JPH09511102A - 埋設接触子を有する薄膜多層太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数層からなる太陽電池構造は、複数の光起電性整流接合１５、１６、１７、１８を形成すべく配列されたｐ型及びｎ型半導体層１０、１１、１２、１３、１４が交互に積み重ねられた積層を含む。低品質の材料からなる薄膜を極めて高い不純物添加レベルで最適化することにより、低コストの電池が製造される。一般的、不純物レベルは１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超え、層の厚さは、その厚さでのキャリア拡散距離に関連する。全活性層を通過して下方に延びる溝を有する埋設接触子によって、層と層とが接続される。すなわち、各溝には、接触子が接続する層の型に応じてｎ型またはｐ型の不純物が添加される３３、３４。溝は、金属接続材料３１、３２によって、完全にまたは一部のみが充填される。

Description

【発明の詳細な説明】 埋設接触子を有する薄膜多層太陽電池 発明の分野 この発明は太陽電池技術に関し、より詳細には薄膜装置の改良に関する。 発明の背景 米国特許第４７２６８５０号及び第４７４８１３０号の主題である埋設型接触 子を有する太陽電池は、厚い基板（１２０ミクロン以上）素子によって形成され 、光起性の電力に関する業界で幅広く利用されている。 本発明は新しい太陽電池構造およびその実施方法に関し、交互に積層されたｎ 型およびｐ型の水平方向に延びる多数のシリコン層を用いて、質の低い材料中に おいて、光吸収により生成されるキャリアの収集率を大きく増加させる。インゴ ットから生成されたバルク基板から個々のウェーハまたは基板に形成する従来の 方法では上記構成は実現困難であるが、化学的蒸着、溶体成長（solution growt h）、液相エピタキシ、プラズマ蒸着、および無定形物質の再結晶化またはプラ ズマ蒸着とその後の結晶化などの新しい薄膜形成方法を用いれば、水平方向のｎ 型およびｐ型材料の複数層による上述の交互積層構成を簡単に実現できる。本願 発明者による先の別発明「埋設接触子によって相互連結された薄膜およびバルク 光起電性電池（ＰＣＴ／ＡＵ９２／００６５８）以前には、所与の極性を有する 全ての層を並列に接続するのが困難であったために、上記構成は光起電性素子の 組立には適当とされていなかった。ＰＣＴ／ＡＵ９２／００６５８に記載された 発明では、前出の埋設接触子を有する太陽電池のアプローチが用いられている。 すなわち、図１に示されるように、不純物を添加した全ての水平シリコン層の厚 さ全体を貫通する溝を形成し、対応するタイプの不純物（ドーパント）をこの溝 の壁に高密度で拡散させ、適当な極性を有する各層を接続する。これらの溝は、 シ リコン活性層すべてを接続できる十分な深さであって、有効な表面領域の減少に 起因する過度の損失を解消できる狭さであればどんな大きさでもよい。なお、こ の損失は、接触子領域に入射した光がシリコン材料に入ることができないために 起こる。 発明の概要 本発明は、交互に極性を有する材料からなる少なくとも３層が各層の間にｐ− ｎ接合を形成する太陽電池を開示する。前記少なくとも３層は、１０¹⁷ａｔｏｍ ／ｃｍ³を超える最大不純物密度を有し、各層の材料の不純物密度での少数キャ リア拡散距離を実質的に超えない厚さを有する。 一般的に、不純物の添加された層（不純物添加層）の厚さは、少数キャリア拡 散距離の０．０５倍から５倍、好ましくは不純物が添加された材料の少数キャリ ア拡散距離の０．２倍から２倍の範囲である。いずれかの層の領域が上記範囲に あれば、空間的に不均等な拡散距離と厚さの少なくとも一方を有する素子であっ ても本発明の範囲内とされる。キャリアの平均収集率を高くすることにより、上 記条件は満たされる。 電池は、結晶性または多結晶性シリコン、無定形シリコンおよびその合金、テ ルル化カドミウム、硫化カドミウム、銅−インジウムのデシラン化合物、ＣｕＩ ｎ_xＧａ_1-xＳ_yＳｅ_1-yで表される合金、またはその他の半導体材料から製造でき る。シリコンの積層からなる電池に、１つ以上の比較的薄いシリコンとゲルマニ ウムの合金層をさらに含ませてもよい。また、酸化シリコン、窒化シリコン、ま たは酸化窒化シリコンなどの絶縁材料からなる層をシリコン積層の間に挿入して もよい。 