JP2003101053A - Solar battery device and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、高効率な太陽電
池装置及びその製造方法に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a highly efficient solar cell device and a method for manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、光起電力素子は、光を吸収し電
流に主に変換する部分の半導体の種類により、単結晶
系、多結晶系、非晶質系に分類されるが、単結晶シリコ
ンまたは多結晶シリコン等の結晶系半導体からなる結晶
系基板を基板として用い、その基板上に非晶質シリコン
半導体層を形成し、結晶系基板と非晶質シリコン半導体
層との間に、半導体接合を形成する光起電力素子の研究
が進んでおり、例えば、特開平４−１３０６７１号公報
にその種の光起電力素子が示されている。この光起電力
素子は、互いに逆の導電型を有する結晶系半導体と非晶
質半導体とを組み合わせて半導体接合を形成する際に、
接合界面に膜厚が数Å以上２５０Å以下であるｉ型の非
晶質半導体層を介在せしめることにより界面特性を向上
させ、光電変換特性の向上を図るものである。2. Description of the Related Art Generally, a photovoltaic element is classified into a single crystal system, a polycrystalline system, and an amorphous system depending on the type of semiconductor that absorbs light and mainly converts it into an electric current. A crystalline substrate made of a crystalline semiconductor such as silicon or polycrystalline silicon is used as a substrate, an amorphous silicon semiconductor layer is formed on the substrate, and a semiconductor is formed between the crystalline substrate and the amorphous silicon semiconductor layer. Research on a photovoltaic element that forms a junction is in progress, and for example, such a photovoltaic element is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-130671. This photovoltaic element, when a semiconductor junction is formed by combining a crystalline semiconductor and an amorphous semiconductor having opposite conductivity types,
By interposing an i-type amorphous semiconductor layer having a film thickness of several Å or more and 250 Å or less at the junction interface, the interface characteristics are improved and the photoelectric conversion characteristics are improved.
【０００３】ところで、光から電気へ変化する太陽電池
の変換効率を向上させる方策として、光を装置内へより
多く取り込むことが第１に挙げられる。そのような方策
を具体化させるために、例えば、単結晶シリコンを用い
た結晶系の光起電力素子においては、単結晶シリコンの
表面を凹凸化して、表面での光反射を抑制し、効率良く
光を装置に取り込むように構成している。また、屈折率
の適当な材料の組み合わせにより表面の反射率を低減さ
せるいわゆる無反射コートなどを設けて表面での光反射
を抑制し、効率良く光を装置に取り込むように構成して
いる。このように、受光面側で改良を行ったものが提案
されている。By the way, as a measure for improving the conversion efficiency of a solar cell that changes from light to electricity, the first one is to take in more light into the device. In order to materialize such a measure, for example, in a crystalline photovoltaic element using single crystal silicon, the surface of the single crystal silicon is made uneven to suppress light reflection on the surface and efficiently. It is configured to capture light into the device. In addition, a so-called non-reflective coating that reduces the reflectance of the surface by providing a combination of materials having an appropriate refractive index is provided to suppress light reflection on the surface, and the light is efficiently taken into the device. In this way, a light receiving surface improved has been proposed.
【０００４】図４は、上記した単結晶シリコンの表面を
凹凸化してその結晶系半導体と非晶質半導体との接合界
面にｉ型の非晶質半導体層を介在させた構造の光起電力
素子を示す斜視図である。図において、ｎ型の単結晶シ
リコン（Ｓｉ）基板１０１の表面はアルカリエッチング
等の方法により表面が凹凸化されている。凹凸化された
単結晶シリコン基板１０１の受光面側には、ｉ型の水素
化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層１０２、ｐ型の
水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層１０３、例
えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）の透
光性導電膜からなる透明電極１０４がその順に積層形成
されている。更に、透明電極１０４上には、例えば、Ａ
ｇからなる櫛形状の集電極１０５が形成されている。ま
た、単結晶シリコン基板１０１の裏面には、ｉ型の水素
化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層１０６、ｎ型の
水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層１０７、例
えばＩＴＯの透光性導電膜からなる透明電極１０８がそ
の順に積層形成され、ＢＳＦ構造が形成されている。更
に、透明電極１０８上には、例えば、Ａｇからなる櫛形
状の集電極１０９が形成されている。FIG. 4 shows a photovoltaic element having a structure in which the surface of the above-mentioned single crystal silicon is made uneven and an i-type amorphous semiconductor layer is interposed at the junction interface between the crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor. FIG. In the figure, the surface of an n-type single crystal silicon (Si) substrate 101 is made uneven by a method such as alkali etching. An i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 102 and a p-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer are provided on the light-receiving surface side of the textured single crystal silicon substrate 101. 103, for example, a transparent electrode 104 made of a transparent conductive film of ITO (Indium Tin Oxide) is laminated in that order. Further, on the transparent electrode 104, for example, A
A comb-shaped collector electrode 105 made of g is formed. On the back surface of the single crystal silicon substrate 101, an i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 106, an n-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 107, for example, ITO. The transparent electrode 108 made of the translucent conductive film is laminated in that order to form a BSF structure. Further, a comb-shaped collector electrode 109 made of, for example, Ag is formed on the transparent electrode 108.
