JP2024082212A - 太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】本願は、太陽電池の技術分野に関し、特に太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールに関するものである。【解決手段】太陽電池は、表面に金属パターン領域と非金属パターン領域を有する基板と、第１領域及び第２領域の基板内に位置するドーピング層と、金属パターン領域の基板表面を覆う第１パッシベーションコンタクト構造と、を含み、非金属パターン領域は隣接する第１領域及び第２領域を含み、第２領域の第１領域から遠い側は金属パターン領域に隣接し、第１領域の基板表面は金属パターン領域の基板表面よりも低く、第２領域の基板表面は第１領域の基板表面より低くなく、かつ金属パターン領域の基板表面より高くなく、基板がドーピング層の上面に露出し、第１パッシベーションコンタクト構造は、積層された少なくとも１層の第１トンネル層及び少なくとも１層の第１ドーピング導電層を含む。本願は太陽電池の光電変換効率の向上に有利である。【選択図】図１

Description

本願の実施例は、太陽電池の技術分野に関し、特に太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールに関するものである。
太陽電池は優れた光電変換能力を持っており、太陽電池では、基板の表面にエミッタまたはパッシベーション作用を有するドーピング膜層などのドーピング層が形成され、エミッタが基板とＰＮ接合を形成することができ、パッシベーション作用を発揮するドーピング膜層は、太陽電池における基板表面のキャリア再結合を抑制し、基板に対するパッシベーション効果を高めることに用いられる。また、太陽電池では、キャリアを収集するための金属電極を製造する必要がある。キャリアを収集するために、金属電極は通常ドーピング層と電気的に接続されている。
しかしながら、従来の金属電極とドーピング層との接触性能が悪いため、金属電極に大きな接触再結合損失を生じさせ、太陽電池の光電変換性能が劣ってしまうことを引き起こしている。
本願の実施例には、少なくとも太陽電池の光電変換効率を向上させることに有利である太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールが提供される。
本願の実施例には、太陽電池が提供され、当該太陽電池は、表面に金属パターン領域と非金属パターン領域を有する基板と、前記第１領域及び前記第２領域の基板内に位置するドーピング層と、前記金属パターン領域の基板表面を覆う第１パッシベーションコンタクト構造と、を含み、前記非金属パターン領域は隣接する第１領域及び第２領域を含み、前記第２領域の前記第１領域から遠い側は前記金属パターン領域に隣接し、前記第１領域の基板表面は前記金属パターン領域の基板表面よりも低く、前記第２領域の基板表面は前記第１領域の基板表面より低くなく、かつ前記金属パターン領域の基板表面より高くなく、前記基板がドーピング層の上面に露出しており、前記第１パッシベーションコンタクト構造は、積層された少なくとも１層の第１トンネル層及び少なくとも１層の第１ドーピング導電層を含む。
また、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素と前記ドーピング層のドーピング元素は同族元素である。
また、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度は前記ドーピング層のドーピング元素濃度以上である。
また、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、前記ドーピング層のドーピング元素濃度は１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
また、前記ドーピング層のドーピング元素の種類は前記基板のドーピング元素の種類と異なっている。
また、前記ドーピング層のドーピング元素濃度は前記基板のドーピング元素濃度よりも大きい。
また、前記第１領域の基板表面と前記第２領域の基板表面との間に第１挟角があり、前記第１挟角は９０°～１６０°である。
また、前記第２領域のドーピング層のドーピング元素濃度は、前記第１領域のドーピング層のドーピング元素濃度より小さくなく、かつ前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度より大きくない。
また、前記第１領域のドーピング層の前記第１ドーピング導電層に向かう側から、前記第１領域のドーピング層の前記第１ドーピング導電層から離れる側に向かう方向において、前記第２領域のドーピング層のドーピング元素濃度が次第に減少する。
また、前記第２領域のドーピング層の前記第１ドーピング導電層に向かう側の表面のドーピング濃度と前記第２領域のドーピング層の前記第１ドーピング導電層から遠い側の表面のドーピング濃度との差は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～８×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
また、前記ドーピング層のシート抵抗は８０ｏｈｍ／ｓｑ～１０００ｏｈｍ／ｓｑである。
また、前記金属パターン領域の基板表面と前記第１領域の基板表面との高さの差は０．１μｍ～１０μｍである。
また、前記第１パッシベーションコンタクト構造は、前記基板から離れた方向に沿って積層された複数のサブ第１パッシベーションコンタクト構造を含み、前記サブ第１パッシベーションコンタクト構造が、前記基板から離れた方向に沿って積層された前記第１トンネル層及び前記第１ドーピング導電層を含む。
また、前記基板の前記第１パッシベーションコンタクト構造から遠い側の表面に位置する第２パッシベーションコンタクト構造をさらに備え、前記第２パッシベーションコンタクト構造は、積層された少なくとも１層の第２トンネル層と、少なくとも１層の第２ドーピング導電層と、を含む。
