專利名稱：：太陽能電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及太陽能電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
：作為有利于環(huán)境的技術(shù)，積極開展了太陽能電池的開發(fā)。根據(jù)使用的半導(dǎo)體的種類，太陽能電池被分為硅太陽能電池和化合物半導(dǎo)體太陽能電池，硅太陽能電池被分為結(jié)晶硅類和無定形硅類。并且，結(jié)晶硅類太陽能電池被細(xì)分為單晶硅類和多晶硅類。利用單晶硅的太陽能電池從很久以前就一直在開發(fā)，例如在硅單結(jié)晶上形成有pn結(jié)或pin結(jié)的太陽能電池、形成有肖特基結(jié)(Schottkyjunction)的太陽能電池。該單晶石圭類的太陽能電池4爭才奐效率和可靠性良好，但是存在制造成本高的問題。為了解決該問題，提出了在廉價的玻璃等基板上層疊有微小的多晶石圭和無定形石圭的太陽能電池。雖然這^"的太陽能電池是大面積適于大量生產(chǎn)，但是與單晶硅類的太陽能電池相比存在光的轉(zhuǎn)換效率低的問題。作為提高轉(zhuǎn)換效率的方法之一，提出了在光的入射面上形成具有數(shù)iam以上的高低差的凹凸，使入射光在此經(jīng)過多重反射，借此來高效率地將光封閉在太陽能電池內(nèi)，即利用了所謂的光封閉效應(yīng)(light-trappingeffect)的方法。(例i口參照專利文獻(xiàn)1)此外，作為在基板上形成無定形^l:的方法，-提出了利用等離子CVD(等離子化學(xué)氣相沉積)裝置的方法(例如參照專利文獻(xiàn)2。)。然而，在該方法中，難以控制形成在基板上的無定形硅膜的特性以及膜厚，存在難于形成作為太陽能電池所滿意的半導(dǎo)體層的問題。并且，提出了在基板上層疊有結(jié)晶硅和無定形硅的混合型(HIT型)等的太陽能電池。與普通的多晶硅類相比，這種太陽能電池的光的轉(zhuǎn)換效率高且溫度特性優(yōu)良，但是存在制造工序繁雜的問題。另一方面，作為利用了化合物半導(dǎo)體的太陽能電池，提出了使用GaAs和CdTe等的III-V族和II-VI族的化合物半導(dǎo)體材沖牛的太陽能電池、使用有機(jī)類材料的染料敏化型的太陽能電池，雖然這些太陽能電池都可以期待實現(xiàn)高性能，但是制造成本高，且在抗老化性方面存在問題。專利文件1:特開平5-267702號公才艮專利文件2:特開平6-283435號^>才艮
發(fā)明內(nèi)容在于提供一種制造工藝簡單、且可以低成本制造的太陽能電池的構(gòu)成及其制造方法。本發(fā)明的太陽能電池的特征在于，在一對彼此相對的基板的各相對面上，形成具有不同功函數(shù)值的導(dǎo)電膜，并且所述導(dǎo)電膜之間夾持有硅層，所述一對基板至少其中之一是透明的，其中，在所述一對基板之間設(shè)置有包圍所述硅層的側(cè)面的絕緣體隔板。根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池，通過設(shè)置絕緣體隔板，能夠?qū)⒒彘g距離保持為一定距離，能夠防止導(dǎo)電膜和透明導(dǎo)電膜的接觸?；诖耍軌?qū)崿F(xiàn)可靠性高的太陽能電池。除此以外，通過設(shè)置絕緣體隔板，能夠從側(cè)面保護(hù)硅層，通過防止硅層的變形能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能電池的機(jī)械強(qiáng)度的提高。