本発明の実施形態においては、真性材料すなわち添加不純物の少ない材料でで きた層を、交互に極性を有する層の組と組の間に挿入し、その接合をｐ−真性− ｎ接合とすることもできる。 シリコン材料を基本とした実施形態では、大半の層で通常１０¹⁷ａｔｏｍ／ｃ ｍ³を超える最大不純物密度が用いられ、材料の質に応じて不純物添加層は５０ オ ングストロームから５０μｍの範囲の厚さを有する。シリコン材料の場合、不純 物密度は、各層の少なくとも５０％部分において１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超 え、より好ましくは各層のほぼ全領域で１０¹⁷〜１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³であ る。 シリコン材料を用いた好適な実施形態では、各層は、０．２から１５ミクロン の厚さである。 シリコン電池では、最上層は好ましくは１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上の最大 不純物密度を有する。 第２の態様によれば、本発明は薄膜からなる太陽電池の製造方法であって、以 下のステップを含む。 （ａ） 基板上に、極性が交互になるよう不純物を添加された、半導体材料か らなる複数の薄層を積層し、これらの層の間に複数の整流接合を形成するステッ プ。各層の最大不純物密度は１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超え、各層は実質的に 、または十分に各不純物添加材料の少数キャリア拡散距離以下の厚さを有する。 （ｂ） 前記複数層に少なくとも２組の溝を連続的に形成し、不純物添加層の 一部または全部を露出するステップ。 （ｃ） 前記溝の少なくとも１つの表面全体にｐ型表面領域を形成するステッ プ。 （ｄ） 少なくとも１つの別の溝の表面全体にｎ型表面領域を形成するステッ プ。 （ｅ） 各溝に金属接触子を形成し、ｐ型およびｎ型の表面領域を接続するス テップ。 基板は、好ましくは結晶性、多結晶性、または無定形のシリコン、グラファイ ト、スチールまたは他の金属、セラミックまたはガラスのいずれかから選択され る。活性層は、化学的蒸着、溶体成長、液相エピタキシ、および無定形膜のプラ ズマ蒸着とその後の結晶化から選択可能なプロセスによって形成される。 更なる実施形態では、ｐ型およびｎ型層の各組の間に、真性すなわち添加不純 物の少ない層を形成するステップと、積層中に絶縁層を形成するステップとの少 なくとも一方を含む。 図面の簡単な説明 本発明の実施形態を、添付の図面を参照して説明する。 図１は、結晶性または多結晶性シリコンからなる、不純物を添加されたｎ型お よびｐ型の交互積層を有し、埋設型接触子によって埋設層どうしを接続する本発 明の太陽電池の基本構造を示した図である。 図２は、図１の構造と同様であるが、質の低いシリコン材料を用いた実施形態 の寸法を有する太陽電池を示した図である。 図３は、図１の構造と同様であるが、ｐ型およびｎ型の交互積層の間に真性層 を挿入した構造を示した図である。 図４は、図１の構造と同様であるが、半導体層の間に絶縁層が挿入された構造 を示した図である。 図５は、図１および図２の構造と同様であるが、金属接触子が全ての層を接続 しない構造を示した図である。 実施形態の詳細な説明 図１を参照しながら本発明を説明する。本発明の実施形態は、整流接合１５、 １６、１７、１８を形成するｐ型半導体層１０、１１とｎ型半導体層１２、１３ 、１４の交互積層構造を有する。半導体層１０〜１４は、基板１９上に交互に積 層され、これに支持される。基板１９は、結晶性、多結晶性、または無定形のシ リコン、グラファイト、スチールまたはその他の金属、セラミック、ガラス、ま たは半導体の薄膜を支持できるその他の材料から選択可能である。接触子３１、 ３２は、ｎ型層１２、１３、１４とｐ型層１０、１１のそれぞれに関し、次の工 程に従って形成される。まず、垂直方向の溝が形成され、半導体活性材料の全層 が露出される。次に、ｎ型領域を接続する接触子の場合、全てのｎ型層１２、１ ３、１４と接続され、全てのｐ型層１０、１１との接合を形成する、不純物添加 ｎ型垂直層３３が形成される。同様に、ｐ型層１０、１１を接続し、露出された ｎ型層１２、１３、１４との接合を形成するｐ型不純物添加層３４が溝内に形成 され る。次に、ｎ型およびｐ型層３３、３４によって決定される金属接触子３１、３ ２を溝内部に形成する。 