また、前記ドーピング層の上面及び前記第１パッシベーションコンタクト構造の上面と側面に位置する第１パッシベーション層をさらに含む。
また、第１電極をさらに含み、前記第１電極が前記第１パッシベーション層を貫通して前記第１ドーピング導電層と電気的に接続される。
これに対応して、本願の実施例には、光起電力モジュールがさらに提供され、当該光起電力モジュールは、上記のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなる電池ストリングと、前記電池ストリングの表面を覆うために用いられる封止層と、前記封止層の前記電池ストリングから離れた表面を覆うために用いられるカバープレートと、を含む。
これに対応して、本願の実施例には、太陽電池の製造方法がさらに提供され、当該太陽電池の製造方法は、基板を提供することであって、前記基板は初期表面を有し、前記初期表面は金属パターン領域及び非金属パターン領域を備えることと、前記基板の初期表面に前記基板から離れた方向に沿って順次積層された初期第１パッシベーションコンタクト構造及び誘電体層を形成することと、前記誘電体層に第１開口を形成するように前記誘電体層に対してパターニング工程を行うことであって、前記第１開口が前記非金属パターン領域に正対することと、前記非金属パターン領域の基板表面及び前記金属パターン領域の基板表面を形成するように、前記第１開口に沿って前記初期第１パッシベーションコンタクト構造及び前記非金属パターン領域の基板の初期表面をエッチングすることであって、前記非金属パターン領域の基板表面が隣接する第１領域と第２領域を備え、前記第２領域の基板表面が前記金属パターン領域の基板に隣接し、前記第１領域の基板表面が前記金属パターン領域の基板表面よりも低く、前記第２領域の基板表面が前記第１領域の基板表面よりも低くなくかつ前記金属パターン領域の基板表面より高くなく、残りの前記初期第１パッシベーションコンタクト構造が前記第１パッシベーションコンタクト構造を形成することと、前記基板内にドーピング層を形成するように、前記第１領域及び前記第２領域の基板表面に対してドーピング工程を行うことと、前記誘電体層を除去することと、を含む。
また、前記誘電体層に対してパターニング工程を行うことは、前記非金属パターン領域の前記誘電体層を除去するようにレーザー工程で前記非金属パターン領域の誘電体層をレーザー加工し、前記第１開口を形成し、前記第１開口によって前記非金属パターン領域の前記初期第１パッシベーションコンタクト構造を露出させることを含む。
また、前記誘電体層に対してパターニング工程を行うことは、前記金属パターン領域の誘電体層上面に前記金属パターン領域に正対するインク層を形成することと、前記非金属パターン領域の誘電体層を除去するように前記誘電体層を酸洗処理し、前記第１開口を形成し、前記第１開口によって前記非金属パターン領域の前記初期第１パッシベーションコンタクト構造を露出させることと、を含む。
また、前記第１領域及び前記第２領域の基板表面に対してドーピング工程を行うことは、前記第１領域及び前記第２領域の基板内に前記ドーピング元素を拡散させ、あらかじめ設定された厚さを持つ初期ドーピング層を形成するように、前記第１領域及び前記第２領域の基板表面にドーピング元素を注入することと、前記ドーピング層を形成するように、前記初期ドーピング層に対してアニール工程を行うことと、を含む。
また、前記第１領域のドーピング層の前記第１パッシベーションコンタクト構造に向かう側から、前記第１領域のドーピング層の前記第１パッシベーションコンタクト構造から離れた側に向かう方向において、前記第２領域のドーピング層のドーピング元素濃度が次第に減少する。
本願の実施例に係る技術案は、少なくとも以下の利点を有する。
本願の実施例によって提供された太陽電池の技術案では、金属パターン領域の基板に第１パッシベーションコンタクト構造を設置し、金属パターン領域は金属電極を形成するための領域であり、即ち金属電極が第１パッシベーションコンタクト構造と電気的に接触することにより、金属電極の接触再結合損失を低減する機能を果たし、太陽電池の性能を高めることができる。
第１ドーピング導電層には入射光に対して寄生吸収を生じさせるという問題があるという観点から、非金属パターン領域の基板にドーピング層を形成し、ドーピング層はキャリアの選択的な輸送を実現したり基板に内蔵電界を形成したりする機能を果たすことができ、ドーピング層と基板の材料を同一にすることにより、ドーピング層の入射光に対する寄生吸収を大幅に低減し、入射光の利用率を高めることができる。また、非金属パターン領域の第１領域、第２領域及び金属パターン領域が順次接し、第２領域の基板の高さが第１領域の基板の高さと金属パターン領域の基板の高さとの間にあるように設定することにより、第１領域、第２領域及び金属パターン領域の基板表面が段差構造を形成する。これにより、第１領域、第２領域の基板内に設置されたドーピング層の上面も一部の段差構造の形態を持ち、ドーピング層が平面であることに比べて、ドーピング層の面積を増やし、ドーピング層の作用面積の増大に有利であり、太陽電池の光電変換性能を改善することができる。
一つ又は複数の実施例は、対応する添付の図面における図で例示的に説明され、これらの例示的な説明は、実施例を限定するものではなく、特に断りのない限り、添付の図面における図は比例上の制限を形成しない。
