DE4207411A1

DE4207411A1 - Duennschicht-solarzelle und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE4207411A1
Application number: DE4207411A
Authority: DE
Inventors: Hajime Sasaki; Hiroaki Morikawa; Kazuhiko Satoh; Mikio Deguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-03-07
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1992-09-10
Also published as: US5273911A; US5441577A; US5344500A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Dünnschicht-Solarzellen und Verfahren zu deren Herstellung. Im besonderen bezieht sie sich auf Dünnschicht-Solarzellen, die Graphitscheiben o. ä. als Sub strat verwenden, und Verfahren zu deren Herstellung, bei denen der Herstellungsprozeß vereinfacht, die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der Solarzellen erhöht und die Herstellungs kosten verringert sind.

Fig. 43 ist eine perspektivische Darstellung einer Dünn schicht-Solarzelle, bei der eine Umwandlung von Licht in elek trischen Strom in einer dünnen Si-Schicht, die auf einem Sub strat gebildet ist, ausgeführt wird. In Fig. 43 bezeichnet das Bezugszeichen 200 das Substrat. Eine aktive Schicht 201, die einen pn-Übergang aufweist und zur Stromerzeugung beiträgt, ist auf dem Substrat 200 angeordnet. Eine Antireflexionsschicht 202 ist auf der aktiven Schicht 201 angeordnet. Eine obere Elektrode ist auf der Antireflexionsschicht 202 angeordnet. Diese obere Elektrode weist eine Fingerelektrode 203a, die den in der aktiven Schicht 201 erzeugten photoelektrischen Strom sammelt, und eine Buselektrode 203b, die den Strom von der Fin gerelektrode 203a konzentriert, auf. Eine untere Elektrode 204 ist auf der rückseitigen Oberfläche des Substrates 200 ange ordnet.

Bei dieser Dünnschicht-Solarzelle kann, da die aktive Schicht 201, die zur Stromerzeugung beiträgt, nur einige 10 Mikrometer dick ist, diese dünne Schicht sich nicht automatisch selbst tragen, so daß ein Substrat erforderlich ist. Das Substrat muß die folgenden Anforderungen erfüllen: Erstens muß das Substrat so fest bzw. widerstandsfähig sein, daß es automatisch die dünne Schicht und sich selbst tragen bzw. halten kann. Zweitens sollte das Substrat, da die aktive Si-Dünnschicht auf dem Sub strat 200 durch thermische CVD o. ä. aufgewachsen wird, so wi derstandsfähig sein, daß es während der thermischen CVD eine Prozeßtemperatur von etwa 1000°C aushält. Drittens sollte das Substrat, da es auch als untere Elektrode dient, leitend sein. Auch wenn das Substrat nicht leitend ist, ist eine Dünnschicht- Solarzelle realisierbar. In diesem Falle ist es jedoch erfor derlich, die untere Elektrode durch Anordnen einer leitenden Schicht auf dem Substrat oder durch Herstellung einer inte grierten Solarzelle auszuführen, was zu einem komplizierten Aufbau der Solarzelle führt. Viertens sollte, da das Substrat selbst nicht zur Stromerzeugung beiträgt, sondern nur die aktive Schicht trägt, das Material für das Substrat nicht teuer sein und die Bildung des Substrates niedrige Kosten erfordern.

Die oben genannten Bedingungen werden bis zu einem gewissen Grad von Substraten wie Stahl, Graphit, Si von metallurgischer Reinheit o. ä. erfüllt, wie durch L.L. Kazmerski auf der 14. IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC14), S. 281 (1980) diskutiert wurde. Ein Substrat aus Stahl oder Si metallurgischer Reinheit enthält eine große Anzahl von Verun reinigungen wie Fe, die die Solarzellencharakteristiken auch in kleinen Konzentrationen verschlechtern, und die Verunreinigun gen neigen dazu, sich in die aktive Schicht zu mischen. Daher sind diese Substrate als Substrate für eine Dünnschicht-Solar zelle nicht geeignet. In der angegebenen Literaturstelle wird beschrieben, daß ein Graphitsubstrat als Substrat, das die oben genannten Bedingungen erfüllt, am bestens geeignet ist.

Fig. 44 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Dünn schicht-Solarzelle mit einem Graphit-Substrat nach dem Stand der Technik zeigt, wie sie durch T. L. Chu et al. in J. Elek trochem. Soc. 123, S. 106 (1976) beschrieben wurde. Diese Dünnschicht-Solarzelle hat denselben Aufbau wie die in Fig. 43 gezeigte, und Fig. 44 entspricht einem Teil des Querschnitts längs der Linie A-A in Fig. 43. In Fig. 44 bezeichnet das Bezugszeichen 205 ein leitendes Substrat aus gesinterten Graphit. Eine aktive Schicht 206 aus einer dünnen Schicht polykristallinen Siliziums ist auf dem Substrat 205 angeordnet, und eine Antireflexionsschicht 207 ist auf der aktiven Schicht 206 angeordnet. Eine obere Elektrode 208 ist auf der Antireflexionsschicht 207 angeordnet, und eine untere Elektrode 209 ist auf der rückseitigen Oberfläche des Substrates 205 angeordnet.

Im folgenden wird ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle unter Verwendung eines Graphit substrates beschrieben. Zuerst wird aus Anthrazit, Kohle o. ä. erhaltenes Graphitpulver in eine Form gefüllt und bei einer hohen Temperatur von etwa 3000°C gesintert.

Dann wird das Graphit aus der Form entnommen und poliert, um seine Oberfläche eben zu machen, wodurch ein Graphitsubstrat fertiggestellt wird.

Das auf diese Weise gebildete Graphitsubstrat wird in eine CVD- Apparatur gebracht, und Silan (SiH₄)-Gas oder Silantrichlorid (SiHCl₃)-Gas wird in die Apparatur eingeleitet und bei einer hohen Temperatur von etwa 1000°C zersetzt, wodurch eine po lykristalline Si-Schicht (aktive Schicht 206) mit einer Dicke von einigen 10 Mikrometern auf dem Graphitsubstrat 205 auf wächst. Die dünne Si-Schicht unmittelbar nach dem Aufwachsen weist Kristallkörner kleinen Durchmessers auf, so daß in eini gen Fällen das polykristalline Si durch Laserstrahlung oder Lampenheizung aufgeschmolzen und rekristallisiert wird, um den Durchmesser der Kristallkörner zu erhöhen. Nach Bildung der Schicht wird in der aktiven Schicht 206 durch Störstellendif fusion oder Ionenimplantation ein pn-Übergang hergestellt. Der pn-Übergang kann durch Wechseln des Dotierungsgases während der Bildung der aktiven Schicht unter Verwendung gemischter Dotie rungsgase durch CVD oder durch Abscheiden einer mikrokristal linen Schicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zu dem der aktiven Schicht in einer Plasma-CVD-Apparatur hergestellt werden.

Nach Bildung des pn-Überganges wird die Antireflexionsschicht 207 durch Sputtern o. ä. gebildet. Als Antireflexionsschicht 207 wird eine transparente leitende Schicht, die auch als Elektrode dient, etwa eine ITO-(In₂O₃ : SnO₂)Schicht, eine SnO₂-Schicht oder eine ZnO-Schicht verwendet, wenn die Leitfähigkeit der Si- Schicht in transversaler Richtung niedrig ist. Wenn die Leitfähigkeit der Si-Schicht in transversaler Richtung hoch ist und die transparente Elektrode nicht erforderlich ist, wird eine isolierende Schicht, etwa eine Si₃N₄-Schicht, verwendet. Danach wird auf die Antireflexionsschicht 207 eine obere Elektrode 208 gebildet. Die obere Elektrode weist gewöhnlich Silber auf und wird durch Siebdruck oder Bedampfen gebildet.

Die Dünnschicht-Solarzelle mit Graphitsubstrat weist jedoch die folgenden Nachteile auf:

Das Graphitsubstrat wird in einem komplizierten Prozeß, bei dem manuelle Arbeit erforderlich ist, gebildet. Dazu gehört, daß das Graphitpulver in eine Form gefüllt und bei einer hohen Tem peratur von 2000-3000°C gesintert wird. Dann wird das Graphit aus der Form entnommen und poliert, um die Oberfläche eben zu machen. Damit steigen, obwohl das Graphitpulver nicht teuer ist, die Produktionskosten infolge des Erfordernisses des Hochtemperaturschrittes an. Zudem ist, da das Graphit in die Form einzufüllen und dann aus der Form zu entnehmen ist, eine kontinuierliche Herstellung erschwert.

Auch wenn die Oberfläche des Graphitsubstrates poliert wird, verbleiben auf einem herkömmlichen Graphitsubstrat Unebenhei ten von einigen Mikrometern, die elektrische Lecks bzw. Fehl stellen insbesondere dann verursachen, wenn die aktive Schicht dünn ist. Fig. 45 ist eine vergrößerte Darstellung eines Oberflächenabschnittes des herkömmlichen Graphitsubstrates (nach Fig. 44, Oberfläche des Substrates 205 in Kontakt mit der aktiven Schicht 206). Das Bezugszeichen 201 bezeichnet Graphitpulver. Wie in Fig. 45 gezeigt, hat das herkömmliche Graphitsubstrat Unebenheiten von einigen Mikrometern.

Da das herkömmliche Graphitsubstrat ein niedriges Reflexions vermögen gegenüber Licht aufweist, wird durch die aktive Schicht hindurchtretendes Licht kaum von der Oberfläche des Substrates reflektiert. Im Ergebnis dessen ist es nicht mög lich, das Sonnenlicht effizient auszunutzen.

Da das herkömmliche Graphitsubstrat porös ist, absorbiert es mit der rückseitigen Oberfläche Wasser, wenn es für lange Zeit benutzt wird, was zu einer Verschlechterung der Eigenschaften der aktiven Schicht führt.

Da das Graphitsubstrat nicht flexibel bzw. biegsam ist, ist eine kontinuierliche Herstellung unter Verwendung eines Zwei- Walzen-Verfahrens, wie es in Fig. 33a gezeigt ist, unmöglich. Beim herkömmlichen Verfahren werden die Graphitsubstrate ein zeln auf einen Aufnehmer (Suszeptor) gebracht und die Dünn schicht-Solarzellen einzeln hergestellt, was zu Schwierigkeiten bei einer kontinuierlichen Massenproduktion führt.

Wenn die aktive Schicht eine amorphe Schicht ist, die bei einer Temperatur niedriger als 300°C gebildet werden kann, kann eine kontinuierliche Herstellung unter Verwendung eines Trägers bzw. einer Scheibe aus widerstandsfähigem Plastmaterial durchge führt werden. Da die Temperaturbeständigkeit des Substrates je doch nur bis etwa 300°C gegeben ist, unterliegt die Filmbil dung engen Begrenzungen. Außerdem absorbiert das Substrat, das eine niedrige Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist, leicht Wasser.

Fig. 46 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht- Solarzelle, wie es in der veröffentlichten Japanischen Patent anmeldung Nr. 53-44192 beschrieben ist. In Fig. 46 bezeichnet das Bezugszeichen 211 ein Graphitscheiben-Substrat, und die Bezugszeichen 212 und 213 bezeichnen Walzen zum Transport des Scheibensubstrates 211. Das Bezugszeichen 214 bezeichnet eine Kammer zur Bildung einer aktiven Schicht, das Bezugszeichen 215 eine Kammer zur Vergrößerung des Korndurchmessers und das Be zugszeichen 216 eine Kammer zur Bildung eines pn-Überganges. Das Bezugszeichen 217 bezeichnet ein Gaszuführung, durch die Materialgase zur Bildung der aktiven Schicht in die Kammer 214 zur Bildung der aktiven Schicht eingeleitet werden, und das Be zugszeichen 218 bezeichnet eine Evakuierungs-Gasabführung. Das Bezugszeichen 219 bezeichnet Stromquellen, die einen Strom zum Aufheizen des Substrates erzeugen, und das Bezugszeichen 220 bezeichnet Anschlüsse an das Graphitscheibensubstrat 211. Das Bezugszeichen 221 bezeichnet eine Lampe zum Aufheizen, und das Bezugszeichen 222 bezeichnet eine Schneidevorrichtung zum Schneiden des Substrates.

Im folgenden wird dieses herkömmliche Verfahren zur Bildung einer Dünnschicht-Solarzelle beschrieben. Zuerst wird durch die Walze 212 das Graphitscheibensubstrat 211 in die Kammer 214 zur Bildung der aktiven Schicht eingebracht. Ein Gas, etwa Silan oder Dichlorsilan, zur Bildung der dünnen aktiven Si-Schicht wird durch die Gaszuführung 217 in die Kammer 214 zur Bildung der aktiven Schicht eingeleitet. Da das Graphitscheibensubstrat 211 in Kontakt mit den Anschlüssen 220 steht, fließt der von der Stromquelle 219 gelieferte Strom in das Substrat, und da durch wird das Substrat aufgeheizt. Da die Kammer 214 zur Bil dung der aktiven Schicht mit durch die Gaszuführung 217 einge leitetem Gas gefüllt ist, wenn das Substrat aufgeheizt wird, wird das Materialgas zersetzt und eine polykristalline Si- Schicht (aktive Schicht) auf dem Substrat 211 abgeschieden. Das zersetzte Gas und unzersetzte Gas werden durch die Gasabführung Das Graphitscheibensubstrat, auf dem die dünne polykristalline Si-Schicht gebildet ist, wird durch die Walzen in die Kammer 215 zur Vergrößerung des Korndurchmessers gebracht. In der Kammer 215 zur Vergrößerung des Korndurchmessers wird das Sub strat durch einen von der Stromquelle 219 gelieferten Strom aufgeheizt, und die dünne polykristalline Si-Schicht wird durch die Lampe 221 aufgeheizt, wodurch das polykristalline Si aufge schmolzen und rekristallisiert wird, um den Korndurchmesser zu vergrößern.

In der Kammer 216 zur Bildung des pn-Überganges wird durch Störstellendiffusion o. ä. in der dünnen Si-Schicht ein pn-Über gang gebildet. Danach wird das Substrat 211 durch die Schneid vorrichtung 222 in Abschnitte vorbestimmter Länge zerschnitten.

Bei diesem herkömmlichen Verfahren wird die Graphitscheibe als Substrat verwendet, das die oben erwähnten Anforderungen an ein Substrat für eine Dünnschicht-Solarzelle, insbesondere die Er fordernisse, daß es automatisch eine dünne Schicht trägt, eine hohe Beständigkeit und Leitfähigkeit aufweist und niedrige Kosten verursacht, erfüllt. Graphitscheiben werden üblicher weise als widerstandfähige Dichtungen oder Gehäuse, wärmeiso lierendes Material in Kernreaktoren o. ä. verwendet. Die Eigen schaften der Graphitscheiben und ein Herstellungsverfahren da für werden im folgenden beschrieben.

Fig. 47 zeigt die Kristallstruktur des Graphitmaterials der Graphitscheibe. Das Graphit wird aus flockigem bzw. blättchen förmigem Graphit, das in der Natur vorkommt, hergestellt und hat eine Kristallstruktur, in der Schichten 223, in denen Koh lenstoffatome in einer Ebene und 6 Kohlenstoff-Kreise mitein ander verbunden sind, aufeinander geschichtet sind. Obgleich die Bindungen der Kohlenstoffatome in der gleichen Ebene stark sind, sind die Bindungen der Kohlenstoffatome zwischen den Ebenen 223 schwach, da es van-der-Waals-Bindungen sind, so daß der Graphit leicht in Schichten zu spalten ist. Obgleich die Kristallstruktur des flockigen bzw. blättchenförmigen Graphits ähnlich zu der herkömmlichen Graphitpulvers ist, wenn sie mi kroskopisch betrachtet wird, ist die Kristallgröße des blätt chenförmigen Graphits größer als die des Graphitpulvers, und es gibt Fälle, in denen ihre Größe einige mm beträgt.

Fig. 48 zeigt ein Verfahren zur Herstellung der Graphit scheibe. In Fig. 48 bezeichnet das Bezugszeichen 224 geschäumten Graphit, und das Bezugszeichen 225 bezeichnet Walzen. Das blättchenförmige Graphit wird einer Säurebehandlung in einer NH₄OH und H₂SO₄ enthaltenden Lösung unterzogen, und dann wird die Säure bei 300°C verdampft, wodurch das blätt chenförmige Graphit aufschäumt und unter Erhöhung seines Volumens baumwollartig wird. Das schaumige Graphit 224 wird durch die Walzen 225 bei Raumtemperatur gepreßt, was zu einer Graphitscheibe 226 führt. Die Graphitscheibe wird allein durch Anwenden von Druck ohne Hochtemperaturbehandlung gebildet, da die Größe jedes Kristalls groß ist.

Die auf diese Weise gebildete Graphitscheibe hat die folgenden Eigenschaften:

Da die Graphitscheibe durch Walzen gebildet wird, weist die Kristallstruktur und die Schichtstruktur in Oberflächenrichtung des Substrates eine Schichtung in der Dickenrichtung des Sub strates auf. Eine solche, eine Anisotropie aufweisende Struktur kann durch Anwenden eines Druckes von einer Richtung gebildet werden. Da der innere Aufbau der Graphitscheibe eine Anisotro pie aufweist, weisen auch die thermische Leitfähigkeit und die elektrische Leitfähigkeit in Oberflächenrichtung bzw. Dicken richtung eine Anisotropie auf. Außerdem weist die bei Raumtem peratur gebildete Graphitscheibe Flexibilität bzw. Biegsamkeit auf, und ihre Oberfläche ist immer glatt.

Wenn die Graphitscheibe durch die Walzen gebildet wird, hängt die Oberflächenbeschaffenheit des Substrates von der Oberflä chenbeschaffenheit der Walzen ab. Es ist daher wünschenswert, daß die Walzen eine glatte Oberfläche aufweisen.

Fig. 49 ist eine vergrößerte Darstellung des Oberflächenab schnittes der Graphitscheibe. Wie in Fig. 49 gezeigt, hat die Graphitscheibe einen Aufbau, bei dem Schichten 227 laminiert sind, die jeweils einen oder eine Mehrzahl der Kristalle des in Fig. 47 gezeigten Aufbaues aufweisen. Dadurch ist, obgleich die Biegsamkeit des Substrates zu einer großflächigen Wellig keit von einigen mm bis einigen cm führt, auf der Oberfläche nur eine geringe Unebenheit vorhanden, solange diese nicht physisch geschädigt wird. Das heißt, die Oberfläche ist grund sätzlich sehr glatt.

Da die Schichten 227 parallel zur Oberfläche des Graphitsub strates verlaufen, absorbieren weiterhin die seitlichen Ober flächen des Substrates bereitwillig Wasser und Luft, aber in Richtung senkrecht zur Oberfläche können Wasser und Luft kaum eindringen. Daher beeinflußt auch dann, wenn Wasser auf die rückseitige Oberfläche des Substrates aufgebracht wird, dieses nicht die aktive Schicht.

Des weiteren ist, da die Schichten 227 parallel zur Oberfläche des Graphitsubstrates verlaufen, das Reflexionsvermögen des Graphitsubstrates höher als das einer gewöhnlichen, keine Anisotropie aufweisenden Graphitplatte. Dies wird dadurch be wirkt, daß bei der in Fig. 47 gezeigten Kristallstruktur das Reflexionsvermögen in vertikaler Richtung der Kristallebenen struktur des Graphits höher als das Reflexionsvermögen in horizontaler Richtung ist.

Bei dem in Fig. 46 gezeigten Herstellungsverfahren wird die Graphitscheibe mit den oben beschriebenen Eigenschaften als Substrat verwendet, wodurch Dünnschicht-Solarzellen mit hoher Effizienz und hoher Zuverlässigkeit kontinuierlich herstellbar sind.

Das in Fig. 46 gezeigte Herstellungsverfahren weist jedoch die folgenden Nachteile auf:

Bei diesem Herstellungsverfahren wird die aktive Schicht durch Lampenaufheizung oder elektrische Aufheizung gebildet. Im Falle der Lampenaufheizung wird, da die gesamte Reaktionskammer auf geheizt wird, das polykristalline Si an den Innenwänden der Kammer abgeschieden, so daß jeweils die Wartung lange Zeit in Anspruch nimmt. Außerdem ist, da die Graphitscheibe eine glän zende Oberfläche aufweist, ihr Reflexionsvermögen im Vergleich zu einer gewöhnlichen gesinterten Kohlenstoffplatte hoch. Damit wird auch das Licht zum Aufheizen von der Oberfläche reflek tiert, so daß das Aufheizen nicht sehr effizient gelingt. Im Falle des elektrischen Aufheizens können die Anschlüsse der Stromquelle nicht zufriedenstellend mit der Graphitscheibe in Verbindung gebracht werden, oder die Temperatur des Substrates kann ungleich werden, wenn nur partiell ein Strom fließt. Außerdem unterliegt die Graphitscheibe, da sie sehr weich ist, einer nicht wünschenswerten Deformation oder Abnutzung an den Verbindungsabschnitten 228 der Graphitscheibe 211 mit den Anschlüssen 220, wie in Fig. 50 gezeigt.