図１の実施形態では５層で構成される電池が示されているが、最低３層の添加 物添加層（すなわち、ｐ−ｎ−ｐまたはｎ−ｐ−ｎ）で本発明の効果が得られる 。また、図１の実施形態では、溝が金属で完全に充填されているが、溝を部分的 に充填しても良好な結果が得られる。 図１に示されている半導体活性層１０〜１４は、以下を含む既知の層形成技術 のいずれかを用いて基板１９上に形成可能な薄膜である。すなわち、化学的蒸着 、溶体成長、液相エピタキシャル、プラズマ蒸着、および無定形物質の再結晶ま たはプラズマ蒸着およびその後の結晶化である。いずれの場合も、層形成ステッ プ中またはその後に不純物が注入される。 上述のように、本発明は改良型電池構造を提供し、ｐ型およびｎ型の少なくと も一方からなる複数層が用いられ、図１に示されるような不純物添加層の積層に は一般的でないドーピングレベルおよび層の厚さが選択される。実施可能な電池 の製造のために、本発明の実施形態ではＰＣＴ／ＡＵ９２／００６５８に開示さ れた接触子構造が利用されている。本発明の重要な効果は、個々の層の厚みおよ び不純物添加量を対応するシリコン材料の質に応じて選択することにより、大半 のキャリアが、それが収集される接合部に十分に近接して生成されることである 。上記要件は、装置のほぼ全領域にわたって、少数キャリア拡散距離が層の厚さ と少なくとも同等、好ましくはそれ以上であるという条件によって満たされる。 この結果、装置全体の厚さを通じ、さらには光の全波長に対し、キャリアの高収 集率及び高い内的量子効率が得られる。本発明によれば、拡散距離が短いことを 特徴とする、非常に質の低い安価なシリコン材料からでも効率の良い装置が製造 できる。本発明の技術により、中程度から高レベルの光捕獲に関して高電流の生 成が可能である。電圧に関しては、拡散距離の短いシリコン材料の場合、不純物 添加密度の増加または材料の体積減少のいずれかの手段により装置全体の暗飽和 電流を減少させ、開回路高電圧（high open circuit voltages）を適当に実現さ せることが必要である。ところが、従来の装置構造では、高い電池効率を達成す ると同時に上記効果を得るのは不可能である。本発明では、装置の電流生成能力 を 損なうことなく、より高密度の不純物を水平層に注入することができる。従来の 構成の場合、通常、添加剤密度が高くなると材料の拡散距離はかなり減少する。 しかしながら、質の低いシリコン材料がすでに用いられているのであれば、添加 剤密度の増加に伴う拡散距離の低下は比較的少なくてすむ。これにより、以下の 効果が得られる。すなわち、添加剤密度の増加にほぼ反比例して暗飽和電流が低 下するので、上記のような質の低い材料から通常期待される電圧に比べてはるか に高い電圧が得られる。したがって、水平方向の層の厚さが、使用されるシリコ ン材料の拡散距離に適合していれば、低品質の材料で高電流と高電圧の両方を得 ることができる。 本発明の効果を例証するために、市販のコンピュータモデリングパッケージを 用いて図１の装置構造をモデル化し、図２に示す層サイズの装置を製造した。こ の例では、各層の不純物密度は立方センチメートル当たり１×１０¹⁸ａｔｏｍｓ であるが、後部表面はより高密度に不純物が添加されている。これにより、装置 の電子性能が後部表面の再結合速度に影響されないことが保証される。さらに、 このモデル例では、最上のｎ型層の不純物密度は１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³ であって、対応する面積抵抗は８０Ω／＝である。また、１０，０００ｃｍ／ｓ の上面結合速度により、装置は、極めて上面近くに吸収される光短波長に対し良 好な反応を示す。図２の例に関する他のモデリングパラメータとして、例えば、 表面及び金属反射による５％の損失があるが、これは従来の埋設接触子を有する 太陽電池と同様である。 上記のモデリングパラメータに関連して本発明の性能を予測すると、光捕獲能 力が比較的乏しく、少数キャリアの寿命が非常に短い（１００ナノ秒未満）場合 でも、１６％を超える効率を比較的簡単に達成できる。さらに、結晶性または多 結晶性シリコン材料の特性を極めて低い状態で光捕獲のレベルを中程度にすれば 、上記予測効率は２０％近くまで急速に高まる。 複数のｎ型とｐ型の交互積層による別の効果として、接続点の間に、複数の導 電平行パスが供給され、これにより抵抗損の低減が実現する。