図１は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の断面構成を示す図である。 図２は、本願の一実施例によって提供される別の太陽電池の断面構成を示す図である。 図３は、本願の一実施例によって提供される別の太陽電池の断面構造を示す図である。 図４は、本願の別の実施例によって提供される光起電力モジュールの構成を示す図である。 図５は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法においてベースを提供するステップに対応する断面構成を示す図である。 図６は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法において初期第１トンネル層を形成するステップに対応する断面構成を示す図である。 図７は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法において初期第１ドーピング導電層を形成するステップに対応する断面構成を示す図である。 図８は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法において誘電体層を形成するステップに対応する断面構成を示す図である。 図９は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法において誘電体層をパターン化するステップに対応する断面構成を示す図である。 図１０は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法において誘電体層をパターン化するステップに対応する断面構成を示す図である。 図１１は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法において誘電体層をパターン化するステップに対応する断面構成を示す図である。 図１２は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法において第１パッシベーションコンタクト構造を形成するステップに対応する断面構成を示す図である。 図１３は、図１２中の破線枠における部分の拡大図である。 図１４は、本願の一実施例によって提供される別の太陽電池の製造方法において第１パッシベーションコンタクト構造を形成するステップに対応する断面構成を示す図である。 図１５は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法においてドーピング層を形成するステップに対応する断面構成を示す図である。 図１６は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の製造方法において第２パッシベーションコンタクト構造を形成するステップに対応する断面構成を示す図である。 図１７は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法において第１パッシベーション層及び第２パッシベーション層を形成するステップに対応する断面構成を示す図である。
従来技術からわかるように、従来の太陽電池には光電変換効率が低いという問題がある。
分析によると、従来の太陽電池の光電変換効率が低い原因の一つは、従来の太陽電池の光電変換性能が低いことにあることがわかる。これは、金属パターン領域について、金属電極を設ける必要があるため、金属電極の接触再結合損失を低減する必要があり、非金属パターン領域について、入射光の吸収率を高めるために、入射光に対する寄生吸収を低減する必要があるからである。非金属パターン領域の場合、基板とＰＮ接合を形成したり、非金属パターン領域の基板におけるキャリアの輸送を強化したりする機能を果たすように、通常、ドーピング層を設ける。キャリア輸送作用を高めるために、通常、非金属パターン領域のドーピング層の面積を大きくする必要がある。しかし、非金属パターンの基板表面にテクスチャ構造を作製すると、非金属パターン領域の基板表面に位置する膜層の平坦性が悪くなることを引き起こし、膜層性能の向上に不利である。つまり、従来の太陽電池の構造では、異なる膜層構造間のバランスがとれず、太陽電池のある性能を向上させると同時に、他の性能を損なうおそれがある。このゆえに、太陽電池全体の光電変換性能が劣ってしまう。
本願の実施例では、太陽電池が提供され、非金属パターン領域の基板表面をドーピングし、基板にドーピング層を形成し、ドーピング層と基板の材料が同じであり、ドーピング層の入射光に対する寄生吸収を大幅に低減することができる。金属パターン領域の基板にパッシベーションコンタクト構造を形成し、パッシベーションコンタクト構造は金属電極の接触再結合損失を低減する機能を果たすことができる。そして、非金属パターン領域の第１領域、第２領域及び金属パターン領域が順次接し、基板表面に段差構造を形成する。これにより、基板の天部に形成されたドーピング層の上面も一部の段差構造の形態を持ち、形成されるドーピング層の面積を増やし、さらにドーピング層の性能を強め、金属電極の接触再結合損失を低減すると同時に、太陽電池の入射光に対する高い利用率を確保し、ドーピング層の作用面積を増やし、太陽電池の光電変換性能を全体的に高めることができる。
以下、本願の各実施例について図面を結合して詳細に説明する。しかしながら、当業者は理解できるが、読者に本願をよりよく理解させるために、本願の各実施例において多数の技術的細部が提案されているが、これらの技術的細部及び以下の各実施例に基づく種々の変更や修正がなくても、本願が保護を要求している技術案を実現することができる。
図１は、本願の一実施例によって提供された第１の太陽電池の断面構造を示す図である。
図１に示すように、太陽電池は、表面に金属パターン領域１０と非金属パターン領域１１を有する基板１００と、第１領域１２及び第２領域１３の基板１００内に位置するドーピング層１２０と、金属パターン領域１０の基板１００表面を覆う第１パッシベーションコンタクト構造１１０と、を含み、非金属パターン領域１１は隣接する第１領域１２及び第２領域１３を含み、第２領域１３の第１領域１２から遠い側は金属パターン領域１０に隣接し、第１領域１２の基板１００表面は金属パターン領域１０の基板１００表面よりも低く、第２領域１３の基板１００表面は第１領域１２の基板１００表面より低くなく、かつ金属パターン領域１０の基板１００表面より高くなく、基板１００がドーピング層１２０の上面に露出しており、第１パッシベーションコンタクト構造１１０は、積層された少なくとも１層の第１トンネル層１１１及び少なくとも１層の第１ドーピング導電層１１２を含む。
金属パターン領域１０の基板１００表面のみに第１パッシベーションコンタクト構造１１０を設置する。このように、金属パターン領域１０に金属電極を設置すると、第１パッシベーションコンタクト構造１１０と金属電極との間の金属接触再結合を低減し、金属電極のキャリアに対する収集能力を改善することができる。
