多晶型太阳能电池面板及其制造方法技术领域
本发明涉及一种多晶型太阳能电池面板及其制造方法。
背景技术
硅结晶型太阳能电池主要可大致分为单晶型太阳能电池及多晶型太阳能
电池。一般来说,对于结晶型太阳电池,如图8所示,将掺杂为n型或p型
的硅晶锭30,利用金属线31切断或利用切割技术,切成厚度200μm左右,
并将切片所得的晶锭用作成为太阳能电池的主体的硅晶片(Silicon wafer)(参
照专利文献1等)。硅晶锭30可为利用切克劳斯基法(Czochralski method)等制
作的单晶硅晶锭,也可为利用称作铸造法的方法使用铸模使熔解的硅凝固所
得的多晶硅锭。
此外,作为多晶型太阳能电池的多晶硅膜的制造方法,也已知有使沉积
在支撑基板上的硅粒子熔融并多晶化的方法(参照专利文献2)。图9中表示多
晶硅膜的成膜装置。使对硅阳极40进行电弧放电41而生成的硅粒子42(20nm
以下)随着氩气43通过传输管44而沉积在支撑基板45上,对沉积在支撑基
板45上的硅粒子42照射高温等离子体46而使硅粒子42熔融,利用卤素灯
47进行退火而制成多晶硅板,在分离室48中将支撑基板45与多晶硅膜49
分离。
此外,也正在研究利用高能量射束(闪光灯)使利用催化化学气相沉积
(Cat-CVD,Catalytic Chemical Vapor Deposition)法而沉积在玻璃基板上的非晶
硅结晶化的方法(参照专利文献3和非专利文献1)。根据该文献,在20mm见
方的石英基板上使成为电极的Cr成膜之后,利用Cat-CVD法使非晶硅沉积3
μm,利用闪光灯进行5ms的处理而使非晶硅结晶化。
专利文献1:日本专利特开2000-263545号公报
专利文献2:日本专利特开平6-268242号公报
专利文献3:日本专利特开2008-53407号公报
非专利文献
非专利文献1:大平圭介等“闪光灯退火引起的非晶硅薄膜的面内均匀
结晶化”第54次应用物理学会学术演讲会(2007春季)[光技术信息杂志
“(Lightedge)”No.29(2007年8月发行)]
发明内容
多晶型硅太阳能电池包括具有PN结的多晶硅膜。为了在多晶硅膜上形
成PN结而采取如下方法:1)使含掺杂剂物质(一般来说为玻璃)沉积在多晶硅
膜上,且使掺杂剂热扩散(利用湿式处理除去含掺杂剂物质);或2)将多晶硅膜
放置在含掺杂剂气体环境下来注入掺杂剂。
在这些PN结形成方法中,工序数增加而导致处理时间增长,或必须使
用危险性较高的气体,或掺杂量的控制或掺杂剂的注入深度的控制较为困难。
因此,本发明的第一目的在于通过简便地形成具有PN结的多晶硅膜而提供低
成本的多晶型硅太阳能电池。
本发明是对使用含掺杂剂硅晶锭进行溅镀成膜而得的非晶硅膜,利用等
离子体进行多晶化,且在该膜上形成PN结,从而形成具有PN结的多晶硅膜。
由此提供低成本的多晶型硅太阳能电池。优选以较高的材料利用效率提供含
掺杂剂硅晶锭,从而提供更低成本的多晶型硅太阳能电池。
本发明的第一方案涉及一种如下所示的多晶型太阳能电池面板的制造方
法。
[1]一种多晶型太阳能电池面板的制造方法,包括:工序A,准备P型或
N型硅靶材;工序B,利用所述P型或N型硅靶材,在基板表面溅镀形成P
型或N型非晶硅膜;以及工序C,对所述P型或N型非晶硅膜扫描等离子体
进行熔融后,使其再结晶化而形成P型或N型多晶硅膜。
[2]根据[1]所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,在所述工序A中,
经过以下步骤而获得P型硅靶材,即,将包含硼且纯度为99.999wt%以上的P
型硅晶锭进行粉碎而获得纯度为99.999wt%以上的P型硅粉末;将所述P型
硅粉末暴露在等离子体中而获得P型熔融硅;以及使所述P型熔融硅再结晶
化;或经过以下步骤而获得N型硅靶材,即,将包含磷或砷且纯度为99.999wt%
以上的N型硅晶锭进行粉碎而获得纯度为99.999wt%以上的N型硅粉末;将
所述N型硅粉末暴露在等离子体中而获得N型熔融硅;以及使所述N型熔融
硅再结晶化。