【０００５】上記の構成により、凹凸化された表面で光
反射を抑制し、効率良く光を装置に取り込むことができ
る。With the above structure, light reflection can be suppressed on the textured surface, and light can be efficiently taken into the device.
【０００６】一方、表面電極を裏面側へ形成して、正
極、負極とも装置裏面側に作成した装置が提案されてい
る。この装置は、受光面側を１００％受光面として利用
する方法であり、これと前述の反射を低減する方法とを
組み合わせることで、非常に効率よく光を装置内に取り
込むことができる。On the other hand, there has been proposed a device in which a front surface electrode is formed on the back surface side and both the positive electrode and the negative electrode are formed on the back surface side of the device. This device is a method in which the light-receiving surface side is used as a 100% light-receiving surface, and by combining this method with the above-described method for reducing reflection, light can be very efficiently taken into the device.
【０００７】図５に正極、負極とも装置裏面側に作成し
た太陽電池装置の斜視図を示す。図５に示すように、こ
の単結晶シリコン基板２０１の受光表面はアルカリエッ
チング等の方法により表面が凹凸化されている。そし
て、その表面に無反射コートとしての酸化シリコン膜２
０２が設けられている。裏面側に分散してｐ型領域、ｎ
型領域２０４が形成され、その表面を酸化シリコン膜２
０３で被覆している。各ｐ型領域、ｎ型領域にそれぞれ
コンタクトホールを介して正極、負極の集電極２０６、
２０７が櫛形状にそれぞれ形成されている。FIG. 5 shows a perspective view of a solar cell device having both positive and negative electrodes formed on the back side of the device. As shown in FIG. 5, the light receiving surface of the single crystal silicon substrate 201 is made uneven by a method such as alkali etching. Then, the silicon oxide film 2 as a non-reflective coating on the surface
02 is provided. P-type regions dispersed on the back side, n
The mold region 204 is formed, and the surface thereof is covered with the silicon oxide film 2
It is covered with 03. Positive electrode and negative electrode collector electrodes 206 through contact holes in the p-type regions and the n-type regions,
207 are formed in a comb shape.
【０００８】このように構成することで、受光面側を１
００％受光面として利用することができる。With this structure, the light receiving surface side is
It can be used as a 00% light receiving surface.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、太陽電池装
置内に入射した光は、指数関数的に減少するので、装置
内で光から変換されたキャリア密度も同様に表面側から
指数関数的に減少する分布を持つ。これを如何に効率よ
く取り出すかにより太陽電池装置としての性能が決定さ
れる。By the way, since the light entering the solar cell device decreases exponentially, the carrier density converted from the light in the device also decreases exponentially from the surface side. Have a distribution that The performance as a solar cell device is determined by how efficiently this is taken out.
【００１０】このとき図に示すような表面側に電極が存
在し、ｐｎ接合も表面付近に形成される一般的な太陽電
池装置の構造であれば、ｐｎ接合部付近での強い電界の
分布と、前述した光生成キャリアの濃度分布は一致し、
電界により電子と正孔は効率よく分離され、光電流とし
て取り出すことができる。しかしながら、この構造で
は、表面側の電極１０５の下は光が照射されないので、
電極面積分の光損失があるという問題がある。At this time, in the structure of a general solar cell device in which an electrode is present on the surface side and a pn junction is formed near the surface as shown in the figure, the distribution of a strong electric field near the pn junction is , The concentration distribution of the photo-generated carriers described above is the same,
Electrons and holes are efficiently separated by the electric field and can be taken out as photocurrent. However, in this structure, since light is not irradiated under the electrode 105 on the front surface side,
There is a problem that there is a light loss corresponding to the electrode area.
【００１１】一方、前述の正、負極の両電極を裏面側に
持つ太陽電池装置では、図５に示すように、裏面に分散
してｐ領域、ｎ領域を作成して正、負両極を取り出す必
要がある。この場合、キャリアの拡散長から５０μｍ程
度のピッチでｐ層、ｎ層を交互に櫛型に形成する必要が
あるので、複数回のマスクプロセスを必要とし、製造コ
ストの増加が避けられない。On the other hand, in the above-mentioned solar cell device having both the positive and negative electrodes on the back surface side, as shown in FIG. 5, the p region and the n region are dispersed to form the positive and negative electrodes. There is a need. In this case, since it is necessary to alternately form the p-layer and the n-layer in a comb shape at a pitch of about 50 μm from the diffusion length of carriers, a mask process is required a plurality of times, and an increase in manufacturing cost cannot be avoided.
【００１２】また、この図５に示す構造では、入射面で
の損失は極小まで低減できるが、装置内で生成されたキ
ャリアは装置裏面側まで拡散して初めて裏面側の正負極
で分離され、光電流として取り出されるので、前述のキ
ャリアの分布を考慮すると、裏面側へ到達するまでに、
キャリアの再結合による損失が大きい。そのため、基板
の厚みを薄くする必要があり、その分光の吸収には不利
である。更に、薄い基板では、強度的な問題から実用性
を考えた場合に不良率の増大を招く虞があった。Further, in the structure shown in FIG. 5, the loss on the incident surface can be reduced to a minimum, but the carriers generated in the device are diffused to the back surface side of the device and are not separated by the positive and negative electrodes on the back surface side. Since it is extracted as a photocurrent, considering the above-mentioned carrier distribution,
Large loss due to carrier recombination. Therefore, it is necessary to reduce the thickness of the substrate, which is disadvantageous for absorption of the spectrum. Further, in the case of a thin substrate, there is a possibility that the defect rate may increase in consideration of practicality due to strength problems.