非金属パターン領域１１の基板１００にドーピング層１２０を設置し、即ち、ドーピング層１２０と基板１００との材料が同じ種類であり、基板１００の入射光に対する寄生吸収能力が弱く、さらにドーピング層１２０の入射光に対する寄生吸収能力も弱くなる。非金属パターン領域１１の基板１００表面にも第１パッシベーションコンタクト構造１１０を設置することに比べて、非金属パターン領域１１の基板１００表面の入射光に対する寄生吸収を減らし、入射光に対する利用率を高めることができる。同時に、ドーピング層１２０は基板１００とＰＮ接合を形成したり、キャリアの選択的な輸送を実現したりする機能を果たすこともできる。
非金属パターン領域１１の第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０が順次接し、第２領域１３の基板１００の高さが第１領域１２の基板１００の高さと金属パターン領域１０の基板１００の高さとの間にあるように設定することにより、第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０の基板１００表面が段差構造を形成する。ドーピング層１２０が第１領域１２及び第２領域１３の基板１００に設置され、かつ基板１００がドーピング層１２０の上面に露出しているため、ドーピング層１２０の上面の一部にも段差構造の形態を有し、ドーピング層１２０の表面が平らな表面であることに比べて、ドーピング層１２０の表面積を大きくし、ドーピング層１２０の作用面積を増加させ、ドーピング層１２０の性能を高めることができる。
明らかなように、第２領域１３は実際に第１領域１２と金属パターン領域１０の間の過渡的な領域であり、第２領域１３の存在によって、ドーピング層１２０の面積が増えている。このように、ドーピング層１２０の表面積を大きくするように非金属パターン領域１１の第１領域１２の基板１００表面にテクスチャ構造を作製する必要がなく、これによって、第１領域１２の基板１００表面を平坦にする。第１領域１２の基板１００表面に第１パッシベーション層を形成すると、形成された第１パッシベーション層の平坦性を向上させ、さらに第１パッシベーション層の基板１００表面に対するパッシベーション性能を高め、太陽電池の光電変換性能をさらに高めることができる。
また、第２領域１３が金属パターン領域１０に隣接するように設けられ、ドーピング層１２０のうち金属パターン領域１０に近い部分の面積が大きくなる。ドーピング層１２０がキャリア輸送の機能を果たすと、キャリアが金属電極領域の第１パッシベーションコンタクト構造１１０に輸送される経路が短くなり、キャリアの輸送性能を高めることができる。
なお、基板１００表面に段差構造を形成することは、高さ方向において基板１００表面の表面積を増やすことに相当し、基板１００表面の断面積を増加させないまま、ドーピング層１２０の面積を増やすことを実現し、太陽電池を組み立てて光起電力モジュールを形成する時に、光起電力モジュールの高い組み立て密度を保つことができ、高いモジュールパワーを維持することに有利である。ここでの高さ方向とは、第１パッシベーションコンタクト構造１１０が基板１００に向かう方向を指す。前記断面積とは、基板１００表面に平行な方向での断面積を指す。
明らかなように、本願の実施例では、非金属パターン領域１１に第１領域１２及び第２領域１３が設けられ、第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０で段差構造を形成し、かつ第１領域１２と第２領域１３の基板１００内にドーピング層１２０を形成することにより、金属電極の接触再結合損失を低下させると同時に、太陽電池の入射光に対する高い利用率を確保し、ドーピング層１２０の作用面積を増やし、太陽電池の光電変換性能を全体的に高めることができる。ドーピング層１２０、基板１００表面の段差構造及び第１パッシベーションコンタクト構造１１０という構造の設置によって、ドーピング層１２０と第１パッシベーションコンタクト構造１１０の優位性を発揮するとともに、ドーピング層１２０及び第１パッシベーションコンタクト構造１１０が太陽電池の他の構造に与える悪影響を大幅に低減し、協同的に太陽電池全体の性能を高める。
なお、ここでいう非金属パターン領域１１の第１領域１２の基板１００表面の高さ、第２領域１３の基板１００表面の高さ及び金属パターン領域１０の基板１００表面の高さは、いずれも基板１００の別の対向側の表面を参照したものである。例えば、第１パッシベーションコンタクト構造１１０の位置する表面が基板１００の第１表面である場合、基板１００の前記第１パッシベーションコンタクト構造１１０から遠い表面は第２表面であり、第１表面が第２表面に対向して設置され、非金属パターン領域１１の第１領域１２の基板１００表面の高さ、第２領域１３の基板１００表面の高さ及び金属パターン領域１０の基板１００表面の高さは、いずれも第２表面を参照したものである。言い換えれば、第１領域１２の基板１００の厚さは金属パターン領域１０の基板１００の厚さよりも小さく、かつ、第２領域１３の基板１００の厚さは第１領域１２の基板１００の厚さより小さくなくかつ金属パターン領域１０の基板１００の厚さより大きくない。
基板１００は入射光を受光して光生成キャリアを生成するために用いられ、いくつかの実施例では、基板１００はシリコン基板であってもよく、シリコン基板の材料は単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンの少なくとも１種を含んでもよい。他のいくつかの実施例では、基板１００の材料は炭化珪素、有機材料または多成分化合物であってもよい。多成分化合物は、ペロブスカイト、ガリウム砒素、テルル化カドミウム、セレン化銅インジウムなどを含むが、これらに限定されない。