[3]根据[2]所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,所述P型硅晶锭或
所述N型硅晶锭的粉碎包括以下工序,即利用选自高压纯水切断、喷射磨(jet
mill)、湿式粒化、超声波破碎(ultrasonic disintegration)、冲击波破碎中的至少
一种方法,制成粒径为0.1μm以上且100μm以下的P型硅粉末。
[4]根据[1]至[3]中任一项所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,所述
基板包含Al、Ag、Cu、Sn、Zn、In、Fe中的任意的元素。
[5]根据[1]至[4]中任一项所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,所述
等离子体为大气压等离子体。
[6]根据[1]至[5]中任一项所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,所述
扫描速度为100mm/秒以上且2000mm/秒以下。
[7]根据[1]至[6]中任一项所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,还包
括工序D,将在所述工序C中形成的所述P型多晶硅膜暴露在利用包含砷或
磷的气体的等离子体中而形成PN结,或将在所述工序C中形成的所述N型
多晶硅膜暴露在利用包含硼的气体的等离子体中而形成PN结。
[8]通过[7]所述的方法而获得的多晶型太阳能电池面板。
本发明的第二方案涉及一种如下所示的多晶型太阳能电池面板的制造方
法。
[9]一种多晶型太阳能电池面板的制造方法,包括:工序α,准备P型硅
靶材和N型硅靶材;工序β,利用所述P型硅靶材和所述N型硅靶材,而在
基板表面溅镀形成P型非晶硅膜与N型非晶硅膜的非晶层叠膜;以及工序γ,
对所述层叠膜扫描等离子体进行熔融后,使其再结晶化而形成P型多晶硅膜
与N型多晶硅膜的多晶层叠膜。
[10]根据[9]所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,在所述工序α中,
经过以下步骤而获得P型硅靶材,即,将包含硼且纯度为99.999wt%以上的P
型硅晶锭进行粉碎而获得纯度为99.999wt%以上的P型硅粉末;将所述P型
硅粉末暴露在等离子体中而获得P型熔融硅;以及使所述P型熔融硅再结晶
化;且经过以下步骤而获得N型硅靶材,即,将包含磷或砷且纯度为99.999wt%
以上的N型硅晶锭进行粉碎而获得纯度为99.999wt%以上的N型硅粉末;将
所述N型硅粉末暴露在等离子体中而获得N型熔融硅;以及使所述N型熔融
硅再结晶化。
[11]根据[10]所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,所述P型硅晶锭
和N型硅晶锭的粉碎包括以下工序,即,利用选自高压纯水切断、喷射磨、
湿式粒化、超声波破碎、冲击波破碎中的至少一种方法,制成粒径为0.1μm
以上且100μm以下的P型硅粉末。
[12]根据[9]至[11]中任一项所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,所
述基板包含Al、Ag、Cu、Sn、Zn、In、Fe中的任意的元素。
[13]根据[9]至[12]中任一项所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,所
述等离子体为大气压等离子体。
[14]根据[9]至[13]中任一项所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,所
述扫描速度为100mm/秒以上且2000mm/秒以下。
[15]根据[9]至[14]中任一项所述的多晶型太阳能电池面板的制造方法,在
所述工序γ中,在所述多晶层叠膜上形成PN结。
[16]通过[15]所述的方法而获得的多晶型太阳能电池面板。