各層の幅が、キャ リア拡散距離より小さくなるよう前のガイドラインにしたがって選択されると、 層と層の間のキャリア注入によって複数の層が自動的に電流を共有する。このよ うなプロセスは、従来の太陽電池の設計にはなかった。この結果、電流収集及び 暗飽和電流低減の実現のために、結果としての層における横方向の抵抗損からあ る程度独立して、不純物添加された上面プロファイル及び面積抵抗を最適化でき る。 このアプローチの別の利点は、電池の上面に平行する粒界に対する耐性である 。通常の電池構成では、この境界の、接合部から隔たった側部上に生成されたキ ャリアはほとんど収集されないために、その耐性は非常に悪い場合があった。本 発明の構成では、１つの層に２つの粒界が存在する場合を除けば、境界が上記の ように接合部から隔離されることはない。たとえそのような場合でも、２つの粒 界の間に直接存在するのは装置の不活性部分だけである。 一般に粒界耐性は、水素化、酸素化、選択的エッチングなどの標準技術により さらに向上する。 図３には、本発明の更なる実施形態が示されている。本実施形態においては、 添加不純物の少ないすなわち真性の領域２０、２１、２２、２３を、反対の不純 物極性を有する層の間に挿入することで、不純物添加積層の間に形成される接合 の質が高められている。これらの中間層２０〜２３は、単純に層形成中の不純物 の供給の中断または２種類の不純物の補償（相殺）により、形成が可能である。 これらの層の望ましい厚さは材料の質によって異なり、補償によって形成される 非常に薄い層から、厚さ１ミクロン以上の層まで変化しうる。この構成により、 ｐ型及びｎ型の各層の間にｐ−Ｉ−ｎ接合（ｐ−真性−ｎ接合）２５、２６、２ ７、２８が形成される。 すでに述べたように、水平方向の層はある範囲の技術及びアプローチを用いて 形成できる。これらの技術及びアプローチのほとんどは、層の形成と同時に不純 物添加が可能である。層形成後、レーザスクライビイング、ダイアモンドチップ スクライビング、ダイスウィールカッティング、化学エッチングに関連するフォ トリソグラフィの使用などによる機械的、化学的、または光学的アプローチのい ずれかによって、溝が形成される。なお、上記アプローチは、溝形成に関してす でに例証済みの技術である。適当な溝の形成後、溝の壁に適当な極性の不純物が 添加され、対応する極性を有する水平シリコン層が接続される。溝の壁への不純 物添加は、拡散や別の層の形成などによって行うことができる。次に、電解蒸着 、溶体成長、スクリーンプリンティング、はんだ付け、浸せきなどによって溝に 金属を付着させる。 層を支持する基板は、結晶性、多結晶性または無定形のシリコン、グラファイ ト、スチールまたはその他の金属、セラミック、ガラスなど、異なる多くの適切 な材料で形成可能である。 層の材料は、任意の半導体または半導体の組み合わせから選択可能である。例 えば、実施の一例として、比較的薄いシリコンとゲルマニウムの合金層をシリコ ンの積層に含ませ、電圧の出力を著しく損なうことなく装置の赤外反応を延ばす ことが可能である。他にも、無定形シリコン及びその合金、テルル化カドミウム 、硫化カドミウム、銅−インジウムのデシラン化合物または合金ＣｕＩｎ_xＧａ_{1 -x} Ｓ_yＳｅ_1-yなどの材料も使用できる。また、酸化、窒化、酸窒化シリコンなど の絶縁層を積層中に挿入させてもよい。これにより、層の成長中に次のような実 際的効果が得られる。すなわち、酸化物層の蒸着に続いて形成される層の成長条 件をリセットできるとともに、屈折率の不一致のために起こるこれらの層からの 反射によって光学デザインを最適化する範囲が提供される。 図４には別の実施形態が示されている。この実施形態においては、不純物添加 層３５〜４０の積層に、絶縁材料からなる層３１〜３４が挿入されている。この 積層には、それぞれが不純物添加された３層３５、４１、３６からなり、ｎ−ｐ −ｎの積層を構成するサブスタック５３、５４、５５が含まれる。前述の実施形 態と同様、層は以下の方法で接続される。すなわち、積層中に少なくとも２つの 溝を形成し、各溝に、垂直面を有するｎ型層４５、４６、４７と、垂直面を有す るｐ型層４８、４９、５０を形成する。次に、例えば化学メッキによって各溝に 金属接触子５１、５２を形成する。なお、ここでは各サブスタックは３層からな るが、これ以外の数の層を含むスタック構造も同様に可能である。 図４の構成は以下の効果を有する。