【００１３】この発明は、上記の事情を鑑み、歩留まり
が良く且つより高い変換効率の太陽電池装置を提供する
ことを目的とする。In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a solar cell device having a good yield and a higher conversion efficiency.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】この発明の太陽電池は、
一導電型の半導体基板に他導電型の半導体層を形成した
ｐｎ接合型太陽電池装置において、一導電型の半導体基
板表面側に一定の間隔を有する溝が設けられ、この溝の
側壁部の少なくとも一方に、基板表面に対して垂直より
も基板側に傾いた状態もしくは食いこんだ状態の窪み部
が設けられ、この窪み部に集電極を設けたことを特徴と
する。The solar cell of the present invention comprises:
In a pn junction solar cell device in which a semiconductor layer of one conductivity type is formed on a semiconductor substrate of one conductivity type, grooves having a constant interval are provided on the front surface side of the semiconductor substrate of one conductivity type, and at least sidewalls of the groove are formed. On the other hand, it is characterized in that a recessed portion that is inclined or dented toward the substrate side with respect to the surface of the substrate is provided, and the collector electrode is provided in this recessed portion.
【００１５】上記の構成によれば、受光面側の集電極
は、光の入射側方向（基板表面に対して垂直方向）から
見て、基板に隠れた位置にあり、実質的に装置の表側の
全面が受光面として利用できる。According to the above construction, the collector electrode on the light-receiving surface side is at a position hidden by the substrate when viewed from the light incident side direction (direction perpendicular to the substrate surface), and substantially the front side of the device. Can be used as a light receiving surface.
【００１６】前記表面側の前記窪み部を除いて絶縁性の
無反射防止層を設けるとよい。It is preferable to provide an insulating antireflection layer excluding the recessed portion on the front surface side.
【００１７】この層を選択的な電極形成を行うための膜
として利用できる。This layer can be used as a film for selective electrode formation.
【００１８】また、この発明の太陽電池の製造方法は、
一導電型の半導体基板表面側に一定の間隔を有する溝を
形成するとともに、この溝の側壁部の少なくとも一方は
基板表面に対して垂直よりも基板側に傾いた状態もしく
は食いこんだ状態の窪み部を形成する工程と、他導電型
の半導体層を前記基板の表面側に形成する工程と、前記
基板の表面に対して垂直方向に絶縁性の無反射防止膜を
形成する工程と、前記溝内において基板の垂直方向から
の光照射に対して影となる窪み部分に導電性物質を形成
し集電極を設ける工程と、を備える。The method of manufacturing a solar cell according to the present invention is
A groove having a constant interval is formed on the surface side of a semiconductor substrate of one conductivity type, and at least one of the side wall portions of the groove is a recess that is inclined or dented toward the substrate side with respect to the vertical direction with respect to the substrate surface. A step of forming a portion, a step of forming a semiconductor layer of another conductivity type on the surface side of the substrate, a step of forming an insulating antireflection film in a direction perpendicular to the surface of the substrate, and the groove And a step of forming a conductive material in a recessed portion which becomes a shadow with respect to the light irradiation from the vertical direction of the substrate, and providing a collecting electrode.
【００１９】前記溝内の影となる窪み部分へ電解鍍金ま
たは無電解鍍金により、金属を析出させることにより、
前記窪み部分に導電性物質を形成し集電極を設けるとよ
い。By depositing metal by electrolytic plating or electroless plating on the recessed portion which becomes a shadow in the groove,
A conductive material may be formed in the recessed portion to provide a collecting electrode.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。図１は、この発明による太陽電池
装置の構造を示す斜視図である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a solar cell device according to the present invention.
【００２１】図１に示すように、厚さ３００μｍ、抵抗
率５Ωｃｍ以下のｎ型の単結晶シリコン（Ｓｉ）１の受
光面（表面）側は、斜め方向の切削加工が行われ、断面
ｚ型に形成されている。この発明はＺ型の窪み部分１２
に後述するように、表面側の集電極が形成され、受光面
側における集電極の全部または一部が入射光と平行な方
向、すなわち基板表面の垂直方向から見て、基板１に覆
われている構造とする。As shown in FIG. 1, the light receiving surface (front surface) side of the n-type single crystal silicon (Si) 1 having a thickness of 300 μm and a resistivity of 5 Ωcm or less is cut in an oblique direction to have a z-shaped cross section. Is formed in. This invention has a Z-shaped recess 12
As will be described later, the collector electrode on the front surface side is formed, and all or part of the collector electrode on the light receiving surface side is covered with the substrate 1 when viewed from a direction parallel to the incident light, that is, a direction perpendicular to the substrate surface. Structure
【００２２】基板１の表面は、一定間隔の溝１１が形成
され、その溝１１の側壁部分の少なくとも一方は基板表
面に対して垂直よりも基板材料側に傾いて形成され、断
面Ｚ型形状となっている。そして、溝１１の側壁部分に
は窪み部分１２が設けられ、この窪み部分１２に集電極
を設ける。Grooves 11 are formed on the surface of the substrate 1 at regular intervals, and at least one of the side wall portions of the grooves 11 is formed so as to be inclined toward the substrate material side with respect to the vertical direction with respect to the substrate surface. Has become. A recess 12 is provided on the side wall of the groove 11, and a collector electrode is provided in the recess 12.