Außerdem verbiegt sich, wie in Fig. 53 gezeigt, infolge des Unterschiedes der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Sili zium 237 und dem Graphit 236 das Substrat, da das Graphit scheibensubstrat weich und flexibel ist, wenn auf dem Substrat durch CVD eine dünne Schicht aus polykristallinem Silizium ge bildet wird, was zu Nachteilen bei den folgenden Prozeßstufen führt. Dies gilt insbesondere für die Ausführung der Vergrö ßerung des Korndurchmessers, bei der die Wärme nicht ebenmäs sig auf die Kristalloberfläche einwirken kann, so daß eine Vergrößerung des Korndurchmessers nur für einen Teil des Substrates stattfindet. Eine Vergrößerung des Korndurchmessers über die gesamte Substratfläche ist nur dann möglich, wenn ein sehr kleines Substrat von einigen cm² Größe verwendet wird. Diese Tatsache verursacht einen großen Nachteil nicht nur dann, wenn Solarzellen kontinuierlich unter Nutzung einer bandförmi gen Graphitscheibe hergestellt werden, wie in Fig. 46 gezeigt, sondern sogar dann, wenn Solarzellen einzeln unter Verwendung von Graphitscheiben hergestellt werden.

Beim herkömmlichen Verfahren zur Bildung der dünnen Schicht, welches nicht auf das in Fig. 46 gezeigte Verfahren beschränkt ist, werden die in eine Reaktionskammer eingeleiteten Material gase durch eine Gasauslaßöffnung abgeführt, bevor sie voll ständig zersetzt sind, was bedeutet, daß die Materialgase nicht effizient ausgenutzt werden. Diese Tatsache macht einen wichti gen Vorteil der Dünnschicht-Solarzelle teilweise zunichte, näm lich den der Verringerung der Herstellungskosten infolge der Verringerung der Menge der im Herstellungsverfahren verwendeten Halbleitermaterialien.

Wie Fig. 46 zeigt, ist infolge des Vorhandenseins der Kammer 214 zur Bildung der dünnen Schicht, in die die Materialgase eingeleitet werden, die Größe der Gesamtapparatur beträchtlich, und überdies ist eine Wartung der Kammer 214 erforderlich, was zu einem Ansteigen der Produktionskosten führt.

Wenn der Korndurchmesser der dünnen Schicht aus polykristal linem Silizium auf dem Graphitscheibensubstrat durch Zonen schmelzen vergrößert wird, wie in Fig. 46 gezeigt, kondensiert das polykristalline Silizium infolge der Krümung o. ä. des Substrates. Weiterhin wird die Kammer 215 zur Vergrößerung des Korndurchmessers mit Si, das von der Oberfläche der polykri stallinen Si-Schicht verdampft, verunreinigt.

Wie in Fig. 54 gezeigt gibt es auch Dünnschicht-Solarzellen, die ein Substrat 350 aus Silizium von metallurgischer Reinheit (im folgenden als MG-Si bezeichnet) verwenden. Wie Fig. 54 zeigt, ist eine dünne Siliziumschicht 351 auf dem MG-Si-Sub strat 350 angeordnet. Eine Emitterschicht 352 ist im Ober flächengebiet der dünnen Schicht 351 durch Störstellendiffu sion o. ä. gebildet. Eine obere Fingerelektrode 353 ist auf der Emitterschicht 352 angeordnet. Das MG-Si-Substrat ist billiger als kristallines Silizium hoher Reinheit und verbiegt sich nicht, wenn eine polykristalline dünne Siliziumschicht darauf gebildet wird. Es wird jedoch bis auf etwa 1000°C aufgeheizt, wenn die polykristalline Siliziumschicht aufgewachsen wird, und bis zum Schmelzpunkt des Siliziums (1414°C), wenn der Korn durchmesser vergrößert wird. Dabei gibt, wie in Fig. 55 gezeigt, die Oberfläche des MG-Si-Substrates 350 Verunreini gungen 354 wie Fe, Al oder Ca, die zu etwa 2% im Substrat ent halten sind, ab, wodurch die aktive Schicht zerstört wird.

Fig. 51 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch einen herkömmlichen Aufbau einer Solarzelle zeigt, der eine dünne kristalline Si-Schicht auf einem hauptsächlich Kohlen stoff aufweisenden Substrat verwendet. In Fig. 51 bezeichnet das Bezugszeichen 230 ein Substrat, dessen Hauptbestandteil Kohlenstoff ist. Eine Si-Schicht 231 ist auf dem Substrat 230 angeordnet, und eine Emitterschicht 232 ist auf der Si-Schicht 231 angeordnet. Eine Metallelektrode 233 ist auf der Emitter schicht 230 angeordnet.

Da das Substrat 230 hauptsächlich Kohlenstoff, geschmolzenen Kohlenstoff oder Graphit enthält, kann eine Graphitscheibe o. ä. als Substrat 230 verwendet werden. Das hauptsächlich Kohlen stoff aufweisende Substrat 230 hat die folgenden Vorteile: Da Kohlenstoff einer hohen Temperatur von etwa 3000°C standhält, wenn er sich in einer auflösenden Atmosphäre befindet, kann er einer Temperatur von 1000-1500°C, die zur Bildung einer dün nen kristallinen Si-Schicht erforderlich sind, als Trag-Sub strat widerstehen. Da Kohlenstoff eine hohe Leitfähigkeit hat, kann er auch als Rückseitenelektrode der Solarzelle dienen. Da Kohlenstoff auf der Erde hinreichend vorkommt, ist er für eine Massenproduktion geeignet. Da Kohlenstoff mit Siliziumatomen stark chemische Bindungen eingeht, weist er als Trag-Substrat der Siliziumschicht eine hinreichende Haftung auf.

Auf dem Substrat 230 wird durch CVD o. ä. eine p-Silizium schicht 231 abgeschieden. Die durch CVD gebildete Silizium schicht wird polykristallines Silizium, wenn die Temperatur 600°C übersteigt, aber der Korndurchmesser des auf diese Weise enthaltenen polykristallinen Siliziums ist nicht größer als 1 µm. Um eine verbesserte Leistungsfähigkeit der Solarzelle zu erreichen, wird das polykristalline Silizium einmal aufge schmolzen und dann auf dem Substrat 230 rekristallisiert, um den Korndurchmesser zu vergrößern. Auf diese Weise wird eine Siliziumschicht 231, bei der der Durchmesser der Kristallkörner doppelt so groß wie ihre Dicke ist, erhalten.

Dann wird im Oberflächengebiet der Siliziumschicht 231 durch Störstellendiffusion oder ein anderes Verfahren eine n-Emitter schicht gebildet, um einen pn-Übergang zu bilden. Danach wird je nach Notwendigkeit eine transparente leitende Schicht, eine Antireflexionsschicht o. ä. (nicht gezeigt) gebildet. Schließlich wird eine Metallelektrode 233 gebildet, um die Solarzelle fertigzustellen.

Bei der in Fig. 51 gezeigten Solarzelle diffundiert, da die Siliziumschicht 231 direkt auf dem hauptsächlich Kohlenstoff aufweisenden Substrat 230 gebildet ist, eine kleine Menge der im Substrat 230 enthaltenen Verunreinigungen, etwa Kalzium, Eisen, Aluminium oder Schwefel, bei der Bildung der Silizium schicht 230 oder der Emitterschicht 232 bei hoher Temperatur in die Siliziumschicht 231. Diese Verunreinigungen verderben die Eigenschaften der Siliziumschicht 231 als Halbleiter, was zu einer geringen Leistungsfähigkeit der Solarzelle führt.

Um dieses Problem zu lösen, wurde die in Fig. 52 gezeigte Struktur vorgeschlagen. Bei dieser Struktur wird zwischen das Substrat 230 und die Siliziumschicht 231 eine Siliziumoxid schicht 234 eingefügt. Wenn die gesamte Oberfläche des Substrates 230 mit der Siliziumoxidschicht 234 bedeckt ist, sind die Siliziumschicht 231 und das Substrat 230 voneinander elektrisch isoliert. Deshalb werden in vorbestimmten Abschnit ten der Siliziumoxidschicht 234 Öffnungen 235 gebildet, um das Substrat 230 elektrisch mit der Siliziumschicht 231 zu verbin den. In diesem Falle diffundieren, obgleich die Siliziumoxid schicht 234 als Barriere, die die Verunreinigungen aus dem Substrat 230 abhält, wirkt, Verunreinigungen durch die Öffnun gen 235 in die Siliziumschicht 231, ähnlich wie bei der in Fig. 51 gezeigten Struktur. Weiterhin ist, da die Haftung zwischen dem Kohlenstoff und der Siliziumoxidschicht 234 auf dem Substrat 230 schwach ist, die Siliziumschicht 231 leicht vom Substrat 230 abziehbar und damit der Aufbau zerstörungs empfindlich, was zu einer geringen Produktionsausbeute und einer niedrigen Zuverlässigkeit führt.

Im folgenden wird die Ursache erklärt, warum die Haftung zwischen dem Kohlenstoff und der Siliziumoxidschicht 234 schwach ist. Der Kohlenstoff löst die Siliziumoxidschicht bei hoher Temperatur auf und verdampft als Kohlendioxid. Bei der Bildung der Siliziumschicht 231 oder der Emitterschicht 232 bei hoher Temperatur reagiert der Kohlenstoff wie oben beschrieben über einer Grenzfläche zwischen dem Substrat 230 und der Sili ziumsoxidschicht 234, wodurch keine chemische Bindung zwischen dem Substrat 230 und der Siliziumoxidschicht 234 zustande kommt. Im Ergebnis dessen wird nur eine schwache Bindung, die von einer physikalischen Bindung zwischen den Schichten ab hängt, erhalten. Im übrigen ist, da zwischen dem Silizium und der Siliziumoxidschicht eine chemische Bindung ausgebildet wird, die Haftung zwischen diesen weit stärker als die Haftung zwischen dem Kohlenstoff und der Siliziumoxidschicht.

Im folgenden wird ein weiteres mit dem Vorsehen der Silizium oxidschicht 234 in der in Fig. 52 gezeigten Solarzelle zusam menhängendes Problem beschrieben: Wenn die Siliziumoxidschicht 230, die als dielektrische Schicht dient, auf der rückseitigen Oberfläche der Siliziumschicht 231 vorhanden ist, wird Licht, das auf die Solarzelle einfällt und ohne Absorption durch die Siliziumschicht 231 hindurchtritt, infolge der Differenz der Brechungsindices zwischen der Siliziumschicht 231 und der Si liziumoxidschicht 234 reflektiert und kehrt in die Silizium schicht 231 zurück. Dieser Effekt der Reflexion an der rück seitigen Oberfläche der Siliziumschicht 231 ist größer, wenn die Siliziumoxidschicht 234 vorhanden ist, als in dem Falle der Fig. 51, wo die Siliziumschicht 231 direkt im Kontakt mit dem Substrat 230 steht.

Wie oben beschrieben, wird durch das Einfügen der Siliziumoxid schicht 234 die Reflexion an der Grenzfläche zwischen der Si liziumschicht 231 und der Siliziumoxidschicht 234 verbessert. Jedoch ist das hauptsächlich Kohlenstoff aufweisende Substrat 230 noch unterhalb der Siliziumoxidschicht 234 vorhanden, und das Substrat 230 absorbiert das Licht gut, da es schwarz ist. Daher wird das durch die Siliziumoxidschicht 234 hindurchge hende Licht nicht an der Grenzfläche zwischen der Silizium oxidschicht 234 und dem Substrat 230 reflektiert, das heißt die Reflexion an der rückseitigen Oberfläche der Siliziumschicht 231 wird nicht so stark verbessert.

Um den Aufbau der in Fig. 52 gezeigten Solarzelle zu vervoll ständigen, sind die Siliziumoxidschicht 234 durchdringende Öffnungen 235 erforderlich. Beim herkömmlichen Strukturieren bzw. Mustern einer Siliziumoxidschicht wird die Siliziumoxid schicht mit einer Resistschicht mit einem vorbestimmten Muster bedeckt und durch Trocken- oder Naßätzen geätzt. Da die Resist schicht angewendet wird, ist auch im Falle des Trockenätzens ein Naßprozeß absolut erforderlich, ganz zu schweigen vom Naßätzen.

Das hauptsächlich Kohlenstoff enthaltende Substrat 230 ist jedoch porös und weist ein hohes Absorptionsvermögen für Wasser auf. Damit wird es, wenn das Substrat 230 einmal einen Naß prozeß durchlaufen hat, schwierig, das während des Naßprozesses im Substrat 230 absorbierte Wasser wieder zu entfernen. Ein solches Substrat beeinflußt die weiteren Prozeßschritte nach teilig und beeinträchtigt die Zuverlässigkeit der Solarzelle.

Die Fig. 56 bis 58 sind Querschnittsdarstellungen, die her kömmliche Solarzellen mit konkav-konvexen Strukturen zeigen, wobei Fig. 56 eine kristalline Solarzelle, Fig. 57 eine So larzelle aus amorphen Si und Fig. 58 eine Dünnschicht-Solar zelle zeigt. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 251 eine dünne polykristalline Si-Schicht, die Bezugszeichen 242 und 253 bezeichnen Fingerelektroden, das Bezugszeichen 240 be zeichnet ein kristallines Si, das Bezugszeichen 245 ein Glas substrat, das Bezugszeichen 246 eine transparente Elektrode, das Bezugszeichen 247 amorphes Si, das Bezugszeichen 248 eine ruckseitige Elektrode und das Bezugszeichen 250 bezeichnet ein wärmebeständiges Substrat.

Im folgenden werden die Herstellungsprozesse und der Betrieb der in den Fig. 56 bis 58 gezeigten herkömmlichen Solarzel len beschrieben:

Bei der in Fig. 56 gezeigten kristallinen Solarzelle wird die konkav-konvexe Konfiguration durch Ausführen eines anisotropen Ätzens unter Verwendung von Kaliumhydroxid (KOH) o. ä. auf der Oberfläche eines (100)-orientierten einkristallinen Si-Wafers 240 gebildet. Durch das anisotrope Ätzen wird die scharf aus gebildete konkav-konvexe Konfiguration erzeugt. Dann werden in den Wafer von seiner Oberfläche aus Störstellen eindifundiert, um einen pn-Übergang 241 zu bilden. Dann wird eine Fingerelek trode 242 gebildet. Um die Ausbeute dieser Solarzelle zu erhö hen, kann auf dem Wafer mit der konkav-konvexen Konfiguration ein (nicht gezeigter) Antireflexionsfilm gebildet werden, oder es kann auf der rückseitigen Oberfläche des Wafers durch Ein diffundieren von Verunreinigungen ein Rückseitenfeld (nicht ge zeigt) gebildet werden. Bei dieser Solarzelle wird in den kon kav-konvexen Teil des Wafers einfallendes Licht 243 in der Kri stallschicht 240 in Elektrizität umgewandelt, und die Ladungs träger werden durch die Fingerelektrode 242 und eine auf der Rückseite der Kristallschicht 240 gebildete (nicht gezeigte) Rückseitenelektrode abgeführt. Bei diesem Aufbau tritt an der Waferoberfläche reflektiertes Licht infolge der konkav-konvexen Konfiguration der Waferoberfläche, wie durch den Pfeil 244 ge zeigt, auch in den Wafer ein, so daß ein kleinerer Anteil des einfallenden Lichtes an der Oberfläche reflektiert wird, wo durch die Umwandlungseffizienz von Licht in Strom verbessert wird.

Als nächstes wird die in Fig. 57 gezeigte Solarzelle aus amor phen Si beschrieben. Zuerst wird auf einem Glassubstrat 245 eine transparente Elektrode 246 gebildet. Die transparente Elektrode 246 wird durch Sputtern, Abscheiden, Abscheiden mit tels CVD oder Aufplattieren von SnO_2, ZnO, ITO ( In₂O₃ : Sno₂) o. ä. gebildet und die konkav-konvexe Konfiguration wird durch geeignete Wahl der Bildungsbedingungen erzeugt. Dann wird auf der transparenten Elektrode 246 durch Plasma-CVD o. ä. eine amorphe Si-Schicht 247 gebildet. Dann wird auf der amorphen Si- Schicht 247 eine beispielsweise Al oder Ti/Ag aufweisende Rück seitenelektrode 248 gebildet. Bei der so gebildeten Solarzelle fällt Licht auf das Glassubstrat 245 ein, und elektrischer Strom wird über die transparente Elektrode 246 und die Rücksei tenelektrode 248 entnommen. Bei diesem Aufbau wird der Ein fallswinkel des Lichtes durch den konkav-konvexen Teil der transparenten Elektrode 246 verändert, so daß das Licht in der aktiven Schicht 247 eine längere Strecke zurücklegt und ein größerer Anteil des Lichtes absorbiert wird, wodurch die Licht- Strom-Umwandlungseffizienz der Solarzelle erhöht wird.

Nachfolgend wird die in Fig. 58 gezeigte Dünnschicht-Solar zelle beschrieben. Ein Aluminiumoxid, leitfähige Keramik o. ä. aufweisendes temperaturbeständiges Substrat 250 wird mechanisch bearbeitet, um eine konkav-konvexe Konfiguration auszubilden. Dann wird auf dem Substrat 250 eine dünne polykristalline Si- Schicht 251 gebildet, und Störstellen werden in die polykri stalline dünne Si-Schicht 251 diffundiert, um einen pn-Übergang 252 zu bilden. Danach wird eine Fingerelektrode 253 gebildet. Bei der auf diese Weise gebildeten Dünnschicht-Solarzelle wird ein kleinerer Teil des einfallenden Lichtes an der Oberfläche reflektiert, das heißt ein größerer Anteil des Lichtes absor biert, da die Waferoberfläche die konkav-konfexe Konfiguration wie die Solarzelle in Fig. 56 aufweist. Weiter variiert, wenn das Licht an der Grenzfläche zwischen der aktiven Schicht und dem Substrat 250 reflektiert wird, der Reflexionswinkel, so daß das Licht in der aktiven Schicht eine längere Strecke zurück legt, was die Licht-Strom-Umwandlungseffizienz der Solarzelle verbessert.

Bei der in Fig. 56 gezeigten Solarzelle unter Verwendung des kristallinen Siliziumwafers ist die konkav-konvexe Konfigura tion durch eine chemische Behandlung leicht herzustellen. Bei der in Fig. 57 gezeigten amorphen Solarzelle wird die konkav- konvexe Konfiguration allein durch Verändern der Bedingungen bei der Bildung der transparenten Elektrode erzeugt. Diese Ver fahren können jedoch auf die Dünnschicht-Solarzelle nach Fig. 58, bei der die aktive Schicht durch Aufheizen von polykristal linem Silizium o. ä. auf hohe Temperatur gebildet wird, nicht angewendet werden. Bei Fig. 58 wird die konkav-konvexe Konfi guration durch mechanisches Schneiden des hochgradig wider standsfähigen Substrates oder durch Bearbeiten des Substrates mit einem Laser o. ä. herausgebildet, mit dem Ergebnis, daß der Herstellungsprozeß verkompliziert und die Herstellungskosten erhöht werden.

Die Fig. 59(a) bis 59(f) sind perspektivische Darstellungen, die die Verfahrensschritte bei der Erzeugung einer herkömmli chen Dünnschicht-Solarzelle, wie sie beispielsweise in Solar Cells, 29 (1990), S. 257 bis 266 beschrieben ist, zeigen. Diese Dünnschicht-Solarzelle wird schließlich von einem Substrat ge trennt. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 260 ein einkristallines p-Siliziumsubstrat. V-förmige streifenförmig angeordnete Gräben sind auf der Oberfläche des Substrates 260 gebildet. Eine kristalline n-Siliziumschicht 262 ist auf dem Substrat 260 angeordnet. V-förmige, streifenförmige Gräben 263 sind auf der Oberfläche der n-Siliziumkristallschicht 262 ge bildet. Ein Glassubstrat 264 ist auf der Siliziumkristall schicht 262 aufgebracht.

