JP2013077851A - 太陽電池素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 一導電型を呈する半導体基板の一主面側に正極部と負極部とを備え、前記正極部と前記負極部の一方は、前記半導体基板と逆の導電型を呈する逆導電型層と第一の導電層とが順に、前記一主面側に積層形成されてなり、前記正極部と前記負極部の他方は、逆導電型を呈するドーピング元素を含有するコンタクト部と第二の導電層とが順に、前記半導体基板の一部であって前記コンタクト部の構成元素が拡散してなる拡散領域の上に積層形成されてなり、前記導電層及び前記逆導電層からなる積層体の一部をその厚み方向に除去して、前記正極部と前記負極部とを分離するための溝状の電極分離部が形成されてなる太陽電池素子とする。
【選択図】 図1
Description
膜層を除去する(図6(e))。
面側に設けた正電極と負電極との間に係る接合を備える構造の形成が好ましい。
まず初めに、本発明の実施の形態に係る製造方法を用いて製造された太陽電池素子20の構成を、図1及び図2を用いて説明する。太陽電池素子20は、受光面側に電極を有さず、裏面側に負電極および正電極を有するBC型太陽電池素子である。
出電極の配置状態を示す図である。図2(b)のA−A’断面が図1に相当する。なお、図1、図2をはじめ、各図において図示される構成要素同士のサイズの大小関係は、必ずしも実際の関係を反映しているわけではない。
いは酸化物材料膜(TiO2膜、SiO2膜、MgO膜、ITO膜、SnO2膜、ZnO膜)などによって形成されるのが好適である。反射防止層9の厚みは、構成材料によって好適な値は異なるが、入射光に対して無反射条件が実現される値に設定される。より詳細に言えば、反射防止層9の構成材料の屈折率をnとし、無反射にしたい光の波長をλとすれば、d=(λ/n)/4が反射防止層9の最適膜厚となる。例えば、一般的に用いられるSiNx膜(n≒2)にて反射防止層9が形成される場合において、無反射としたい光
の波長を、太陽光スペクトル特性を考慮して600nmとするならば、反射防止層9は、75nm程度の厚みに形成されるのが好適である。なお、反射防止層9を構成する膜に表面パッシベーション効果をある程度見出せる場合は、パッシベーション層8の形成を省略
してもよい。
ある。
部12を形成する場合、p+領域4は、第二導電層7bの厚みにもよるが、半導体基板1
の裏面から数μm程度の深さにわたって形成される。
ってn/p/p+接合が形成されてなるBC型太陽電池素子である。そして、このBC型
太陽電池素子は、p/p+接合(いわゆるHigh−Low接合)を有するため、半導体
基板1中で光照射によって発生した少数キャリアである電子に対するポテンシャルバリアが形成され、電子がシリコン/正電極界面に達して再結合によって消滅するのを防ぐ効果、いわゆるBSF効果がもたらされる。
本発明の実施の形態に係る太陽電池素子20の製造方法について、図4、図7、および図8を用いて工程ごとに詳細に説明する。図4は、太陽電池素子20の製造手順を概略的に示す図である。
まずp型の導電型を呈する半導体基板1を準備する(図4(a))。
次に、半導体基板1の一主面側に、逆導電型を呈する逆導電型層であるn型シリコン薄膜層3を形成する。具体的には、半導体基板1の裏面側(非受光面側)となる面上に、n型シリコン薄膜層3として、a−Si:H(n)膜あるいはμc−Si:H(n)膜を形成する。
質の高いシリコン薄膜層を形成することが可能であるので、半導体基板1とシリコン薄膜層との間に形成されるヘテロ接合の品質が向上する。これにより、太陽電池素子20の高特性・高歩留まりをより実現し易くなる。
を原料ガスとして用い、n型シリコン薄膜層3については、シランと水素とに加えて、ドーパントとしてPを添加するためにフォスフィンを原料ガスとして用いれば良い。また、その際の成膜条件としては、基板温度を100℃〜300℃(例えば200℃程度)、ガス圧力を10Pa〜500Pa、電力密度を0.01W/cm2〜1W/cm2とするのが好適である。これにより、極めて品質の高いシリコン薄膜層を200℃程度という比較的低温でかつ短時間で形成することができる。
次に、n型シリコン薄膜層3の上に、導電層7を形成する。特に、上述した透明導電接着層5と反射層6とを形成した上で、導電層7を形成するのがより好ましい(図4(c))。