本發(fā)明的太陽能電池的制造方法的特征在于，包括在基板的一個面上形成導(dǎo)電膜的步驟；以包圍所述導(dǎo)電膜的周緣的方式形成絕緣體隔板的步驟；在所述基板的一個面的被所述絕緣體隔板包圍的區(qū)域內(nèi)填充液體硅組合物的步驟；在透明基板的一個面上形成透明導(dǎo)電膜的步驟；以所述透明導(dǎo)電膜與所述導(dǎo)電膜相對的方式在所述液體硅組合物上》文置所述透明基板的步驟，以及，對所述液體石圭組合物進(jìn)行加熱處理的步驟。根據(jù)本發(fā)明的太陽能電池的制造方法，由于在基板的一個面上形成凈皮絕纟彖體隔才反包圍的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)填充液體石圭組合物之后，對其進(jìn)4亍加熱處理乂人而形成石圭層，所以與現(xiàn)有4支術(shù)比4交，能夠通過非常簡單的方法制造太陽能電池，可以低成本地制造大面積的太陽能電池。而且，由于形成的硅層的側(cè)面被絕緣體隔板所覆蓋，且基板間距離能夠保持為一定距離，所以即使基板為大面積也不會彎曲，能夠防止夾持有硅層的電極間的短路，能夠制造可靠性高的太陽能電池。除此以外，由于能夠利用絕緣體隔板來保護(hù)硅層，所以能夠得到高強(qiáng)度的太陽能電池。作為所述導(dǎo)電膜，優(yōu)選使用具有大于由所述液體硅組合物固化而形成的硅層的費米能級的功函數(shù)值、且高反射率的金屬材料。才艮據(jù)此構(gòu)成，能夠形成可可靠地捕捉作為受光層的硅層所產(chǎn)生的空穴的陰極。而且，如果使用高反射率的金屬材料，則在硅層未吸收完的光能夠被導(dǎo)電膜反射，再次入射到石圭層并被吸收，能夠高凌丈率;也利用光。作為所述透明導(dǎo)電膜，優(yōu)選使用具有小于由所述液體硅組合物固化而形成的石圭層的費米能級的功函凝f直、且?guī)稙閘eV以上的才才料。根據(jù)此構(gòu)成，能夠形成可可靠地捕捉作為受光層的硅層所產(chǎn)生的電子的陽才及。而且，如果是帶隙為leV以上的材并+，則能夠充分地透過可纟見光。在填充所述液體硅組合物時，可以使用液滴噴吐法。才艮據(jù)此構(gòu)成，由于能夠非4妄觸且直4妄地對液體石圭組合物進(jìn)4亍圖案形成，所以能夠在需要區(qū)域內(nèi)對需要量進(jìn)行最低限度的使用，非常節(jié)省資源，能夠簡便且廉價地提供太陽能電池。附圖^兌明圖1是表示本發(fā)明的太陽能電池的第一實施方式的概略截面圖2示出本發(fā)明的太陽能電池的能帶圖3是表示本發(fā)明的制造方法的一個實施方式的概略截面圖；圖4是表示本發(fā)明的太陽能電池的第二實施方式的概略截面圖；以及圖5是表示本發(fā)明的太陽能電池的第三實施方式的概略截面圖。具體實施例方式下面，參照附圖對本發(fā)明的太陽能電池及其制造方法進(jìn)行說明。本實施方式示出了本發(fā)明的一個形態(tài)，但并不是用于限制本發(fā)明，可在本發(fā)明的4支術(shù)思想的范圍內(nèi)任意地進(jìn)4亍變更。另外，在以下所示的各個圖中，為了4吏各層和各部件在圖上成為可識別程度的大小，使各層和各部件的縮小不同。(太陽能電池)首先，參照圖1對本發(fā)明的太陽能電池的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖1是示出通過本發(fā)明的制造方法獲得的太陽能電池l的一個實施例的概略截面圖。該太陽能電池1由基板2、在基板2的上面上形成的陰才及3(導(dǎo)電膜)、在該陰4及3的上面形成的石圭層4、以包圍該石圭層4和陰才及3的側(cè)面的方式形成的絕全彖體隔^反5、隔著該絕緣體隔板5及硅層4與陰極3相對設(shè)置的陽極6(透明導(dǎo)電膜)、以及設(shè)置在該陽極6的上面的透明基板7?；?