Im folgenden wird das Herstellungsverfahren beschrieben. Zuerst wird ein einkristallines p-Siliziumsubstrat 260, wie es in Fig. 59(a) gezeigt ist, vorbereitet. Dann wird, wie in Fig. 59(b) gezeigt, eine Mehrzahl von V-förmigen, streifenförmig angeordneten Gräben 261 durch anisotropes Ätzen auf dem Substrat 260 gebildet.

Dann wird, wie in Fig. 59(c) gezeigt, eine n-Siliziumschicht 262 mit geringer Störstellenkonzentration epitaxial auf dem Substrat 260 mit den streifenförmigen Gräben 261 aufgewachsen. Die Oberfläche der Siliziumschicht 262 wird durch Polieren ein geebnet, wenn erforderlich. Dann wird, wie in Fig. 59(d) ge zeigt, eine Mehrzahl von V-förmigen streifenförmig angeordneten Gräben 263 senkrecht zu den streifenförmigen Gräben 261 auf der Oberfläche der Siliziumschicht 262 durch anisotropes Ätzen ge bildet. Danach wird im Oberflächengebiet der Siliziumschicht 262 ein pn-Übergang gebildet, und auf der Siliziumschicht 262 werden eine Schutzschicht und eine (nicht gezeigte) Elektrode gebildet. Dann wird, wie in Fig. 59(e) gezeigt, auf der Sili ziumschicht 262 ein Glassubstrat 264 befestigt. Das Glassub strat und ein Klebstoff zum Befestigen sollten Eigenschaften aufweisen, die ihr Ätzen in den nachfolgenden Ätzschritten verhindert. Dann wird das einkristalline Siliziumsubstrat 260 durch selektives Ätzen entfernt, wie es in Fig. 59(f) gezeigt ist. Auf der rückseitigen Oberfläche der Siliziumschicht 262 werden zur Fertigstellung der Solarzelle eine Schutzschicht und eine (nicht gezeigte) Elektrode gebildet.

Dieses Verfahren ist für Massenproduktion nicht geeignet, da die Solarzellen Stück für Stück hergestellt werden.

Fig. 60(a) ist eine Querschnittsdarstellung, die ein herkömm liches Solarzellenmodul zeigt, wie es beispielsweise in der veröffentlichten Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 60-1 49 355 gezeigt ist. In Fig. 60(a) bezeichnet das Bezugszeichen 270 einen Solarzellenträger, der einkristallines oder polykristal lines Silizium aufweist. Das Bezugszeichen 271a bezeichnet eine obere Metallelektrode zum Sammeln des durch das Licht erzeugten Stromes, und das Bezugszeichen 271b bezeichnet eine untere Me tallelektrode, die als Gegenelektrode dient. Das Bezugszeichen 273 bezeichnet eine Leitungsverdrahtung, deren eines Ende mit der oberen Elektrode 271a einer Solarzelle verbunden ist, während das untere Ende mit der unteren Elektrode 271b der anderen Solarzelle durch ein Lötmittel 273 o. ä. verbunden ist. Eine Mehrzahl von auf diese Weise verbundenen Solarzellen wird durch ein Harz 274 zwischen einer oberen Glasplatte 275 und einer rückseitigen Glasplatte 276 versiegelt.

Fig. 60(b) ist eine Querschnittsdarstellung, die ein herkömm liches, auf einem leitenden Substrat angeordnetes Dünnschicht- Solarzellenmodul zeigt. In Fig. 60(b) bezeichnet Bezugszeichen 280 ein leitendes Substrat. Eine stromerzeugende Schicht 281, die eine dünne Halbleiterschicht aufweist, ist auf dem Substrat 280 angeordnet. Eine obere Metallelektrode 282a ist auf der stromerzeugenden Schicht 281 angeordnet. Eine untere Elektrode 282b ist auf der rückseitigen Oberfläche des Substrates 280 an geordnet. Ein Ende der Anschlußleitung 283 ist mit der oberen Elektrode 282a einer Solarzelle verbunden, während deren anderes Ende mit der unteren Elektrode 282b der anderen Solar zelle durch ein Lot 284 o. ä. verbunden ist, wodurch die beiden Solarzellen elektrisch miteinander verbunden sind. Eine Mehr zahl von auf diese Weise verbundenen Solarzellen ist durch ein Harz 285 zwischen einer oberen Glasplatte 286 und einer rück seitigen Glasplatte 287 versiegelt.

Das in Fig. 60(a) gezeigte Solarzellenmodul arbeitet wie folgt. Wenn Licht in die Solarzelle 270 eintritt, werden in der Solarzelle Elektronen und Löcher erzeugt. Die Elektronen und Löcher werden getrennt zur oberen Seite (Oberfläche) bzw. zur unteren Seite (Rückseite) durch ein in der Solarzelle vorhan denes elektrisches Feld geleitet und dann durch die obere Elek trode 271a bzw. die untere Elektrode 271b aufgesammelt. An schließend werden sie als elektrischer Strom entnommen. In dem Falle, daß die Solarzelle 270 Silizium aufweist, ist die Be triebsspannung zur Gewinnung einer maximalen Ausbeute etwa 0,5 V pro Zelle. Ein gewöhnliches Stromversorgungsmodul weist eini ge bis einige zehn miteinander in Reihe geschaltete Solarzellen auf. Um die Reihenschaltung der Solarzellen zu realisieren, wird der Anschlußdraht 272, dessen eines Ende mit der oberen Metall elektrode 281a mittels des Lotes 273 verbunden ist, unter eine benachbarte Zelle geführt, und das andere Ende der Leitung 272 ist an einem Teil der unteren Metallelektrode 271b der benach barten Zelle durch das Lot 273 befestigt. Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von miteinander in Reihe geschalteten Solarzellen mittels des Harzes 274, des Deckglases 275 und der rückseitigen Glasplatte 276 versiegelt werden, was zu einem Leistungs-Solar zellenmodul führt.

Im Falle der auf dem dielektrischen Substrat 280 gebildeten Dünnschicht-Solarzelle nach Fig. 60(b) ist die untere Elek trode 282b auf einem Teil der rückseitigen Oberfläche des di elektrischen Substrates 280 gebildet und dann ein Ende des Ver bindungsdrahtes 283, dessen anderes Ende an der oberen Elektro de 282 einer benachbarten Zelle befestigt ist, an der unteren Elektrode 282b durch das Lot 284 befestigt, um eine Mehrzahl von Solarzellen in Reihe zu schalten.

Nachfolgend werden andere Verfahren zur In-Reihe-Schaltung von Solarzellen beschrieben:

Die Fig. 61(a) und 61(b) sind schematische Darstellungen, die ein in der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 59-3 980 beschriebenes kombiniertes Solarzellenelement zeigen.

Wie in Fig. 61(a) gezeigt, ist die Oberflächenelektrode 291a einer Solarzelle 290 mit einer Rückseitenelektrode 291b einer benachbarten Solarzelle durch Lot oder einen leitfähigen Kleb stoff 292 verbunden. Auf diese Weise wird eine Mehrzahl von So larzellen 290 aufgestapelt, wie in Fig. 61a gezeigt, wodurch eine Reihenschaltung der Solarzellen verwirklicht wird. Bei diesem Aufbau wird das In-Reihe-Schalten der Solarzellen durch ein einfaches Verfahren erreicht, die Verbindungsabschnitte sind aber beträchtlichen Spannungen ausgesetzt. Daher ist die ser Aufbau, obgleich er für Stromquellen zum Hausgebrauch geeignet ist, für Stromerzeugungsmodule, die aus großen Zellen von etwa 10 cm² Fläche aufgebaut sind, wegen seiner geringen Zuverlässigkeit nicht geeignet.

Fig. 62 ist eine Querschnittsdarstellung einer integrierten amorphen Solarzelle, wie sie in der veröffentlichten Japani schen Patentanmeldung Nr. 61-54 681 beschrieben ist. Wie Fig. 62 zeigt, sind transparente leitende Schichten 301, amorphe Si- Schichten 302 und Metallelektroden 303 in vorbestimmten Ge bieten auf einem isolierenden Substrat 300 angeordnet, wobei eine obere Elektrode jeweils mit der unteren Elektrode einer benachbarten Zelle verbunden ist, wodurch eine monolithische Reihenschaltung auf dem gleichen Substrat realisiert wird. Als Verfahren zur Trennung der Zellen voneinander wird ein litho grafisches Verfahren unter Verwendung eines herkömmlichen Photoresists oder ein Laserverfahren verwendet. Diese Techniken erfordern jedoch komplexe Herstellungsschritte, wodurch die Produktionskosten erhöht werden.

Vor dem oben beschriebenen Hintergrund wird ein Aufbau unter Verwendung des in Fig. 60 gezeigten Verbindungsverfahrens als hauptsächliche Stromquelle unter den Solarzellenmodulen verwen det.

Das Verfahren zum "In-Reihe-Schalten" von Solarzellen nach Fig. 60(a) erfordert folgende Schritte:

1) Auflöten der Leitung 272, die, wie in Fig. 60(a) gezeigt, vorher gebogen ist, auf die obere Elektrode 271a jeder Zelle,
2) Anordnen jeder Zelle in einer vorgeschriebenen Position so, daß ein Ende des Leitungsdrahtes einer Zelle in Kontakt mit einem Teil der Rückseitenelektrode 271 der benachbarten Zelle stehen kann,
3) Umdrehen der gesamten Zellen auf die andere Seite und
4) Auflöten des Endes der Verbindungsleitung auf die untere Elektrode 271b.

Diese Schritte sind kompliziert und können nicht leicht auto matisiert werden.

Bei dem in Fig. 60(b) gezeigten Solarzellenmodul ist es zu sätzlich zu den oben beschriebenen komplexen Schritten erfor derlich, die untere Elektrode 282b auf einem Teil der rücksei tigen Oberfläche der leitenden Elektrode 280 zu bilden. In die sem Falle ist die Bindungskraft zwischen dem leitenden Substrat 280 und der unteren Elektrode 282b und die Festigkeit der Löt verbindung zwischen der unteren Elektrode 282b und dem Leiter draht 283 nicht groß genug, was zu wenig zuverlässigen Solar zellen führt.

In der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 3-25 574 wird ein anderes Verfahren zum In-Reihe-Schalten von Solarzel len beschrieben, bei dem die Solarzellen mittels Schrauben be festigt werden. Dieses Verfahren weist ebenfalls den recht komplexen Schritt des Bohrens von Löchern für die Schrauben durch das Substrat hindurch auf. Außerdem ist es, da das die stromerzeugende Schicht tragende Substrat Metall aufweist, nicht möglich eine Stromerzeugungsschicht mit herausragenden Charakteristiken auszubilden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dünnschicht- Solarzelle und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die sich durch geringe Kosten bei hoher Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit auszeichnen. Das Herstellungsverfahren soll insbesondere ein kontinuierliches sein, und eine Verbindung einer Mehrzahl von Solarzellen auf einfache und zuverlässige Weise und mit hinreichender mechanischer Stabilität zur Bildung von Solarzellenmodulen ermöglichen.

Entsprechend einem ersten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle ein Gra phitscheibensubstrat direkt durch eine Hochfrequenzheizung auf geheizt, während eine dünne Schicht auf dem Substrat gebildet wird. Dadurch wird das Substrat mit hoher Effizienz ohne Schädigungen aufgeheizt.

Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird bei einem Ver fahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle, während ein bandförmiges Graphitsubstrat nacheinander Reaktionskammern passiert, auf dem Substrat eine dünne aktive Schicht und eine Bedeckungsschicht, etwa eine Siliziumoxid- oder Siliziumnitrid schicht, auf dem Dünnschicht-Halbleiter gebildet, und der Dünn schicht-Halbleiter wird, während er mit der Bedeckungsschicht bedeckt ist, aufgeschmolzen und rekristallisiert, um den Durch messer der Kristallkörner der aktiven Schicht zu vergrößern. Dadurch wird eine inselförmige Kondensation der dünnen Schicht verhindert. Außerdem wird eine Verunreinigung der Reaktionskam mer durch die Bedampfung von Teilen der dünnen Schicht unter bunden.

Nach einem dritten Aspekt der Erfindung werden bei einem Ver fahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle 2 Graphit scheibensubstrate mit ihren ersten Hauptflächen nach innen miteinander verbunden, dünne Halbleiterschichten, die als ak tive Schichten dienen, auf den zweiten Hauptoberflächen der Graphitsubstrate gebildet und die beiden Graphitscheibensub strate voneinander getrennt. Bei dieser Struktur wird die durch die Differenz der Ausdehnungskoeffizienten des oberen Substrates und der dünnen Halbleiterschicht verursachte Span nung durch die durch den Unterschied der Ausdehnungskoeffi zienten zwischen dem unteren Substrat und der dünnen Halblei terschicht bewirkte Spannung aufgehoben. Dadurch wird eine Krümung des Substrates verhindert, wodurch die folgenden Her stellungsschritte leicht auszuführen sind. Außerdem wird der Ausstoß an Erzeugnissen pro Zeiteinheit verdoppelt, was zu einer Erhöhung der Produktivität führt.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfah ren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle ein Graphit scheibensubstrat, das durch Walzen gebildet wird, bei 1000 und einigen 100°C gehärtet und dann eine dünne Halbleiterschicht, die als aktive Schicht dient, auf dem Substrat gebildet. Dadurch wird durch die Krümmung bzw. Verbiegung des Substrates infolge von durch einen Unterschied in den Ausdehnungskoeffi zienten zwischen dem Graphit und dem Halbleiter bewirkten Spannungen verringert. Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-So larzelle ein durch Walzen gebildetes Graphitscheibensubstrat bei 3000°C oder mehr in einer HCl-Atmosphäre getempert und dann eine als aktive Schicht dienende Halbleiterschicht auf dem Substrat gebildet. Auf diese Weise wird eine Dünnschicht-Solar zelle hoher Leistungsfähigkeit erhalten.

Nach einem sechsten Aspekt der Erfindung werden bei einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle 2 Scheiben aus Graphitsubstraten partiell mit ihren ersten Haupt flächen nach innen aufeinander gelegt, so daß zwischen den bei den Scheiben ein Zwischenraum gebildet werden kann, und dünne Schichten werden auf den ersten Hauptoberflächen der Graphit substrate durch Hindurchleiten eines Materialgases durch den Zwischenraum gebildet. Damit kann eine Reaktionskammer zur Bil dung der dünnen Schichten erspart werden.

Nach einem siebenten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle der Ab stand zwischen einer Gaszuführöffnung und einer Gasableitungs öffnung einer Reaktionskammer zur Bildung einer dünnen Schicht auf einem Substrat auf der Basis der Durchflußmenge, der Durchflußgeschwindigkeit und der Zersetzungsgeschwindigkeit des Materialgases so bestimmt, daß ein größerer Teil des Mate rialgases zersetzt wird, bevor er die Gasableitungsöffnung er reicht. Dadurch wird das Materialgas mit hoher Effizienz ausge nutzt.

Nach einem achten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle eine Einrichtung zum Aufhalten nur des Materialgases an der Gasableitungsöffnung einer Reaktionskammer, in der auf einem Substrat eine dünne Schicht gebildet wird, vorgesehen. Dadurch kann das Materialgas mit hoher Effizienz ausgenutzt werden.

Nach einem neunten Aspekt der Erfindung wird bei einer Dünnschicht-Solarzelle ein mechanisch stabiles Trag-Substrat an der derjenigen Oberfläche, auf der die dünne Schicht gebildet ist, gegenüberliegenden Oberfläche eines Graphitscheibensub strates befestigt. Dadurch wird die mechanische Stabilität der Dünnschicht-Solarzelle unter Verwendung eines Graphitscheiben substrates vergrößert.

Nach einem zehnten Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfah ren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle ein Graphit scheibensubstrat so befestigt, daß dem Substrat durch einen Kohlenstoff oder Keramik aufweisenden Rahmen eine Spannung auf erlegt werden kann, und eine als aktive Schicht dienende dünne Halbleiterschicht wird auf dem Substrat gebildet. Dadurch wird eine Verbiegung des Substrates infolge der durch den Unter schied in den Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Graphit und dem Halbleiter bewirkten Spannung vermieden, wodurch die nachfolgenden Prozeßschritte erleichtert werden.

Nach einem elften Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle ein Graphit-Schei bensubstrat in eine Form gebracht, die einen Hohlraum aufweist, Siliziumpulver metallurgischer Reinheit in den durch die Gra phitscheibe bedeckten Hohlraum gefüllt und die Form aufgeheizt und abgekühlt, um das Siliziumpulver metallurgischer Reinheit zu schmelzen und zu erstarren, was zu einem temperaturbestän digen Substrat, bei dem ein Substrat aus Silizium metallurgi scher Reinheit auf die rückseitige Oberfläche der Graphitschei be aufgebracht ist, führt. Dann wird auf der Oberfläche des Graphitscheibensubstrates eine als aktive Schicht dienende Halbleiterschicht gebildet. Dadurch ist leicht eine Dünn schicht-Solarzelle mit hoher mechanischer Stabilität herstell bar.

Nach einem zwölften Aspekt der Erfindung weist eine Dünn schicht-Solarzelle ein hauptsächlich Kohlenstoff aufweisendes Substrat, eine auf dem Substrat angeordnete erste Silizium schicht, eine auf der ersten Siliziumschicht angeordnete und Öffnungen einer vorbestimmten Gestalt aufweisenden Isolier schicht und eine auf der Isolierschicht angeordnete zweite Siliziumschicht auf. Bei diesem Aufbau sind das hauptsächlich Kohlenstoff enthaltende Substrat und die Isolierschicht durch die erste Siliziumschicht sicher miteinander verbunden, womit sich eine Dünnschicht-Solarzelle mit hoher mechanischer Sta bilität realisieren läßt. Außerdem können, da die zweite Sili ziumschicht nicht in direkten Kontakt mit dem Substrat steht, Verunreinigungen im Substrat nicht in die zweite Silizium schicht diffundieren. Außerdem wird, da auf der ersten Silizi umschicht eine Isolierschicht vorhanden ist, die Reflexion des Lichtes an der rückseitigen Oberfläche der zweiten Silizium schicht effizient ausgenutzt.

Nach einem dreizehnten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle die Schritte des Bildens einer ersten Siliziumschicht auf einem hauptsächlich Kohlenstoff enthaltenden Substrat, des Bildens einer Isolier schicht mit Öffnungen einer vorbestimmten Gestalt auf der ersten Siliziumschicht, des Bildens einer zweiten Silizium schicht auf der Isolierschicht derart, daß sie durch die Öffnungen in Kontakt mit der ersten Isolierschicht stehen kann, auf. Dadurch ist leicht eine Dünnschicht-Solarzelle mit hoher Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit herstellbar. Genauer gesagt, wird auf der ersten Siliziumschicht eine amorphe Si liziumschicht gebildet, und die Isolierschicht wird auf der amorphen Siliziumschicht gebildet. Dann wird entsprechend dem vorbestimmten Muster Laserlicht auf den Wafer gerichtet, wodurch in denjenigen Abschnitten der amorphen Siliziumschicht, auf die das Laserlicht gerichtet wird, Durchbrüche durch die Isolierschicht geschaffen werden, was zu den Öffnungen der Isolierschicht führt. Da bei der Bildung der Öffnungen kein Naßprozeß erforderlich ist, wird die Leistungsfähigkeit der Solarzelle weiter erhöht.

Nach einem vierzehnten Aspekt der Erfindung weist eine Dünnschicht-Solarzelle ein Graphitscheibensubstrat mit einer konkav-konvexen Konfiguration und einer auf dem Substrat ange ordneten dünnen Halbleiterschicht auf. Damit ist in einem ein fachen Verfahren eine Dünnschicht-Solarzelle hoher Leistungs fähigkeit herstellbar.

Nach einem fünfzehnten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle die Schritte des Bildens einer Halbleiterschicht auf einem bandförmigen ersten Substrat, des Bildens eines pn-Überganges in der Halbleiter schicht, des Aufbringens eines zweiten Substrates auf die Halb leiterschicht und des Trennens der Halbleiterschicht vom ersten Substrat auf. Das erste Substrat bewegt sich in seiner Längs richtung, während die oben genannten Verfahrensschritte konti nuierlich ausgeführt werden. Damit kann eine große Anzahl von Dünnschicht-Solarzellen kontinuierlich hergestellt werden.

Nach einem sechzehnten Aspekt der Erfindung ist bei einem aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Solarzellen gebilde ten Solarzellenmodul jede Zelle auf einem leitenden Substrat mit geringerer Härte als ein Leitungsdraht angeordnet, und ein Ende des Leitungsdrahtes auf einer Zelle durchdringt das Substrat einer benachbarten Zelle, wodurch 2 Zellen miteinan der verbunden werden. Damit wird ein Solarzellenmodul mit er höhter mechanischer Stabilität des Verbindungsteiles leicht hergestellt.