いくつかの実施例では、太陽電池はＴＯＰＣＯＮ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｏｘｉｄｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ、トンネル酸化層パッシベーション接触）電池であり、基板１００は対向する２つの表面を含み、基板１００の対向する２つの表面はいずれも入射光を受光したり光を反射させたりするために用いられる。いくつかの実施例では、基板１００内にドーピング元素を備え、ドーピング元素の種類はＮ型またはＰ型であり、Ｎ型元素はリン（Ｐ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）またはヒ素（Ａｓ）などのＶ族元素であってもよく、Ｐ型元素はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩ族元素であってもよい。例えば、基板１００がＰ型の基板である場合、その内部のドーピング元素の種類は、Ｐ型である。あるいは、基板１００がＮ型の基板である場合、その内部のドーピング元素の種類は、Ｎ型である。
いくつかの実施形態では、さらに、第１ドーピング導電層１１２と電気的に接続される第１電極１３０を含む。
基板１００に発生した光生成キャリアは基板１００からドーピング導電層に輸送され、さらに光生成キャリアを収集するための第１電極１３０に輸送される。第１電極１３０は金属パターン領域１０に設けられている。
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素とドーピング層１２０のドーピング元素は同族元素である。いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素とドーピング層１２０のドーピング元素はいずれも第３族元素、例えばホウ素、ガリウムまたはインジウムであってもよい。いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２とドーピング層１２０の元素はいずれも第５族元素、例えばリン、ヒ素またはアンチモンであってもよい。
つまり、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素の種類はドーピング層１２０のドーピング元素の種類と同じであり、いずれもｐ型ドーピング元素またはｎ型ドーピング元素であってもよい。そして、第１ドーピング導電層１１２とドーピング層１２０のドーピング元素を同族元素に設定し、即ち第１ドーピング導電層１１２におけるドーピング元素とドーピング層１２０におけるドーピング元素との最外層電子数が一致するように設定することで、第１ドーピング導電層１１２とドーピング層１２０の化学的性質が近くなる。このように、ドーピング層１２０におけるキャリアの第１ドーピング導電層１１２への輸送性能を高めることができる。
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度はドーピング層１２０のドーピング元素濃度以上である。いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度はドーピング層１２０のドーピング元素濃度よりも大きく、かつ基板１００のドーピング元素濃度よりも大きい。これにより、第１ドーピング導電層１１２は基板１００に比べて濃度の高いドーピング領域を形成し、基板１００におけるキャリアにバリア効果を生じさせ、基板１００におけるキャリアの第１ドーピング導電層１１２への輸送能力を強めるとともに、キャリアの第１トンネル層１１１におけるトンネル能力を高め、キャリア濃度の増加及び第１電極１３０のキャリアに対する収集に有利である。
ドーピング層１２０のドーピング元素濃度を小さく設定することで、ドーピング層１２０は基板１００に対して良好な表面パッシベーション効果を持っている。さらに、ドーピング層１２０と第１ドーピング導電層１１２との間にドーピング元素濃度差があることによって、ドーピング層１２０と第１ドーピング導電層１１２との間におけるキャリアの横方向輸送を強め、キャリアの収集能力をさらに高めることができる。
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、ドーピング層１２０のドーピング元素濃度は１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。例えば、いくつかの実施形態では、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、９×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～８×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３または８×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であってもよい。いくつかの実施形態では、ドーピング層１２０のドーピング元素濃度は１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、９×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、９×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３または９×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であってもよい。上記の範囲内において、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度を大きくすることで、第１ドーピング導電層１１２におけるキャリアの輸送を強め、第１トンネル層１１１におけるキャリアのトンネルを強化するのに役立つ。また、上記範囲内において、ドーピング層１２０のドーピング元素濃度を小さくすることで、ドーピング層１２０は非金属パターン領域１１の基板１００表面に対して良好な表面パッシベーション効果を持ち、非金属パターン領域１１の基板１００表面のキャリア再結合を減らすことができる。