是作為陰極3的導(dǎo)電膜以及太陽能電池1整體的支承部件，透明基板7是作為陽極6的透明導(dǎo)電膜的支承部件，均由平板狀的部件構(gòu)成?；?由例如玻璃、以及金屬、陶瓷、塑料等的各種材料構(gòu)成，可以是不透明的材料，也可以與透明基板7同樣是透明的材料。在本實施方式的太陽能電池l中，如圖1所示，由于4吏光/人透明基板7側(cè)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長區(qū)具有透明性的材料即可，沒有特別的限定，可以無色透明、以及有色透明、半透明，可以適當(dāng)?shù)貁使用Jf皮璃、塑料等。并且，基板2以及透明基板7也可以具有可撓性。但是，需要具備耐熱性，能夠耐受石圭層4形成的時的處理溫度。陰極3形成在基板2的上面，成為捕捉在作為受光層的硅層4產(chǎn)生的空穴的陰極。特別是，導(dǎo)電膜3優(yōu)選是具有大于硅層4的費米能級的功函數(shù)值的材料。也就是說，使用導(dǎo)電膜3的費米能級(通常為負(fù)值，在此用絕對值表示)例如是硅的本征帶間能量的4.61eV以上的材料。而且，如果使用反射率高的金屬，則未被珪層4吸收完的入射光能夠在陰極3被反射，再次入射到硅層4并被吸收，能夠高效率地利用入射光，所以優(yōu)選這種方式。作為這樣的材料，可以列舉Pt、Au、Ni、Ir、Co等金屬或它們的合金等。在本實施方式中，使用功函數(shù)值為5.29eV且反射率高的Pt。絕緣體隔板5是以包圍陰極3以及硅層4的側(cè)面的方式形成的壁部件，發(fā)揮將基斗反2和透明基板7之間保持為一定間隔的功能，其結(jié)果是在防止導(dǎo)電膜3和透明導(dǎo)電膜7接觸的同時，可以控制硅層4的膜厚。而且，保護(hù)珪層4，防止其變形，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)才是高太陽能電池的機(jī)械強(qiáng)度。特別是在大面積的太陽能電池中，由于能夠防止基板2及透明基板7的彎曲，所以非常有效。該絕緣體隔板5例如由聚碳酸酯、紫外線固性樹脂、熱固性樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂等各種樹脂材料、以及玻璃、陶瓷等構(gòu)成，也可以組合使用這些材料。在本實施方式中，4吏用石圭fU匕物的TEOS(正石圭酸乙酯)的約ljam的絕緣體隔板5。如后所述，硅層4是通過在絕緣體隔板5所包圍的區(qū)域內(nèi)填充液體硅組合物之后實施加熱處理而形成的，是接收太陽光等入射光并產(chǎn)生電子和空穴的受光層。該硅層4的膜厚優(yōu)選至少是lpm以上。這是因為光入射并浸入到硅層4內(nèi)的深度即浸透長(吸收長)L。是lpm(例如波長500nm左右的可4見光的情況)。下面進(jìn)行更詳細(xì)地說明，在假設(shè)入射光在硅層4內(nèi)以一定強(qiáng)度被吸收的情況下，該吸收長U是作為該吸收介質(zhì)的硅層4的吸收系數(shù)(Xo的倒數(shù)。這是因為在硅層4中僅浸入吸收長La的時刻的入射光的強(qiáng)度為e",減少到原強(qiáng)度的37%,所以在此以上的利用是不實際的。并且，如果該吸收長La是硅的吸收系數(shù)ao-1xlC^cm",則La=l(am,使硅層4的膜厚為吸收長La以上應(yīng)該是最有效的。陽極6形成在透明基板7的下面，是捕捉在硅層4產(chǎn)生的電子的陽極。特別是，構(gòu)成陽極6的透明導(dǎo)電膜與構(gòu)成陰極3的導(dǎo)電膜相反，優(yōu)選為具有小于硅層4的費米能級的功函數(shù)值的材料。