Nach einem siebzehnten Aspekt der Erfindung wird bei einem Ver fahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung ein Ende des auf einer Oberfläche einer Zelle angeordneten Leitungsdrahtes gebogen und dann das Ende des gebogenen Abschnittes auf einen vorbestimmten Teil des Substrates einer benachbarten Zelle ge preßt, wodurch das Ende des Leitungsdrahtes in das Substrat der benachbarten Zelle eindringt oder dieses durchdringt. Damit kann ein Solarzellenmodul in einem einfachen Verfahren mit hohem Durchsatz hergestellt werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Substrat- Aufheizverfahrens bei einem Verfahren zur Her stellung einer Dünnschicht-Solarzelle entspre chend einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Vergrößerung des Korndurchmessers bei einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-So larzelle nach einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht- Solarzelle nach einer dritten Ausführungsform,

Fig. 4(a) bis 4(c) Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle nach einer vierten Ausführungsform,

Fig. 5 eine Darstellung eines Aufbaues einer Kammer zur Bildung einer dünnen Schicht, wie sie in einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-So larzelle nach einer fünften Ausführungsform Ver wendung findet,

Fig. 6 eine Darstellung des Aufbaues einer Kammer zur Bildung einer dünnen Schicht, wie sie in einem Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-So larzelle nach einer sechsten Ausführungsform Verwendung findet,

Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung des Aufbaues einer Dünnschicht-Solarzelle nach einer siebenten Aus führungsform,

Fig. 8 eine Querschnittsdarstellung des Aufbaues einer Dünnschicht-Solarzelle nach einer achten Ausfüh rungsform,

Fig. 9 bis 11 Darstellungen zur Erklärung eines Beispieles eines Verfahrens zur Herstellung der Dünn schicht-Solarzelle nach Fig. 7,

Fig. 12 eine Darstellung zur Erklärung eines anderen Beispieles eines Verfahrens zur Herstellung der Dünnschicht-Solarzelle nach Fig. 7,

Fig. 13(a) und 13(b) Darstellungen zur Erklärung eines Beispieles eines Verfahrens zur Herstellung der Dünn schicht-Solarzelle nach Fig. 8,

Fig. 14 eine Darstellung zur Erklärung eines anderen Beispieles eines Verfahrens zur Herstellung der Dünnschicht-Solarzelle nach Fig. 8,

Fig. 15 eine Querschnittsdarstellung des Aufbaues einer Dünnschicht-Solarzelle nach einer neunten Aus führungsform,

Fig. 16 eine Querschnittsdarstellung eines Verfahrens zur Vergrößerung des Korndurchmessers einer Siliziumschicht bei dem in Fig. 15 gezeigten Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht- Solarzelle,

Fig. 17(a) und 17(b) grafische Darstellungen, die zeigen, wie der Rückseiten-Reflexionseffekt der in Fig. 15 ge zeigten Dünnschicht-Solarzelle im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen effizient ausgenutzt wird,

Fig. 18(a) bis 18(d) Querschnittsdarstellungen der Prozeßschritte bei der Herstellung der in Fig. 15 gezeigten Dünn schicht-Solarzelle,

Fig. 19 eine Querschnittsdarstellung, die den Aufbau einer Dünnschicht-Solarzelle nach einer zehnten Ausführungsform zeigt,

Fig. 20 eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein Verfahren zur Bildung eines Graphit substrates mit einer konkav-konvexen Oberflä che zeigt,

Fig. 21 eine schematische Darstellung, die ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Bildung eines Graphitsubstrates mit einer konkav-konvexen Oberfläche zeigt,

Fig. 22 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispieles für ein Verfahren zur Bildung eines Graphitsubstrates mit einer konkav-konvexen Oberfläche,

Fig. 23 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle nach einer elften Ausführungsform zeigt,

Fig. 24 eine Darstellung, die eine Apparatur zur Bil dung einer Halbleiterschicht bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstellungsverfahren zeigt,

Fig. 25 eine Darstellung, die eine weitere Vorrichtung zur Ausbildung einer Halbleiterschicht bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstellungsverfahren zeigt,

Fig. 26 eine Darstellung, die eine Vorrichtung zum Auf schmelzen und Rekristallisieren der Halbleiter schicht bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstel lungsverfahren zeigt,

Fig. 27 eine Darstellung, die eine Vorrichtung zur Bil dung einer Trennschicht auf einem Substrat vor der Bildung der Halbleiterschicht bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstellungsverfahren zeigt,

Fig. 28 eine Darstellung, die eine Vorrichtung zur Ent fernung einer Schutzschicht, die auf der Halb leiterschicht vorhanden ist, während die Halb leiterschicht abgeschmolzen und rekristallisiert wird, bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstel lungsverfahren zeigt,

Fig. 29 eine Darstellung, die eine Vorrichtung zur Bildung eines pn-Überganges bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstellungsverfahren zeigt,

Fig. 30 eine Darstellung, die eine weitere Vorrich tung zur Bildung eines pn-Überganges bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstellungsverfahren zeigt,

Fig. 31 eine Darstellung, die eine Vorrichtung zur Tren nung des Substrates bei dem in Fig. 23 ge zeigten Herstellungsverfahren zeigt,

Fig. 32 eine Darstellung, die eine weitere Vorrichtung zum Trennen des Substrates bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstellungsverfahren zeigt,

Fig. 33(a) und 33(b) Darstellungen, die ein Beispiel eines Sub strattransportmechanismus bei dem in Fig. 23 gezeigten Herstellungsverfahren zeigen,

Fig. 34(a) bis 34(c) Darstellungen, die eine Dünnschicht-Solarzelle entsprechend einer zwölften Ausführungsform zeigen,

Fig. 35(a)und 35(b) Darstellungen, die eine Abwandlung der in Fig. 34 gezeigten Dünnschicht-Solarzelle zeigen,

Fig. 36 eine Darstellung, die eine weitere Abwandlung der in Fig. 34 gezeigten Dünnschicht-Solarzel le zeigt,

Fig. 37 eine Darstellung, die ein Verfahren zum Verbin den von Zellen parallel zueinander bei der in Fig. 34 gezeigten Dünnschicht-Solarzelle zeigt,

Fig. 38 eine Darstellung, die ein Verfahren zum An schließen einer Elektrode bei der in Fig. 34 gezeigten Dünnschicht-Solarzelle zeigt,

Fig. 39 eine Querschnittsdarstellung längs der Linie D- D in Fig. 38,

Fig. 40(a) bis 40(f) Querschnittsdarstellungen, die ein Verfahren zur Verbindung zweier Zellen miteinander, angewandt auf die in Fig. 34 gezeigte Dünnschicht-Solar- zelle, zeigen,

Fig. 41 eine Darstellung, die eine Abwandlung der in Fi gur 34 gezeigten Dünnschicht-Solarzelle zeigt,

Fig. 42(a) und 42(b) Darstellungenn, die eine weitere Abwandlung der in Fig. 34 gezeigten Dünnschicht-Solarzelle zeigen,

Fig. 43 eine perspektivische Darstellung, die eine her kömmliche Dünnschicht-Solarzelle zeigt,

Fig. 44 eine Querschnittsdarstellung, die eine herkömm liche Dünnschicht-Solarzelle unter Verwendung eines Graphit-Substrates zeigt,

Fig. 45 eine Darstellung der Oberflächenstruktur des Graphitsubstrates,

Fig. 46 eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Herstellung einer herkömmlichen Dünnschicht- Solarzelle unter Verwendung einer Graphitscheibe als Substrat zeigt,

Fig. 47 eine Darstellung der Kristallstruktur des Gra phits,

Fig. 48 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Graphitscheibe,

Fig. 49 eine Darstellung der Oberflächenstruktur der Graphitscheibe,

Fig. 50 eine Darstellung zur Erklärung eines Problemes beim Herstellungsverfahren nach Fig. 46,

Fig. 51 eine Querschnittsdarstellung einer herkömmli chen Dünnschicht-Solarzelle unter Verwendung eines hauptsächlich Kohlenstoff aufweisenden Substrates,

Fig. 52 eine Querschnittsdarstellung einer weiteren her kömmlichen Dünnschicht-Solarzelle unter Verwen dung eines hauptsächlich Kohlenstoff aufweisen den Substrates,

Fig. 53 eine schematische Darstellung zur Erklärung eines in dem Fall auftretenden Problems, daß die dünne Schicht auf der Graphitscheibe gebildet wird,

Fig. 54 eine Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen Dünnschicht-Solarzelle unter Verwendung eines MG-Si-Substrates,

Fig. 55 eine schematische Darstellung, die ein in dem Fall, daß ein MG-Si-Substrat verwendet wird, auf tretendes Problem zeigt,

Fig. 56 eine Querschnittsdarstellung einer herkömm lichen Solarzelle unter Verwendung von kristal linem Silizium,

Fig. 57 eine Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen amorphen Solarzelle,

Fig. 58 eine Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen Dünnschicht-Solarzelle, bei der die dünne Schicht auf einem Substrat mit einer konkav-konvexen Oberfläche gebildet ist,

Fig. 59(a) bis 59(f) perspektivische Darstellungen der Prozeßschritte bei der Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle, bei der die Dünnschicht-Solarzelle abschließend vom Substrat getrennt wird,

Fig. 60(a) und 60(b) Darstellungen von herkömmlichen Solarzellmodulen,

Fig. 61(a) und 61(b) Darstellungen eines anderen Beispieles von her kömmlichen Solarzellmodulen und

Fig. 62 eine Querschnittsdarstellung, die ein weiteres Beispiel für herkömmliche Solarzellmodule zeigt.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Aufheizung des Substrates bei einem Verfahren zur Herstellung einer Dünn schicht-Solarzelle nach einer ersten Ausführungsform zeigt. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Graphitscheibe, die als leitendes Substrat der Dünnschicht-Solarzelle verwendet wird. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Kammer zur Bildung einer dünnen Schicht, in der eine dünne Halbleiterschicht auf einem Graphitscheibensubstrat 1 gebildet wird. Das Bezugszei chen 4 bezeichnet eine Gaszuführöffnung, durch die ein Mate rialgas zur Bildung der dünnen Halbleiterschicht in die Kammer 2 eingeleitet wird, und das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Gasauslaßöffnung. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen in der Kammer 2 angeordneten Induktionsheizer.

Das Graphitscheibensubstrat 1 wird, wie durch den Pfeil in Fig. 1 gezeigt, in die Kammer 2 zur Bildung der dünnen Schicht gebracht und durch den Induktionsheizer 3 aufgeheizt. Bei einer herkömmlichen elektrischen Aufheizung wird, da die Anschlüsse der Stromversorgungsquelle direkt im Kontakt mit dem Substrat stehen, die Oberfläche des Substrates deformiert oder abgezogen. Bei der Induktionsheizung entsprechend der Ausfüh rungsform wird eine Deformation oder Beschädigung der Ober fläche des Graphitscheibensubstrates 1 verhindert, da kein Anschluß einer Stromversorgungsquelle mit dem Substrat in Ver bindung steht. Außerdem führt bei der herkömmlichen elektri schen Heizung eine nicht perfekte Verbindung zwischen den An schlüssen und dem Substrat zu einer schlechten Aufheizung bzw. Ungleichmäßigkeiten der Temperatur im Substrat. Bei der Induk tionsheizung wird im Gegensatz dazu, da die Heizung gleichmäßig über das gesamte Substrat wirkt, auf dem Substrat eine dünne Halbleiterschicht mit gleichförmiger Dicke ausgebildet. Bei der herkömmlichen Lampenheizung wird durch die glänzende Oberfläche des Graphitscheibensubstrates das Lampenlicht weitgehend reflektiert, was zu einer geringen Effizienz dieses Heizver fahrens führt. Außerdem wird, da die gesamte Reaktionkammer aufgeheizt wird, Silizium auch an den Innenwänden der Reaktionskammer abgeschieden. Bei der Induktionsheizung wird im Gegensatz dazu die Wirkamkeit der Heizung nicht durch die glän zende Oberfläche des Substrates verringert. Da nur das leitende Substrat geheizt wird, wird die Effizienz des Heizverfahrens verbessert. Weiterhin kann auf eine Wartung der Reaktionskam mer, das heißt eine Entfernung des auf den Innenwänden der Reaktionskammer abgelagerten Siliziums, verzichtet werden.

Üblicherweise wurde die Induktionsheizung für gesinterte Kohlenstoffsubstrate verwendet. Da das gesinterte Kohlenstoff substrat jedoch dick und zerbrechlich ist, ist ein Heizer mit hoher Leistung erforderlich. In diesem Falle ist die Induk tionsheizung kein effizientes Heizverfahren. Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch durch die Induktions heizung, da die Graphitscheibe sehr dünn ist und mit geringerer Leistung aufgeheizt wird, ein effektives Heizverfahren bereit gestellt.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 Verfahrens schritte bei der Bildung einer dünnen Schicht und der Vergrö ßerung des Durchmessers von Kristallkörnern bei einem Verfah ren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle entsprechend einer zweiten Ausführungsform beschrieben. In Fig. 2 bezeich nen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 die gleichen oder einander entsprechende Teile. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Kammer zur Bildung einer Bedeckungsschicht, in der eine thermische CVD-Apparatur angeordnet ist. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Kammer zur Vergrößerung des Korndurchmessers. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine in der Kammer 2 auf dem Graphitscheibensubstrat 1 gebildete dünne Si-Schicht. Das Be zugszeichen 15 bezeichnet eine auf der dünnen Si-Schicht 10 in der Kammer 6 gebildete Bedeckungsschicht.

Die Graphitscheibe wird in die Kammer 2 zur Bildung der dünnen Schicht gebracht und durch den Induktionsheizer 3 aufgeheizt. Durch die Zuführöffnung 4 in die Kammer 2 eingeleites Material gas wird durch die Wärme des Substrates 1 zersetzt, wodurch auf dem Substrat 1 eine dünne polykristalline Si-Schicht 10 gebil det wird. Das Substrat 1, auf dem die dünne Si-Schicht 10 gebildet wird, wird in die Kammer 6 zur Bildung der Bedeckungs schicht gebracht. In dieser Kammer 6 wird auf der dünnen Si- Schicht 10 durch die Vorrichtung 7 zur thermischen CVD die Be deckungsschicht 15 gebildet. Die Bedeckungsschicht 15 verhin dert, daß die polykristalline Si-Schicht 10 sich auftrennt und in Inseln zusammenläuft, während sie in der Kammer 8 zur Korn vergrößerung aufgeschmolzen wird. Die Bedeckungsschicht weist eine Oxidschicht, eine Nitridschicht oder eine Mehrschicht struktur aus diesen auf. Die Bedeckungsschicht wurde üblicher weise verwendet, wenn der Durchmesser der Kristallkörner im auf einem kristallinen Siliziumsubstrat gebildeten polykristallinen Silizium zu erhöhen ist. Im Falle der Verwendung eines flexib len Graphitscheibensubstrates kann infolge der Spannungen im polykristallinen Silizium das Graphitscheibensubstrat verformt werden, und dabei ist die Bedeckungsschicht sehr wichtig. Nach der Bildung der Bedeckungsschicht 15 wird das Substrat in die Kammer 8 zur Vergrößerung des Korndurchmessers gebracht. In dieser Kammer 8 wird das polykristalline Silizium durch die In duktionsheizung aufgeschmolzen, um den Korndurchmesser zu ver größern.

Fig. 3 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle nach einer dritten Ausführungsform zeigt. In Fig. 3 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 die gleichen oder einander entsprechende Teile. Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Kammer zur Entfer nung einer Bedeckungsschicht, die eine Trockenätzvorrichtung 21 aufweist, und in der die in einem Verfahrensschritt zur Ver größerung des Korndurchmessers verwendete Bedeckungsschicht durch Trockenätzen entfernt wird. Das Bezugszeichen 22 be zeichnet eine Kammer zur Bildung eines pn-Überganges, die eine thermische Diffusionsvorrichtung 23 aufweist, und in der in einer dünnen Si-Schicht auf einem Substrat 1 durch thermische Diffusion von Störstellen ein pn-Übergang gebildet wird. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Kammer zur Bildung einer Antireflexionsschicht, die eine Sputtervorrichtung 25 aufweist, und in der auf der dünnen Si-Schicht mit dem pn-Übergang eine Antireflexionsschicht gebildet wird. Das Bezugszeichen 26 be zeichnet eine Kammer zur Bildung einer Oberflächenelektrode, die eine Sputterapparatur 27 aufweist, und in der durch Sputtern eine Oberflächenelektrode gebildet wird. Das Bezugs zeichen 29 bezeichnet blättchenförmiges Graphit, das gereinigt und durch Säurebehandlung aufgeschäumt wurde. Walzen 30 pressen das Graphit 29 und liefern 2 Scheiben eines Graphitsubstrates 1. Die Walzen 31 pressen und drücken die beiden Scheiben des Graphitsubstrates aneinander und transportieren die Graphit scheibe in die kontinuierlichen Reaktionskammern. Die Walzen 32 trennen die beiden scheibenförmigen Graphitsubstrate und nehmen sie auf.

Das blättchenförmige Graphit 29, das durch Säurebehandlung gereinigt und aufgeschäumt wurde, wird durch 2 Paar Walzen 30 gepreßt, was zur Bildung von 2 Scheiben Graphitsubstrat 1 führt. Bei dieser Ausführungsform wird die eine Scheibe des Graphitsubstrates durch die Walzen 31 an die andere herange führt und aufgepreßt. Die Graphitsubstrate haften allein durch die Anwendung von Druck leicht aneinander. Der geeignete Druck wird derart gewählt, daß die beiden Graphitsubstratscheiben nach der letzten Stufe des Herstellungsverfahrens leicht von einander getrennt werden können. Ein Materialgas, etwa SiH₄ oder SiH₂Cl₂, wird durch die Gaszufuhröffnung in die Kammer 2 zur Bildung der dünnen Schicht eingeleitet. Das Graphitsubstrat 1 in der Reaktionskammer 2 wird durch die Induktionsheizer 3 direkt auf etwa 1000°C aufgeheizt, und das Materialgas wird auf dem aufgeheizten Graphitsubstrat 1 zersetzt, wodurch auf beiden Oberflächen des Substrates 1 polykristalline Si- Schichten, die als aktive Schichten dienen, gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird die Spannung zwischen dem Sub strat und der oberen dünnen Schicht durch die Spannung zwischen dem Substrat und der unteren dünnen Schicht egalisiert, was eine Krümmung des Graphitsubstrates, wie sie in Fig. 53 gezeigt ist, verhindert.

Das Graphitsubstrat mit den dünnen polykristallinen Si-Schich ten wird in die Kammer 6 zur Bildung der Bedeckungsschicht ge bracht, wo auf der dünnen Si-Schicht durch thermische CVD o. ä. eine Oxidschicht, eine Nitridschicht oder eine eine Mehr schichtstruktur aus diesen aufweisende Bedeckungsschicht gebil det wird. Dann wird das Substrat in die Kammer 8 zur Vergrö ßerung des Korndurchmessers gebracht, in der das polykristal line Silizium durch die Induktionsheizung aufgeschmolzen und rekristallisiert wird, wodurch der Durchmesser der Kristall körner vergrößert wird. Danach wird das Substrat in die Kammer 20 zur Entfernung der Bedeckungsschicht gebracht, in der die Bedeckungsschicht durch Trockenätzen entfernt wird.

Dann wird das Graphitsubstrat 1 zur Kammer 22 zur Bildung des pn-Überganges gebracht. In dieser Kammer 22 werden durch ther misches Eindiffundieren von Verunreinigungen in den dünnen Si- Schichten pn-Übergänge gebildet. Danach wird das Substrat in die Kammer 24 zur Bildung der Antireflexionsschicht gebracht, in der auf den dünnen Si-Schichten durch Sputtern Antirefle xionsschichten gebildet werden. Dann wird das Substrat in die Kammer 26 zur Bildung der oberen Elektrode gebracht, in der durch Sputtern die oberen Elektroden gebildet werden. Dann wird das Substrat 1 - wie vor dem Prozeß - in 2 Scheiben getrennt, und jede Scheibe wird durch Walzen 32 aufgenommen. Die beiden Scheiben des Graphitsubstrates wurden jeweils durch die Walzen 30 gepreßt und dann durch Anwendung eines schwachen Druckes von etwa 100 g bis 100 kg/cm² durch Walzen 31 zusammengefügt. Deshalb ist die Haftung zwischen ihnen relativ gering, so daß sie an den aneinanderhaftenden Oberflächen leicht voneinander getrennt werden können.

