manufactured in Example 1 in the same manner as in Example 1 except that the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 were not subjected to hydrogen radical treatment without using ions. A solar cell having the following characteristics was prepared.
  • the open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), fill factor (FF), and maximum output (Pmax) of the solar cell produced in Comparative Example 1 were measured. The results are shown in Table 1 below.
  • Example 2 The p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 were produced in Example 1 in the same manner as in Example 1 except that hydrogen radical treatment without using ions similar to that in Example 1 was performed. A solar cell having a configuration substantially similar to that of the manufactured solar cell was produced.
  • the open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), fill factor (FF), and maximum output (Pmax) of the solar cell produced in Example 2 were measured. The results are shown in Table 2 below.
  • Tables 1 and 2 are normalized values when the value of Comparative Example 1 in which the hydrogen radical treatment is not performed on the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 is 100.
  • the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 are subjected to hydrogen radical treatment that does not use ions. It can be seen that the output characteristics of the solar cell such as the fill factor and the maximum output can be improved as compared with the case where the hydrogen radical treatment is performed.
  • FIG. 1 (Third embodiment) (Configuration of solar cell 1)
  • FIG. 1 is referred to in common with the first embodiment. Since the configuration of the solar cell in the third embodiment is the same as the configuration of the solar cell in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • i-type semiconductor layers 12 and 14 are formed on a semiconductor substrate 10.
  • the i-type semiconductor layers 12 and 14 can be formed, for example, by a vapor deposition method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or sputtering.
  • hydrogen radical treatment without using ions is performed on at least one of the i-type semiconductor layers 12 and 14.
  • hydrogen radical treatment without using ions is performed by a remote plasma method, a catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD) method, a hot wire method, or the like.
  • Cat-CVD catalytic chemical vapor deposition
  • the i-type semiconductor layers 12 and 14 are modified.
  • the bonding state of hydrogen contained in the i-type semiconductor layers 12 and 14 is modified.
  • hydrogen may be introduced into the i-type semiconductor layers 12 and 14. That is, this reforming step may be a step of increasing the hydrogen concentration in the i-type semiconductor layers 12 and 14.
  • the p-type semiconductor layer 11 is formed on the i-type semiconductor layer 12 and the n-type semiconductor layer 13 is formed on the i-type semiconductor layer 14.
  • the p-type semiconductor layer 11 and the n-type semiconductor layer 13 can be formed by, for example, a vapor deposition method such as a CVD method or a sputtering method.
  • TCO layers 15 and 16 are formed on the semiconductor layers 11 and 13.
  • the TCO layers 15 and 16 can be formed by, for example, a vapor deposition method such as a CVD method or a sputtering method.
  • the solar cell 1 can be completed by forming the electrode 17 and the electrode 18.
  • the electrodes 17 and 18 can be formed by, for example, applying a conductive paste or plating.
  • Patent Document 1 As described above, in Patent Document 1, as a method for introducing hydrogen into an i-type amorphous silicon layer, hydrogen ions accelerated by an electric field applied with an acceleration voltage of about 1 eV to about 5 keV are irradiated to the i-type amorphous silicon layer. How to do is described. As a result of earnest research on the hydrogen introduction method, the present inventors have found that the i-type amorphous silicon layer is damaged by hydrogen ions irradiated at the time of hydrogen introduction, and the output characteristics of the solar cell produced by the damage are I found that it was lower. As a result, the inventors have conceived that the i-type semiconductor layer is subjected to hydrogen radical treatment without using ions.
  • the i-type semiconductor layers 12 and 14 are modified by performing hydrogen radical treatment without using ions on the i-type semiconductor layers 12 and 14 as in this embodiment, the i-type semiconductor layers are modified by ion irradiation. Unlike the case where it does, it can suppress that the damage resulting from ion irradiation generate
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a solar cell manufactured in the fourth embodiment.
  • the p-type semiconductor layer 11 is formed on the first main surface 10a of the semiconductor substrate 10, while the n-type semiconductor layer 13 is formed on the second main surface 10b.
  • An example of manufacturing the solar cell 1 is described.
  • the method for manufacturing a solar cell according to the present invention can also be applied to the manufacture of other types of solar cells.
  • a manufacturing example of a back junction solar cell will be described.
  • the configuration of the solar cell in the fourth embodiment is the same as the configuration of the solar cell in the first embodiment shown in FIG.
  • At least one of the i-type semiconductor layers 12 and 14 is subjected to hydrogen radical treatment without using ions to modify the i-type semiconductor layers 12 and 14.
  • Example 3 A solar cell having a configuration substantially similar to that of the solar cell 1 according to the third embodiment was produced under the following conditions by the method described in the third embodiment.
  • Example 3 when the solar cell was manufactured, the i-type semiconductor layer 12 was subjected to hydrogen radical treatment without using ions. Specifically, hydrogen gas was introduced at 500 sccm into the vacuum vessel of the decompressed CVD apparatus, and the pressure was adjusted to 2 Pa to 10 Pa. Thereafter, hydrogen radicals were generated by setting the input power to the CVD apparatus to 3.5 kW to 4.0 kW and irradiating the i-type semiconductor layer 12 with hydrogen radicals for 20 seconds. In the present embodiment, hydrogen radical treatment was not performed on the i-type semiconductor layer 14.
  • Example 3 the i-type semiconductor layer 12 is introduced into a vacuum vessel of a CVD apparatus by introducing a mixed gas of silane (SiH 4 ) gas 200 sccm and hydrogen (H 2 ) gas 100 sccm to a pressure of 1 Pa to 5 Pa.