【００２３】上記のように、基板１の表面には断面Ｚ型
形状の溝１１を所定間隔で形成している。この実施形態
では、溝部分のライン＆スペースは１ｍｍとし、加工深
さは５０μｍとした。その後、その表面をフッ硝酸など
を用いて等方性エッチングを施し、この単結晶シリコン
基板１の表面を凹凸化する。As described above, the grooves 11 having a Z-shaped cross section are formed on the surface of the substrate 1 at predetermined intervals. In this embodiment, the line and space of the groove portion was 1 mm, and the processing depth was 50 μm. After that, the surface is subjected to isotropic etching using hydrofluoric nitric acid or the like to make the surface of the single crystal silicon substrate 1 uneven.
【００２４】そして、凹凸化された単結晶シリコン基板
１の受光面には、プラズマＣＶＤ法によりｉ型の水素化
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層２（厚さ：数Å〜
５００Å、好ましくは数Å〜２５０Å）、ｐ型の水素化
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層３（厚さ：１００
Åないし３００Å、好ましくは１５０Å）が形成され、
その上に例えばＩＴＯの透光性導電膜からなる透明電極
４（厚さ：６００Å〜１５００Å、好ましくは７００Å
〜１２００Å）が積層形成されている。更に、透明電極
４上に真空蒸着法により弗化マグネシウム（ＭｇＦ2）
膜５を形成する。このとき、上記溝１１の窪み部分１２
は、基板の影になるため窪み部分１１には弗化マグネシ
ウム（ＭｇＦ2）は堆積されない。電解鍍金または無電
解鍍金により窪み部分１２に例えば、Ａｇからなる櫛形
状の集電極６が形成されている。Then, the i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 2 (thickness: several Å ~) is formed on the light receiving surface of the roughened single crystal silicon substrate 1 by the plasma CVD method.
500 Å, preferably several Å to 250 Å), p-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 3 (thickness: 100
Å to 300 Å, preferably 150 Å) is formed,
A transparent electrode 4 (thickness: 600Å to 1500Å, preferably 700Å, which is made of, for example, a translucent conductive film of ITO, is further formed thereon.
~ 1200Å) are laminated. Furthermore, magnesium fluoride (MgF 2 ) was deposited on the transparent electrode 4 by vacuum deposition.
The film 5 is formed. At this time, the recessed portion 12 of the groove 11
Since it becomes the shadow of the substrate, magnesium fluoride (MgF 2 ) is not deposited on the recessed portion 11. A comb-shaped collector electrode 6 made of, for example, Ag is formed in the recess 12 by electrolytic plating or electroless plating.
【００２５】また、単結晶シリコン基板１の裏面には、
ｉ型の水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層７、
ｎ型の水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層８、
例えばＩＴＯの透光性導電膜からなる透明電極９がその
順に積層形成されている。更に、透明電極９の全面に
は、例えば、Ａｇからなる集電極１１０が形成されてい
る。On the back surface of the single crystal silicon substrate 1,
i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 7,
an n-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 8,
For example, a transparent electrode 9 made of a transparent conductive film of ITO is laminated in that order. Further, a collecting electrode 110 made of, for example, Ag is formed on the entire surface of the transparent electrode 9.
【００２６】上記の構成によれば、受光面側の集電極６
は、光の入射側方向（基板表面に対して垂直方向）から
見て、基板１に隠れた位置にあり、実質的に装置の表側
の全面が受光面として利用できる。また、ｐｎ接合とそ
れによる高電界領域は基板表面に近い領域にあり、光生
成キャリアの電子と正孔は非常に効率よく分離、収集が
行える。According to the above construction, the collecting electrode 6 on the light receiving surface side
Is located at a position hidden by the substrate 1 when viewed from the light incident side direction (direction perpendicular to the substrate surface), and substantially the entire front side of the device can be used as a light receiving surface. Further, the pn junction and the high electric field region due to it are near the surface of the substrate, and the electrons and holes of the photo-generated carriers can be separated and collected very efficiently.
【００２７】次に、上記構成の太陽電池装置の製造方法
について説明する。図２を参照して説明する。Next, a method of manufacturing the solar cell device having the above structure will be described. This will be described with reference to FIG.
【００２８】まず、図２（ａ）に示すように、厚さ３０
０μｍ、抵抗率５Ωｃｍ以下のｎ型の単結晶シリコン
（Ｓｉ）１の受光面側にレジスト膜を塗布し。露光現像
することでレジストマスクのパターニングを行いマスク
２１を形成する。First, as shown in FIG. 2A, the thickness 30
A resist film was applied to the light-receiving surface side of n-type single crystal silicon (Si) 1 having a thickness of 0 μm and a resistivity of 5 Ωcm or less. By exposing and developing, the resist mask is patterned to form the mask 21.