Bei dieser dritten Ausführungsform wird die durch den Unter schied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Substrates und der oberen dünnen Schicht bewirkte Spannung durch die durch den Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und der unteren dünnen Schicht bewirkte Spannung ausgelöscht, was eine Krümmung des Substrates verhin dert. Außerdem wird, da auf zwei Substraten gleichzeitig Solar zellen gebildet werden, die Produktivität verdoppelt.

Bei dieser Ausführungsform wird, wenn das Substrat vor der Bildung der dünnen Schicht auf 1000 und einige 100°C aufge heizt und gehärtet wird, die Krümmung des Substrates bis zu einem gewissen Grad unterdrückt, wodurch sich der nachfolgende Prozeßschritt der Vergrößerung des Korndurchmessers leichter ausführen läßt. In diesem Falle werden die fertiggestellten Solarzellen nicht durch Walzen aufgenommen, sondern nachein ander auf geeignete Länge zugeschnitten.

Bei dieser Ausführungsform wird, wenn die durch die Walzen gebildete Graphitscheibe in einer HCl-Atmosphäre bei etwa 3000°C getempert wird, die Störstellenkonzentration des Substrates verringert, wodurch eine Verschlechterung der Leistungscharak teristik infolge von in die dünne Schicht eingemischten Verun reinigungen verhindert wird.

Um kontinuierlich dünne Halbleiterschichten auf einem bandför migen Graphitscheibensubstrat auszubilden, ist eine Reaktions kammer, in die ein Materialgas zur Bildung der dünnen Schicht eingeleitet wird, erforderlich, was die Notwendigkeit einer großen Herstellungsapparatur und einer komplexen Wartung usw. mit sich bringt. Fig. 4(a) zeigt ein Verfahren zur Herstel lung einer Dünnschicht-Solarzelle entsprechend einer vierten Ausführungsform, bei dem auf eine solche Reaktionskammer ver zichtet werden kann. In Fig. 4(a) drücken Walzen 35 zwei Scheiben eines Graphitsubstrates 1 gegeneinander und transpor tieren diese weiter. Walzen 36 pressen die beiden Enden bzw. Seitenkanten des Graphitsubstrates 1 zusammen und verbinden sie. Eine rotierende Materialgaszuführungsdüse 38 steht im Kon takt mit der Kante des Graphitsubstrates 1 und leitet Material gas in den Reaktionsraum 39, der durch die beiden Scheiben des Graphitsubstrates gebildet wird, von deren Kante aus ein Walzen 37 halten die beiden Kanten in der Position, daß sie die Materialgaszuführungsdüse 38 berühren. Fig. 4(b) ist eine Draufsicht, die die Umgebung der Materialgaszuführungsdüse 38 zeigt, und Fig. 4(c) ist ein Querschnitt längs der Linie C-C in Fig. 4(b).

Die beiden Scheiben des Graphitsubstrates 1 werden durch die Walzen 35 gegeneinander gedrückt und weiter transportiert. Die beiden Seiten bzw. Kanten des Substrates werden durch die Walzen 36 zusammengepreßt und miteinander verbunden. Wie bei der dritten Ausführungsform beschrieben, haften die Graphit scheiben allein durch das Anwenden von Druck luftdicht anein ander. Ein geeigneter Druck wird so bestimmt, daß die beiden Scheiben des Graphitsubstrates luftdicht aneinander haften und dennoch nach dem Abschluß des Herstellungsverfahrens leicht voneinander getrennt werden können. Da die Graphitscheibe eine bestimmte Flexibilität aufweist, wird zwischen den beiden Gra phitsubstraten ein Zwischenraum gebildet, und nach der Herstel lung der Solarzellen kehren die Substrate in den Zustand ebener Platten zurück.

Die Graphitsubstrate 1 werden von der oberen und der unteren Seite durch Heizer o. ä. (nicht gezeigt) erwärmt. Die Material gaszuführungsdüse 38 liefert Materialgas von der Kante des Sub strates aus zu, wodurch zwischen den Substraten ein mit Mate rialgas gefüllter Reaktionsraum 39 gebildet wird. Im Reaktions raum 39 wird das Materialgas aufgelöst bzw. zersetzt, und dünne Halbleiterschichten werden auf den inneren Wandoberflächen des Substrates abgeschieden. Das verbrauchte Gas in der Reaktions kammer 39 kann durch eine (nicht gezeigte) Ableitungsdüse mit dem gleichen Aufbau wie die Materialgaszuführungsdüse 38 abge leitet werden. Die Substrate werden, was in der Abbildung nicht gezeigt ist, an einem Ende des Reaktionsraumes 39 zusammenge preßt und miteinander verbunden. Dabei wird ein geringer Druck angewandt, so daß die auf den inneren Oberflächen der Substrate gebildeten dünnen Schichten nicht zerstört werden können. Nach der Bildung der dünnen Halbleiterschicht werden die beiden Scheiben der Graphitsubstrate 1 voneinander getrennt. Danach werden die Dünnschicht-Solarzellen durch einen Korngrößen-Ver größerungsschritt, einen pn-Übergang-Bildungsschritt usw. fer tiggestellt.

Nach einer vierten Ausführungsform werden die beiden Graphit scheibensubstrate mit ihren Hauptoberflächen nach innen zusam mengebracht. Die beiden Enden bzw. Seitenkanten der Substrate werden so miteinander verbunden, daß zwischen ihnen eine Zwi schenraum ausgebildet wird. Dann wird in den Zwischenraum Materialgas eingeleitet, um auf den Hauptoberflächen der Sub strate dünne Halbleitersc 64329 00070 552 001000280000000200012000285916421800040 0002004207411 00004 64210hichten auszubilden. Auf diese Weise kann auf eine Reaktionskammer verzichtet werden.

Wenn bei der oben beschriebenen Ausführungsform nach der Tren nung der beiden Graphitscheibensubstrate voneinander eine Ver größerung des Korndurchmessers ausgeführt wird, kann die Ver größerung des Korndurchmessers wie folgt geschehen: Ein zweiter Reaktionsraum wird nahe dem Reaktionsraum 39 gebildet, und darin werden Bedeckungsschichten gebildet. Neben dem zweiten Reaktionsraum wird ein dritter Reaktionsraum gebildet, in dem die dünnen Schichten geschmolzen und rekristallisiert werden, um den Korndurchmesser zu vergrößern.

Übrigens hat eine herkömmliche Reaktionskammer zur Bildung einer dünnen Schicht, wie sie bei einem Verfahren zur kontinu ierlichen Bildung von dünnen Halbleiterschichten auf einem bandförmigen Substrat Anwendung findet, an einem Ende eine Materialgas-Zuführungsöffnung und am anderen Ende eine Gasaus laßöffnung. Der Abstand zwischen der Einlaß- und der Auslaß öffnung beträgt einige 10 cm bis 1 m. Dies reicht nicht aus, um das durch die Gaseinlaßöffnung eingeleitete Material- bzw. Reaktionsgas vollständig zu zersetzen, bevor es die Auslaßöff nung erreicht. Das heißt, das Materialgas wird abgeleitet, bevor es effizient ausgenutzt wurde. Genauer gesagt, werden, wenn die Länge der Reaktionskammer etwa 1 m beträgt, nur 10% des Materialgases zersetzt und tragen zur Schichtbildung bei.

Das heißt, etwa 90% des Materialgases werden ungenutzt durch die Auslaßöffnung abgeführt. Dies führt zu ernsten Problemen bezüglich der Herstellungskosten, da eine effiziente Ausnut zung des Materialgases für eine Verringerung der Herstellungs kosten ganz entscheidend ist. Fig. 5 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle entsprechend einer fünften Ausführungsform, bei der das Materialgas effektiver genutzt wird. In Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 40 eine Dünnschichtbildungskammer. Das Bezugszeichen 41 bezeichnet ein bandförmiges Substrat, beispielsweise ein Graphitscheibensub strat, auf dem in der Kammer 40 eine dünne Halbleiterschicht gebildet wird. Das Substrat 41 wird durch einen Induktionshei zer 3 erwärmt. In die Reaktionskammer 40 wird durch eine Gaszu führöffnung 4 Materialgas 42 eingeleitet und durch die Wärme des Substrates 41 zersetzt. Trägergas 43, was dadurch entsteht, daß das Materialgas zersetzt wird und Teile des Materialgases zur Bildung der Schicht verwendet werden, wird durch die Gas auslaßöffnung 5 abgeleitet. Bei dieser Ausführungsform wird der Abstand zwischen der Gaseinlaßöffnung 4 und der Gasauslaßöff nung 5, das heißt die Länge L₁ der Reaktionskammer 50 so gewählt, daß ein größerer Teil des Materialgases in der Reak tionskammer zersetzt werden kann, bevor es die Auslaßöffnung 5 erreicht. Diese Länge L₁ wird auf der Grundlage der Durchfluß geschwindigkeit und/oder der Zersetzungsgeschwindigkeit des Materialgases gewählt. Wenn die Länge L₁ beispielsweise 10 m ist, werden etwa 60% des Materialgases zersetzt und tragen zur Schichtbildung bei.

Fig. 6 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht- Solarzelle nach einer sechsten Ausführungsform, bei der das Ma terialgas ebenfalls effektiv genutzt wird. In Fig. 6 bezeich nen Bezugszeichen wie in Fig. 5 die gleichen oder einander entsprechende Teile. Bei der sechsten Ausführungsform ist die Gasauslaßöffnung 5 mit einer Schicht 45 versehen, die für nicht-zersetztes Materialgas undurchlässig ist, etwa mit einer Platinschicht. Daher wird nur Trägergas, das dadurch entstanden ist, daß das Materialgas zersetzt wurde, und Bestandteile davon zur Schichtbildung beigetragen haben, aus der Auslaßöffnung ab geleitet, während das Materialgas, das nicht zersetzt wurde und die Auslaßöffnung 5 erreicht hat, die Platinschicht 25 nicht passieren kann und - wie durch den Pfeil 46 gezeigt - in der Reaktionskammer verbleibt. Da das nicht-zersetzte Materialgas nicht abgeleitet wird, wird das Materialgas effektiv ausge nutzt. Bei dieser sechsten Ausführungsform können, obgleich die dünnen Halbleiterschichten auf dem bandförmigen Substrat kon tinuierlich gebildet werden, die dünnen Halbleiterschichten auch Stück für Stück hergestellt werden.

Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Dünnschicht- Solarzelle nach einer siebenten Ausführungsform zeigt. In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen 51 ein flexibles Graphitschei bensubstrat. Eine dünne polykristalline Siliziumschicht 52 ist auf dem Substrat 51 angeordnet. Eine Antireflexionsschicht 53 ist auf der dünnen Siliziumschicht 52 angeordnet. Eine obere Elektrode 54 ist auf der Antireflexionsschicht 53 angeordnet. Ein Trag-Substrat 50, das eine preisgünstige Metallplatte auf weist, ist mit der rückseitigen Oberfläche des Graphitscheiben substrates 51 durch Silber- oder Aluminiumpaste verbunden.

Fig. 8 ist eine Querschnittsdarstellung einer Dünnschicht-So larzelle nach einer achten Ausführungsform. In Fig. 8 bezeich nen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 7 die gleichen oder einander entsprechende Teile. Ein MG-Si aufweisendes Trag-Sub strat 55 mit einer Dicke von 300 µm oder mehr ist auf der rück seitigen Oberfläche des Graphitscheibensubstrates 51 angeord net. Bei einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer Graphitscheibe als Substrat ist, da die Graphitscheibe eine bestimmte Flexi bilität aufweist, die mechanische Tragfähigkeit des Substrates für die dünne Halbleiterschicht als aktive Schicht nicht groß genug. Die Differenz der Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Graphitscheibensubstrat und der dünnen Halbleiterschicht verur sacht im Herstellungsprozeß eine Verbiegung bzw. Krümmung, wie sie in Fig. 53 gezeigt ist, was zu Schwierigkeiten im nächsten Schritt der Vergrößerung des Korndurchmessers führt. Wenn jedoch eine Metallplatte oder ein MG-Si-Substrat als Substrat verwendet werden, ist die mechanische Tragfähigkeit des Sub strates erhöht. In diesem Falle diffundieren jedoch Verunrei nigungen im Substrat in die dünne Schicht, während die dünne Schicht gebildet wird, was die Leistungsparameter der Solar zelle verschlechtert. Zudem kann die aktive Schicht durch die Wanderung von Verunreinigungen zerstört werden, wie in Fig. 55 gezeigt.

Bei der Dünnschicht-Solarzelle entsprechend der siebenten Aus führungsform wird die kostengünstige Metallplatte 50 mittels einer Metallpaste an der rückseitigen Oberfläche des Graphit scheibensubstrates 51, auf dem die dünne Halbleiterschicht 52 gebildet ist, befestigt. Bei der Dünnschicht-Solarzelle nach der achten Ausführungsform ist das MG-Si-Substrat 55 auf der rückseitigen Oberfläche des Graphitscheibensubstrates 51 an geordnet. Auf diese Weise wird auch dann, wenn die flexible Graphitscheibe als Substrat verwendet wird, die mechanische Tragfähigkeit des Substrates für die dünne Halbleiterschicht hinreichend erhöht.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 11 das Verfahren zur Herstellung der Fig. 7 gezeigten Dünnschicht-So larzelle beschrieben.

Fig. 9 ist eine perspektivische Darstellung, die einen Schritt des Einfügens eines Graphitscheibensubstrates in einen Rahmen zeigt, und Fig. 10 ist eine perspektivische Darstellung, die das in den Rahmen eingefügte Graphitscheibensubstrat darstellt. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 56 einen äußeren Rahmen, das Bezugszeichen 58 einen inneren Rahmen und das Be zugszeichen 59 eine Ausgleichplatte. Der äußere Rahmen 56, der innere Rahmen 58 und die Ausgleichplatte 59 sind aus Kohlen stoff oder Keramik gebildet.

Zuerst wird die Graphitscheibe 57 auf den inneren Rahmen 58 ge setzt und entsprechend der Größe des inneren Rahmens 58 mit diesem verbunden. Dann wird der innere Rahmen 58, auf den die Graphitscheibe 57 aufgesetzt ist, in den äußeren Rahmen 56 so eingesetzt, daß der Graphitscheibe 57 eine Spannung auferlegt werden kann. Dann wird die Ausgleichplatte 59 in den inneren Rahmen 58 eingesetzt. Auf diese Weise wird ein Substrat ent sprechend Fig. 10, dessen Zentrum mit der Graphitscheibe 57 bedeckt ist, erhalten. Die Fig. 11(a) bis 11(d) sind Quer schnittsdarstellungen längs der Linie B-B in Fig. 10, die Prozeßschritte nach dem in Fig. 10 gezeigten Zustand darstel len. Zuerst wird das in Fig. 11(a) gezeigte Substrat in eine CVD-Apparatur gebracht, und auf dem Graphitsubstrat 57 eine einige 10 Mikrometerdicke, dünne polykristalline Silizium schicht 60 gebildet. Dabei kann sich die flexible Graphitschei be 57, da sie durch den äußeren und inneren Rahmen 56 und 58 gehalten wird, nicht verbiegen. Dann wird das polykristalline Silizium aufgeschmolzen und rekristallisiert, um den Korn durchmesser zu erhöhen. Danach wird in der Siliziumschicht 60 durch Störstellendiffusion oder Ionenimplantation ein pn-Über gang gebildet. Dieser pn-Übergang kann durch Veränderung der Art bzw. Zusammensetzung dea Dotierungsgases während der Bil dung der aktiven Schicht durch CVD mit gemischten Dotierungs gasen gebildet werden. Außerdem kann er durch Bilden einer mikrokristallinen Schicht mit der Leitfähigkeit der aktiven Schicht entgegengesetzter Leitfähigkeit auf der dünnen Si- Schicht 60 durch Plasma-CVD gebildet werden. Nach Bildung des pn-Überganges wird durch Sputtern o. ä. eine Antireflexions schicht 61 gebildet. Wenn die Leitfähigkeit der dünnen Si- Schicht 60 in transversaler Richtung niedrig ist, wird als Antireflexionsschicht eine transparente leitfähige Schicht, die etwa ITO (In₂O₃ : SnO₂), SnO_2, ZnO aufweist und auch als Elektro de dient, verwendet. Wenn die Leitfähigkeit der dünnen Si- Schicht in transversaler Richtung hoch ist und keine transpa rente Elektrode benötigt wird, wird als Antireflexionsschicht eine Si₃N₄ o. ä. aufweisende Isolierschicht verwendet. Fig. 11(b) zeigt den Zustand, in dem die Antireflexionsschicht 61 gebildet ist. Danach wird auf der Antireflexionsschicht 61 eine obere Elektrode (Fingerelektrode) 86, die nicht gezeigt ist, gebildet. Die obere Elektrode weist üblicherweise Silber auf und wird durch Siebdruck oder Bedampfen gebildet. Dann wird, wie in Fig. 11(c) gezeigt, die Ausgleichplatte 59 entfernt. Dann wird, wie in Fig. 11(d) gezeigt, eine preisgünstige Me tallplatte 62 gleicher Größe wie die Ausgleichplatte 59 mittels Silberpaste oder Aluminiumpaste auf der rückseitigen Oberfläche der Graphitscheibe 57 befestigt und dann gesintert. Schließlich werden der äußere Rahmen 56 und der innere Rahmen 58 entfernt, womit eine Dünnschicht-Solarzelle fertiggestellt ist.

Die Dünnschicht-Solarzelle kann auch ohne die Ausgleichplatte 59 gebildet werden. In diesem Falle wird die flexible Graphit scheibe auf die gleiche Weise wie oben beschrieben durch den äußeren Rahmen 56 und den inneren Rahmen 58 fixiert, und dann werden die dünne Si-Schicht, die Antireflexionsschicht und die obere Elektrode auf der rückseitigen Oberfläche der Graphit scheibe, das heißt der Oberfläche innerhalb des inneren Rahmens 58, gebildet. Dann wird die Metallplatte 62 auf der entgegenge setzten Oberfläche befestigt.

Fig. 12 zeigt ein Verfahren zur Bildung einer dünnen polykri stallinen Siliziumschicht mit einer großen Fläche unter Verwen dung der im oben geschilderten Herstellungsverfahren eingesetz ten äußeren und inneren Rahmen 56 und 58. Bei diesem Verfahren dient die flexible Graphitscheibe als Gehäuse bzw. Abdichtung einer CVD-Apparatur. Wie Fig. 12 zeigt, wird das Substrat 57 durch den Induktionsheizer 3 aufgeheizt. Materialgas wird durch die Gaseinlaßöffnung 4 in die Reaktionskammer eingeleitet und auf dem Substrat zersetzt, wodurch auf dem Substrat eine dünne Schicht gebildet wird. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Gas auslaßöffnung. Nach Bildung der dünnen Schicht auf diese Weise, wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform, wird die Dünnschicht-Solarzelle mittels der Prozeßschritte des Vergro ßerns des Korndurchmessers, des Bildens eines pn-Überganges, des Bildens einer Antireflexionsschicht, des Bildens einer obe ren Elektrode und des Anbringens und des Sinterns einer Metall platte fertiggestellt.

Die Fig. 13(a) und 13(b) sind Querschnittsdarstellungen, die ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 8 gezeigten Dünn schicht-Solarzelle zeigen, bei dem ein MG-Si-Trag-Substrat auf einer Graphitscheibe befestigt ist. In diesen Figuren bezeich net das Bezugszeichen 64 eine Bornitrid (BN) aufweisende Form. Die Form 64 hat einen zweistufigen Hohlraum, und eine Graphit scheibe 65 ist auf der Form 64 längs der Gestalt des Hohlraumes angeordnet. MG-Si-Pulver 67 füllt den tiefen Hohlraum der Form 64 aus. Ein BN aufweisender Deckel 66 wird auf den tieferen, mit dem MG-Si-Pulver 67 ausgefüllten Hohlraum gesetzt. Die Graphitscheibe 65 wird vorher gebogen, so daß sie an die Innen wand des zweistufigen Hohlraumes der Form 64 angeheftet und in die Form 64 eingesetzt werden kann. Dann wird der Hohlraum mit dem MG-Si-Pulver 67 gefüllt und mit dem Deckel 66 bedeckt. Das MG-Si-Pulver 67 wird durch Erwärmen geschmolzen und dann durch Abkühlen gehärtet. Wie in Fig. 13(b) gezeigt, wird damit das MG-Si-Trag-Substrat 68 gebildet und die Graphitscheibe 65 auf dem Trag-Substrat 68 befestigt. Danach wird das Substrat 68 aus der Form 64 herausgenommen, und nicht benötigte Abschnitte der Graphitscheibe werden abgeschnitten, was zu einem wärmebestän digen Substrat führt, bei dem die Graphitscheibe auf dem MG-Si- Trag-Substrat angebracht ist.