また、上記の範囲内において、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度をドーピング層１２０のドーピング元素濃度よりも大きくしてもよい。これにより、第１ドーピング導電層１１２はドーピング層１２０に比べて濃度の高いドーピング領域を形成し、さらにドーピング層１２０におけるキャリアにバリア効果を生じさせ、ドーピング層１２０におけるキャリアの第１ドーピング導電層１１２への輸送能力を強め、キャリアの収集能力を高めるのに役立つ。
いくつかの実施例では、ドーピング層１２０のドーピング元素濃度を第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度と等しくしてもよい。
いくつかの実施例では、ドーピング層のドーピング元素の種類は基板１００のドーピング元素の種類と異なっている。つまり、ドーピング層１２０はエミッタとして、基板１００とＰＮ接合を形成することができる。ＰＮ接合は入射光を受光して光生成キャリアを生成するために用いられ、生成された光生成キャリアが基板１００から第１ドーピング導電層１１２に輸送され、さらに第１電極１３０に輸送されることができ、第１電極１３０が光生成キャリアを収集するために用いられる。光生成キャリアはドーピング層１２０中を輸送することができ、ドーピング層１２０から第１ドーピング導電層に輸送され、さらに第１電極１３０によって収集される。
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素の種類は基板１００のドーピング元素の種類と異なっており、すなわち、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素の種類も基板１００のドーピング元素の種類と異なることによって、第１ドーピング導電層１１２と基板１００の間にもＰＮ接合を形成することができ、生成される光生成キャリアの数を増やし、キャリア濃度を上げ、バッキングファクターを向上させ、短絡電流と開放電圧を高めることができる。
非金属パターン領域１１の基板１００表面及び金属パターン領域１０の基板１００表面の両方に第１ドーピング導電層１１２を設置して基板１００とＰＮ接合を形成したり、非金属パターン領域１１の基板１００表面及び金属パターン領域１０の基板１００表面の両方にドーピング層１２０をエミッタとして設置したりすることに比べて、金属パターン領域１０の基板１００表面のみに第１ドーピング導電層１１２を設置して基板１００とＰＮ接合を形成し、第１電極１３０が第１ドーピング導電層１１２と電気的に接触することで、第１電極１３０の金属接触再結合を低減し、第１電極１３０のキャリアに対する収集能力を高めることができる。一方、非金属パターン領域１１の基板１００にドーピング層１２０を設置し、ドーピング層１２０が基板１００とＰＮ接合を形成し、ドーピング層１２０と基板１００の材料を同じにすることで、第１ドーピング導電層１１２を使用することに比べて、非金属パターン領域１１の基板１００の入射光に対する寄生吸収を大幅に低減し、入射光に対する利用率を高めることができる。
いくつかの実施例では、ドーピング層１２０のドーピング元素の種類と第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素の種類はいずれもｐ型、例えば、リン、ビスマス、アンチモンまたはヒ素であってもよく、基板１００のドーピング元素の種類はｎ型、例えば、ホウ素、ガリウムであってもよい。
いくつかの実施例では、ドーピング層１２０のドーピング元素濃度は基板１００のドーピング元素濃度よりも大きい。言い換えれば、ドーピング層１２０のドーピング元素濃度は、基板１００におけるドーピング層１２０以外の領域のドーピング元素濃度よりも大きい。これにより、ドーピング層１２０は基板１００におけるドーピング層１２０以外の領域に比べて、高濃度ドーピングを形成しているため、ドーピング層１２０と基板１００におけるドーピング層１２０以外の領域との間に同じドーピング元素の種類の濃度勾配が形成され、光生成キャリアを効果的に収集できる裏面電界が形成される。
理解できるように、ドーピング層１２０は第１領域１２及び第２領域１３の基板１００に位置するため、ドーピング層１２０の上面は一部の段差構造を持ち、さらにドーピング層１２０の表面積を増やす。ドーピング層１２０を太陽電池のエミッタとすれば、形成されたＰＮ接合の面積を増加させ、ＰＮ接合によって発生した光生成キャリアの数を増やし、キャリア濃度を上げ、開放電圧及び短絡電流を高めることができる。
いくつかの実施例では、ドーピング層１２０をＰＮ接合とすれば、多くの入射光をドーピング層１２０の上面に照射するように、ドーピング層１２０は入射光にできるかぎり多く接触する必要がある。これに基づいて、第２領域１３の基板１００表面が第１領域１２の基板１００表面に比べて傾斜し、かつ第２領域１３の基板１００表面と第１領域１２の基板１００表面との間に形成された挟角が鈍角であるように設定されることができる。これにより、第２領域１３の基板１００表面はできるだけ外部に露出し、第２領域１３の基板１００表面の遮蔽を低減し、基板１００の入射光に対する利用率をさらに高めることができる。
なお、第２領域１３の基板１００表面を第１領域１２の基板１００表面に比べて傾斜させるように設置することで、第１領域１２の基板１００表面と金属パターン領域１０の基板１００表面との高さの差が一定である場合、第２領域１３の基板１００表面が第１領域１２の基板１００表面に対して垂直である場合に比べて、第２領域１３の基板１００表面の表面積を増加させ、さらにドーピング層１２０の表面積を増やすことができる。
いくつかの実施例では、第１領域１２の基板１００表面と第２領域１３の基板１００表面との間に第１挟角θがあり、第１挟角θは９０°～１６０°であり、例えば、９０°～９５°、９５°～１００°、１００°～１０５°、１０５°～１１０°、１１０°～１１５°、１１５°～１２０°、１２０°～１２５°、１２５°～１３０°、１３０°～１３５°、１３５°～１４０°、１４０°～１４５°、１４５°～１５０°、１５０°～１５５°または１５５°～１６０°であってもよい。この範囲内において、第２領域１３の基板１００表面が第１領域１２の基板１００表面に比べて傾斜すると、第２領域１３の基板１００表面に大きな表面積を持たせ、ドーピング層１２０の表面積をさらに増やすことができる。ドーピング層１２０を太陽電池のエミッタとすれば、形成されるＰＮ接合の面積を大きくし、より多くの光生成キャリアを生じさせ、太陽電池の光電性能を高めることができる。