也就是說，透明導(dǎo)電膜的費米能級(通常為負(fù)值，在此用絕對值表示)優(yōu)選是例如;圭的本征帶間能量的4.61eV以下。而且，為了^f吏入射光入射到硅層4中，需要導(dǎo)電膜相對于入射光實質(zhì)上是透明的。作為這樣的材料，可列舉ZnO、ln203、Sn02、CdO等。而且，如果4吏用帶隙為3.1eV以上的材:扦，則能夠-使可^L光(波長0.4(mi以上的光)充分地透過。在本實施方式中，使用功函數(shù)值是3.4eV的ZnO。圖2示出了本發(fā)明的太陽能電池的能帶圖。^M，表示作為陽極的透明導(dǎo)電膜6的功函tt值，0M2表示作為陰才及的導(dǎo)電力莫3的功函數(shù)值。而且，圖2中的Esi表示硅的費米能級(優(yōu)選為本征帶間能量)。如果各材料接合，則能帶圖變形，在硅膜中產(chǎn)生能帶的彎曲(能帶彎曲)。而且，如果在陽極上施加正的偏壓，在陰極上施加負(fù)的偏壓，則能帶的彎曲增大，通過光照射而產(chǎn)生的空穴和電子對易于分離。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)效率良好的太陽能電池。如上所述，在本實施方式中，由于能夠通過在石圭層4的側(cè)部i殳置絕緣體隔板5而使基板間距離保持為一定距離，所以即使基板為大面積也不會彎曲，能夠防止夾持有硅層4的電極間的短路。除此以外，通過設(shè)置絕緣體隔板5，能夠保護(hù)硅層4，能夠防止其變形，因此能夠?qū)崿F(xiàn)提高太陽能電池的機(jī)械強(qiáng)度。因而，形成大面積且可靠性高的太陽能電池。(太陽能電池的制造方法)接著，參照圖3，對制造上述的太陽能電池1的方法的一個實施方式進(jìn)行說明。圖3(a)至圖3(e)是示出太陽能電池l的制造方法的工序圖，與圖1所示的太陽能電池1的截面圖對應(yīng)。本實施方式示出了本發(fā)明的一個方式，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)可以基于設(shè)計要求等進(jìn)行各種變更。而且，在下面的附圖中，各構(gòu)成的比例尺和個數(shù)與實際構(gòu)造是不同的，以易于判斷各構(gòu)成及工序。首先，準(zhǔn)備作為太陽能電池l的支承體的基板2，如圖3(a)所示，在基板2上形成作為陰極的導(dǎo)電膜3。在基板2上形成導(dǎo)電膜3的方法沒有特別的限制，但是，在本實施方式中，由于使用Pt作為導(dǎo)電膜3,所以在3皮璃基板2上通過濺射法4吏Pt膜成膜之后，實施圖案形成，并形成陰才及。接著，以l(am以上的層厚的方式形成絕緣體層以覆蓋基板2和導(dǎo)電膜3的上面，之后，通過照相平版印刷法對該絕緣體層實施圖案形成，如圖3(b)所示，形成絕緣體隔板5以包圍導(dǎo)電膜3的側(cè)部?；诖耍軌蛟诨?上形成被絕緣體隔板5包圍的區(qū)域。這時，絕緣體隔板5的高度是應(yīng)該形成的硅層4的膜厚加上導(dǎo)電膜3的膜厚及透明導(dǎo)電膜6的膜厚的總和。通過調(diào)整該絕纟彖體隔板5的高度，能夠容易地控制之后形成的硅層4的層厚。如圖3(c)所示，在被絕緣體隔板5劃分的基板2上面的區(qū)域內(nèi)注入液體石圭組合物8。通過4吏液體石圭組合物8的注入量與絕》彖體隔板5的高度大體一致，能夠通過絕緣體隔板5來控制石圭層4的層厚。注入液體硅組合物8的方法沒有特別的限制，除了以絲網(wǎng)印刷法和凹版印刷等為代表的接觸式的印刷方法之外，還可使用以分配(dispenser)法和噴墨法(液滴噴吐法)等為表的非*接觸式的注入及印刷方法。特別是如果使用噴墨方式，由于能夠非接觸且直接地對液體硅組合物8進(jìn)行圖案形成，所以能夠在需要區(qū)域中對需要量進(jìn)行最低限度的使用，盡量節(jié)省資源，能夠簡便且廉價地提供太陽能電池l,所以優(yōu)選這種方式。