  • the power was adjusted to 3.5 kW to 4.0 kW, and the film thickness was 10 nm.
  • the open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), fill factor (FF), and maximum output (Pmax) of the solar cell produced in Example 3 were measured. The results are shown in Table 3 below.
  • the open circuit voltage (Voc), short circuit current (Isc), fill factor (FF), and maximum output (Pmax) of the solar cell produced in Comparative Example 1 were measured. The results are shown in Table 3 below.
  • FIG. 1 (Fifth embodiment) (Configuration of solar cell 1)
  • FIG. 1 is referred to in common with the first embodiment. Since the configuration of the solar cell in the fifth embodiment is the same as the configuration of the solar cell in the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the tray 20 can be configured by a plate-like body made of, for example, SUS.
  • the plurality of semiconductor substrates 10 can be fixed, for example, by pressing each peripheral portion of the semiconductor substrate 10 from the front side and the back side of the semiconductor substrate 10 using the tray 20 and a mask (not shown).
  • the i-type semiconductor layer 14 and the n-type semiconductor layer 13 are formed on the plurality of semiconductor substrates 10 fixed to the tray 20. Thereafter, the i-type semiconductor layer 12 and the p-type semiconductor layer 11 are formed opposite to the surface on which the n-type semiconductor layer 13 of the plurality of semiconductor substrates 10 is formed.
  • the i-type semiconductor layers 12 and 14, the p-type semiconductor layer 11, and the n-type semiconductor layer 13 can be formed by, for example, a vapor deposition method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a sputtering method.
  • the tray 20 is irradiated with at least one of hydrogen radicals and hydrogen ions.
  • TCO Transparent conductive oxide
  • the TCO layers 15 and 16 can be formed by a vapor deposition method such as a sputtering method or a CVD method.
  • the TCO layer forming step may be performed in a state where a plurality of semiconductor substrates 10 are fixed to the tray 20.
  • the solar cell 1 can be completed by forming the electrode 17 and the electrode 18.
  • the electrodes 17 and 18 can be formed by, for example, applying a conductive paste or plating.
  • a plurality of solar cells 1 are manufactured by repeatedly performing the second fixing step, the semiconductor layer forming step, the irradiation step, the removing step, the TCO layer forming step, and the electrode forming step.
  • the irradiation step of irradiating the tray 20 with at least one of hydrogen radicals and hydrogen ions is performed.
  • the several solar cell 1 which has the improved output characteristic can be manufactured efficiently. This is considered to be due to the following reasons. That is, in the process of forming a p-type semiconductor layer or an n-type semiconductor layer, which is a semiconductor layer doped with a dopant, on a semiconductor substrate, a semiconductor layer doped with a dopant is also formed on a tray and a mask (not shown). Is done.
  • the dopant of the semiconductor layer containing the dopant formed on the tray will be doped in the i-type semiconductor layer. As a result, the output characteristics of the manufactured solar cell are lowered.
  • the tray is irradiated with at least one of hydrogen radicals and hydrogen ions as in this embodiment, the dopant can be released from the semiconductor layer formed on the tray in this irradiation step. Therefore, the dopant concentration in the semiconductor layer formed on the tray can be lowered. Therefore, even when the tray is reused, it is possible to prevent the i-type semiconductor layer from being doped with the dopant contained in the semiconductor layer formed on the tray. As a result, it is considered that a solar cell having excellent output characteristics can be manufactured.
  • the irradiation process is performed before the removal process.
  • the semiconductor layers 11 and 13 are also irradiated with at least one of hydrogen radicals and hydrogen ions.
  • the semiconductor layers 11 and 13 are modified.
  • the bonding state of hydrogen contained in the semiconductor layers 11 and 13 is modified. Therefore, the solar cell 1 having more excellent output characteristics can be manufactured.
  • the irradiation step is preferably a step of subjecting the semiconductor layers 11 and 13 to hydrogen radical treatment without using ions.
  • the reason why a solar cell having further excellent output characteristics can be obtained is that damage to the semiconductor layers 11 and 13 due to hydrogen ions can be suppressed.
  • the hydrogen radical treatment without using ions can be performed by a remote plasma method, a catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD) method, a hot wire method, or the like.
  • the ohmic property between the semiconductor layers 11 and 13 and the TCO layers 15 and 16 can be improved by performing the irradiation step before the removal step. Therefore, a solar cell having further excellent output characteristics can be obtained. This is because the dopant released from the semiconductor layer formed on the tray 20 in the irradiation step adheres to the surface of the semiconductor layers 11 and 13 and the dopant concentration of the surface layer of the semiconductor layers 11 and 13 increases. Conceivable.
  • the solar cell manufacturing method of the present invention can be applied to any solar cell as long as it has an i-type semiconductor layer and a semiconductor layer doped with a dopant.
  • the method for producing a solar cell of the present invention can be applied to, for example, a back junction solar cell or a thin film solar cell.
  • the removal process is performed after the irradiation process has been described, but the removal process may be performed prior to the irradiation process.
  • an irradiation step may be performed after forming a semiconductor layer doped with at least one dopant, and after forming a semiconductor layer doped with all dopants. It is not always necessary to perform the irradiation process.
  • the substrate is not limited to a semiconductor substrate.
  • Example 4 A plurality of solar cells having substantially the same configuration as that of the solar cell 1 according to the fifth embodiment were produced under the following conditions by the method described in the above embodiment. Specifically, in this embodiment, the p-type semiconductor layer 11 is formed after the n-type semiconductor layer 13 is formed. Then, the irradiation process was performed.