【００２９】続いて、図２（ｂ）に示すように、サンド
ブラスト装置を用いて、斜め方向への切削加工を行いつ
つ溝を形成し、窪み部分１２を有する断面Ｚ形状の溝１
１を形成する。このときの溝部分のライン＆スペースは
１ｍｍとし、加工深さは５０μｍとした。その後、その
表面をフッ硝酸などを用いて等方性エッチングを施し、
この単結晶シリコン基板１の表面を凹凸化する。この等
方性エッチング処理により、光反射防止用のテクスチャ
形状及びＺ型部分の鋭利な形状がやや丸くなる。この処
理により、引き続いて行われる非晶質シリコン層が均一
な膜厚で基板表面全面に形成することができる。Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), a groove 1 having a Z-shaped cross section having a recessed portion 12 is formed by using a sandblasting machine to perform a cutting process in an oblique direction.
1 is formed. At this time, the line and space of the groove portion was 1 mm, and the processing depth was 50 μm. After that, the surface is subjected to isotropic etching using hydrofluoric nitric acid,
The surface of the single crystal silicon substrate 1 is made uneven. By this isotropic etching treatment, the texture shape for preventing light reflection and the sharp shape of the Z-shaped portion are slightly rounded. By this treatment, the amorphous silicon layer, which is subsequently performed, can be formed on the entire surface of the substrate with a uniform film thickness.
【００３０】その後、プラズマＣＶＤ法によりｉ型の水
素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層２、ｐ型の水
素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層３が形成さ
れ、その上に例えばＩＴＯの透光性導電膜からなる透明
電極４がスパッタ法により積層形成されている。また、
裏面側にはＢＳＦ構造を形成するために、ｉ型の水素化
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層７、ｎ型の水素化
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）半導体層８、例えばＩＴＯ
の透光性導電膜からなる透明電極９がその順に積層形成
されている。After that, the i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 2 and the p-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 3 are formed by the plasma CVD method, and the i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 3 is formed thereon. In addition, a transparent electrode 4 made of, for example, a transparent conductive film of ITO is laminated and formed by a sputtering method. Also,
In order to form a BSF structure on the back surface side, an i-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 7, an n-type hydrogenated amorphous silicon (a-Si) semiconductor layer 8 such as ITO.
The transparent electrode 9 made of the translucent conductive film is laminated in that order.
【００３１】上記非晶質シリコン半導体層のプラズマＣ
ＶＤ法による形成条件を表１に、ＩＴＯ膜のスパッタ条
件を表２に示す。Plasma C of the amorphous silicon semiconductor layer
Table 1 shows the formation conditions by the VD method, and Table 2 shows the sputtering conditions for the ITO film.
【００３２】[0032]
【表１】 [Table 1]
【００３３】[0033]
【表２】 [Table 2]
【００３４】次に、真空蒸着法を用いて弗化マグネシウ
ム（ＭｇＦ2）膜５をＩＴＯ膜４上に形成する。このと
き、前述のＺ型に加工した部分において基板の影となる
部分には弗化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜は形成されな
い。この弗化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜は、反射防止
膜であると同時に絶縁性の物質であり、透明電極層４の
上に弗化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜が存在する部分と
そうでない部分を形成することにより、鍍金法による選
択的な電極形成を可能とするためのものである。そし
て、透明電極層４が露出している部分にのみ集電極６を
形成する。Next, a magnesium fluoride (MgF 2 ) film 5 is formed on the ITO film 4 by using a vacuum evaporation method. At this time, the magnesium fluoride (MgF 2 ) film is not formed in a portion which is a shadow of the substrate in the Z-shaped portion. The magnesium fluoride (MgF 2 ) film is an antireflection film and at the same time an insulating material, and forms a portion where the magnesium fluoride (MgF 2 ) film exists and a portion where it does not exist on the transparent electrode layer 4. By doing so, it is possible to selectively form electrodes by the plating method. Then, the collector electrode 6 is formed only on the exposed portion of the transparent electrode layer 4.
【００３５】絶縁性の物質であれば、弗化マグネシウム
（ＭｇＦ2）膜に限られず、例えば、レジストをスピー
ンコートすることで、影となる部分以外を覆い、電極形
成後にレジストを除去してもよい。また、弗化マグネシ
ウム（ＭｇＦ2）膜の代わりに酸化シリコン（ＳｉＯ2）
などの絶縁膜を用いてもよい。The insulating material is not limited to the magnesium fluoride (MgF 2 ) film, and for example, the resist is removed after the electrodes are formed by spun-coating the resist to cover the areas other than shadowed areas. Good. Also, instead of the magnesium fluoride (MgF 2 ) film, silicon oxide (SiO 2 )
You may use insulating films, such as.
【００３６】また、鍍金法としては、電解鍍金でもよい
し、無電解鍍金でもよい。そして、表側の電極形成と同
時に裏面側全面に電極１０が鍍金され、太陽電池装置が
完成する。As the plating method, electrolytic plating or electroless plating may be used. Then, at the same time when the electrodes on the front side are formed, the electrodes 10 are plated on the entire back surface side to complete the solar cell device.
【００３７】なお、上記した実施形態においては、基板
１としてｎ型基板を用いたが、ｐ型の基板を用いても同
様の効果があるのは言うまでもない。Although the n-type substrate is used as the substrate 1 in the above embodiment, it goes without saying that the same effect can be obtained by using a p-type substrate.
【００３８】上記のようにして作成した太陽電池装置の
出力特性を表３に示す。Table 3 shows the output characteristics of the solar cell device produced as described above.