本发明提供一种包括多晶型硅膜的太阳能电池面板。本发明的太阳能电
池面板中的多晶型硅膜是对使用含杂质硅靶材进行溅镀成膜而得的非晶硅
膜,利用等离子体进行多晶化而形成。利用该方法,可简便地形成具有PN结
的多晶化硅膜。由此,本发明有助于多晶型太阳能电池面板的低成本化。
而且,根据本发明优选的形态,能够以较高的材料的利用效率制造含杂
质硅靶材。由此,根据本发明优选的形态,进而有助于多晶型太阳能电池面
板的低成本化。
附图说明
图1是表示从硅晶锭获得硅粉末、从而获得硅靶材的流程的图。
图2是表示对硅粉末照射等离子体的情况的图。
图3表示在基板上溅镀形成非晶硅膜的流程。
图4表示磁控溅镀(magnetron sputtering)装置的概略。
图5表示制造太阳能电池面板的流程。
图6表示制造太阳能电池面板的流程。
图7表示制造太阳能电池面板的流程。
图8是表示对硅晶锭进行切片的情况的图。
图9是表示现有的多晶硅膜的制造装置的概略的图。
符号说明
1:硅晶锭
2a:粗硅粉末
2b:硅粉末
2c:硅靶材
2d:非晶硅膜
2e:非晶硅膜
3:基板
4:多晶硅膜
5:纹理结构
6:多晶硅膜的表层
7:绝缘膜
8:电极
10:基体
20:阴极
21:阳极
22:等离子体喷射口
23:等离子体
30:硅晶锭
31:金属线
40:硅阳极
41:电弧放电
42:硅粒子
43:氩气
44:传输管
45:支撑基板
46:高温等离子体
47:卤素灯
48:分离室
49:多晶硅膜
50:大气压等离子体装置
51:真空腔室
54:基板保持器具
55:气体导入装置
56:排气装置
57:排气口
58:阀
59:接地屏蔽
60:磁路
61:水冷套
62:高电压施加电源
63:衬板
100:磁控溅镀装置
具体实施方式
本发明的多晶型太阳能电池面板的制造方法包括以下步骤:准备含有掺
杂剂的硅靶材;利用所述硅靶材,在基板表面溅镀形成含掺杂剂非晶硅膜;
以及对所述非晶硅膜照射等离子体而制成含掺杂剂多晶硅膜。
此外,本发明的多晶型太阳能电池面板的制造方法可大致区分为:1)使
非晶硅膜2d多晶化后,掺杂掺杂剂而制成具有PN结的多晶硅膜的第一形态
(参照图5);2)在非晶硅膜2d上进而形成非晶硅膜2e而制成非晶层叠膜,并
使非晶层叠膜多晶化而制成具有PN结的多晶硅膜的形态(参照图6)。
含掺杂剂硅靶材可从含掺杂剂硅晶锭获得。虽然含掺杂剂硅靶材也可通
过对含掺杂剂硅晶锭进行切片而获得,但是,如果对硅晶锭进行切片,则产
生大量的切削屑,因此材料的利用效率不高。由此,优选通过使含掺杂剂硅
晶锭的粉碎物熔融和再结晶化来获得含掺杂剂硅靶材。
图1中表示从含掺杂剂硅晶锭的粉碎物制造硅靶材的概要。
首先,准备含掺杂剂硅晶锭1(图1A)。含掺杂剂硅晶锭可含有P型掺杂
剂,也可含有N型掺杂剂。P型掺杂剂的例子中包含硼,N型掺杂剂的例子
中包含磷或砷。硅晶锭中的掺杂剂浓度可根据其用途而适当设定。
含掺杂剂硅晶锭只要满足太阳能级硅(solar-grade silicon)的基准即可。满
足太阳能级硅的基准的硅晶锭中的硅纯度为99.99wt%,优选为99.999wt%,
更优选为99.9999wt%。
将含掺杂剂硅晶锭1粉碎而制成硅粉末2b(图1B)。粉碎成硅粉末优选在
不使含掺杂剂硅晶锭的硅纯度降低的情况下进行。因此,含掺杂剂硅晶锭1
的粉碎优选分为包括以下2个工序的多个工序来进行。通过组合多个工序进
行粉碎,与在1个工序中将晶锭1粉末化为期望的粒径相比,可在更短的时
间内完成粉末化。
在粉碎的第一工序中,利用超高压水切断将含掺杂剂硅晶锭1制成粗硅
粉末2a。粗硅粉末2a的粒径约为3mm以下,优选1mm以下。所谓超高压水
切断是利用超高压水的碰撞能量来切断物质的方法。所谓超高压水可为具有
约300MPa的水压的水。超高压水切断例如可利用Sugino Machine制造的超
高压水切断装置进行。而且,此时使用的水优选为在半导体工艺中使用的级
别的比电阻(specific resistance)为18MΩ·cm的超纯水。
在粉碎的第二工序中,将所获得的粗硅粉末2a利用湿式微粒化方法、例