  • hydrogen gas was introduced at 200 sccm into the vacuum vessel of the depressurized CVD apparatus, and the pressure was adjusted to 2 Pa to 10 Pa. Thereafter, hydrogen radicals were generated by setting the input power to the CVD apparatus to 3.5 kW to 4.0 kW, and irradiating the p-type semiconductor layer 11 with hydrogen radicals for 40 seconds.
  • Example 4 the open circuit voltage (Voc), the short circuit current (Isc), the fill factor (FF), and the maximum output (Pmax) of the solar cell produced after the second fixing step were measured. The results are shown in Table 4 below.
  • the p-type semiconductor layer 11 is obtained by mixing a mixed gas of silane (SiH 4 ) gas 150 sccm, hydrogen (H 2 ) gas 750 sccm, and diborane (B 2 H 6 ) 5 sccm into the vacuum chamber of the CVD apparatus. Then, the pressure was adjusted to 1 Pa to 5 Pa, the input power was 3.5 kW to 4.0 kW, and the film thickness was 5 nm to 15 nm.
  • Example 5 A plurality of solar cells were fabricated in the same manner as in Example 4 except that the irradiation process was performed after forming the n-type semiconductor layer 13, the p-type semiconductor layer 11 was formed, and then the irradiation process was not performed.
  • Example 5 an open circuit voltage (Voc), a short circuit current (Isc), a fill factor (FF), and a maximum output (Pmax) of a solar cell manufactured after performing the second fixing step were measured. The results are shown in Table 4 below.
  • Comparative Example 1 the open circuit voltage (Voc), the short circuit current (Isc), the fill factor (FF), and the maximum output (Pmax) of the solar cell produced after the second fixing step were measured.
  • the results are shown in Table 4 below.
  • the results shown in Table 4 are normalized values with the value of Comparative Example 1 being 100.

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Abstract

改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供する。　第１及び第２の半導体層１１，１３の少なくとも一方に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す。

Description

太陽電池の製造方法
　本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
　従来、例えばｎ型の半導体基板と、半導体基板の上に配されたｐ型の半導体層を有する太陽電池が知られている。このような太陽電池において、半導体層に水素を導入し、半導体層中における欠陥の密度を低減させることにより、キャリアの再結合を抑制することが知られている。また、半導体層に水素を導入し、シリコン原子に結合する水素原子量を増加させることにより、半導体層のバンドギャップエネルギーを大きくして、光吸収ロスを低減させることが知られている。
　例えば特許文献１には、半導体層に水素を導入する方法として、約１ｅＶ～約５ｋｅＶの加速電圧が加えられた電界により加速した水素イオンを半導体層に照射する方法が記載されている。
特開２００４－２８９０５８号公報
　近年、太陽電池の出力特性をさらに向上したいという要望が高まってきている。
　本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することにある。
　本発明に係る太陽電池の製造方法では、一の導電型を有する半導体基板の第１の主面上に、一の導電型を有する第１の半導体層を形成する。半導体基板の第２の主面上に、他の導電型を有する第２の半導体層を形成する。第１及び第２の半導体層の少なくとも一方に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す。
　本発明によれば、改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することができる。
図１は、第１の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。 図２は、第２の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。 図３は、半導体基板が固定されたトレイの略図的斜視図である。
　以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
　また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
　（第１の実施形態）
　（太陽電池１の構成）
　図１は、第１の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。まず、図１を参照しながら本実施形態において製造する太陽電池の構成について説明する。