図３に示すように、いくつかの実施例では、第１領域１２の基板１００表面が第２領域１３の基板１００表面に対して垂直であってもよい。
図１と図３に示すように、いくつかの実施例では、金属パターン領域の基板１００表面と第１領域１２の基板１００表面との高さの差ｄは０．１μｍ～１０μｍであり、例えば、０．１μｍ～０．２μｍ、０．２μｍ～０．５μｍ、０．５μｍ～１μｍ、１μｍ～１．５μｍ、１．５μｍ～２μｍ、２μｍ～２．５μｍ、２．５μｍ～３μｍ、３μｍ～３．１μｍ、３．１μｍ～３．２μｍ、３．２μｍ～３．５μｍ、３．５μｍ～３．８μｍ、３．８μｍ～３．９μｍ、３．９μｍ～４μｍ、４μｍ～４．５μｍ、４．５μｍ～５μｍ、５μｍ～５．５μｍ、５．５μｍ～６μｍ、６μｍ～６．５μｍ、６．５μｍ～７μｍ、７μｍ～７．５μｍ、７．５μｍ～８μｍ、８μｍ～８．５μｍ、８．５μｍ～９μｍまたは９μｍ～１０μｍであってもよい。この高さの差ｄの範囲内において、第１領域１２の基板１００表面と金属パターン領域１０の基板１００表面との高さの差を大きくし、第２領域１３に位置する基板１００表面が大きな表面積を持ち、ドーピング層１２０の面積を大きくし、ドーピング層１２０をエミッタとした場合の光生成キャリアの発生能力を高める。一方、この範囲内において、第１領域１２の基板１００表面と金属パターン領域１０の基板１００表面との高さの差も大きすぎず、実際に第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０の基板１００を形成する工程で、基板１００に対するエッチングが多すぎることに起因する基板１００表面の欠陥準位密度が多いという問題を避けることができ、さらに基板１００表面でのキャリア再結合を低減し、太陽電池のバッキングファクターの向上に役立つ。
いくつかの実施例では、第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度は、第１領域１２のドーピング層１２０のドーピング元素濃度より小さくなく、かつ第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度より大きくない。
いくつかの実施例では、第２領域１３のドーピング元素濃度が第１領域１２のドーピング層１２０のドーピング元素濃度よりも大きく、かつ第２領域１３のドーピング元素濃度が第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度よりも小さくなってもよい。すなわち、第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度は第１領域１２のドーピング元素濃度と第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度の間にある。キャリアがドーピング層１２０と第１ドーピング導電層１１２の間で輸送される場合、第２領域１３のドーピング層１２０の存在によって、キャリアがドーピング元素濃度の差が大きすぎる第１ドーピング導電層１１２とドーピング層１２０中を輸送して、第１領域１２のドーピング層１２０と金属パターン領域１０の第１ドーピング導電層１１２との間におけるキャリアの位置エネルギー差が大きすぎて、キャリアの横方向輸送効率が低下するという問題を避けることができる。つまり、第２領域１３のドーピング層１２０は過渡的な機能を果たし、キャリアが第１領域１２のドーピング層１２０と第１ドーピング導電層１１２中を輸送する位置エネルギー差を低減し、キャリアの横方向輸送の有効性を確保し、太陽電池のバッキングファクターを高めることができる。
いくつかの実施例では、第１領域１２のドーピング層１２０の第１ドーピング導電層１１２に向かう側から、第１領域１２のドーピング層１２０の第１ドーピング導電層１１２から離れる側に向かう方向において、第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度が次第に減少する。第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度が徐々に変化するように設定することで、キャリアが第１領域１２のドーピング層１２０及び第１ドーピング導電層１１２の間で輸送する位置エネルギー差をさらに低減し、キャリアの横方向輸送能力をさらに高めることができる。
また、第２領域１３の基板１００表面の高さを第１領域１２の基板１００表面の高さより低くないように設定することで、第２領域１３の基板１００表面と第１領域１２の基板１００表面との間に段差構造の一部を形成し、例えば、第２領域１３の基板１００表面が第１領域１２の基板１００表面に対して垂直であるか傾斜し、つまり、第２領域１３の基板１００表面が第１領域１２の基板１００表面に対して垂直な方向において高さの差を持つ。これにより、実際に第１領域１２及び第２領域１３の基板１００表面をドーピングする工程では、第１領域１２の基板１００表面に垂直な方向において、第２領域１３の基板１００におけるドーピング元素のドーピング速度が一致せず、さらに第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度が徐々に変化する構造、例えば、第１ドーピング導電層１１２から第１領域１２のドーピング層１２０に向かう方向において、第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度が次第に減少する構造を実現することに有利である。