Die in Fig. 8 gezeigte Dünnschicht-Solarzelle wird unter Ver wendung des auf diese Weise gebildeten wärmebeständigen Sub strates hergestellt. Dieses wärmebeständige Substrat entspricht dem Graphitsubstrat 51 und dem MG-Si-Trag-Substrat 55 nach Fig. 8. Dieses Substrat wird in eine CVD-Apparatur gebracht, und ein Materialgas, etwa SiH₄ oder SiHCl₃ wird eingeleitet und bei einer Temperatur von etwa 1000°C zersetzt, wodurch auf dem Graphitsubstrat 5 eine dünne polykristalline Si-Schicht 52 mit einigen 10 Mikrometer Dicke gebildet wird. Dabei kann sich, da das Graphitsubstrat 51 auf dem MG-Si-Tragsubstrat 55 angebracht ist, das Substrat infolge der durch den Unterschied der Ausdeh nungskoeffizienten zwischen dem Graphit und dem Silizium bewirkten Spannungen nicht verbiegen. Dann wird das polykri stalline Silizium aufgeschmolzen und rekristallisiert, um den Korndurchmesser zu vergrößern. Dieser Schritt ist leicht auszu führen, da das Graphitsubstrat keine Verbiegung zeigt. Danach wird in der dünnen Si-Schicht 52 durch Störstellendiffusion oder Ionenimplantation ein pn-Übergang gebildet. Dieser pn- Übergang kann durch Verändern der Art des Dotandengases, wenn die aktive Schicht mittels CVD unter Einsatz gemischter Dotan dengase gebildet wird, gebildet werden. Zudem kann er durch Bilden einer mikrokristallinen Schicht mit einer der Leitfä higkeit der aktiven Schicht entgegengesetzten Leitfähigkeit auf der dünnen Si-Schicht 52 mittels Plasma-CVD gebildet werden. Nach Bildung des pn-Überganges wird durch Sputtern o. ä. eine Antireflexionsschicht 53 gebildet. Wenn die Leitfähigkeit der dünnen Si-Schicht 52 in transversaler Richtung niedrig ist, wird als Antireflexionsschicht eine transparente leitfähige Schicht, die ITO (In₂O₃ : SnO₂), SnO_2, ZnO o. ä. aufweist und auch als Elektrode dient, verwendet. Wenn die Leitfähigkeit der dün nen Si-Schicht in transversaler Richtung hoch ist und keine transparente Elektrode benötigt wird, wird eine Si₃N₄ o. ä. auf weisende isolierende Schicht als Antireflexionsschicht verwen det. Danach wird auf der Antireflexionsschicht 53 eine obere Eletrode (Fingerelektrode) 54 gebildet. Die obere Elektrode enthält üblicherweise Silber und wird durch Siebdruck oder Dampfabscheidung gebildet. Damit ist die in Fig. 8 gezeigte Dünnschicht-Solarzelle fertiggestellt.

Obgleich bei der oben beschriebenen Ausführungsform das wärme beständige Substrat, bei dem die Graphitscheibe auf dem MG-Si- Tragsubstrat haftet, durch einen Formungsschritt gebildet wird, kann das Substrat auch durch ein in Fig. 14 gezeigtes Verfah ren gebildet werden. Die Graphitscheibe 57 wird durch den in Fig. 9 gezeigten äußeren und inneren Rahmen 56 und 58 so fixiert, daß die Graphitscheibe eine Spannung haben kann, und dann wird eine MG-Si-Schicht 71 durch ein Plasmasprühverfahren gebildet. In Fig. 14 bezeichnet das Bezugszeichen 69 die Aus blasdüse einer Plasmasprühvorrichtung (nicht gezeigt). Das Be zugszeichen 70 bezeichnet MG-Si in seinem geschmolzenen Zustand. Da sich die Düse 69 in den durch die Pfeile verdeut lichten Richtungen bewegt, wird auf der Oberfläche der Graphitscheibe 57 das MG-Si-Tragsubstrat mit gleichförmiger Dicke gebildet. Fig. 15 ist eine Querschnittsdarstellung, die schematisch eine Solarzelle entsprechend einer neunten Ausfüh rungsform der Erfindung zeigt. In Fig. 15 bezeichnet das Be zugszeichen 72 ein hauptsächlich Kohlenstoff aufweisendes Sub strat. Eine erste Siliziumschicht 73 ist auf dem Substrat 72 angeordnet, und eine Isolierschicht 74 mit Öffnungen 78 ist auf der ersten Siliziumschicht 73 angeordnet. Eine zweite Silizium schicht 75 ist auf der Isolierschicht 74 angeordnet und steht in den Öffnungen 78 in Kontakt mit der ersten Siliziumschicht 73. Eine Emitterschicht 76 ist auf der zweiten Siliziumschicht 75 angeordnet. Eine Metallelektrode 77 ist auf der Emitter schicht 76 angeordnet. Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 15 gezeigten Solarzelle beschrieben. Das hauptsächlich Kohlenstoff aufweisende Substrat 72 trägt bzw. stützt mechanisch die Siliziumschichten 73 und 75 und dient als eine Elektrode der Solarzelle. Die erste Silizium schicht 73 wird auf dem Substrat 72 mittels CVD o. ä. aufgebracht. Der Widerstand der ersten Siliziumschicht 73 soll te so gering sein, daß sie den Fluß eines Ausgangsstromes der Solarzelle in das Substrat 72 durch die erste Siliziumschicht 73 nicht verhindert. Beispielsweise muß, wenn die erste Sili ziumschicht 73 1 µm dick ist, um einen Flächenwiderstand in der Dickenrichtung von 0,01 Ω × cm² oder darunter zu erhalten, der Widerstand der ersten Siliziumschicht 73 100 Ω × cm oder darun ter sein. Aus später zu beschreibenden Gründen sollte der Widerstand der ersten SiliZiumschicht 73 vorteilhafterweise so niedrig wie möglich sein. Wenn die erste Siliziumschicht 3 vom p-Typ ist, wird die erste Siliziumschicht 73 mit niedrigem Wi derstand durch Zumischen eines Borsäure enthaltenden Gases in das Materialgas gebildet.

Dann wird auf der ersten Siliziumschicht 73 mittels CVD o. ä. eine Isolatorschicht 74 gebildet, und in der Isolatorschicht 74 werden entsprechend einem vorbestimmten Muster Öffnungen gebil det. Als Isolator- bzw. Isolierschicht 74 können eine Silizium oxidschicht, eine Siliziumnitridschicht oder eine Laminierung dieser Schichten verwendet werden. Wenn als Isolierschicht 74 eine Siliziumoxidschicht verwendet wird, dient sie zudem als Barriere gegenüber einer Diffusion von Verunreinigungen vom Substrat 72 und als Rückseiten-Reflexionsschicht. Wenn eine Siliziumnitridschicht oder ein Mehrschichtaufbau einer Sili ziumoxidschicht und einer Siliziumnitridschicht verwendet wird, wird neben den oben beschriebenen Effekten die Übereinstimmung zwischen der Isolierschicht 74 und der Siliziumschicht verbes sert, so daß im weiteren Prozeß die Siliziumschicht effektiv aufgeschmolzen und rekristallisiert werden kann.

Dann wird auf dem Wafer mittels CVD o. ä. eine zweite Silizium schicht 75 gebildet. Die zweite Siliziumschicht 75 dient als Stromerzeugungsschicht der Solarzelle und hat eine Dicke von 5 bis 30 µm. Wenn die erste Siliziumschicht 73 vom p-Typ ist, sollte die zweite Siliziumschicht 75 vom p-Typ sein. Der Wider stand der zweiten Siliziumschicht 75 ist vorteilhafterweise etwa 1 ⟂× cm. Der Durchmesser der Kristallkörner in der zwei ten Siliziumschicht 75 übersteigt bei der CVD nie 1 µm, was zu ungenügenden Leistungsparametern der Solarzelle führt. Deshalb wird die zweite Siliziumschicht 75 aufgeschmolzen und rekri stallisiert, um den Durchmesser zu vergrößern, womit Kristall korndurchmeser erhalten werden, die doppelt so groß wie die Dicke sind. Während die Siliziumschicht 75 aufgeschmolzen und rekristallisiert wird, ist die Oberfläche der Siliziumschicht mit einer Bedeckungsschicht 79, etwa einer Siliziumoxidschicht, bedeckt, wie in Fig. 16 gezeigt. Die Bedeckungsschicht 79 wird nach der Rekristallisation entfernt. Vor der Bildung der zweiten Siliziumschicht 75 kann die erste Siliziumschicht 73 geschmolzen und rekristallisiert werden. In diesem Falle stimmt die erste Siliziumschicht 73, da die erste Siliziumschicht 73 in direktem Kontakt mit dem hauptsächlich Kohlenstoff aufwei senden Substrat steht, während des Schmelzens und Rekristalli sierens mit dem Substrat 72 überein, so daß der Durchmesser der Kristallkörner in der Siliziumschicht 73 leicht vergrößert wer den kann. Wenn die zweite Siliziumschicht 75 auf der ersten Si liziumschicht 73 aufgeschmolzen und rekristallisiert wird, nimmt die Siliziumschicht 75, da sie durch die Öffnungen in der Isolierschicht 74 in Kontakt mit der ersten Siliziumschicht 73 steht, die Kristallorientierung der ersten Siliziumschicht 73 auf, während sie rekristallisiert wird, wodurch der Durchmesser der Kristallkörner der zweiten Siliziumschicht 75 vergrößert wird. In dem Falle, daß die zweite Siliziumschicht 75 und die erste Siliziumschicht 73 zur gleichen Zeit geschmolzen und re kristallisiert werden, nimmt, wenn die erste Siliziumschicht 73 vor der zweiten Siliziumschicht 75 erstarrt bzw. erhärtet, die zweite Siliziumschicht 75 die Kristallorientierung der ersten Siliziumschicht 73 auf, wenn sie erhärtet, was zu dem gleichen Effekt wie oben beschrieben führt. Die Siliziumschichten 73 und 75 mit großen Kristallkörnern verbessern die Leistungsfähigkeit der Solarzelle.

Dann wird auf der zweiten Siliziumschicht 75 durch Eindiffun dieren von Verunreinigungen oder Ausbilden einer mikrokristal linen Siliziumschicht oder einer amorphen Siliziumschicht eine Emitterschicht 76 mit zur Leitfähigkeit der zweiten Silizium schicht 75 entgegengesetzter Leitfähigkeit gebildet, wodurch ein pn-Übergang erzeugt wird. Weiterhin werden nach Bedarf eine transparente leitende Schicht oder eine Antireflexionsschicht (nicht gezeigt) gebildet. Danach wird eine Metallelektrode 78 gebildet, womit die Solarzelle fertiggestellt ist.

Bei der wie oben beschrieben aufgebauten Solarzelle ist die als Barriere gegenüber einer Diffusion von Verunreinigungen dienende Isolierschicht 74 zwischen der zweiten Siliziumschicht 75, die als Stromerzeugungsschicht dient, und dem Substrat 72 vorhanden, und die zweite Siliziumschicht 75 ist mit der ersten Siliziumschicht 73 in den Öffnungen der Isolierschicht 74 ver bunden. Daher ist die zweite Siliziumschicht 75 nicht in direktem Kontakt mit dem Substrat 72, so daß nachteilige Ein flüsse infolge einer Diffusion von Verunreinigungen aus dem Substrat 72 - wie bei der herkömmlichen Solarzelle - vermieden werden.

Außerdem läßt sich, da die Isolierschicht 74 nicht direkt auf dem kohlenstoffhaltigen Substrat 72, sondern auf der Silizium schicht 73 gebildet ist, die Isolierschicht 74 nicht leicht vom Substrat 72 abziehen. Wenn Augenmerk darauf gelegt wird, daß die Isolierschicht 74 als Reflexionsschicht auf der Rückseite der zweiten Siliziumschicht 75 dient, kann die Reflexion in folge des Unterschiedes der Brechungsindizees zwischen der zweiten Siliziumschicht 75 und der Isolierschicht 74 und die Reflexion infolge des Unterschiedes der Brechungsindizees zwi schen der ersten Siliziumschicht 73 und der Isolierschicht 74 - die bei der herkömmlichen Solarzelle nicht zum Tragen kommt - ausgenutzt werden, so daß der Effekt der Totalreflexion an der rückseitigen Oberfläche der Siliziumschicht 75 wesentlich ver bessert wird. Diese Tatsache findet sich in den Fig. 17(a) und 17(b) bestätigt. In Fig. 17(a) ist das Reflexionsvermögen für den Fall aufgetragen, daß eine Siliziumoxidschicht direkt auf einem hauptsächlich Kohlenstoff aufweisenden Substrat an geordnet ist. In Fig. 17(b) ist das Reflexionsvermögen für den Fall dargestellt, daß die Siliziumoxidschicht auf kristallinem Silizium aufgetragen ist. In Fig. 17(b) beträgt der Maßstab der Ordinate das 20fache dessen in Fig. 17(a), was bedeutet, daß das Reflexionsvermögen signifikant erhöht wird, wenn die Siliziumschicht unterhalb der Siliziumoxidschicht vorhanden ist.

Außerdem wird, da die erste Siliziumschicht 73 - wie oben erwähnt - einen niedrigen Widerstand aufweist, wenn die zweite Siliziumschicht 75 darauf angeordnet wird, zwischen diesen Schichten in den Öffnungen der Isolierschicht 74 ein sogenannter Hoch-Niedrig-Übergang erzeugt. Dieser Hoch-Niedrig- Übergang dient als Rückseitenfeld ("Back Surface Field" BSF) und trägt zu einer effektiven Sammlung der während des Betriebs der Solarzelle erzeugten Ladungsträger bei. Dieser Effekt wird bei herkömmlichen Solarzellen nicht erreicht.

Die Fig. 18(a)-18(d) sind Querschnittsdarstellungen, die ein weiteres Verfahren zur Herstellung der in Fig. 15 gezeigten Solarzelle darstellen.

Zuerst wird ein hauptsächlich Kohlenstoff aufweisendes Substrat 72, wie in Fig. 18 (a) gezeigt, vorbereitet. Dann wird, wie in Fig. 18 (d) gezeigt, auf dem Substrat 72 durch CVD o. ä. eine erste Siliziumschicht 73 gebildet. Dann wird auf der ersten Siliziumschicht 73 durch CVD o. ä. eine Isolierschicht 74 gebildet. Genauer gesagt, wird die Oberfläche der ersten Siliziumschicht 73 mit einer amorphen Siliziumschicht 80 bedeckt, und dann wird die Isolierschicht 74 gebildet. Die amorphe Siliziumschicht 80 wird beispielsweise durch Plasma-CVD gebildet. Danach wird, wie durch den Pfeil 81 in Fig. 18 (c) angedeutet, Laserlicht etwa eines Argonlasers auf vorbestimmte Abschnitte der Isolierschicht 34, wo die Öffnungen gebildet werden sollen, gerichtet. Da die Isolierschicht 74 transparent ist und das Laserlicht kaum absobiert, ist es schwierig, die Isolierschicht 74 mittels Laserlicht zu strukturieren. In diesem Falle ist jedoch die amorphe Siliziumschicht 80 unterhalb der Isolierschicht 74 vorhanden, und das Laserlicht wird durch die amorphe Siliziumschicht 80 absorbiert. Teile der amorphen Siliziumschicht 80, die durch das Laserlicht aufge heizt werden, schießen exlplosionsartig durch die Isolier schicht 74 hervor, wodurch die Figur in 18(d) gezeigten Öffnungen gebildet werden. Danach werden die zweite Silizium schicht 75, die Emitterschicht 76 und die Metallelektrode 77 aufeinanderfolgend gebildet, was die in Fig. 15 gezeigte Struktur vervollständigt.

Nach diesem Verfahren wird das Mustern der Isolierschicht 74 ohne Anwendung eines Naßprozesses bewerkstelligt. Dadurch wird eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit infolge der Feuchtigkeitsabsorption des Substrates vermieden, was zu einer Solarzelle mit hoher Leistungsfähigkeit führt. Die amorphe Siliziumschicht 80 wird kristallisiert, während die zweite Siliziumschicht 75 und die Emitterschicht 76 gebildet und mit der ersten Siliziumschicht 73 vereinigt werden, so daß sie die Eigenschaften der Solarzelle nicht beeinflußt.

Die Fig. 19 ist eine Querschnittsdarstellung, die eine Dünn schicht-Solarzelle entsprechend einer zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In Fig. 19 bezeichnet das Bezugszeichen 83 ein Graphitscheibensubstrat mit einer konkav-konvexen Konfiguration. Eine dünne polykristalline Siliziumschicht 84 ist auf dem Substrat 83 angeordnet, und eine Antirefle xionsschicht 80 ist auf der polykristallinen Siliziumschicht 84 angeordnet. Eine Fingerelektrode 86 ist auf der Antireflexions schicht 85 angeordnet.

Fig. 20 zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung des Graphitscheibensubstrates 83. In Fig. 20 bezeichnet die Bezugsziffer 88 flockiges bzw. blättchenförmiges Graphit, das durch Säurebehandlung gereinigt und aufgeschäumt wird. Walzen 87 pressen das Graphit 88 und formen ein Graphitscheiben substrat 89. Wenn das Graphit 88 durch die Walzen 87 gepreßt wird, hat, da die Walzen 87 konkav-konvexe Oberflächen haben, auch das Graphitscheibensubstrat 89 eine konkav-konvexe Konfiguration. Alternativ kann das Graphitscheibensubstrat 89 so gebildet werden, wie in Fig. 21 gezeigt. In Fig. 21 wird eine Graphitscheibe 90, die vorher eben gemacht wurde, durch die Walzen 87 gepreßt und in die konkav-konvexe Konfiguration geformt.

Obgleich in den Fig. 20-21 sowohl die obere als auch die untere Walze 87 konkav-konvexe Oberflächen haben, kann die Ge stalt der Walzen auch dahingehend geändert sein, daß die kon kav-konvexe Konfiguration auf einer Oberfläche der Graphit scheibe gebildet wird. Außerdem wird, wie in Fig. 22 gezeigt, wenn ein (100)-orientierter Si-Wafer 91 auf dem durch anisotro pes Ätzen eine konkav-konvexe Konfiguration ausgebildet ist, auf eine Graphitscheibe 90 gepreßt wird, die konkav-konvexe Konfiguration des Si-Wafers 91 auf die Graphitscheibe über tragen.

Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren für die in Fig. 19 gezeigte Dünnschicht-Solarzelle beschrieben. Das Graphitschei bensubstrat 83 mit der konkav-konvexen Konfiguration wird in eine CVD-Apparatur gebracht und ein Matelerialgas wie etwa SiH₄ oder SiHCl₃ wird in die Reaktionskammer eingeleitet. Das Mate rialgas wird bei einer Temperatur von etwa 1000°C zersetzt, und eine polykristalline dünne Siliziumschicht 84 mit einer Dicke von einigen 10 µm wächst auf dem Substrat 83 auf. Infolge des Kristallwachstums werden p-Verunreinigungen wie etwa Bor in die dünne Siliziumschicht 84 eindotiert. Da der Durchmesser der Kristallkörner der dünnen Siliziumschicht 84 gering ist, wird das polykristalline Silizium mitunter durch Laseraufheizung oder Lampenaufheizung aufgeschmolzen und rekristallisiert, um den Durchmesser zu vergrößern. Danach wird in der dünnen Sili ziumschicht 84 durch Verunreinigungsdiffusion oder Ionenimplan tation ein pn-Übergang gebildet. Wenn der pn-Übergang bei spielsweise durch Verunreinigungs- bzw. Störstellendiffusion gebildet wird, wird Phosphor (P) als Dotand verwendet. Genauer gesagt, wird Phosporylchlorid (POCl₃) in die Reaktionskammer eingeleitet und bei 700-800°C eine Gasphasendiffusion ausge führt. Wenn der pn-Übergang durch Ionenimplantation gebildet wird, wird beispielsweise Arsen (As) als Ionenquelle verwendet. Außerdem kann der pn-Übergang durch Verändern der Art des Do tandengases während der Bildung der aktiven Schicht durch einen CVD-Prozess unter Nutzung von gemischten Dotandengasen gebildet werden. Weiterhin kann der pn-Übergang durch Ausbildung einer mikro-kristallinen Schicht mit zur aktiven Schicht entgegen gesetzer Leitfähigkeit auf der aktiven Schicht mittels Plasma- CVD gebildet werden.