如Sugino Machine制造Starburst装置,或者喷射磨、超声波破碎或冲击波破
碎制成硅粉末2b。硅粉末2b的粒径为0.1μm以上且100μm以下,优选粒
径为0.3μm以上且70μm以下。所谓湿式微粒化是如下的湿式微粒化系统,
即,对流路中的分散有被粉碎物的液体,施加245MPa的超高压的压力能量,
使所述液体一度分支成2个流路,并在再次合流的部分上使被粉碎物相互碰
撞而粉碎。湿式微粒化与喷射磨、超声波破碎、冲击波破碎同样,是未使用
粉碎介质的粉碎方法,所以可抑制杂质之混入。
硅粉末2b的粒径是考虑粉碎设备的能力、量产的生产时间、以及用以使
硅粉末2b熔融的时间等来设定。如果硅粉末2b的粒径为100μm以下,则可
在相对低温下使硅粉末2b熔融。由于普通的硅的熔融温度为1410℃,所以为
了使硅熔融,需要大型炉。然而,如果硅粉末的粒径为100μm以下,则其熔
融温度降低。
在粉碎工序(图1B)中,导致太阳能电池的特性劣化的杂质、例如Al、Fe、
Cr、Ca、K等未混入至硅粉末2b中。也就是说,可在维持硅晶锭1的纯度的
情况下进行粉末化。由此,如果硅晶锭1的纯度为99.99%以上(优选99.9999%
以上),则能够使所获得的硅粉末的纯度也为99.99%以上(优选99.9999%以
上)。
另一方面,如果使用粉碎机或辊等粉碎硅晶锭1,则杂质会混入至粉碎物
中,因此,无法在维持硅晶锭1的纯度的情况下进行粉末化。
其次,将所获得的硅粉末2b载置在基体10上(图1C)。也可将硅粉末2b
收纳在容器中来代替载置在基体10上。基体10的材质并无特别限制,只要
为铜(Cu)、钼(Mo)、钛(Ti)、不锈钢(SUS)等即可。
为了将硅粉末2b载置在基体10上,优选利用刮浆板涂布干燥的硅粉末。
载置在基体10上的硅粉末的量优选约1.5g/cm2。而且,载置在基体10上的
硅粉末的量优选使所获得的硅靶材2c的厚度成为5~15mm那样的量。
其次,对载置在基体10上的硅粉末2b照射等离子体,使硅粉末2b熔融,
进而进行冷却使其多晶化,从而制成硅靶材2c(图1C)。等离子体也可为真空
等离子体,但是从处理的简便度、装置结构的便利度来说,优选大气压等离
子体。
图2表示此处可使用的大气压等离子体装置的概略。如图2所示,大气
压等离子体装置50具有阴极20及阳极21。在阳极21上设置着等离子体喷射
口22。如果在阴极20与阳极21之间施加DC(直流)电压,则产生电弧放电,
因此,通过使惰性气体(氮气等)流过,从等离子体喷射口22喷出等离子体23。
例如在日本专利特开2008-53632号公报等中公开了这种大气压等离子体装
置。
在大气压等离子体装置50的可沿XYZ轴移动的平台(未图示)上搭载载置
着硅粉末2b的基体10,利用大气压等离子体对基体10的表面从一端扫描至
另一端而进行热处理。大气压等离子体的温度为10000℃以上,优选使等离子
体喷射口22的前端的温度调整为约2000℃。等离子体喷射口22与基体10
的硅粉末2b相隔约5mm而配置。输入功率设为20kw,利用惰性气体挤出等
离子体23而喷射至基体10。来自喷射口22的等离子体23照射至基体10的
表面的直径40mm的区域。受等离子体23照射的区域的硅粉末2b熔融。
根据大气压电源的功率、或喷射口22与基体10的间隔等,可以任意地
控制大气压等离子体23在基体10的表面上的温度。适当地控制大气压等离
子体23在基体10的表面上的温度,从而调整硅粉末2b的熔融条件。
硅粉末2b熔融后,进而用惰性气体(氮气等)进行冷却而多晶化。由此,
在基体10上形成硅靶材2c。此时,如果使熔融的硅粉末2b急剧冷却,则成
为结晶粒径较小的多晶硅。
在挤出等离子体的惰性气体中也可混合微量的氢气。通过混合微量的氢,
能够除去形成在硅粒子2b的表面上的氧化膜,且可获得结晶缺陷较少的硅靶
材2c。
扫描速度优选设为100mm/秒~2000mm/秒,例如设为约1000mm/秒。如
果扫描速度为100mm/秒以下,则作为基底的基体10有时熔融而对所获得的
硅靶材2c造成不良影响。此外,如果扫描速度为2000mm/秒以上,则只有硅