【００３９】[0039]
【表３】 [Table 3]
【００４０】表３から明らかなように、電流密度の明ら
かな増大が見られ本構造の太陽電池装置の優位性を確認
することができた。なお、従来例は、図に示すように表
側に集電極を形成したものであり、その他の構成は本発
明と同じ構成である。As is clear from Table 3, a significant increase in the current density was observed, and it was possible to confirm the superiority of the solar cell device of this structure. In the conventional example, a collector electrode is formed on the front side as shown in the figure, and other configurations are the same as those of the present invention.
【００４１】次に、この発明の第２の実施形態につき、
図３に従い説明する。図３は、この発明による太陽電池
装置の製造方法を工程別に示す断面図であり、基板にＺ
型状の溝を形成する工程までを示している。Next, regarding the second embodiment of the present invention,
It will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a solar cell device according to the present invention step by step.
The process up to the formation of the mold-shaped groove is shown.
【００４２】図２で示した第１の実施形態における製造
方法においては、斜め方向への切削加工時に砥粒が切削
表面から四方へ跳ね返りやすく、条件を精密に制御しな
いと斜めの形状を得ることが難しい場合がある。この第
２の実施形態は、より歩留まりを高めた方法である。In the manufacturing method according to the first embodiment shown in FIG. 2, the abrasive grains are likely to bounce off the cutting surface in all directions during oblique cutting, and an oblique shape can be obtained unless the conditions are precisely controlled. Can be difficult. The second embodiment is a method with a higher yield.
【００４３】図３に基づきこの第２の実施形態につき説
明する。第１の実施形態と同様に、厚さ３００μｍ、抵
抗率５Ωｃｍ以下のｎ型の単結晶シリコン（Ｓｉ）１の
受光面側にレジスト膜を塗布し。露光現像することでレ
ジストマスクのパターニングを行いマスク２１を形成す
る（図３（ａ）参照）。The second embodiment will be described with reference to FIG. Similar to the first embodiment, a resist film is applied to the light-receiving surface side of n-type single crystal silicon (Si) 1 having a thickness of 300 μm and a resistivity of 5 Ωcm or less. The resist mask is patterned by exposing and developing to form a mask 21 (see FIG. 3A).
【００４４】続いて、マスク２１を用いて、基板１をサ
ンドブラスト装置を用いて、表面から２０μｍ程度切削
し、溝１１を形成する（図３（ｂ）参照）。Then, using the mask 21, the substrate 1 is cut by about 20 μm from the surface using a sandblasting device to form the groove 11 (see FIG. 3B).
【００４５】その後、第２のレジストフィルムをラミネ
ートし、第１のマスク２１とレジストの厚さ（２０μ
ｍ）程度ずらして、露光、現像を行い、すでにある溝１
１の壁部分までレジスト２２で保護する（図３（ｃ）参
照）。After that, a second resist film is laminated, and the thickness of the first mask 21 and the resist (20 μm
m) After shifting the exposure and developing, the existing groove 1
The wall portion 1 is protected by the resist 22 (see FIG. 3C).
【００４６】そして、斜め方向からサンドブラスト装置
を用いて、ブラスト処理を行うことで、積極的に庇とな
る部分を形成し、窪み部分１２が設けられる（図３
（ｄ）参照）。Then, a sandblasting device is used from an oblique direction to perform a blasting process to form a positively eaves portion, and the recessed portion 12 is provided (FIG. 3).
(See (d)).
【００４７】その後、マスク２１，２２を除去すること
で、基板１に窪み１２を有する庇部分が形成された溝１
１が設けられる（図３（ｅ）参照）。After that, the masks 21 and 22 are removed to form the groove 1 in which the eave portion having the depression 12 is formed in the substrate 1.
1 is provided (see FIG. 3 (e)).
【００４８】続いて、第１の実施形態と同様に、表面の
テクスチャ処理を行い、表面側のｐ／ｉ層、裏面側のｎ
／ｉ層、透明電極層（ＩＴＯ）を順次形成した。この製
造工程及び製造条件は第１の実施形態と同じである。Then, similarly to the first embodiment, the front surface is textured, and the front surface side p / i layer and the rear surface side n are formed.
The / i layer and the transparent electrode layer (ITO) were sequentially formed. The manufacturing process and manufacturing conditions are the same as in the first embodiment.
【００４９】その後、弗化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜
などの絶縁層を蒸着法により形成する。このとき、前述
の庇状に加工した部分において基板の影となる部分には
弗化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜は形成されない。この
弗化マグネシウム（ＭｇＦ2）膜は、反射防止膜である
と同時に絶縁性の物質であり、透明電極層の上に弗化マ
グネシウム（ＭｇＦ2）膜が存在する部分とそうでない
部分を形成することにより、鍍金法による選択的な電極
形成を行う。透明導電層が露出している部分にのみ集電
極が形成される。After that, an insulating layer such as a magnesium fluoride (MgF 2 ) film is formed by vapor deposition. At this time, the magnesium fluoride (MgF 2 ) film is not formed on the portion which is shaded on the substrate in the above-mentioned eaves-shaped portion. This magnesium fluoride (MgF 2 ) film is an antireflection film and at the same time an insulating material, and forms a portion where the magnesium fluoride (MgF 2 ) film exists and a portion where it does not exist on the transparent electrode layer. As a result, selective electrode formation is performed by the plating method. The collector electrode is formed only in the portion where the transparent conductive layer is exposed.