装置の製造中に電池の層に欠陥が発生する と、その欠陥層の上に形成された層の機能しないか、または十分な効果が得られ ない。そこで、欠陥層の上に絶縁材料層を設けることにより、欠陥が発生した場 合でも層の構造をいわば「リセット」し、絶縁層上に積層された層には欠陥の影 響が及ばないようにすることができる。 図５に示した構造は、図１及び図２の構成と同様であるが、不純物添加された 垂直層３３、３４を介して、接触子３１、３２が層１０、１１、１２、１３、１ ４の全ての層を接続しているわけではない。図５に示した構成の効果は、非接続 層１４が、介在するｐ−ｎ接合によって、電池構造の他の部分から隔離されるこ とである。このような効果は、基板上に形成される層の質がはじめは低くても、 次々に層を重ねていくにつれて向上する場合に重要である。基板付近の層を接続 しないことにより、これらの層は十分な厚みがあれば不活性層となり、層が接続 された場合に比べても電池の性能は劣化しない。 図２の電池構造を製造するためのプロセスを以下に示す。 １． 電池を堆積させる基板を準備する ２． 化学的堆積法（ＣＶＤ）によってｎ型シリコン層を堆積させる ３． ＣＶＤによって前の層上にｐ型シリコン層を堆積させる ４． ＣＶＤによって前の層上にｎ型シリコン層を堆積させる ５． ＣＶＤによって前の層上にｐ型シリコン層を堆積させる ６． ＣＶＤによって前の層上にｎ型シリコン層を堆積させる ７． マスキング／表面不活性層を付着させる ８． レーザまたは機械的なスクラブにより第１の溝の組を形成し、その後、 溝をクリーニングする ９． 拡散またはＣＶＤによって第１溝の壁にｎ型不純物添加層を形成する １０．第１溝の壁表面にマスキング層を付着させる １１．第２の溝の組を形成し、その後、溝をクリーニングする １２．拡散またはＣＶＤによって第２溝の壁にｐ型不純物添加層を形成する １３．化学的なエッチングにより、溝内のシリコンを露出する １４．溝内の接触シリコンをニッケルで電解メッキする １５．ニッケルを焼結する １６．ニッケル上に銅を電解メッキすることにより銅の導体を形成する １７．銅に銀によるキャッピング層を形成する。 上記のステップ２から６において無定形シリコンを堆積させる場合には、好ま しくはステップ７の後に結晶化のステップがさらに必要である。 図には平面状の接合面が示されているが、実際にはこれらを変形させて電池の 光捕獲特性を向上させることもできる。 当業者であれば、材料の選択、組立技術、及び構成サイズに関し、発明の範囲 を逸脱せずに変更が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年１月２日 【補正内容】 請求の範囲 １． 少なくとも３層の交互極性層の各層間にｐ−ｎ接合部を形成する太陽電池 であって、 前記少なくとも３層は、１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超える最大不純物密度と 、それぞれの層の材料の不純物密度の少数キャリア拡散距離を実質的に超えない 厚さとを有する太陽電池。 ２． 請求の範囲１に記載の太陽電池であって、前記不純物の添加された層は、 不純物が添加されたそれぞれの材料の少数キャリア拡散距離の０．０５から５倍 の範囲の厚さを有する太陽電池。 ３． 請求の範囲１に記載の太陽電池であって、前記不純物の添加された層は、 不純物が添加されたそれぞれの材料の少数キャリア拡散距離の０．２から２倍の 範囲の厚さを有する太陽電池。 ４． 請求の範囲１に記載の太陽電池において、前記不純物の添加された層は５ ０オングストロームから５０μｍの範囲の厚さを有する太陽電池。 ５． 請求の範囲１に記載の太陽電池において、 電池の材料は、不純物の添加された結晶性または多結晶性シリコン、無定形シ リコン、無定形シリコンの合金、テルル化カドミウム、硫化カドミウム、銅−イ ンジウムのデシラン化合物、ＣｕＩｎ_xＧａ_1-xＳ_yＳｅ_1-yで表される合金の少な くも１つから選択される太陽電池。 ６． 請求の範囲１に記載の太陽電池において、電池はシリコンの積層と、シリ コンとゲルマニウムの合金からなる比較的薄い層とを含む太陽電池。 ７． 請求の範囲１に記載の太陽電池において、電池はシリコンの積層と、その 間に挿入された絶縁材料による絶縁層を含む太陽電池。 ８． 請求の範囲７に記載の太陽電池において、前記絶縁層は酸化、窒化、また はオキシニトロシリコンから形成される太陽電池。 ９． 