　太陽電池１は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、例えば、単結晶半導体基板や多結晶半導体基板により構成することができる。具体的には、半導体基板１０は、例えば、単結晶シリコン基板により構成することができる。
　なお、本実施形態では、半導体基板１０の導電型がｎ型である例について説明する。但し、本発明は、これに限定されない。半導体基板１０の導電型はｐ型であってもよい。
　半導体基板１０の第１の主面１０ａの上には、半導体基板１０の導電型とは異なるｐ型半導体層１１が配されている。ｐ型半導体層１１は、例えば、ｐ型アモルファスシリコンなどのｐ型非単結晶シリコン系半導体などにより構成することができる。ｐ型半導体層１１は、水素を含んでいることが好ましい。ｐ型半導体層１１の厚みは、例えば、３ｎｍ～２０ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ～１５ｎｍであることがより好ましい。
　半導体基板１０の第１の主面１０ａとｐ型半導体層１１との間には、ｉ型半導体層１２が配されている。ｉ型半導体層１２は、例えば、ｉ型アモルファスシリコンなどの実質的に真性な非単結晶シリコン系半導体などにより構成することができる。ｉ型半導体層１２は、水素を含んでいることが好ましい。ｉ型半導体層１２の厚みは、実質的に発電に寄与しない程度であることが好ましい。ｉ型半導体層１２の厚みは、例えば、３ｎｍ～１５ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ～１０ｎｍであることがより好ましい。
　一方、半導体基板１０の第２の主面１０ｂの上には、半導体基板１０の導電型と同じであるｎ型半導体層１３が配されている。ｎ型半導体層１３は、例えばｎ型アモルファスシリコンなどのｎ型非単結晶シリコン系半導体などにより構成することができる。ｎ型半導体層１３は、水素を含んでいることが好ましい。ｎ型半導体層１３の厚みは、例えば、３ｎｍ～２５ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ～１５ｎｍであることがより好ましい。
　半導体基板１０の第２の主面１０ｂとｎ型半導体層１３との間には、ｉ型半導体層１４が配されている。ｉ型半導体層１４は、例えば、ｉ型アモルファスシリコンなどの実質的に真性な非単結晶シリコン系半導体などにより構成することができる。ｉ型半導体層１４の厚みは、実質的に発電に寄与しない程度であることが好ましい。ｉ型半導体層１４は、水素を含んでいることが好ましい。ｉ型半導体層１４の厚みは、例えば、３ｎｍ～１５ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ～１０ｎｍであることがより好ましい。
　半導体層１１，１３の上には、透明導電性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）層１５，１６が配されている。ＴＣＯ層１５の上には、ｐ側電極１７が配されている。このｐ側電極１７により正孔が収集される。一方、ＴＣＯ層１６の上には、ｎ側電極１８が配されている。このｎ側電極１８により電子が収集される。
　（太陽電池１の製造方法）
　次に、太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
　まず、半導体基板１０の上に、ｉ型半導体層１２，１４を形成する。次に、ｉ型半導体層１２の上にｐ型半導体層１１を形成すると共に、ｉ型半導体層１４の上にｎ型半導体層１３を形成する。ｉ型半導体層１２，１４並びにｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３の形成は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の蒸着法やスパッタリング法により行うことができる。
　次に、ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３の少なくとも一方に、減圧容器内にて、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す。具体的には、イオンを用いない水素ラジカル処理を、リモートプラズマ法や、触媒化学気相成長（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｃａｔ－ＣＶＤ）法、ホットワイヤー法等により行う。これによりｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３を改質する。具体的には、ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３に含まれる水素の結合状態などを改質する。なお、この改質工程において、ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３に水素を導入してもよい。すなわち、この改質工程は、ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３における水素濃度を高める工程であってもよい。
　なお、上記改質工程は、ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３を形成した後に、大気に曝す前に行うことが好ましい。
　改質工程終了後、大気に曝し、その後に、半導体層１１，１３の上に、ＴＣＯ層１５，１６を形成する。ＴＣＯ層１５，１６の形成は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等の蒸着法により行うことができる。ＴＣＯ層１５，１６の形成は、有酸素雰囲気中において行ってもよい。
　最後に、ｐ側電極１７とｎ側電極１８とを形成することにより太陽電池１を完成させることができる。なお、電極１７，１８の形成は、例えば導電性ペーストの塗布や、めっき法等により行うことができる。
　上述のように、特許文献１には、半導体層に水素を導入する方法として、約１ｅＶ～約５ｋｅＶの加速電圧が加えられた電界により加速した水素イオンを半導体層に照射する方法が記載されている。本発明者らは、この水素の導入方法を鋭意研究した結果、水素導入時に照射する水素イオンにより半導体層がダメージを受けていること、そのダメージにより製造される太陽電池の出力特性が低くなっていることを見出した。その結果、半導体層に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施すことに想到した。
　本実施形態のように半導体層１１，１３にイオンを用いない水素ラジカル処理を施して半導体層１１，１３を改質した場合は、イオンの照射により半導体層を改質する場合とは異なり、イオン照射に起因するダメージが半導体層１１，１３に発生することを抑制することができる。よって、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す本実施形態では、半導体層１１，１３の損傷を抑制しつつ、半導体層１１，１３に含まれる水素の結合状態等を改質することができる。その結果、優れた出力特性を有する太陽電池１を製造することができる。