本實施方式的液體石圭組合物8是指用于形成作為太陽能電池1的受光層而發(fā)揮功能的硅層4的液體硅組合物，并且，通過對其加熱而形成硅薄膜的液體狀的前體組合物。更加具體地來講，是指用化學(xué)式(-(SiH2)n-)所表示的聚硅烷、用化學(xué)式(Si5H1G)所表示的環(huán)戊矽烷(或稱環(huán)戊硅烷)(簡稱CPS)與有機(jī)溶劑的混合物。聚硅烷是固體，幾乎不溶于所有有機(jī)溶劑，但是由于可溶于作為其前體的CPS,所以將聚石圭烷溶解在CPS和有4幾溶劑的混合溶劑中，即可溶解聚石圭烷并得到液體石圭組合物8。這樣的液體硅組合物8的調(diào)制法可是各種各樣的，例如使用以下的方法。首先，在精制CPS之后，照射紫外線引起光聚合，在該光聚合即將完成的時候停止紫外線照射。在常溫下向無色液體CPS照射例如波長405nm的紫外線，開環(huán)聚合形成白色固體的聚石圭烷，平均分子量為2600的具有較寬分子量分布的聚^圭烷成為溶解在未反應(yīng)的CPS中的狀態(tài)。將其用曱苯等有機(jī)溶劑稀釋，由于此時生成不溶物，將不溶物用過濾器除去最終得到液體硅組合物8。由于該液體硅組合物8需要轉(zhuǎn)換成高純度的硅，所以優(yōu)選其組成中不含有石友原子以及氧原子。通過適當(dāng)調(diào)整液體-圭組合物8的組成和該液體硅組合物8形成硅層4時的加熱條件，能夠形成碳以及氧的含有率極低、并可作為太陽能電池l的半導(dǎo)體層而充分地發(fā)揮功能的硅層4。接著，與上述的各個工序不同地準(zhǔn)備透明基板7，在該透明基才反7的一個面上形成透明導(dǎo)電爿莫6。該工序可以利用7>知的各種方法。然后，如圖3(d)所示，以透明導(dǎo)電膜6和導(dǎo)電膜3對置的方式將透明基寺反7力欠置在液體硅組合物8上。之后，在對它們實施熱處理4吏液體^:組合物8成為石圭層4,并且，將附圖上側(cè)的透明基板7固定在硅層4上，形成了圖l所示的本實施方式的太陽能電'池1。該熱處理條件例如是在殘留氧氣濃度為0.5ppm以下的氮氣氣氛中，在20(TC至400。C、優(yōu)選在350。C條件下處理120分鐘等。這樣，通過控制條件，能夠降低硅層4中的碳及氧的含量。在熱處理條件下，液體硅組合物8中的有機(jī)溶劑最初揮發(fā)之后，鍵能224kJ/mol的Si-Si鍵斷裂，以SiHs及SiH3的形式脫離。接著，鍵能318kJ/mol的Si-H4建斷裂，利用殘留的Si原子形成硅層4。因此，不管在液體硅組合物8中是否含有有機(jī)溶劑，都能夠使碳及氧殘留量為極微量，從而得到半導(dǎo)體特性良好的硅層4。但是，由于在該熱處理的冷卻過程中，如果驟冷，則由于熱膨脹系數(shù)不同而容易引起界面剝離，所以在冷卻時以每分鐘5。C以下的速度緩慢降溫。如以上所i兌明的，才艮據(jù)本實施方式的制造方法，通過以液體處理來形成硅層4,可低能耗、低成本、高通量地制造高效率、大面積的太陽能電池。圖4及圖5是利用本發(fā)明的制造方法得到的太陽能電池的第二、第三實施方式的概略截面圖。第二、第三實施方式與第一實施方式的不同點是立設(shè)有多個絕緣體隔板列51......。該絕緣體隔板列51……將硅層4分割成多個小區(qū)劃41......。圖4所示的第二實施方式的太陽能電池11在基板2上形成的導(dǎo)電膜3的上設(shè)置多個絕緣體隔板列51......之后，在該絕緣體隔板歹'J51......所包圍的各個區(qū)域內(nèi)分別填充液狀石圭組合物8。4妄著，將透明基板7放置在該液體硅組合物8上，之后，進(jìn)行熱處理，形成由小區(qū)劃41......構(gòu)成的石圭層4。