Nach der Bildung des pn-Überganges wird eine Antireflexions schicht durch Sputtern o. ä. gebildet. Wenn die Halbleiter schicht 84 eine amorphe Halbleiterschicht ist oder der pn-Über gang durch Abscheiden der mikrokristallinen Schicht auf der Halbleiterschicht 84 gebildet wird, ist die Leitfähigkeit der Halbleiterschicht 84 in transversaler Richtung gering. In die sem Falle wird als Antireflexionschicht eine transparente lei tende Schicht, die ITO(In₂O₃ : SnO₂), SnO_2, ZnO o. ä. aufweist und als Elektrode dient, verwendet. Wenn die Leitfähigkeit der dünnen Si-Schicht in transversaler Richtung hoch ist und keine transparente Elektrode benötigt wird, wird als Antireflexions schicht eine Si₃N₄ o. ä. aufweisende isolierende Schicht verwen det. Wenn die Si₃N₄ aufweisende Isolierschicht verwendet wird und die mittlere Wellenlänge des einfallenden Lichtes 600 nm (6000 A) ist, sollte die Dicke der Antireflexionsschicht 700- 800 A betragen.

Dann wird eine obere Elektrode (Fingerelektrode) 86 auf der Antireflexionsschicht 85 gebildet. Die obere Elektrode weist üblicherweise Silber auf und wird durch Siebdruck oder Dampfabscheidung gebildet. Die obere Elektrode 86 kann direkt auf der Halbleiterschicht 84 und dann die Antireflexionsschicht 85 auf der oberen Elektrode 86 gebildet werden. In diesem Falle sollte die Antiflexionsschicht 85 entfernt werden, bevor eine Mehrzahl von Solarzellen elektrisch miteinander verbunden wird.

Bei der zehnten Ausführungsform der Erfindung wird, da die konkav-konvexe Konfiguration des Graphitscheibensubstrates 83 leicht zu bilden ist, wie in den Fig. 20-22 gezeigt, die in Fig. 19 gezeigte Dünnschicht-Solarzelle mit niedrigen Kosten hergestellt. Zudem kann, wenn die konkav-konvexe Kon figuration durch die Walzen 87 gebildet wird, wie in den Fig. 20 und 21 gezeigt, durch Veränderung der Gestalt der Wal zen eine gewünschte Konfiguration gebildet. Im Falle der her kömmlichen Solarzellen unter Verwendung des einkristallinen Si- Substrates, die in Fig. 56 gezeigt ist, kann, da das anisotro pe Ätzen durch chemische Behandlung ausgeführt wird, nur eine konkav-konvexe Konfiguration mit einem konstanten Winkel erhal ten werden. Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird jedoch, da die konkav-konvexe Konfiguration durch Verände rung der Gestalt der Walzen verändert werden kann, eine Solar zelle mit einem optimalen Winkel der Konfiguration, der die Re flexion des einfallenden Lichtes weitgehend reduziert, erhalten.

Bei den in den Fig. 20 und 21 gezeigten Verfahren wird die bandförmige Graphitscheibe 89 kontinuierlich gebildet, und dann werden darauf durch das sogenannte "Roll-to-Roll"- Verfahren Solarzellen gebildet, aber diese Graphitscheibe 89 kann auch verwendet werden, wenn die Solarzellen Stück um Stück gebildet werden.

Obgleich in der oben beschriebenen Ausführungsform die polykri stalline Siliziumschicht als aktive Schicht verwendet wird, kann als aktive Schicht auch eine amorphe Siliziumschicht oder eine amorphe Silizium-Germanium-Schicht, die in einer amorphen Solarzelle verwendet wird, oder eine CoInSi₂- Schicht verwendet werden.

Fig. 23 ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung nach einer elften Ausführungsform der Erfindung zeigt. In Fig. 23 bezeichnet die Bezugsziffer 92 ein bandförmiges erstes Substrat. Die Bezugs ziffer 93 bezeichnet einen Schritt des Bildens einer Halbleiterschicht auf dem ersten Substrat 92. Die Bezugsziffer 94 bezeichnet einen Schritt des Bildens eines pn-Überganges in der Halbleiterschicht. Die Bezugsziffer 95 bezeichnet einen Schritt des Aufbringens eines zweiten Substrates auf die Halbleiterschicht mit dem pn-Übergang. Die Bezugsziffer 96 bezeichnet einen Schritt des Trennens des ersten Substrates 92 von der auf das zweite Substrat aufgebundenen Halbleiter schicht. Als erstes Substrat 92 wird ein flexibles und wider standsfähiges Material, wie ein Kohlenstoffgewebe oder eine Kohlenstoffscheibe verwendet.

Im folgenden wird das Herstellungsverfahren beschrieben. Wie Fig. 23 zeigt, bewegt sich das erste Substrat 92 in die durch den Pfeil gezeigte Richtung, und die Schritte 93-96 werden in dieser Reihenfolge ausgeführt. Jeder Schritt wird im folgenden im einzelnen beschrieben.

Fig. 24 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung, in der eine Halbleiterschicht gebildet wird. In Fig. 24 bezeichnet die Bezugsziffer 97 eine Reaktionskammer. Die Bezugsziffer 98 bezeichnet einen Heizer zum Aufheizen des Substrates 92. Die Bezugsziffer 99 bezeichnet eine Gaszuführöffnung, durch die ein Materialgas zur Bildung der Halbleiterschicht in die Reaktions kammer 97 eingeleitet wird. Die Bezugsziffer 100 bezeichnet eine Gasauslaßöffnung. Die Bezugsziffer 101 bezeichnet eine an beiden Seiten der Reaktionskammer 97 vorgesehene zusätzliche Kammer. Die Bezugsziffer 102 bezeichnet eine Gaszuführöffnung, durch die Gas in die Vor- bzw. Reservekammer 101 eingeleitet wird, so daß das Materialgas in der Reaktionskammer 97 sich nicht mit der äußeren Luft mischen kann. Die Bezugsziffer 103 bezeichnet eins Gasableitungsöffnung in der Vor-Kammer 101.

Wie Fig. 24 zeigt, wird das durch die Vor-Kammer 101 in die Reaktionskammer 97 eingebrachte erste Substrat 92 durch den Heizer 98 aufgeheizt. Ein Materialgas wie etwas Silan wird durch die Gaseinlaßöffnung 99 in die Reaktionskammer 97 eingeleitet, das Gas wird zersetzt, und es erfolgt eine Abscheidung auf dem ersten Substrat 92, wodurch eine Halb leiterschicht gebildet wird. Die Pfeile in Fig. 24 zeigen den Gasfluß. Obgleich die Gaszufuhröffnung 99 an einem Ende der Reaktionskammer 97 angeordnet ist, wird, da das Substrat 92 sich in der Kammer langsam bewegt, auf dem Substrat 92 eine Halbleiterschicht mit gleichförmiger Dicke gebildet.

Fig. 25 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung, in der eine Halbleiterschicht gebildet wird. In Fig. 25 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 24 die gleichen oder einander entsprechende Teile. Die Bezugsziffer 104 bezeichnet eine Elektrode zum Aufheizen des ersten Substrates 92. Da als Substrat 92 ein Kohlenstoffgewebe oder eine Kohlenstoffscheibe, die leitend sind, verwendet werden, wird im Substrat 92 Wärme erzeugt, wenn daran ein Strom angelegt wird. Bei dieser Vorrichtung ist die Elektrode 104 mit dem Substrat 92 verbun den, und ein Strom wird an das Substrat angelegt, um das Substrat direkt aufzuheizen. Die anderen Teile sind dieselben wie in Fig. 24. Obgleich in der beschriebenen Ausführungsform die Halbleiterschicht durch Zersetzung bzw. Auflösung von Ma terialgas gebildet wird, kann die Halbleiterschicht auch durch direktes Überziehen des Substrates 92 mit einem geschmolzenen Halbleitermaterial gebildet werden.

Die auf diese Weise auf dem ersten Substrat 92 gebildete Halb leiterschicht ist eine polykristalline Schicht. Daher ist es, um die Leistungsfähigkeit der Einrichtung zu erhöhen, wünschenswert, die polykristalline Schicht aufzuschmelzen und zu rekristallisieren, um den Korngrößendurchmesser zu erhöhen und die Schicht einkristalliner zu machen. Fig. 26 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung, in der die auf dem ersten Substrat 92 in der in den Fig. 24 und 25 gezeigten Apparatur gebildete Halbleiterschicht aufgeschmolzen und rekristallisiert wird. In Fig. 27 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 24 die gleichen oder einander entsprechenden Teile. Die Bezugsziffer 105 bezeichnet einen Streifenheizer aus Kohlen stoff o. ä. Das in die Reaktionskammer 97 gebrachte Substrat 92 wird durch den Heizer 98 aufgeheizt, und dann wird die Halbleiterschicht auf dem Substrat 92 durch den Streifenheizer 105 aufgeheizt und partiell aufgeschmolzen. Bei diesem Beispiel ist der Streifenheizer 105 feststehend, und ein aufgeschmol zenen Abschnitt auf dem Substrat unterhalb des Heizers bewegt sich mit der Bewegung des Substrates, wodurch ein Zonen schmelzen und eine Rekristallisation ausgeführt werden. Alter nativ kann, nachdem das Substrat 92 sich in der Reaktions kammer um eine vorbestimmte Strecke bewegt, es angehalten und dann der Streifenheizer 105 bewegt werden.

Wenn als das erste Substrat 92 ein Material mit einer glatten Oberfläche, etwa eine Kohlenstoffscheibe, verwendet wird, ist es leicht, die Halbleiterschicht direkt auf dem Substrat 92 zu bilden. Wenn jedoch die Oberfläche des Substrates 92 nicht glatt ist, ist es erforderlich, die Oberfläche vor der Bildung der Halbleiterschicht zu glätten. Dazu kann eine Trennschicht - etwa eine Siliziumoxidschicht - vor der Bildung der Halblei terschicht auf dem Substrat 92 gebildet werden, um Vertiefungen bzw. Löcher auf dem Substrat auszufüllen. Fig. 27 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Bildung der Trennschicht auf dem ersten Substrat 92. In Fig. 27 bezeichnen die gleichen Bezugs ziffern wie in Fig. 24 die gleichen oder einander entsprechen de Teile. Das in die Reaktionskammer 97 gebrachte erste Substrat 92 wird durch den Heizer 98 aufgeheizt. Dann werden beispielsweise Silan und Sauerstoff durch die Gaszuführöfffnung 99 in die Reaktionskammer eingeleitet, und auf dem Substrat 92 wird eine Siliziumoxidschicht gebildet.

Wenn das Aufschmelzen und die Rekristallisation der Halbleiter schicht ausgeführt werden, ist die Halbleiterschicht mit einer Bedeckungsschicht - etwa einer Siliziumoxidschicht - bedeckt, um eine rekristallisierte Schicht hoher Qualität zu erzielen. In diesem Falle wird die in Fig. 27 gezeigte Vorrichtung, in der auf der Halbleiterschicht die Bedeckungsschicht gebildet wird, zwischen die in Fig. 24 oder 25 gezeigte und die in Fig. 26 gezeigte Vorrichtung zwischengeschaltet. Nach dem Aufschmelzen und Rekristallisieren der Halbleiterschicht wird die Bedeckungsschicht in einer in Fig. 28 gezeigten Vorrichtung entfernt. In Fig. 28 bezeichnet die Bezugsziffer 106 eine Ätzmitteldüse. Aus der Düse 106 wird HF o. ä. auf die Bedeckungsschicht gesprüht, wodurch die Bedeckungsschicht aufgelöst und entfernt wird.

Fig. 29 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Bildung eines pn-Überganges in der auf dem ersten Substrat 92 gebil deten Halbleiterschicht. In Fig. 29 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 24 die gleichen oder einander entsprechende Teile. Ein Reaktionsgefäß 97 wird von außen durch Heizer 98 aufgeheizt. Ein Dotiergas wird durch eine Gaseinlaß öffnung 99 in das Reaktionsgefäß 97 eingeleitet. Das erste Substrat 92, auf dem die Halbleiterschicht gebildet ist, wird in das Reaktionsgefäß 97 gebracht. Dann wird das Dotiergas durch die Gaszuführöffnung 99 eingeleitet und das Reaktions gefäß durch die Heizer 98 aufgeheizt, wobei Verunreinigungen in die Halbleiterschicht eindiffundiert werden, um einen pn- Übergang zu bilden. Auch in diesem Falle wird in der Halb leiterschicht eine gleichförmige Diffusion bewirkt, obwohl die Gaszuführungsöffnung 99 sich an einem Ende des Reaktionsge fäßes befindet, da die Diffusion ausgeführt wird, während sich das Substrat 92 langsam bewegt. Dies ergibt ein Diffusions gebiet mit gleichförmiger Tiefe und gleichförmiger Störstellen konzentration.

Fig. 30 zeigt ein weiteres Beispiel einer Vorrichtung zur Bildung des pn-Überganges. In Fig. 30 bezeichnen die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 24 die gleichen oder einander ent sprechende Teile. Die Bezugsziffer 107 bezeichnet eine Hoch frequenzerzeugungsvorrichtung, und die Bezugsziffer 108 bezeichnet eine Erdung. In dieser Vorrichtung wird an eine mit einer Gaszufuhröffnung 99 verbundene Elektrode eine Hochfre quenz angelegt, um ein Plasma zu erzeugen. Ein in die Reaktionskammer eingeleitetes Dotiergas wird durch das Plasma zersetzt, und eine amorphe oder mikrokristalline Schicht wird auf die Halbleiterschicht abgeschieden, wodurch ein pn-Übergang gebildet wird.

Nach der Erzeugung des pn-Überganges in der Halbleiterschicht wird ein zweites Substrat mit der Halbleiterschicht verbunden. Als Vorrichtung zur Verbindung bzw. zum Aufbringen des zweiten Substrates wird eine herkömmliche Roboterhand o. ä. verwendet. Das Material des zweiten Substrates und ein Haftmittel bzw. Klebstoff werden geeignet gewählt, so daß sie durch das im folgenden Schritt 96 verwendete Ätzmittel nicht geätzt werden können.

Fig. 31 zeigt ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Trennung der Halbleiterschicht vom ersten Substrat 92, in der unterhalb des ersten Substrates 92 eine Ätzmitteldüse 110 vorgesehen ist. Wie Fig. 31 zeigt, wird auf den Teil des ersten Substrates 92, auf dem das zweite Substrat 109 gebildet ist, von der rücksei tigen Oberfläche des ersten Substrates 92 her ein Ätzmittel aufgesprüht, und dann dringt das Ätzmittel in das erste Substrat 92 ein. Dann - außerhalb der Reaktionskammer - werden die Halbleiterschicht und das zweite Substrat 109 vom ersten Substrat 92 getrennt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Halbleiter schicht infolge des Ätzmittels leicht abtrennbar. Die in Fig. 31 gezeigte Vorrichtung wird verwendet, wenn das erste Substrat 92 aus einem Material gebildet ist, in das das Ätzmittel leicht eindringt, wie etwa einem Kohlenstoffgewebe.

Fig. 32 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Vorrichtung zur Trennung der dünnen Halbleiterschicht vom ersten Substrat 92. Diese Vorrichtung ist für den Fall geeignet, daß das erste Substrat 92 aus einem Material gebildet ist, in das das Ätzmittel nur schwer eindringen kann, etwa einer Kohlenstoff scheibe. Wie Fig. 32 zeigt, trennt eine Walze 113 das erste Substrat 92 von der Halbleiterschicht und lenkt das Substrat 92 nach unten. Walzen 111 nehmen die Halbleiterschicht, auf die das zweite Substrat 109 aufgebracht ist, auf. Wie Fig. 32 zeigt, wird zwischen das erste Substrat 92 und die Halbleiter schicht aus einer Düse 112 ein Ätzmittel aufgesprüht, während das erste Substrat durch die Walze 113 weggebogen wird, wodurch das erste Substrat 92 von der Halbleiterschicht getrennt wird. Danach wird die Halbleiterschicht, die das zweite Substrat 109 trägt, durch die Walzen 111 aus der Kammer 97 herausgeführt.

Danach werden auf der Oberfläche der Halbleiterschicht eine Schutzschicht und eine Elektrode gebildet. Bei dieser Ausfüh rungsform wird die Halbleiterschicht vom ersten Substrat ohne Zerstörung des ersten Substrates getrennt. Die Trennung der Halbleiterschicht vom ersten Substrat kann jedoch auch durch eine Hitze- oder Lösungsmittelbehandlung des ersten Substrates ausgeführt werden. In diesen Fällen ist jedoch ein Prozeß der Wiedergewinnung des Substrates erforderlich, um das verbrannte bzw. geschmolzene oder aufgelöste Substrat wieder zu verwenden. Wenn eine Elektrode o. ä. auf der Oberfläche der Halbleiter schicht, auf die das zweite Substrat aufgebracht wird, benötigt wird, sollte diese zwischen dem Prozeß 94 der Bildung des pn- Überganges und dem Prozeß 95 des Aufbringens des zweiten Substrates gebildet werden.

Als Verfahren zum Transport des ersten Substrates 92 wird ein herkömmliches "Roll-to-Roll" Verfahren, wie in Fig. 33(a) gezeigt, angewendet. Alternativ kann ein Förderbandverfahren, wie in Fig. 33 (b) gezeigt, bei dem das erste Substrat 92 wiederholt verwendet wird, angewendet werden.

Wie oben beschrieben, werden bei der elften Ausführungsform der Erfindung der Schritt 93 des Bildens der Halbleiterschicht auf dem ersten Substrat, der Schritt 94 des Bildens des pn-Über ganges in der Halbleiterschicht, der Schritt 95 des Aufbringens des zweiten Substrates auf die Halbleiterschicht und der Schritt 96 des Trennens des ersten Substrates von der Halb leiterschicht aufeinanderfolgend ausgeführt, während sich das bandförmige erste Substrat in seiner Längsrichtung bewegt. Dadurch wird eine große Anzahl von Dünnschicht-Solarzellen kontinuierlich hergestellt. Außerdem ist, da das erste Substrat Kohlenstoff enthält, eine Hochtemperatur-Bearbeitung möglich, was Einrichtungen hoher Qualität ergibt.

Obgleich bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Halbleiterschicht durch thermische CVD gebildet wurde, kann sich auch durch Plasma-CVD gebildet werden. In diesem Falle wird die in Fig. 30 gezeigte Vorrichtung verwendet.

Zudem können, obwohl oben die Verfahrensschritte 93-96 anhand konkreter Beispiele beschrieben wurden, diese Schritte auch mit anderen Verfahren als den beschriebenen ausgeführt werden, wobei die gleichen Effekte erreichbar sind.

Die Fig. 34(a) bis 34(c) zeigen eine Dünnschicht-Solarzelle entsprechend einer zwölften Ausführungsform, wobei Fig. 34(a) eine perspektivische Darstellung, Fig. 34(b) eine Quer schnittsdarstellung und Fig. 34(c) eine vergrößerte Darstel lung eines Abschnittes der Fig. 34(a) sind. In diesen Figuren bezeichnet die Bezugsziffer 114 ein leitfähiges Substrat, eine 0,1-0,5 mm dicke Graphitscheibe oder eine dünne, Al o. ä. aufweisende Metallschicht. Eine Stromerzeugungsschicht 115 ist auf dem Substrat 114 angeordnet. Die Stromerzeugungsschicht 115 weist beispielsweise eine amorphe Legierung des Si-Systems, polykristallines Si oder einen Verbindungshalbleiter wie Cd₂Te oder CuInSi₂ auf. Eine hauptsächlich Ag aufweisende Oberflä chenelektrode 116 ist auf der Stromerzeugungsschicht 115 angeordnet. Die Oberflächenelektrode 116 weist einen Fingerteil 116(a) und einen Busteil 116(b) auf, wie in Fig. 34(c) gezeigt.

Um die Leitungs- bzw. Widerstandsverluste, wenn der durch die Oberflächenelektrode gesammelte Strom abgeleitet wird, zu vermindern, wird mit dem Busteil 116(b) der Oberflächen elektrode 116 mittels eines Lotes ein Kupferdraht 117 mit etwa 1 mm Breite und 100 µm Dicke verbunden. Dieser Kupferdraht ist vielfach mit Zinn oder einem Lot beschichtet. Bei dieser Ausführungsform ist die gesamte Oberfläche des leitenden Substrates 115 nicht vollständig mit der Stromerzeugungsschicht 115 bedeckt, d. h. ein Teil des Substrates 114 liegt frei und ein Ende des Leitungsdrahtes 117 durchdringt das freigelegte Substrat 114 und ist wie in Fig. 34(b) gezeigt gebogen, um die Verbindungskraft zu erhöhen. Bei diesem Aufbau dringt, wenn eine Graphitscheibe, deren Kristallstruktur eine zur Oberfläche der Graphitscheibe paralelle Orientierung aufweist, als leitfähiges Substrat 115 verwendet wird, der Leitungsdraht leicht in das Substrat ein, und der elektrische Kontakt wird verbessert.