粒子2b的上部熔融。而且,如果要以2000mm/秒以上的速度进行扫描,则装
置系统变得复杂。
将形成在基体10上的硅靶材2c从基体10上剥离而用作溅镀成膜用的硅
靶材。硅靶材2c与原料的硅晶锭1同样,含有掺杂剂。也就是说,硅靶材2c
被掺杂为P型或N型。硅靶材2c中的掺杂剂浓度根据用途而适当设定。
此外,所获得的硅靶材的厚度优选为5~15mm。以便用作溅镀成膜用的
靶材。
2.关于多晶型太阳能电池面板
本发明的多晶型太阳能电池面板的特征在于:利用含掺杂剂硅靶材,在
基板上溅镀形成非晶硅膜,对所形成的非晶硅膜照射等离子体而使之加热熔
融,进而进行冷却而再结晶化,从而制成多晶硅膜。在图3、和图5~图7中
表示其流程。
首先,准备基板3(图3A)。基板3成为太阳能电池的电极。具体来说,
基板3只要为Al、Ag、Cu、Fe等用作太阳能电池的背面电极的金属基板或
卷状体即可,并无特别限定。此外,基板3也可为高导电性透明基板,例如
为包含Sn、Zn、In的无机基板。如果使用高导电性透明基板,则可叠层多个
太阳能电池单元。
其次,利用含掺杂剂硅靶材,在基板3的表面上形成非晶硅膜2d(图3B)。
利用含掺杂剂硅靶材形成的溅镀膜成为与靶材同样地含有掺杂剂的非晶硅膜
2d。也就是说,利用P型硅靶材溅镀形成的非晶硅膜2d含有P型掺杂剂,利
用N型硅靶材溅镀形成的非晶硅膜2d含有N型掺杂剂。
此处使用的含掺杂剂硅靶材可设为从所述硅晶锭的粉碎物获得的硅靶
材。
只要利用通常的溅镀装置、例如磁控溅镀装置进行溅镀成膜即可。图4
中表示磁控溅镀装置100的概略结构。磁控溅镀装置100包括:真空腔室51;
包括硅靶材2c、水冷套(water-cooling jacket)61和磁路60的磁控电极;以及基
板3。
对真空腔室51设置着气体导入装置55、排气装置56、排气口57和阀58。
排气装置56可使真空腔室51的内部为负压。气体导入装置55可将溅镀气体
导入至真空腔室51的内部。溅镀气体一般为Ar气体等惰性气体。
磁控电极包括硅靶材2c、与硅靶材2c连接的高电压施加电源62、及配
置在硅靶材2c的背面(配置基板3的面的相反侧的面)侧的磁路60。在磁路60
与硅靶材2c之间配置有水冷套61。此外,硅靶材2c贴附在衬板63上。此外,
在磁控电极的周围配置有接地屏蔽59。
此外,形成有溅镀膜的基板3保持在基板保持器具54上,且与硅靶材2c
相对设置。
将含掺杂剂硅靶材2c配置在磁控溅镀装置100中,且使基板保持器具54
保持基板3。具体的溅镀成膜条件并无特别限定,可将真空腔室51的内部压
力设为0.5Pa,将DC电源的功率设为1kW,且将电极间隔(硅靶材2c与基板
3的间隔)设为约100mm。
形成在基板3上的非晶硅膜2d的厚度t(参照图3B)只要鉴于纹理(texture)
的结构等,并根据目的加以改变即可。通常的非晶硅膜2d的厚度t为0.1~0.5
μm。应在基板3的表面均匀地溅镀形成非晶硅膜。
将非晶硅膜2d转换为具有PN结的多晶硅膜,而制成太阳能电池面板的
硅基板。用来实现所述目的的流程可大致区分为以下两种形态。
第一形态:使非晶硅膜2d多晶化后,在其表层中掺杂掺杂剂而制成具有
PN结的多晶硅膜(图5)。
第二形态:在非晶硅膜2d上还形成非晶硅膜2e而制成非晶层叠膜,进
而使非晶层叠膜多晶化,而制成具有PN结的多晶硅膜(图6)。
关于第一形态
参照图5对第一形态进行说明。对形成在基板3上的非晶硅膜2d(图5A)
照射等离子体,使非晶硅膜2d熔融,进而进行冷却而多晶化,从而制成多晶
硅膜4(图5B)。照射的等离子体优选大气压等离子体。可利用与图2相同的
大气压等离子体装置50进行大气压等离子体的照射。
在大气压等离子体装置50的可沿XYZ轴移动的平台上搭载形成着非晶
硅膜2d的基板3,利用大气压等离子体源对基板3的表面从一端扫描至另一
端而进行热处理。大气压等离子体的温度一般为10000℃以上,但以使等离子
体喷射口22的前端的温度成为约2000℃的方式进行调整。等离子体喷射口
22与基板3的硅粉末2相隔约5mm而配置。输入功率设为20kw,利用氮气