圖5是通過本發(fā)明的制造方法得到的太陽能電池的第三實施方式的和克略截面圖。第三實施方式與第二實施方式不同點是在導(dǎo)電膜3和透明導(dǎo)電膜6上設(shè)置有槽部31......以及61......，在該槽部31......以及61......內(nèi)立i殳有纟色纟彖體隔4反列51歹'J......。才曹部31......以及61......是在導(dǎo)電膜3以及透明導(dǎo)電膜6成膜之后，分別通過照相平版印刷法進(jìn)行圖案形成而形成的。如圖4所示的第三實施方式及圖5所示的第四實施方式那樣，通過設(shè)置多個絕緣體隔板列51……，即使太陽能電池ll、12大面積化，絕緣體隔板列51......也能夠作為支承硅層4的層厚的墊片(spacer)而起作用，所以能夠防止導(dǎo)電膜3及透明導(dǎo)電膜6的接觸而短3各，能夠l是供可靠性高的太陽能電池ll。而且，通過設(shè)置多個絕緣體隔板列51......，硅層4的機(jī)械強(qiáng)度才是高，所以能夠防止大面積的太陽能電池11由于自重而彎曲，借此也能夠提高太陽能電池11的可靠性。附圖才示i己i兌明<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>權(quán)利要求1.一種太陽能電池，其特征在于，在一對彼此相對的基板的各相對面上，形成具有不同功函數(shù)值的導(dǎo)電膜，并且所述導(dǎo)電膜之間夾持有硅層，所述一對基板至少其中之一是透明的，其中，在所述一對基板之間設(shè)置有包圍所述硅層的側(cè)面的絕緣體隔板。2.—種太陽能電池的制造方法，其特4正在于，包^l舌在基板的一個面上形成導(dǎo)電膜的步驟；以包圍所述導(dǎo)電膜的周緣的方式形成絕纟彖體隔^反的步驟；在所述基板的一個面的被所述絕緣體隔板包圍的區(qū)域內(nèi)填充液體硅組合物的步驟；在透明基板的一個面上形成透明導(dǎo)電膜的步驟；以所述透明導(dǎo)電膜與所述導(dǎo)電膜相對的方式在所述液體硅組合物上放置所述透明基板的步驟，以及對所述液體硅組合物進(jìn)行加熱處理的步驟。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，作為所述導(dǎo)電膜，4吏用具有大于由所迷液體石圭組合物固化而形成的硅層的費米能級的功函數(shù)值、且高反射率的金屬材料。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，作為所述透明導(dǎo)電力莫，-使用具有小于由所述液體石圭組合物固化而形成的硅層的費米能級的功函數(shù)值、且?guī)稙閘eV以上的材泮+。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的太陽能電池的制造方法，其特征在于，在填充所述液體石圭組合物時，<吏用液滴噴吐法。全文摘要本發(fā)明提供了一種可廉價地制造太陽能電池的構(gòu)造及其制造方法。通過在形成為具有不同的功函數(shù)值的導(dǎo)電膜的兩個基板間設(shè)置絕緣體隔板，能夠防止基板間的導(dǎo)通，可以得到可靠性高的太陽能電池。而且，通過在絕緣體隔板所包圍的區(qū)域內(nèi)填充液態(tài)硅組合物并對其進(jìn)行熱處理而形成硅層，可廉價地提供可靠性高的太陽能電池。文檔編號H01L31/02GK101533864SQ20091012710公開日2009年9月16日申請日期2009年3月11日優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日發(fā)明者瀧澤照夫,田中英樹申請人:精工愛普生株式會社