　より優れた出力特性を有する太陽電池１を得る観点からは、半導体基板１０とは導電型が異なるｐ型半導体層１１にイオンを用いない水素ラジカル処理を施すことが好ましい。
　さらに優れた出力特性を有する太陽電池１を得る観点からは、ｐ型半導体層１１とｎ型半導体層１３との両方に対して、イオンを用いない水素ラジカル処理を施すことが好ましい。
　また、本実施形態では、半導体層１１，１３の形成後、半導体層１１，１３をそれぞれ大気に曝す前にイオンを用いない水素ラジカル処理を行う。このため、半導体層１１，１３とＴＣＯ層１５，１６との密着性を高めることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、イオンを用いない水素ラジカル処理を行うことにより、半導体層１１，１３の表面が活性化される。その状態で半導体層１１，１３を大気に曝すと、大気に曝した直後に半導体層１１，１３の表層に薄い酸化膜が形成されるものと考えられる。このため、半導体層１１，１３の表面が有機物などにより汚染されにくい。従って、半導体層１１，１３とＴＣＯ層１５，１６との密着性が高まるものと考えられる。
　また、イオンを用いない水素ラジカル処理工程の後に大気に曝すことにより半導体層１１，１３の表層に自然酸化膜を形成できるため、パッシベーション特性の向上も期待できる。
　なお、イオンを用いない水素ラジカル処理として例示したリモートプラズマ法は、水素ラジカルだけが基板の表面に到達できるように、磁場や電場によりイオンをプラズマ空間から分離できる装置を用いておこなう方法であればよい。
　以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
　（第２の実施形態）
　図２は、第２の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。
　第１の実施形態では、半導体基板１０の第１の主面１０ａの上にｐ型半導体層１１が形成されている一方、第２の主面１０ｂの上にｎ型半導体層１３が形成されている太陽電池１を製造する例について説明した。但し、本発明に係る太陽電池の製造方法は、他の形態の太陽電池の製造にも適用することができる。本実施形態では、裏面接合型の太陽電池の製造例について説明する。
　図２に示すように、第２の実施形態の太陽電池２では、半導体基板１０の第２の主面１０ｂの上に、ｉ型半導体層１２及びｐ型半導体層１１と、ｉ型半導体層１４及びｎ型半導体層１３との両方が形成されている。半導体基板１０の第１の主面１０ａの上には、ｉ型半導体層１９と、ｎ型半導体層２０と、反射抑制機能を兼ね備えた保護膜２１とがこの順番で形成されている。
　この太陽電池２の製造に際しても、ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３の少なくとも一方に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す。このようにすることによって、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態においても、優れた出力特性を有する太陽電池２を製造することができる。
　以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
　（実施例１）
　第１の実施形態に係る太陽電池１と実質的に同様の構成を有する太陽電池を、第１の実施形態において説明した方法により、下記の条件で作製した。
　実施例１では、太陽電池の製造に際し、ｎ型半導体層１３に対して、イオンを用いない水素ラジカル処理を施した。具体的には、減圧されたＣＶＤ装置の真空容器内に水素ガスを２００ｓｃｃｍで導入し、圧力を２Ｐａ～１０Ｐａに調整した。その後、ＣＶＤ装置への投入電力を３．５ｋＷ～４．０ｋＷとして水素ラジカルを発生させ、４０秒間にわたってｎ型半導体層１３に対して水素ラジカルを照射することにより、水素ラジカル処理を行った。なお、本実施形態では、ｐ型半導体層１１に対しては水素ラジカル処理を施さなかった。
　実施例１において作製した太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表１に示す。
　また、実施例１では、ｐ型半導体層１１は、ＣＶＤ装置の真空容器内にシラン（ＳｉＨ４）ガス１５０ｓｃｃｍと水素（Ｈ２）ガス７５０ｓｃｃｍとジボラン（Ｂ２Ｈ６）５ｓｃｃｍとの混合ガスを導入し、圧力を１Ｐａ～５Ｐａに調整し、投入電力を３．５ｋＷ～４．０ｋＷとして、膜厚が５ｎｍ～１５ｎｍとなるように形成した。
　また、実施例１では、ｎ型半導体層１３は、ＣＶＤ装置の真空容器内にシラン（ＳｉＨ４）ガス２００ｓｃｃｍと水素（Ｈ２）ガス５００ｓｃｃｍとホスフィン（ＰＨ３）５ｓｃｃｍとの混合ガスを導入し、圧力を１Ｐａ～５Ｐａに調整し、投入電力を３．５ｋＷ～４．０ｋＷとして、膜厚が５ｎｍ～１５ｎｍとなるように形成した。
　（比較例１）
　ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３に対してイオンを用いない水素ラジカル処理を施さなかったこと以外は実施例１と同様にして実施例１で作製した太陽電池と実質的に同様の構成を有する太陽電池を作製した。
　比較例１において作製した太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表１に示す。
　（実施例２）
　ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３に対して、実施例１で行った処理と同様のイオンを用いない水素ラジカル処理を施したこと以外は実施例１と同様にして実施例１で作製した太陽電池と実質的に同様の構成を有する太陽電池を作製した。
　実施例２において作製した太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表２に示す。
　なお、表１及び表２に示す結果は、ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３に水素ラジカル処理を施さない比較例１の値を１００としたときの規格化値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１及び表２に示す結果から、ｐ型半導体層１１やｎ型半導体層１３にイオンを用いない水素ラジカル処理を施すことにより、イオンを用いない水素ラジカル処理を施さない場合や、イオンを用いた水素ラジカル処理を施した場合よりも曲線因子や最大出力などの太陽電池の出力特性を改善できることが分かる。
　（第３の実施形態）
　（太陽電池１の構成）
　第３の実施形態において図１を第１の実施形態と共通に参照する。第３の実施形態のおける太陽電池の構成は、第１の実施形態における太陽電池の構成と同じであるので、説明を省略する。
　（太陽電池１の製造方法）
　次に、第３の実施形態における太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