【００５０】また、鍍金法としては、電解鍍金でもよい
し、無電解鍍金でもよい。そして、表側の電極形成と同
時に裏面側全面に電極が鍍金され、太陽電池装置が完成
する。The plating method may be electrolytic plating or electroless plating. Then, simultaneously with the formation of the electrodes on the front side, the electrodes are plated on the entire back surface side to complete the solar cell device.
【００５１】このようにして形成した太陽電池装置にお
いても、第１の実施形態と同様従来と比較して電流値が
約１割向上させることができた。Also in the solar cell device thus formed, the current value could be improved by about 10% as compared with the conventional case, as in the first embodiment.
【００５２】上記した第１，第２の実施形態において
は、結晶系半導体と非晶質半導体とをｉ型の非晶質半導
体層を介在させてｐｎ接合を形成したいわゆるＨＩＴ構
造の素子にこの発明を適用した場合につき説明したが、
第３の実施形態は、拡散によりｐｎ接合を形成した素子
にこの発明を適用したものである。以下、第３の実施形
態につき説明する。In the above-described first and second embodiments, a so-called HIT structure element in which a pn junction is formed by interposing an i-type amorphous semiconductor layer between a crystalline semiconductor and an amorphous semiconductor is used. I explained the case of applying the invention,
In the third embodiment, the present invention is applied to an element having a pn junction formed by diffusion. The third embodiment will be described below.
【００５３】ｐ型の結晶系シリコン基板に上記した第２
の実施形態と同様にして、斜め方向の切削加工を行った
後、テクスチャ処理、燐拡散によるｐ／ｎ接合を形成、
裏面側へのアルミニウム（Ａｌ）ペースト塗布とシンタ
リングによるＢＳＦ層を形成した。表４に燐（リン）拡
散の条件を示す。On the p-type crystalline silicon substrate, the second
In the same manner as in the above embodiment, after performing a diagonal cutting process, a p / n junction is formed by texturing and phosphorus diffusion.
A BSF layer was formed by applying aluminum (Al) paste to the back surface and sintering. Table 4 shows the conditions for phosphorus diffusion.
【００５４】[0054]
【表４】 [Table 4]
【００５５】次に、反射防止膜である窒化シリコン膜
（ＳｉＮｘ）をスパッタ法により、受光面側に形成す
る。このとき、基板を固定してスパッタすることで、斜
めに切削されて影となる部分にはスパッタされた元素は
付着しない。窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）を形成後、電
解または無電解鍍金法により、窒化シリコン膜（ＳｉＮ
ｘ）の内部分に電極を形成して光り起電力装置が完成す
る。Next, a silicon nitride film (SiNx) which is an antireflection film is formed on the light receiving surface side by the sputtering method. At this time, the substrate is fixed and sputtered, so that the sputtered element does not adhere to a portion which is obliquely cut and becomes a shadow. After forming the silicon nitride film (SiNx), the silicon nitride film (SiNx) is formed by electrolytic or electroless plating.
The photovoltaic device is completed by forming electrodes on the inner part of x).
【００５６】上記に示したような方法で作成した太陽電
池装置においては、光に入射側から見て集電極部分は基
板の影となっており、基板全面を入射面として使用でき
る。従って、光の吸収ロスを効果的に低減でき、変換効
率の向上ができる。In the solar cell device manufactured by the method as described above, the collector electrode portion is a shadow of the substrate when viewed from the light incident side, and the entire surface of the substrate can be used as the incident surface. Therefore, the light absorption loss can be effectively reduced, and the conversion efficiency can be improved.
【００５７】また、前述の斜め切削の手法としては、マ
スクパターン後にサンドブラスト法を用いる場合、ノズ
ルの角度を基板に対して斜め方向へ傾斜させて投射材を
噴射する、マスクのパターニング時に過度に現像液に浸
漬することでオーバーエッチする、または上記２つの組
み合わせなどを用いるとよい。また、ノズルを固定して
基板を傾けても同様の効果があるのは言うまでもない。
そのほかにも一旦基板に垂直に切削した後に斜め方向へ
投射材を噴射するように構成してもよい。ノズルの形状
としては、丸形でも扁平型でもよい。As the above-mentioned oblique cutting method, when the sandblast method is used after the mask pattern, the projection material is jetted with the angle of the nozzle inclined in the oblique direction with respect to the substrate. Over-etching by immersion in a liquid, or a combination of the above two may be used. Needless to say, the same effect can be obtained by fixing the nozzle and tilting the substrate.
Alternatively, the projection material may be jetted in an oblique direction after the substrate is once cut perpendicularly. The shape of the nozzle may be round or flat.
【００５８】また、サンドブラスト以外の方法として、
機械的な研磨による方法なども可能である。As a method other than sandblasting,
A method such as mechanical polishing is also possible.
【００５９】また、図２及び図３に示す実施形態におい
ては、一方向のみ傾斜させて溝を作成した構造を示した
が、このほかにも、溝の両側に角度を持たせて影を作
り、その部分に電極を形成したり、サンドブラストの投
射材の選択により、シリコン表面の縦方向と横方向の加
工速度を変化させることで、溝が深さ方向に広くなる構
造を作成しても同様の効果が得られる。Further, in the embodiments shown in FIGS. 2 and 3, the structure in which the groove is formed by inclining only in one direction is shown. However, in addition to this, both sides of the groove are angled to form a shadow. Even if you create a structure in which the groove becomes wider in the depth direction by changing the machining speed in the vertical direction and the horizontal direction of the silicon surface by forming an electrode in that part and selecting the shot material of sandblast The effect of is obtained.