挤出等离子体23而喷射至基板表面。来自喷射口22的等离子体23照射至基
板3的表面的直径为40mm的区域。受等离子体23照射的区域的非晶硅2d
熔融。
在基板表面的大气压等离子体23的温度可根据大气压电源的功率、喷射
口22与基板的间隔等任意地进行控制。适当地控制在基板表面的大气压等离
子体23的温度,而调整非晶硅2d的熔融条件。
通过等离子体照射使非晶硅2d熔融后,进而用惰性气体(氮气等)进行冷
却,而使熔融硅多晶化。由此,在基板3的表面形成多晶硅膜4。此时,如果
使熔融的非晶硅2d急剧冷却,则成为结晶粒径较小的多晶硅。因此,优选尽
量急速地进行冷却以使结晶粒径成为0.05μm以下。
在挤出等离子体的惰性气体中也可混合微量的氢气。通过混合微量的氢,
可除去非晶硅2d表面的氧化膜,且可获得结晶缺陷少的多晶硅膜4。
等离子体照射的扫描速度优选100mm/秒~2000mm/秒,例如设为约
1000mm/秒。如果扫描速度为100mm/秒以下,则作为基底的基板3有时熔融
而对所获得的多晶硅膜4造成不良影响。此外,如果扫描速度为2000mm/秒
以上,则只有非晶硅2d的上部熔融。而且,如果要以2000mm/秒以上的速度
进行扫描,则装置系统变得复杂。
如上所述,通过将形成在基板3上的硅膜设为非晶硅膜2d,可利用大气
压等离子体使硅膜熔融。通过利用大气压等离子体,可高效地使配置在大面
积的基板3上的非晶硅2d熔融、再结晶化。另一方面,通常难以利用大气压
等离子体使硅块熔融。
其次,将多晶硅膜4的表面加工成凹凸状而形成纹理结构5(图5C)。一
般而言,使太阳能电池的硅膜的入射面为纹理结构5来抑制入射面的反射。
多晶硅膜4的表面的加工方法并无特别限定,可利用酸或碱(KOH等)进行处
理,或者利用三氟化氯气体(ClF3)或六氟化硫(SF6)等的气体等离子体进行加
工。另外,具体的纹理结构5并无特别限定,设为众所周知的结构即可。
将掺杂剂注入至具有纹理结构5的多晶硅膜4的表层6中(图5D)。具体
来说,在多晶硅膜4含有P型掺杂剂的情况下,将N型掺杂剂注入至多晶硅
膜4的表层6;而在多晶硅膜4含有N型掺杂剂的情况下,将P型掺杂剂注
入至多晶硅膜4的表层6中。
掺杂剂的注入优选利用等离子体进行。利用等离子体注入作为N型掺杂
剂的磷或砷时,在存在含磷元素气体(PH3等)或含砷元素气体(AsH3)的条件
下,对多晶硅膜4照射等离子体即可。利用等离子体注入作为P型掺杂剂的
硼时,在存在含硼元素气体(BH3)的条件下,对多晶硅膜4照射等离子体即可。
注入掺杂剂后,对多晶硅膜4的表层6照射灯光等使掺杂剂活化。由此,
形成具有PN结的多晶硅膜4。
此外,在多晶硅膜4上叠层绝缘膜7(图5E)。绝缘膜7为氮化硅膜等即可。
通过叠层绝缘膜7而抑制入射光的反射,防止电气特性的劣化。此外,蚀刻
绝缘膜7的一部分,而在线状的蚀刻部上形成电极8(图5E)。电极8的材质例
如为银。
关于第二形态
参照图6对第二形态进行说明。在形成在基板3上的非晶硅膜2d(图6A)
上叠层其他非晶硅膜2e。非晶硅膜2e含有掺杂剂。具体来说,在非晶硅膜
2d含有P型掺杂剂的情况下,非晶硅膜2e含有N型掺杂剂,而在非晶硅膜
2d含有N型掺杂剂的情况下,非晶硅膜2e含有P型掺杂剂。
与非晶硅膜2d同样,优选通过利用含掺杂剂硅靶材进行溅镀成膜而形成
非晶硅膜2e。如果使用P型硅靶材,则形成含P型掺杂剂非晶硅膜2e,如果
使用N型硅靶材,则形成含N型掺杂剂非晶硅膜2e。优选用来溅镀形成非晶
硅膜2e的含掺杂剂硅靶材也如上所述由硅晶锭的粉碎物获得。
非晶硅膜2e的厚度优选为0.5~50μm。此外,优选非晶硅膜2e的厚度
的基准为非晶硅膜2d的厚度的2~10%。通过使两者的厚度优化,可提高发
电效率。
对非晶硅膜2d与非晶硅膜2e的层叠膜照射等离子体使之熔融,进而进
行冷却使其多晶化,而制成多晶硅膜4(图6C)。优选照射的等离子体为大气
压等离子体。
用以照射大气压等离子体的装置或方法与在图5B中获得多晶硅膜4的情
况相同即可。
其次,将多晶硅膜4的表面加工成凹凸状而形成纹理结构5(图6D)。纹