　まず、半導体基板１０の上に、ｉ型半導体層１２，１４を形成する。ｉ型半導体層１２，１４の形成は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタリング等の蒸着法により行うことができる。
　次に、ｉ型半導体層１２，１４の少なくとも一方に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す。具体的には、イオンを用いない水素ラジカル処理を、リモートプラズマ法や、触媒化学気相成長（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｃａｔ－ＣＶＤ）法、ホットワイヤー法等により行う。これによりｉ型半導体層１２，１４を改質する。具体的には、ｉ型半導体層１２，１４に含まれる水素の結合状態などを改質する。なお、この改質工程において、ｉ型半導体層１２，１４に水素を導入してもよい。すなわち、この改質工程は、ｉ型半導体層１２，１４における水素濃度を高める工程であってもよい。
　次に、ｉ型半導体層１２の上にｐ型半導体層１１を形成すると共に、ｉ型半導体層１４の上にｎ型半導体層１３を形成する。ｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３の形成は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法等の蒸着法により行うことができる。
　次に、半導体層１１，１３の上に、ＴＣＯ層１５，１６を形成する。ＴＣＯ層１５，１６の形成は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法等の蒸着法により行うことができる。
　最後に、電極１７と電極１８とを形成することにより太陽電池１を完成させることができる。なお、電極１７，１８の形成は、例えば導電性ペーストの塗布や、めっき法等により行うことができる。
　上述のように、特許文献１には、ｉ型アモルファスシリコン層に水素を導入する方法として、約１ｅＶ～約５ｋｅＶの加速電圧が加えられた電界により加速した水素イオンをｉ型アモルファスシリコン層に照射する方法が記載されている。本発明者らは、この水素の導入方法を鋭意研究した結果、水素導入時に照射する水素イオンによりｉ型アモルファスシリコン層がダメージを受けていること、そのダメージにより製造される太陽電池の出力特性が低くなっていることを見出した。その結果、ｉ型半導体層に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施すことに想到した。
　本実施形態のように、ｉ型半導体層１２，１４にイオンを用いない水素ラジカル処理を施してｉ型半導体層１２，１４を改質した場合は、イオンの照射によりｉ型半導体層を改質する場合とは異なり、イオン照射に起因するダメージがｉ型半導体層１２，１４に発生することを抑制することができる。よって、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す本実施形態では、ｉ型半導体層１２，１４の損傷を抑制しつつ、ｉ型半導体層１２，１４に含まれる水素の結合状態等を改質することができる。その結果、優れた出力特性を有する太陽電池１を製造することができる。
　より優れた出力特性を有する太陽電池１を得る観点からは、ｉ型半導体層１２とｉ型半導体層１４との両方に対して、イオンを用いない水素ラジカル処理を施すことが好ましい。
　以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第３の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
　（第４の実施形態）
　図２は、第４の実施形態において製造する太陽電池の略図的断面図である。
　第３の実施形態では、半導体基板１０の第１の主面１０ａの上にｐ型半導体層１１が形成されている一方、第２の主面１０ｂの上にｎ型半導体層１３が形成されている太陽電池１を製造する例について説明した。但し、本発明に係る太陽電池の製造方法は、他の形態の太陽電池の製造にも適用することができる。本実施形態では、裏面接合型の太陽電池の製造例について説明する。
　第４の実施形態のおける太陽電池の構成は、図２に示す第１の実施形態における太陽電池の構成と同じであるので、説明を省略する。
　この太陽電池２の製造に際しても、ｉ型半導体層１２，１４の少なくとも一方にイオンを用いない水素ラジカル処理を施してｉ型半導体層１２，１４を改質する。このようにすることによって、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態においても、優れた出力特性を有する太陽電池２を製造することができる。
　以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
　（実施例３）
　第３の実施形態に係る太陽電池１と実質的に同様の構成を有する太陽電池を、第３の実施形態において説明した方法により、下記の条件で作製した。
　実施例３では、太陽電池の製造に際し、ｉ型半導体層１２に対して、イオンを用いない水素ラジカル処理を施した。具体的には、減圧されたＣＶＤ装置の真空容器内に水素ガスを５００ｓｃｃｍで導入し、圧力を２Ｐａ～１０Ｐａに調整した。その後、ＣＶＤ装置への投入電力を３．５ｋＷ～４．０ｋＷとして水素ラジカルを発生させ、２０秒間にわたってｉ型半導体層１２に対して水素ラジカルを照射することにより、水素ラジカル処理を行った。なお、本実施形態では、ｉ型半導体層１４に対しては水素ラジカル処理を施さなかった。
　また、実施例３では、ｉ型半導体層１２は、ＣＶＤ装置の真空容器内にシラン（ＳｉＨ４）ガス２００ｓｃｃｍと水素（Ｈ２）ガス１００ｓｃｃｍとの混合ガスを導入し、圧力を１Ｐａ～５Ｐａに調整し、投入電力を３．５ｋＷ～４．０ｋＷとして、膜厚が１０ｎｍとなるように形成した。
　実施例３において作製した太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表３に示す。
　比較例１において作製した太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表３に示す。
　なお、表３に示す結果は、ｉ型半導体層１２に水素ラジカル処理を施さない比較例１の値を１００としたときの規格化値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３に示す結果から、ｉ型半導体層１２，１４にイオンを用いない水素ラジカル処理を施すことにより、イオンを用いない水素ラジカル処理を施さない場合や、イオンを用いた水素ラジカル処理を施した場合よりも曲線因子や最大出力などの太陽電池の出力特性を改善できることが分かる。
　（第５の実施形態）
　（太陽電池１の構成）
　第５の実施形態において図１を第１の実施形態と共通に参照する。第５の実施形態のおける太陽電池の構成は、第１の実施形態における太陽電池の構成と同じであるので、説明を省略する。
　（太陽電池１の製造方法）
　次に、太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
　（第１の固定工程）