【００６０】[0060]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光入射側から見て電極を基板より隠すような構造を
採用することにより、太陽電池装置の性能を向上させる
ことができる。As described above, according to the present invention, the performance of the solar cell device can be improved by adopting the structure in which the electrodes are hidden from the substrate when viewed from the light incident side.
【図１】この発明による太陽電池装置の構造を示す斜視
図である。FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a solar cell device according to the present invention.
【図２】この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池装
置の製造法のを工程別に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing, step by step, the method for manufacturing the solar cell device according to the first embodiment of the present invention.
【図３】この発明による太陽電池装置の製造方法を工程
別に示す断面図であり、基板にＺ型状の溝を形成する工
程までを示している。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method of manufacturing a solar cell device according to the present invention in steps, showing steps up to forming a Z-shaped groove in a substrate.
【図４】従来の表裏両面に電極を持つ太陽電池装置の構
造を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a structure of a conventional solar cell device having electrodes on both front and back surfaces.
【図５】従来の裏側にのみ正負両電極を持つ太陽電池装
置の構造を示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a conventional solar cell device having positive and negative electrodes only on the back side.
２ ｉ型ａ−Ｓｉ半導体層 ３ ｐ型ａ−Ｓｉ半導体層 ４ 透明電極 ５ 絶縁層 ６ 集電極 ７ ｉ型ａ−Ｓｉ半導体層 ８ ｎ型ａ−Ｓｉ半導体層 ９ 透明電極 １０ 集電極 １１ 溝 １２ 窪み部分 2 i-type a-Si semiconductor layer 3 p-type a-Si semiconductor layer 4 transparent electrodes 5 insulating layers 6 collecting electrodes 7 i-type a-Si semiconductor layer 8 n-type a-Si semiconductor layer 9 Transparent electrode 10 collecting electrodes 11 grooves 12 hollow
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 AA01 BB02 BB36 CC01 DD34 DD37 DD52 DD53 DD71 EE05 EE14 EE17 GG05 5F051 AA05 BA16 CB27 DA04 FA02 FA06 FA13 FA14 FA30 GA04 GA14 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 4M104 AA01 BB02 BB36 CC01 DD34 DD37 DD52 DD53 DD71 EE05 EE14 EE17 GG05 5F051 AA05 BA16 CB27 DA04 FA02 FA06 FA13 FA14 FA30 GA04 GA14
Claims (4)
体層を形成したｐｎ接合型太陽電池装置において、一導
電型の半導体基板表面側に一定の間隔を有する溝が設け
られ、この溝の側壁部の少なくとも一方に、基板表面に
対して垂直よりも基板側に傾いた状態もしくは食いこん
だ状態の窪み部が設けられ、この窪み部に集電極を設け
たことを特徴とする太陽電池装置。1. A pn-junction solar cell device in which a semiconductor layer of one conductivity type is formed on a semiconductor substrate of one conductivity type, and a groove having a constant interval is provided on the surface side of the semiconductor substrate of one conductivity type. A solar cell characterized in that at least one of the side wall portions of the solar cell is provided with a recessed portion that is inclined or dented toward the substrate side with respect to the vertical direction with respect to the substrate surface, and the collector electrode is provided in this recessed portion. apparatus.
の無反射防止層が設けられていることを特徴とする請求
項１に記載の太陽電池装置。2. The solar cell device according to claim 1, further comprising an insulative antireflection layer except for the recessed portion on the front surface side.
隔を有する溝を形成するとともに、この溝の側壁部の少
なくとも一方は基板表面に対して垂直よりも基板側に傾
いた状態もしくは食いこんだ状態の窪み部を形成する工
程と、他導電型の半導体層を前記基板の表面側に形成す
る工程と、前記基板の表面に対して垂直方向に絶縁性の
無反射防止膜を形成する工程と、前記溝内において基板
の垂直方向からの光照射に対して影となる窪み部分に導
電性物質を形成し集電極を設ける工程と、からなる太陽
電池装置の製造方法。3. A groove having a constant interval is formed on the surface side of a semiconductor substrate of one conductivity type, and at least one of the side wall portions of the groove is inclined or eroded to the substrate side with respect to the vertical with respect to the substrate surface. A step of forming a depressed portion in a recessed state, a step of forming a semiconductor layer of another conductivity type on the front surface side of the substrate, and a step of forming an insulating antireflection film in a direction perpendicular to the surface of the substrate A method of manufacturing a solar cell device, comprising: a step of forming a conductive material in a recessed portion that is shaded by light irradiation from a direction perpendicular to the substrate in the groove, and providing a collecting electrode.
または無電解鍍金により、金属を析出させることによ
り、前記窪み部分に導電性物質を形成し集電極を設ける
ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池装置の製造
方法。4. A collecting electrode is provided by forming a conductive substance in the hollow portion by depositing a metal in the hollow portion in the groove, which is a shadow, by electrolytic plating or electroless plating. Item 4. A method for manufacturing a solar cell device according to Item 3.
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|---|---|---|---|
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