次に、正極部16において半導体基板1と第二導電層7bとを導通接続させるために、正極部16の一部分にコンタクト部12を形成する。具体的には、導電層7全体のうち第二導電層7bとなる部分を加熱溶融させることによって、シリコン薄膜層、透明導電接着層5及び反射層6を貫通して、半導体基板1と第二導電層7bとを電気的に短絡させるコンタクト部12を形成する(図4(d))。
7bないしはコンタクト部12を構成する元素であるAlが拡散することによって、当該一部が拡散領域(p+領域4)となる。
次に、図4(e)に示すように、負極部15と正極部16とを分離するための電極分離部11を形成する。
、導電層7からなる積層体を、コンタクト部12を含む正極部16とそうではない負極部15とに電気的に分離するために、係る積層体の一部をその厚み方向に除去して、溝状の電極分離部11を加工形成する。
次に、図4(f)に示すように、半導体基板1の表面(受光面)側に、エッチング法によりテクスチャ構造1aを形成することが好ましい。
造1aの形成にドライエッチング法を用いれば、該接合部起源のダイオード電流の電流密度(暗電流密度)やn型層/導電層界面起源のダイオード電流の電流密度は小さい、より特性の優れた太陽電池素子を得ることができる。なぜならば、これらのダイオード電流の電流密度は、上述した接合部の体積や界面の面積に比例する値であり、しかもこれらの体積及び面積は、ウェットエッチングのように裏面側にも凹凸構造が形成されてしまうような場合よりも、そうでないドライエッチングの場合の方が小さいからである。ゆえに、基板全域にわたって光反射率を効果的に低減せしめる良好なテクスチャ構造1aを一様に形成するうえでは、ドライエッチング法を用いる方がより好適である。
も、多結晶シリコン基板内の各結晶粒の面方位に無関係に、基板全域に渡って低反射率を有する微細なテクスチャ構造1aを一様に形成することができる。
チャ構造1aを良好に形成することができる。なお、ガス流量等の示量変数はチャンバーのサイズに依存する。なお、必要に応じて、上記の混合ガスにさらに三フッ化メタンガス(CHF3)やH2Oガスを適量混合させてもよい。
次に、絶縁層10を形成することが好ましい。絶縁層10は、図4(g)に示すよう
に、導電層7及び電極分離部11に対して、第一電極13および第二電極14との導通を確保するための一部領域を除いた部位を覆うように形成される。
次に、図4(h)に示すように、第一電極13と第二電極14が形成されることが好ましい。この第一電極13及び第二電極14は、導電層7よりも半田濡れ性の高いものであることが好ましく、それによって後述する配線部材21と半田接続性を向上させることができる。但し、導電層7を既に金属ペーストを用いて形成している場合は、第一電極13及び第二電極14の形成を省略することも可能である。
次に、図4(i)に示すように、半導体基板1の受光面側にパッシベーション層8および反射防止層9を形成することが好ましい。
以下とする。
必要であれば、さらに、半田ディップ処理によって、第一電極13及び第二電極14上に半田領域を形成する態様であってもよい(不図示)。
れるので、高い変換効率を有するBC型太陽電池素子が実現される。
単独の太陽電池素子の電気出力が小さい場合、複数の太陽電池素子を直列および並列に接続することで太陽電池モジュールが構成される。この太陽電池モジュールを複数個組み合わせることによって、実用的な電気出力の取り出しが可能となる。
子20同士を接続する。
尚、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
レーザー法で除去すること、によって形成することができる。その上で、負極部15および正極部16のそれぞれに、透明導電接着層5、反射層6および導電層7を形成し、その後、所定の導電層7を加熱溶融して導通接続を行うことによって、上述の実施形態において積層体を分離した状態(図4(e))と同じ状態を実現することができる。その後、上述の実施形態と同様の後工程を行うことで、同様の作用効果を得る事ができる。
代えて、p+領域4を、i型シリコン薄膜層2およびn型シリコン薄膜層3を積層形成す
ることによるヘテロ接合形成に先だって形成するようにしても良い。すなわち、半導体基板1の所定位置に、印刷法などによってAlペーストからなる厚膜を数μm〜数十μmの厚みに形成し、Si−Al共晶温度たる577℃以上の温度で熱処理することで、半導体基板1の一部にp+領域4を形成し、その後で薄膜層2、3を積層する態様であってもよ
い。これによれば、上述の実施形態と比べて、p+領域4の厚みを大きく(例えば数μm
〜数十μm程度)形成することができ、BSF効果がより一層発揮されて太陽電池素子20の特性のさらなる向上が実現される。なお、上述の熱処理後に、半導体基板1の表面に残存するAlを含んだ成分を塩酸などで除去し、その後でRCA法など公知の表面洗浄技術を適用して表面から金属成分や有機成分を除去することが好ましい。本態様でp+領域