請求の範囲８に記載の太陽電池において、前記絶縁層は不純物の添加され た３層以上の集合体どうしの間に挿入されている太陽電池。 １０． 請求の範囲１に記載の太陽電池において、真性材料または添加不純物の 少ない材料の層が、接合がｐ−真性−ｎ接合になるよう、少なくとも一組の交互 極性層の間に挿入されている太陽電池。 １１． 請求の範囲１に記載の太陽電池において、太陽電池の材料はシリコンで あり、多数層における最大不純物密度は１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上であり、 不純物の添加された層の厚さは約４０μｍ以下である太陽電池。 １２． 請求の範囲１１に記載の太陽電池において、不純物密度は、各層の少な くとも５０％部分において１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超える太陽電池。 １３． 請求の範囲１２に記載の太陽電池において、不純物密度は、各層の実質 的に全部分において、１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³から１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の 範囲にある太陽電池。 １４． 請求の範囲１１に記載の太陽電池において、各層の厚さは、０．２ミク ロンから１５ミクロンの間である太陽電池。 １５． 請求の範囲１に記載の太陽電池において、不純物の添加された材料の最 上層は、１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上の不純物密度を有する太陽電池。 １６． 薄膜からなる太陽電池の形成方法であって、 （ａ） 基板上に、半導体材料からなる複数の薄層を交互に積層して複数の整流 接合を層と層の間に形成するステップであって、少なくとも３層の最大不純物密 度が１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超え、それら各層の厚さがそれら材料の少数キ ャリア拡散距離を実質的に超えない積層形成ステップと、 （ｂ） 複数層中に少なくとも２組の溝を連続的に形成し、不純物の添加された 層の一部または全体を露出するステップと、 （ｃ） 前記溝の少なくとも１つに、その溝の表面全体にｐ型表面領域を形成す るステップと、 （ｄ） 少なくとも１つの別の溝の表面全体にｎ型表面領域を形成するステップ と、 （ｅ） 各溝に金属接触子を形成し、ｐ型及びｎ型の表面領域を接続するステッ プと、 を有する太陽電池形成方法。 １７． 請求の範囲１６に記載の方法において、前記基板は、結晶性、多結晶性 または無定形のシリコン、グラファイト、スチールまたはその他の金属、セラミ ックまたはガラスの少なくとも１つから選択される方法。 １８． 請求の範囲１６に記載の方法において、各活性層は、化学的堆積法、溶 体成長、液相エピタキシ、プラズマ堆積、及び無定形物質の再結晶とその後の結 晶化から選択される処理によって形成される方法。 １９． 請求の範囲１６に記載の方法において、ｐ型及びｎ型層の間に真性層ま たは添加不純物の少ない層を形成するステップをさらに含む方法。 ２０． 請求の範囲１６に記載の方法において、積層内に絶縁層を形成するステ ップをさらに含む方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも３層の交互極性層の各層間にｐ−ｎ接合部を形成する太陽電池 であって、 前記少なくとも３層は、１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超える最大不純物密度と 、それぞれの層の材料の不純物密度の少数キャリア拡散距離を実質的に超えない 厚さとを有する太陽電池。 ２． 請求の範囲１に記載の太陽電池であって、前記不純物の添加された層は、 不純物が添加されたそれぞれの材料の少数キャリア拡散距離の０．０５から５倍 の範囲の厚さを有する太陽電池。 ３． 請求の範囲１に記載の太陽電池であって、前記不純物の添加された層は、 不純物が添加されたそれぞれの材料の少数キャリア拡散距離の０．２から２倍の 範囲の厚さを有する太陽電池。 ４． 請求の範囲１、２、３のいずれかに記載の太陽電池において、前記不純物 の添加された層は５０オングストロームから５０μｍの範囲の厚さを有する太陽 電池。 ５． 