　まず、図３に示すように、複数の半導体基板１０をトレイ２０に固定する。トレイ２０は、例えばＳＵＳ等からなる板状体により構成することができる。複数の半導体基板１０の固定は、例えば、このトレイ２０及び図示しないマスクを用いて半導体基板１０の各周縁部を、半導体基板１０の表面側及び裏面側のそれぞれから押さえることにより行うことができる。
　（半導体層形成工程）
　次に、トレイ２０に固定された複数の半導体基板１０の上に、ｉ型半導体層１４、ｎ型半導体層１３を形成する。その後、複数の半導体基板１０のｎ型半導体層１３を形成した面の反対に、ｉ型半導体層１２、ｐ型半導体層１１を形成する。ｉ型半導体層１２，１４並びにｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３の形成は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、スパッタリング法等の蒸着法により行うことができる。
　（照射工程）
　次に、半導体層１１～１４が形成された複数の半導体基板１０が固定された状態で、トレイ２０に水素ラジカル及び水素イオンのうちの少なくとも一方を照射する。
　（取り外し工程）
　次に、複数の半導体基板１０をトレイ２０から取り外す。
　（透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層形成工程）
　次に、ＴＣＯ層１５，１６を形成する。ＴＣＯ層１５，１６の形成は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等の蒸着法により行うことができる。
　なお、このＴＣＯ層形成工程は、取り外し工程の前に行ってもよい。すなわち、トレイ２０に複数の半導体基板１０が固定された状態でＴＣＯ層形成工程を行ってもよい。
　（電極形成工程）
　次に、電極１７と電極１８とを形成することにより太陽電池１を完成させることができる。なお、電極１７，１８の形成は、例えば導電性ペーストの塗布や、めっき法等により行うことができる。
　（第２の固定工程）
　取り外し工程の後に、取り外し工程において半導体基板１０が取り外されたトレイ２０に、半導体層１１～１４が形成されていない新たな半導体基板１０を固定する。
　本実施形態では、第２の固定工程、半導体層形成工程、照射工程、取り外し工程、ＴＣＯ層形成工程及び電極形成工程を繰り返し行うことにより、複数の太陽電池１を製造していく。
　このように、第５の実施形態では、ドーパントがドープされた半導体層を形成する半導体層形成工程の後に、トレイ２０に水素ラジカル及び水素イオンのうちの少なくとも一方を照射する照射工程を行う。このため、改善された出力特性を有する複数の太陽電池１を効率的に製造することができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、ドーパントがドープされた半導体層であるｐ型半導体層やｎ型半導体層を半導体基板の上に形成する工程においては、ドーパントがドープされた半導体層がトレイ及び図示しないマスクの上にも形成される。このため、このトレイを再利用した場合、ｉ型半導体層を形成する際に、トレイの上に形成されたドーパントを含む半導体層のドーパントがｉ型半導体層内にドープされてしまう。その結果、製造される太陽電池の出力特性が低くなってしまう。それに対して、本実施形態のように、トレイに水素ラジカル及び水素イオンのうちの少なくとも一方を照射した場合は、この照射工程においてトレイ上に形成された半導体層からドーパントを放出させることができる。よって、トレイの上に形成された半導体層におけるドーパント濃度を低くすることができる。従って、トレイを再利用した場合であっても、ｉ型半導体層に、トレイの上に形成された半導体層中に含まれていたドーパントがドープされることを抑制することができる。その結果、優れた出力特性を有する太陽電池を製造することができるものと考えられる。
　また、第５の実施形態では、取り外し工程の前に、照射工程を行う。このため、半導体層１１，１３にも水素ラジカル及び水素イオンの少なくとも一方が照射される。これにより、半導体層１１，１３が改質される。具体的には、半導体層１１，１３に含まれる水素の結合状態などが改質される。従って、より優れた出力特性を有する太陽電池１を製造することができる。
　さらに優れた出力特性を有する太陽電池を得る観点からは、照射工程は、イオンを用いない水素ラジカル処理を半導体層１１，１３に施す工程であることが好ましい。この場合にさらに優れた出力特性を有する太陽電池が得られる理由は、半導体層１１，１３の水素イオンによる損傷を抑制できるためであると考えられる。なお、イオンを用いない水素ラジカル処理は、リモートプラズマ法や、触媒化学気相成長（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：Ｃａｔ－ＣＶＤ）法、ホットワイヤー法等により行うことができる。
　また、取り外し工程の前に照射工程を行うことにより、半導体層１１，１３とＴＣＯ層１５，１６とのオーミック性を改善することができる。よって、さらに優れた出力特性を有する太陽電池を得ることができる。これは、照射工程においてトレイ２０の上に形成された半導体層から放出されたドーパントが半導体層１１，１３の表面に付着し、半導体層１１，１３の表層のドーパント濃度が高くなるためであると考えられる。
　なお、本発明の太陽電池の製造方法は、ｉ型半導体層と、ドーパントがドープされた半導体層とを有する太陽電池であれば、どのような太陽電池にも適用することができる。本発明の太陽電池の製造方法は、例えば、裏面接合型の太陽電池にも適用可能であるし、薄膜太陽電池にも適用可能である。
　上記第５の実施形態では、取り外し工程を照射工程の後に行う例について説明したが、取り外し工程を照射工程に先だって行ってもよい。
　また、ドーパントがドープされた半導体層が複数存在する場合は、少なくとも一つのドーパントがドープされた半導体層を形成した後に照射工程を行えばよく、すべてのドーパントがドープされた半導体層を形成した後に照射工程を行う必要は必ずしもない。
　本発明において、基板は、半導体基板に限定されない。
　以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
　（実施例４）
　上記第５の実施形態に係る太陽電池１と実質的に同様の構成を有する太陽電池を、上記実施形態において説明した方法により、下記の条件で複数作製した。具体的には、本実施例では、ｎ型半導体層１３を形成した後に、ｐ型半導体層１１を形成した。その後、照射工程を行った。
　具体的には、減圧されたＣＶＤ装置の真空容器内に水素ガスを２００ｓｃｃｍで導入し、圧力を２Ｐａ～１０Ｐａに調整した。その後、ＣＶＤ装置への投入電力を３．５ｋＷ～４．０ｋＷとして水素ラジカルを発生させ、４０秒間にわたってｐ型半導体層１１に対して水素ラジカルを照射することにより、水素ラジカル処理を行った。
　実施例４において、第２の固定工程を行った後に作製された太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表４に示す。