理结构5的形成与在图5C中形成纹理结构5的情况相同即可。
此外,在多晶硅膜4上形成绝缘膜7而形成电极8(图6E)。绝缘膜7或电
极8与图5E中的绝缘膜7或电极8相同。
关于其他形态
在第一形态及第二形态中,在基板3上形成非晶硅膜2d。在本形态(其他
形态)中,在基板3上配置含有掺杂剂的硅粉末2b,在硅粉末2b上形成含掺
杂剂非晶硅膜2d,之后,通过照射等离子体使硅粉末2b和非晶硅膜2d多晶
化,而获得具有PN结的多晶硅膜4(参照图7)。
参照图7对本形态(其他形态)进行说明。首先,在基板3上涂布硅粉末
2b(图7A)。基板3与图3A中的基板3相同。硅粉末2b为粉碎含掺杂剂硅晶
锭而获得的硅粉末2b(参照图1B),且含有P型掺杂剂或N型掺杂剂。
硅粉末2b的涂布可利用如下方法:a)利用刮浆板涂布干燥的硅粉末;或
b)利用旋转涂布(spin coating)、模涂(die coating)、喷墨或分配器(dispenser)等
来涂布使硅粉末2b分散在溶剂中而获得的墨水。通过使硅粉末分散在醇等中,
可获得所述墨水。包含硅粉末的墨水例如可参照日本专利特开2004-318165
号而获得。
在基板3上涂布的硅粉末2b的涂布量必须正确地调整,具体来说,优选
设定为约2~112g/cm2。不过,涂布在基板3上的硅粉末2b的涂布膜表面也
可略具有凹凸。其理由是:如下所述,由于利用等离子体使所涂布的硅粉末
2b熔融,因此涂布膜得到平滑化。
其次,在涂布的硅粉末2b上形成并叠层非晶硅膜2d(图7B)。非晶硅膜
2d含有掺杂剂。在硅粉末2b含有P型掺杂剂的情况下,非晶硅膜2d含有N
型掺杂剂,在硅粉末2b含有N型掺杂剂的情况下,非晶硅膜2d含有P型掺
杂剂。
硅非晶膜2d是利用溅镀装置或CVD装置而形成,优选利用所述含掺杂
剂硅靶材2c进行溅镀而形成。通过形成硅非晶膜2d,硅粉末2b的一部分(非
晶硅膜2d侧)变成非晶也可以。
叠层在硅粉末2b上的非晶硅膜2d的厚度并无特别限定,设为0.1~0.5
μm即可。
其次,通过利用大气压等离子体使基板3上的硅粉末2b及硅非晶膜2d
熔融,进而进行冷却而制成多晶硅膜4(参照图7C)。通过图2所示的装置进
行大气压等离子体的照射即可。其方法也与在第二形态中将非晶硅膜2d与非
晶硅膜2e的层叠膜制成多晶硅膜的情况(参照图6C)相同。
优选在多晶硅膜4上形成PN结,且多晶硅膜4的厚度设为0.5~50μm。
其次,将多晶硅膜4的表面加工成凹凸状而形成纹理结构5(图7D)。纹
理结构5的形成与在图5C中形成纹理结构5的情况相同即可。多晶硅膜4的
表层6被活化。
此外,在多晶硅膜4上形成绝缘膜7,且形成电极8(图7E)。绝缘膜7或
电极8与图5E中的绝缘膜7或电极8相同(图7E)。
[实验例1]
在基板(材质:铝,尺寸:370mm(X轴)×470mm(Y轴))上,利用含硼硅
靶材,溅镀形成含硼非晶硅膜2d(图5A)。非晶硅膜2d的厚度为50μm。
其次,以如图2所示的大气压等离子体装置,一面沿X轴方向扫描一面
从基板的一端至另一端照射等离子体,使非晶硅2d熔融、再结晶化,从而制
成多晶硅膜4(图5B)。等离子体照射区域为直径40mm的范围。挤出等离子
体的惰性气体采用了包括微量的氢气的氮气。从一端至另一端的扫描结束后,
沿Y轴方向偏移40mm,再次一面沿X轴方向扫描一面照射等离子体。重复
进行上述操作,而使配置在基板上的所有非晶硅2d再结晶化而成带状,从而
制成大致均匀的多晶硅膜。多晶硅膜4的厚度约为50μm。
其次,将多晶硅膜4的表面加工成凹凸状(纹理化)(图5C)。多晶硅膜4
的表面的加工可利用酸或碱(KOH等)溶液进行湿式蚀刻而进行,也可利用三
氟化氯气体(ClF3)或六氟化硫(SF6)等的气体等离子体进行蚀刻而进行。
其次,在多晶硅膜4的表面,利用等离子体掺杂磷(图5D)。掺杂是通过
以下方式进行,即,将PH3气体(0.5%He稀释)导入至10Pa的压力环境下的
20SCCM腔室中,利用13.56MHz的高频放电,以200W的功率进行30秒掺
杂处理。对经掺杂处理的多晶硅膜4照射灯光而使杂质活化。