請求の範囲１、２、３、４のいずれかに記載の太陽電池において、 電池の材料は、不純物の添加された結晶性または多結晶性シリコン、無定形シ リコン、無定形シリコンの合金、テルル化カドミウム、硫化カドミウム、銅−イ ンジウムのデシラン化合物、ＣｕＩｎ_xＧａ_1-xＳ_yＳｅ_1-yで表される合金の少な くも１つから選択される太陽電池。 ６． 請求の範囲１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池において、電池はシリ コンの積層と、シリコンとゲルマニウムの合金からなる比較的薄い層とを含む太 陽電池。 ７． 請求の範囲１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池において、電池はシリ コンの積層と、その間に挿入された絶縁材料による絶縁層を含む太陽電池。 ８． 請求の範囲７に記載の太陽電池において、前記絶縁層は酸化、窒化、また はオキシニトロシリコンから形成される太陽電池。 ９． 請求の範囲８に記載の太陽電池において、前記絶縁層は不純物の添加され た３層以上の集合体どうしの間に挿入されている太陽電池。 １０． 請求の範囲１〜９のいずれか１つに記載の太陽電池において、真性材料 または添加不純物の少ない材料の層が、接合がｐ−真性−ｎ接合になるよう、少 なくとも一組の交互極性層の間に挿入されている太陽電池。 １１． 請求の範囲１〜１０のいずれか１つに記載の太陽電池において、太陽電 池の材料はシリコンであり、多数層における最大不純物密度は１０¹⁷ａｔｏｍｓ ／ｃｍ³以上であり、不純物の添加された層の厚さは約４０μｍ以下である太陽 電池。 １２． 請求の範囲１１に記載の太陽電池において、不純物密度は、各層の少な くとも５０％部分において１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超える太陽電池。 １３． 請求の範囲１２に記載の太陽電池において、不純物密度は、各層の実質 的に全部分において、１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³から１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の 範囲にある太陽電池。 １４． 請求の範囲１〜１３のいずれか１つに記載の太陽電池において、各層の 厚さは、０．２ミクロンから１５ミクロンの間である太陽電池。 １５． 請求の範囲１〜１４のいずれか１つに記載の太陽電池において、不純物 の添加された材料の最上層は、１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上の不純物密度を有 する太陽電池。 １６． 薄膜からなる太陽電池の形成方法であって、 （ａ） 基板上に、半導体材料からなる複数の薄層を交互に積層して複数の整流 接合を層と層の間に形成するステップであって、少なくとも３層の最大不純物密 度が１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³を超え、それら各層の厚さがそれら材料の少数キ ャリア拡散距離を実質的に超えない積層形成ステップと、 （ｂ） 複数層中に少なくとも２組の溝を連続的に形成し、不純物の添加された 層の一部または全体を露出するステップと、 （ｃ） 前記溝の少なくとも１つに、その溝の表面全体にｐ型表面領域を形成す るステップと、 （ｄ） 少なくとも１つの別の溝の表面全体にｎ型表面領域を形成するステップ と、 （ｅ） 各溝に金属接触子を形成し、ｐ型及びｎ型の表面領域を接続するステッ プと、 を有する太陽電池形成方法。 １７． 請求の範囲１６に記載の方法において、前記基板は、結晶性、多結晶性 または無定形のシリコン、グラファイト、スチールまたはその他の金属、セラミ ックまたはガラスの少なくとも１つから選択される方法。 １８． 請求の範囲１６、１７のいずれかに記載の方法において、各活性層は、 化学的堆積法、溶体成長、液相エピタキシ、プラズマ堆積、及び無定形物質の再 結晶とその後の結晶化から選択される処理によって形成される方法。 １９． 請求の範囲１６、１７、１８のいずれかに記載の方法において、ｐ型及 びｎ型層の間に真性層または添加不純物の少ない層を形成するステップをさらに 含む方法。 ２０． 請求の範囲１６、１７、１８、１９のいずれかに記載の方法において、 積層内に絶縁層を形成するステップをさらに含む方法。