　また、実施例４では、ｐ型半導体層１１は、ＣＶＤ装置の真空容器内にシラン（ＳｉＨ４）ガス１５０ｓｃｃｍと水素（Ｈ２）ガス７５０ｓｃｃｍとジボラン（Ｂ２Ｈ６）５ｓｃｃｍとの混合ガスを導入し、圧力を１Ｐａ～５Ｐａに調整し、投入電力を３．５ｋＷ～４．０ｋＷとして、膜厚が５ｎｍ～１５ｎｍとなるように形成した。
　（実施例５）
　ｎ型半導体層１３を形成した後に照射工程を行い、ｐ型半導体層１１を形成し、その後照射工程を行わなかったこと以外は、実施例４と同様にして太陽電池を複数作製した。
　実施例５において、第２の固定工程を行った後に作製された太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表４に示す。
　比較例１において、第２の固定工程を行った後に作製された太陽電池の開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表４に示す。なお、表４に示す結果は、比較例１の値を１００とした規格化値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４に示す結果から、半導体層形成工程の後に照射工程を行うことにより、優れた出力特性を有する太陽電池を製造できることが分かる。
１，２…太陽電池
１０…半導体基板
１０ａ…第１の主面
１０ｂ…第２の主面
１１…ｐ型半導体層
１２，１４…ｉ型半導体層
１３…ｎ型半導体層
１５，１６…ＴＣＯ層
１７…ｐ側電極
１８…ｎ側電極
２０…トレイ

Claims (12)

  1. 　一の導電型を有する半導体基板の第１の主面上に、一の導電型を有する第１の半導体層を形成する工程と、
    　前記半導体基板の第２の主面上に、他の導電型を有する第２の半導体層を形成する工程と、
    　前記第１及び第２の半導体層の少なくとも一方に、イオンを用いない水素ラジカル処理を施す工程と、
    を備える、太陽電池の製造方法。
  2. 　前記イオンを用いない水素ラジカル処理を、リモートプラズマ法、触媒化学気相成長法、及びホットワイヤー法の少なくともひとつにより行う、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 　前記第１の半導体層を形成する工程は、
    　前記半導体基板の前記第１の主面上に、実質的に真性なｉ型非単結晶シリコン系半導体層を形成する工程と、
    　前記ｉ型非単結晶シリコン系半導体層上に、一の導電型の非単結晶シリコン系半導体層を形成する工程と、
    を有し、
    　前記イオンを用いない水素ラジカル処理を、前記一の導電型の非単結晶シリコン系半導体層の表面に施す、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 　前記第２の半導体層を形成する工程は、
    　前記半導体基板の前記第２の主面上に、実質的に真性なｉ型非単結晶シリコン系半導体層を形成する工程と、
    　前記ｉ型非単結晶シリコン系半導体層上に、他の導電型の非単結晶シリコン系半導体層を形成する工程と、
    を有し、
    　前記イオンを用いない水素ラジカル処理を、前記他の導電型の非単結晶シリコン系半導体層の表面に施す、請求項１～３のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 　前記水素ラジカル処理を施す工程の後に、前記半導体基板を大気に曝す工程と、
    　前記第１及び第２の半導体層のうちの少なくとも一方の上に、透明導電性酸化物層を形成する工程と、
    をさらに備える、請求項３または４に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 　一の導電型を有する半導体基板の第１の主面上に、実質的に真性な第１のｉ型半導体層を形成する工程と、
    　前記第１のｉ型半導体層の上に、一の導電型を有する第１の半導体層を形成する工程と、
    　前記半導体基板の第２の主面上に、実質的に真性な第２のｉ型半導体層を形成する工程と、
    　前記第２のｉ型半導体層の上に、他の導電型を有する第２の半導体層を形成する工程と、を備え、
    　前記第１のｉ型半導体層を形成する工程または前記第２のｉ型半導体層を形成する工程の後に、イオンを用いない水素ラジカル処理を前記第１及び第２のｉ型半導体層の少なくとも一方に対して施す工程をさらに備える、太陽電池の製造方法。
  7. 　前記イオンを用いない水素ラジカル処理を、リモートプラズマ法、触媒化学気相成長法及びホットワイヤー法の少なくともひとつにより行う、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 　前記第１のｉ型半導体層、前記第１の半導体層、前記第２のｉ型半導体層及び前記第２の半導体層の少なくともひとつは、水素を含む非単結晶シリコン系半導体からなる、請求項６または７に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 　基板と、前記基板の上に配された実質的に真性なｉ型半導体層と、前記基板の上に配されたドーパントがドープされた半導体層とを備える太陽電池を複数製造する方法であって、
    　前記基板をトレイに固定する第１の固定工程と、
    　前記トレイに固定された前記基板の上に、前記ｉ型半導体層を形成し、その後、前記ドーパントがドープされた半導体層を形成する半導体層形成工程と、
    　前記半導体層形成工程の後に、前記トレイに水素ラジカル及び水素イオンのうちの少なくとも一方を照射する照射工程と、
    　前記照射工程に先立って、または前記照射工程の後に前記基板を前記トレイから取り外す取り外し工程と、
    　前記取り外し工程において前記基板が取り外されたトレイに新たな前記基板を固定する第２の固定工程と、
    を備え、
    　前記第２の固定工程、前記半導体層形成工程、前記照射工程及び前記取り外し工程を複数回繰り返して行う、太陽電池の製造方法。
  10. 　前記取り外し工程を行う前に、前記照射工程を行う、請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
  11. 　前記照射工程の後に、前記ドーパントがドープされた半導体層の上に、透明導電層を形成する工程をさらに備える、請求項１０に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 　前記太陽電池は、一の導電型を有し、前記基板を構成している半導体基板と、前記半導体基板の上に配されており、一の導電型を有し、前記ドーパントがドープされた半導体層を構成している第１の半導体層と、前記半導体基板の上に配されており、他の導電型を有し、前記ドーパントがドープされた半導体層を構成している第２の半導体層と、前記半導体基板と前記第１の半導体層との間に配された第１の実質的に真性なｉ型半導体層と、前記半導体基板と前記第２の半導体層との間に配された第２の実質的に真性なｉ型半導体層とを備える、請求項９～１１のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
     
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