此外,溅镀形成以防反射及防止结晶端的电气特性劣化为目的的绝缘膜
7(氮化硅膜)(图5E)。此外,蚀刻绝缘膜7的一部分,而在蚀刻部形成线状的
银电极8。
以上述方式获得了开路电压为0.6V(按10cm2换算)的太阳能电池。这是
不比目前市场上销售的结晶型太阳能电池逊色的数据。
在实验例1中,形成含硼非晶硅膜2d并使其多晶化,掺杂磷而形成PN
结。另一方面,通过形成含砷或磷非晶硅膜并使其多晶化,掺杂硼等P型掺
杂剂而形成PN结,也可获得相同的成果。
[实验例2]
在基板(材质:铝,尺寸:370mm(X轴)×470mm(Y轴))上,利用含硼硅
靶材,溅镀形成含硼非晶硅2d(图6A)。非晶硅2d的厚度为50μm。
在含硼非晶硅2d上溅镀形成含砷非晶硅膜2e而制成层叠膜(图6B)。含
砷非晶硅膜2e的厚度为2μm。
其次,以如图2所示的大气压等离子体装置,一面沿X轴方向扫描一面
从基板的一端至另一端照射等离子体,使非晶硅2d和2e熔融、再结晶化而
制成多晶硅膜4(图6C)。等离子体照射区域为直径40mm的范围。挤出等离
子体的惰性气体采用了包括微量的氢气的氮气。从一端至另一端的扫描结束
后,沿Y轴方向偏移40mm,再次一面沿X轴方向扫描一面照射等离子体。
重复进行上述操作,而使配置在基板上的所有非晶硅2d和2e再结晶化而成
带状,从而制成大致均匀的多晶硅膜。
其次,将多晶硅膜4的表面加工成凹凸状(纹理化)(图6D)。
此外,溅镀形成以防反射及防止结晶端的电气特性劣化为目的的绝缘膜
7(氮化硅膜)(图6E)。此外,蚀刻绝缘膜7的一部分,而在蚀刻部形成线状的
银电极8(图6E)。
以上述方式获得了开路电压为0.6V(按10cm2换算)的太阳能电池。这是
不比目前市场上销售的结晶型太阳能电池逊色的数据。
在实验例2中,形成含硼非晶硅膜2d后,叠层含砷非晶硅膜2e,利用气
体等离子体形成PN结。另一方面,在形成含砷非晶硅膜2d后,叠层含硼非
晶硅膜2e,利用气体等离子体形成PN结,也可获得相同的成果。
[实验例3]
在基板(材质:铝,尺寸:370mm(X轴)×470mm(Y轴))上涂布粒径约为1
μm的硅粉末2b(图7A)。由于粉碎含硼硅晶锭而获得硅粉末2b,所以为P
型掺杂。硅粉末2b的涂布是利用刮浆板进行,制成约30μm的厚度的涂布膜。
之后,利用含磷硅靶材,在硅粉末2b上形成非晶硅膜2d(图7B)。非晶
硅膜2d的厚度为2μm。
以如图2所示的大气压等离子体装置,一面沿X轴方向扫描一面从基板
的一端至另一端照射等离子体,使硅粉末和硅非晶膜熔融、再结晶化而制成
多晶硅膜4(图7C)。等离子体照射区域为直径40mm的范围。挤出等离子体
的惰性气体采用了包括微量的氢气的氮气。从一端至另一端的扫描结束后,
沿Y轴方向偏移40mm,再次一面沿X轴方向扫描一面照射等离子体。重复
进行上述操作,而使配置在基板上的所有硅粉末及硅非晶膜再结晶化而成带
状,从而制成大致均匀的多晶硅膜。多晶硅膜的厚度为15μm。
其次,将所形成的多晶硅膜4的表层6加工成凹凸状(纹理化)(图7D)。多
晶硅膜4的表面的加工可利用酸或碱(KOH等)溶液进行湿式蚀刻而进行,也
可利用三氟化氯气体(ClF3)或六氟化硫(SF6)等的气体等离子体进行蚀刻而进
行。
此外,溅镀形成以防反射及防止结晶端的电气特性劣化为目的的绝缘膜
7(氮化硅膜)(图7E)。此外,蚀刻绝缘膜7的一部分,而在蚀刻部形成线状的
银电极8(图7E)。
以上述方式获得了开路电压为0.6V(以10cm2换算)的太阳能电池。这是
不比目前市场上销售的结晶型太阳能电池逊色的数据。
在实验例3中,在基板3上涂布含硼硅粉末2b,进而形成含磷硅非晶膜
2d,将其制成多晶硅膜4。另一方面,在基板3上涂布含磷(P)或砷(As)硅粉末,
且形成含硼硅非晶膜2d,将其制成多晶硅膜4,也可获得相同的效果。
工业实用性
根据本发明,可低价且高效地提供一种大面积的太阳能电池面板。由本
发明提供的硅溅镀靶材可用作结晶型太阳能电池的硅原料。此外,根据本发
明,可低价且高效地提供一种大面积的太阳能电池面板。