Beim herkömmlichen Verfahren zur Verbindung einer Mehrzahl von Zellen miteinander ist, wenn ein auf der oberen Oberfläche einer Zelle befestigter Leitungsdraht mit der rückseitigen Oberfläche der benachbarten Zelle verbunden ist, um zu vermeiden, daß der Leitungsdraht die rückseitige Oberfläche der Zelle, auf der er befestigt ist, oder das leitfähige Substrat der Zelle berührt, zwischen benachbarten Zellen ein Abstand von 2-3 mm erforderlich. Bei der beschriebenen Ausführungsform kann jedoch der Leitungsdraht keinesfalls die rückseitige Oberfläche der Zelle, auf der er befestigt ist, oder die Seitenfläche des Substrates 114 berühren, da es nicht erforder lich ist, den Leitungsdraht 117 mit der rückseitigen Oberfläche der benachbarten Zelle zu verbinden. Dadurch läßt sich der Abstand zwischen benachbarten Zellen verringern, wodurch die für die Stromerzeugung nutzbare Fläche in einem Solarzellen modul vergrößert werden kann, was zu einer vergrößerten Leistungsabgabe führt. Für den praktischen Gebrauch reichen etwa 0,5 mm Abstand aus.

Bei dem in Fig. 34 gezeigten Aufbau kann, obgleich das frei liegende Gebiet des leitendes Substrates 114 groß ist, ein größerer Teil des Substrates mit der Stromerzeugungsschicht 115 bedeckt werden, wobei Abschnitte zur Verbindung mit dem Leitungsdraht 117 freigelegt sind.

Wenn als leitfähiges Substrat 114 ein flexibles Material, etwa eine Graphitscheibe, verwendet wird, können die Solarzellen so verbunden werden, wie in den Fig. 35(a) und 35(b) gezeigt. Wie diese Figuren zeigen, wird das eine Ende des Substrates 114 einer Zelle auf ein Ende einer benachbarten Zelle aufgesetzt, und der auf der benachbarten Zelle befestigte Leitungsdraht 117 dringt in das Ende des Substrates 114 von der rückseitigen Oberfläche des Substrates ein. Die Abschnitte 118 des Substrates 114 der benachbarten Zelle werden abgeschnitten, wie in Fig. 35(a) gezeigt, um die darunterliegende Stromerzeu gungschicht 115 freizulegen, wodurch die Effizienz der Stromerzeugung erhöht wird.

Wie Fig. 35 zeigt, kann die Stromerzeugungsschicht 115 auf dem Substrat 114, das auf die benachbarte Zelle aufgesetzt ist, gebildet sein, wobei Abschnitte zum Verbinden des Leitungs drahtes 117 freigelassen werden. Auch in diesem Falle wird die effektive Fläche, die zur Stromerzeugung beiträgt, vergrößert.

Alternativ ist auch das in Fig. 36 gezeigte Verbindungsver fahren möglich. Wie Fig. 36 zeigt, wird das eine Ende des Leitungsdrahtes 117, dessen anderes Ende auf der Zelle befestigt ist, zweimal L-förmig gebogen und mit der rück seitigen Oberfläche einer benachbarten Zelle verbunden. Dann dringt der Leitungsdraht 117 von der Rückseite her in das Substrat der benachbarten Zelle ein. In diesem Falle sollte jedoch der Abstand zwischen benachbarten Zellen so weit vergrößert werden, daß der Leitungsdraht nicht direkt in Kontakt mit dem Substrat der Zelle stehen kann, auf der er befestigt ist.

Obgleich nach den Fig. 34-36 die Solarzellen in Reihen geschaltet sind, können die in den Fig. 34 - 36 gezeigten Verbindungsverfahren auch auf eine Parallelschaltung von Solarzellen angewandt werden. In diesem Falle sind, wie in Fig. 37 gezeigt, die leitfähigen Substrate 114 benachbarter Zellen durch einen Leitungsdraht 119 miteinander verbunden.

Fig. 38 zeigt einen Aufbau zum Ausführen einer Anschlußelek trode eines Dünnschicht-Solarzellenmoduls nach der zwölften Ausführungsform. In Fig. 38 bezeichnet die Bezugsziffer 120 einen Leitungsdraht zum parallelen Herausführen von Elektroden von den leitenden Substraten 114 zweier Solarzellenarrays, die parallel zueinander sind. Fig. 39 ist eine Querschnitts darstellung längs der Linie D-D in Fig. 38, in der gezeigt ist, daß eine Mehrzahl von Solarzellen mit einem Harz 122 zwischen einer Oberflächen-Glasplatte 123 und einer rücksei tigen Platte 124 versiegelt ist. Da die rückseitige Platte 124 ein Metall, wie etwa Al, aufweist, ist zwischen der rücksei tigen Platte 124 und dem Leitungsdraht 120 ein Isolator 121, etwa aus isolierendem Gummi o. ä., angeordnet, um einen Kurzschluß zwischen diesen zu verhindern.

Auf diese Weise wird eine Mehrzahl von Solarzellenarrays durch den Leitungsdraht 120 parallel geschaltet, wodurch eine Hoch leistungs-Dünnschicht-Solarzelleneinrichtung realisierbar ist.

Die Fig. 40(a)-40(f) illustrieren Verfahrensschritte zum Hindurchführen eines Endes des Leitungsdrahtes 117 durch das leitende Substrat 114 bei einem Verfahren zur Herstellung der in Fig. 34 gezeigten Dünnschicht-Solarzelle, wobei die Fig. 40(a)-40(d) und 40(f) Querschnittsdarstellungen sind und die Fig. 40(e) eine vergrößerte Darstellung eines Abschnittes der Fig. 40(d) ist. In diesen Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 34 die gleichen oder einander ent sprechende Teile. Zuerst wird eine Zelle so auf eine Grundlage 125 gebracht, daß ein Ende des auf eine obere Elektrode der Zelle aufgelöteten Leitungsdrahtes 117 vom Ende der Grundplatte 125 um einen vorbestimmten Betrag hervorsteht. Dann wird der Leitungsdraht 117 durch ein Metall-Montageteil 126 fixiert. Dann wird, wie in Fig. 40(a) gezeigt, ein Kolben 127 abgesenkt, der das Ende des Leitungsdrahtes so biegt, wie in Fig. 40(b) gezeigt. Dann werden diese Zelle und eine damit zu verbindende Zelle auf eine Unterlage 128 gebracht, und ein Formstück 129 wird auf den Leitungsdraht so aufgesetzt, wie in Fig. 40(c) gezeigt. Wenn das Formstück 129 abgesenkt wird, dringt das Ende des Leitungsdrahtes durch das Substrat 114 hindurch, wie in Fig. 40(d) gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie in Fig. 40(e) gezeigt, auf der Oberfläche der Unterlage 128 eine Leitungsdraht-Führungsgraben 130 gebildet, wodurch das durch das Substrat hindurchdringende Ende des Leitungsdrahtes längs des Führungsgrabens 130 so gebogen wird, wie in Fig. 40(f) gezeigt. Auf diese Weise können die beiden Zellen miteinander verbunden werden.

Um den Kontaktwiderstand im Verbindungsteil des Substrates 114 mit dem Leitungsdraht 117 zu verringern, kann auf dem Kontakt abschnitt eine leitfähige Paste 131 aufgebracht werden, wie in Fig. 41 gezeigt. Dadurch wird der Kontaktwiderstand verringert und die Festigkeit des Kontaktes vergrößert.

Obgleich in der oben beschriebenen Ausführungsform der Lei tungsdraht durch das zu verbindende Substrat hindurchdringt, kann das Ende des Leitungsdrahtes auch im Substrat verbleiben, wie in Fig. 42(b) gezeigt. In diesem Falle ist, wenn das Ende des Leitungsdrahtes hakenförmig ausgebildet ist, wie in Fig. 42(a) gezeigt, die Stabilität der Verbindung vergrößert.

Wie oben beschrieben, wird gemäß der zwölften Ausführungsform ein leitfähiges Material mit geringerer Härte als der Leitungsdraht - etwa eine Graphitscheibe - als Substrat für die Dünnschicht-Solarzelle verwendet, und der Endteil des auf die obere Elektrode der Solarzelle gelöteten Leitungsdrahtes wird gegen das Substrat der benachbarten Solarzelle gepreßt, wobei der Leitungsdraht das Substrat durchdringt oder in das Substrat eindringt, das heißt der Leitungsdraht im Substrat fixiert wird. Auf diese Weise werden die beiden Zellen miteinander mit hoher mechanischer Stabilität verbunden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer dünnen aktiven Schicht, die auf einem eine Graphit scheibe, die aus blättchenförmigem Graphit hergestellt ist und deren Kristallstruktur bzw. Schichtstruktur eine Anisotropie zwischen der Oberflächenrichtung und der Dickenrichtung des Substrates aufweist, aufweisenden Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat durch eine Hoch frequenzheizung direkt erwärmt wird, während die dünne Schicht auf dem Substrat gebildet wird.

2. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Dünnschicht- Solarzellen, die jeweils Dünnfilm-Halbleiterschichten auf einem bandförmigen Graphitscheibensubstrat aufweisen, bei dem die Graphitscheibe sukzessive Reaktionskammern durchläuft, mit den Schritten:
Bilden einer Siliziumoxidschicht oder Siliziumnitridschicht aufweisenden Bedeckungsschicht auf der auf dem Substrat gebildeten Dünnfilm-Halbleiterschicht und
Vergrößern des Durchmessers der Kristallkörner der Halbleiter schicht durch Schmelzen und Rekristallisieren der Halbleiter schicht, während diese mit der Bedeckungsschicht bedeckt ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Dünnfilm-Schicht, die auf einem eine Graphit scheibe, die aus blättchenförmigem Graphit hergestellt ist und deren Kristallstruktur oder Schichtsturktur eine Anisotropie zwischen der Oberflächenrichtung und der Dickenrichtung des Substrates aufweist, aufweisenden Substrat angeordnet ist, mit den Schritten:
Aneinanderheften zweier Scheiben des Graphitsubstrates mit ihren ersten Hauptoberflächen nach innen,
Bilden von als aktiven Schichten dienenden dünnen Halbleiter schichten auf den zweiten Hauptoberflächen der beiden Scheiben der Graphitsubstrate und
Trennen der beiden Scheiben der Graphitsubstrate voneinander.

4. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Dünnfilm-Schicht, die auf einem eine Graphit scheibe, die aus blättchenförmigen Graphit hergestellt ist und deren Kristallstruktur oder Schichtstruktur eine Anisotropie zwischen der Oberflächenrichtung und der dicken Richtung des Substrates aufweist, aufweisenden Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Walzen gebildetes Graphitscheibensubstrat bei 1000 und einigen 100°C gehärtet und daß eine dünne Halbleiterschicht, die als aktive Schicht dient, auf dem Substrat ausgebildet wird.

5. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Dünnfilm-Schicht, die auf einem eine Graphit scheibe, die aus blättchenförmigen Graphit hergestellt ist und deren Kristallstruktur bzw. Schichtstruktur zwischen der Oberflächenrichtung und der Dickenrichtung des Substrates eine Anisotropie aufweist, aufweisenden Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch Walzen gebildetes Graphitscheibensubstrat bei 3000° Celsius oder mehr in einer HCl-Atmosphäre getempert und dann eine als aktive Schicht dienenden dünne Halbleiterschicht auf dem Substrat gebildet wird.

6. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Dünnfilm-Schicht, die auf einem eine Graphit scheibe, die aus blättchenförmigem Graphit hergestellt ist und deren Kristallstruktur oder Schichtstruktur eine Anisotropie zwischen der Oberflächenrichtung und der Dickenrichtung des Substrats aufweist, aufweisenden Substrat angeordnet ist, mit den Schritten:
partielles Verbinden zweier Scheiben der Graphitsubstrate mit ihren ersten Hauptoberflächen nach innen derart, daß zwischen den beiden Scheiben ein Zwischenraum ausgebildet werden kann, und
Bilden dünner Schichten auf den ersten Hauptoberflächen der Graphitsubstrate durch Einleiten eines Quell- bzw. Material gases in den Zwischenraum.

7. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Dünnschicht- Solarzellen mit Dünnfilm-Halbleiterschichten auf einem bandförmigen Graphitscheibensubstrat, wobei die Graphitscheibe sukzessive Reaktionskammern durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einer Gaszufuhröffnung und einer Gasableitungsöffnung einer Reaktionskammer zur Bildung einer dünnen Schicht auf dem Substrat auf der Basis einer Durch flußmenge, einer Durchflußgeschwindigkeit und einer Zerset zungsgeschwindigkeit des Quell- bzw. Materialgases derart be stimmt ist, daß ein größerer Teil des Materialgases zersetzt werden kann, bevor es die Gasableitungsöffnung erreicht.

8. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Dünnfilm-Schicht auf einem Substrat, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Aufhalten nur eines Quell- bzw. Materialgases an der Gasableitungsöffnung einer Reaktionskammer zur Bildung einer dünnen Schicht auf dem Substrat angeordnet ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer als aktive Schicht dienenden dünnen Halbleiterschicht auf einer Hauptoberfläche eines Graphitscheibensubstrates, dadurch gekennzeichnet, daß mit der anderen Hauptoberfläche des Graphitscheibensubstrates ein Tragsubstrat mit einer hohen mechanischen Stabilität verbunden ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragsubstrat eine kostengünstige Metallplatte ist und am Graphitscheibensubstrat durch eine Metallpaste befestigt und anschließend gesintert wird.

11. Verfahren nach Anspurch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragsubstrat ein Siliziumsubstrat von metallurgischer Reinheit ist.

12.Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Dünnfilm-Schicht, die auf einem eine Graphit scheibe, die aus blättchenförmigen Graphit hergestellt ist und deren Kristallstruktur oder Schichtstruktur eine Anisotropie zwischen der Oberflächenrichtung und der Dickenrichtung des Substrates aufweist, aufweisenden Substrat angeordnet ist, mit den Schritten:
Fixieren des Graphitscheibensubstrates mittels einem Kohlen stoff oder Keramik aufweisenden Rahmen derart, daß an das Substrat eine Spannung angelegt werden kann, und
Bilden der aktiven Dünnfilm-Schicht auf dem Substrat, auf das die Spannung ausgeübt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Schritt des Aufbringens einer kostengünstigen Metallplatte auf eine Oberfläche des Graphitsubstrates, auf der die dünne Schicht nicht vorhanden ist, mittels Metallpaste nach dem Schritt des Bildens der dünnen Schicht.

14. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Schritt des Bildens einer Siliziumschicht mit metallurgischer Reinheit durch Plasmasprühen auf die Oberfläche des Graphit substrates, die der Oberfläche, auf der die dünne Schicht gebildet werden soll, gegenüberliegt, vor dem Schritt des Bildens der dünnen Schicht.

15. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einer aktiven Dünnfilm-Schicht, die auf einem eine Graphit scheibe, die aus blättchenförmigen Graphit hergestellt ist und deren Kristallstruktur bzw. Schichtstruktur eine Anisotropie zwischen der Oberflächenrichtung und der Dickenrichtung des Substrates aufweist, aufweisenden Substrat angeordnet ist, mit den Schritten:
Verbringen eines Graphitscheibensubstrates in eine Form, die einen Hohlraum aufweist, längs der Gestalt des Hohlraumes,
Füllen von Siliziumpulver mit metallurgischer Reinheit in den mit der Graphitscheibe bedeckten Hohlraum,
Heizen und Abkühlen der Form zum Schmelzen und Erstarren des Siliziumpulvers mit metallurgischer Reinheit, was zu einem wärmebeständigen Substrat, bei dem ein Siliziumsubstrat mit metallurgischer Reinheit an der rückseitigen Oberfläche der Graphitscheibe haftet, führt, und
Bilden einer als aktive Schicht dienenden dünnen Halbleiter schicht auf der Oberfläche des Graphitscheibensubstrates.

16. Dünnschicht-Solarzelle mit:
einem hauptsächlich Kohlenstoff aufweisenden Substrat,
einer auf dem Substrat angeordneten ersten Siliziumschicht,
einer auf der ersten Siliziumschicht angeordneten und Öffnungen mit einem vorbestimmten Muster aufweisenden Isolierschicht und
einer auf der Isolierschicht angeordneten zweiten Silizium schicht, die in den Öffnungen der Isolierschicht mit der ersten Silizumschicht verbunden ist.

17. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit den Schritten:
Bilden einer ersten Siliziumschicht auf einem hauptsächlich Kohlenstoff aufweisenden Substrat,
Bilden einer Isolierschicht mit Öffnungen eines vorbestimmten Musters auf der ersten Siliziumschicht,
Bilden einer zweiten Siliziumschicht auf der Isolierschicht derart, daß sie durch die Öffnungen in Kontakt mit der ersten Siliziumschicht stehen kann.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt des Bildens der ersten Siliziumschicht auf der ersten Siliziumschicht eine amorphe Siliziumschicht gebildet wird, und daß auf diejenigen Teile der amorphen Siliziumschicht, wo Öffnungen gebildet werden sollen, im Schritt des Bildens der Isolierschicht Laserlicht gerichtet wird.

19. Dünnschicht-Solarzelle mit einer dünnen polykristallinen Siliziumschicht, die als aktive Schicht dient, auf einem wärmebeständigen Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß als wärmebeständiges Substrat eine Graphitscheibe mit einer konkav- konvexen Konfiguration verwendet ist.

20. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit den Schritten:
Bilden eines Graphitscheibensubstrates mit einer konkav-konve xen Oberfläche und
Bilden einer polykristallines Silizium aufweisenden aktiven Schicht auf dem Substrat.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitscheibensubstrat mit der konkav-konvexen Konfiguration durch Pressen von blättchenförmigem Graphit, das mittels einer Säurebehandlung gereinigt und aufgeschäumt wird, durch Walzen mit konkav-konvexen Oberfläche gebildet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitscheibensubstrat mit konkav-konvexer Konfiguration durch Pressen einer ebenen Graphitscheibe durch Walzen mit konkav- konvexen Oberflächen gebildet wird.

23. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit den Schritten des Bildens einer Halbleiterschicht auf einem bandförmigen ersten Substrat, des Bildens eines pn-Überganges in der Halbleiterschicht, des Aufbringens eines zweiten Sub strats auf die Halbleiterschicht und des Trennens des ersten Substrats von der Halbleiterschicht, wobei diese Schritte kon tinuierlich ausgeführt werden, während sich das erste Substrat in seiner Längsrichtung bewegt.

24. Dünnschicht-Solarzelle mit einem Aufbau, bei dem eine Mehrzahl von Solarzellen, von denen jede eine Dünnfilm-Halb leiterschicht auf einem leitenden Substrat aufweist, mitein ander auf eine Weise verbunden wird, daß ein auf einer Oberfläche einer Zelle befestigter Metall-Leitungsdraht zum Sammeln des Stromes mit dem Substrat einer benachbarten Zelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Leitungsdrahtes einen Teil des Substrates der benachbarten Zelle durchdringt oder in diesen eindringt.

25. Dünnschicht-Solarzellen nach Anspruch 24, dadurch gekenn zeichnet, daß das leitfähige Substrat eine Graphitscheibe aufweist.

26. Dünnschicht-Solarzelle nach Anspruch 24, dadurch gekenn zeichnet, daß das leitfähige Substrat Aluminium aufweist.

27. Verfahren zur Herstellung einer Dünnschicht-Solarzelle mit einem Aufbau, bei dem eine Mehrzahl von Solarzellen, von denen jede eine Dünnfilm-Halbleiterschicht auf einem leitfähigen Substrat aufweist, miteinander auf eine Weise verbunden ist, daß ein auf einer Oberfläche einer Zelle befestigter Metall- Leitungsdraht zum Sammeln des Stromes mit dem Substrat einer benachbarten Zelle verbunden ist, mit den Schritten:
Biegen eines Endabschnittes des auf der Oberfläche der Zelle befestigten Leitungsdrahtes und
Pressen eines Endes des gebogenen Abschnittes auf eine vorbe stimmte Stelle des Substrates der benachbarten Zelle.