4を形成した場合であっても、後工程として上述した加熱溶融によってコンタクト部12を形成することで、半導体基板1(p+領域4)と第二導電層7bとの間に良好なコンタ
クトを実現できることは言うまでもない。
体基板上における逆導電型層さらにはその上の導電層の形成態様(より具体的には、逆導電型層および導電層による半導体基板の被覆度合い)に左右されるものではない。すなわち、当該手法は、半導体基板上の少なくとも一部領域に形成された逆導電型層および導電層の積層体の少なくとも一部を加熱溶融することによって、導電層と半導体基板とを導通接続する場合を全て含むものである。
4、透明導電接着層(TCO膜)5、導電層7、反射防止層9、絶縁層10、およびコンタクト部12については、全ての太陽電池素子が備える共通構成要素とした。
ニウムペーストからなる厚膜を印刷形成したうえでこれを焼成することによってあらかじめp+領域4を形成したうえで、i型シリコン薄膜層2およびn型シリコン薄膜層3を形成した。
領域4を形成した。レーザー光の照射は、波長1.064μm、パルス幅が125nsecで1パルス当りのエネルギーが0.001J、照射径40μmという条件で行った。さらに、実施例1〜実施例5においては、引き続きYAGレーザー装置によってレーザー光を照射することで、正極部16と負極部15とを分離する電極分離部11を形成した。その際のレーザー光の照射は、波長0.532μm、周波数が50kHz、パルス幅が15nsec、出力10W、照射径15μmという条件で行った。
。
るようにすることによって、従来技術に係るBC型の太陽電池素子と同等あるいはそれ以上の特性を有する太陽電池素子を作製できることが確認された。換言すれば、従来のように一導電型層の一部をエッチング除去したあと、異なる導電型層を再び形成するような煩雑な処理を行わずとも、本発明のような方法を用いることで、良好な特性を有するBC型の太陽電池素子が得られることが確認された。
Claims (9)
- 一導電型を呈する半導体基板の一主面側に正極部と負極部とを備え、
前記正極部と前記負極部の一方は、前記半導体基板と逆の導電型を呈する逆導電型層と第一の導電層とが順に、前記一主面側に積層形成されてなり、
前記正極部と前記負極部の他方は、逆導電型を呈するドーピング元素を含有するコンタクト部と第二の導電層とが順に、前記半導体基板の一部であって前記コンタクト部の構成元素が拡散してなる拡散領域の上に積層形成されてなり、
前記導電層及び前記逆導電層からなる積層体の一部をその厚み方向に除去して、前記正極部と前記負極部とを分離するための溝状の電極分離部が形成されてなる、
太陽電池素子。 - 前記半導体基板がP型を呈するとともに、前記第二の導電層がAlを主成分とする、
ことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。 - 前記半導体基板と前記逆導電型層との間に真性型を呈する半導体層が介在してなることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記逆導電型層と前記導電層との間に透明導電接着層が介在してなることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記導電層がAlを主成分としてなり、かつ、前記導電層と前記透明導電接着層との間にAgを主成分とする反射層が介在してなる、
ことを特徴とする請求項4に記載の太陽電池素子。 - 前記導電層表面の一部を除いた前記半導体基板の前記一主面側の外表面に絶縁層を備えることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記絶縁層が酸化物又は窒化物からなることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池素子。
- 前記第一の導電層上に、該第一の導電層よりも半田濡れ性が高い第一電極を備えることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記第二の導電層上に、該第二の導電層よりも半田濡れ性が高い第二電極を備えることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
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