いくつかの実施例では、第２領域のドーピング層１２０の第１ドーピング導電層１１２に向かう側の表面のドーピング濃度と第２領域１３のドーピング層１２０の第１ドーピング導電層１１２から遠い側の表面のドーピング濃度との差は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～８×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、例えば、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～３×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、３×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～７×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、７×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、９×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３または５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～８×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であってもよい。この範囲内において、キャリアが第１領域１２のドーピング層１２０と第１ドーピング導電層１１２の間で輸送する過程で発生する位置エネルギー差が小さいことを確保し、キャリアの横方向輸送の有効性を確保することができる。
いくつかの実施例では、第２領域１３のドーピング層１２０の第１ドーピング導電層１１２に向かう側のドーピング元素濃度は第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度と等しくなってもよく、第２領域１３のドーピング層１２０の第１ドーピング導電層１１２から遠い側のドーピング元素濃度は第１領域１２のドーピング元素濃度と等しくなってもよい。これにより、第２領域１３のドーピング層１２０と第１ドーピング導電層１１２との接触界面におけるキャリアの位置エネルギー差を減らすことができ、かつ第２領域１３のドーピング層１２０と第１領域１２のドーピング層１２０の接触界面におけるキャリアの位置エネルギー差を減らすことができ、キャリアの横方向転送能力をさらに高めるのに役立つ。
いくつかの実施例では、第２領域１３のドーピング元素濃度は、第１領域１２のドーピング元素濃度及び第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度と等しくなってもよい。
第１領域１２と第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度の大きさを制御することにより、ドーピング層１２０のシート抵抗を調節することができる。例えば、ドーピング層１２０のドーピング元素濃度が全体的に低い場合、ドーピング層１２０のシート抵抗が大きくなるように調節すること、ドーピング層１２０表面のキャリア再結合中心を減らし、キャリアのドーピング層１２０表面における再結合を低減し、キャリア濃度を増やすことができ、さらに太陽電池の開放電圧及びバッキングファクターを増加させ、太陽電池の変換効率を高めることができる。
いくつかの実施例では、ドーピング層１２０のシート抵抗は８０ｏｈｍ／ｓｑ～１０００ｏｈｍ／ｓｑであり、例えば、８０ｏｈｍ／ｓｑ～１００ｏｈｍ／ｓｑ、１００ｏｈｍ／ｓｑ～１３０ｏｈｍ／ｓｑ、１３０ｏｈｍ／ｓｑ～１５０ｏｈｍ／ｓｑ、１５０ｏｈｍ／ｓｑ～２８０ｏｈｍ／ｓｑ、２８０ｏｈｍ／ｓｑ～４５０ｏｈｍ／ｓｑ、４５０ｏｈｍ／ｓｑ～６００ｏｈｍ／ｓｑ、６００ｏｈｍ／ｓｑ～７２０ｏｈｍ／ｓｑ、７２０ｏｈｍ／ｓｑ～８５０ｏｈｍ／ｓｑ、８５０ｏｈｍ／ｓｑ～９００ｏｈｍ／ｓｑ、９００ｏｈｍ／ｓｑ～９５０ｏｈｍ／ｓｑまたは９５０ｏｈｍ／ｓｑ～１０００ｏｈｍ／ｓｑであってもよい。この範囲内において、ドーピング層１２０表面に少ないキャリア再結合中心を生じさせ、キャリア濃度を向上させ、キャリアの輸送性能を強め、太陽電池の開放電圧とバッキングファクターを増加させ、太陽電池の変換効率を高めることができる。
いくつかの実施例では、金属パターン領域１０の基板１００表面は第１テクスチャ構造を有し、非金属パターン領域１１の基板１００表面は第２テクスチャ構造を有し、第１テクスチャ構造の粗さが第２テクスチャ構造の粗さよりも大きい。第１テクスチャ構造の粗さを大きくするように設定することで、金属パターン領域１０の基板１００表面の表面積を大きくし、さらに金属パターン領域１０の基板１００表面に位置する第１パッシベーションコンタクト構造１１０が金属パターン領域１０の基板１００表面の形態を継続できるようにする。つまり、第１パッシベーションコンタクト構造１１０の上面にも大きな粗さを有し、第１パッシベーションコンタクト構造１１０の表面積を増大させ、さらに第１パッシベーションコンタクト構造１１０に位置する第１電極１３０と第１パッシベーションコンタクト構造１１０との間に大きな接触面積を持たせ、第１電極１３０の接触抵抗を低減し、キャリアの輸送性能を高める。
基板１００表面に段差構造が形成されており、高さ方向において基板１００表面の表面積が増加しているため、第２テクスチャ構造の粗さを小さくするように設定して、非金属パターン領域１１の基板１００表面を平坦にすることができる。これにより、非金属パターン領域１１のドーピング層１２０上面に第１パッシベーション層を設置すると、第１パッシベーション層を形成する過程において、第１パッシベーション層がドーピング層１２０表面に均一に覆われることができる、これにより、第１パッシベーション層の形態を平坦にし、第１パッシベーション層とドーピング層１２０表面との界面形態を最適化し、界面準位密度を下げることができる。これは、非金属パターン領域１１のドーピング層１２０表面におけるキャリアの再結合を低減するのに役立つだけでなく、キャリアのトンネル能力を強め、キャリア数を増やし、太陽電池の光電変換性能を改善することができる。
いくつかの実施例では、第１テクスチャ構造はピラミッド構造であってもよく、第２テクスチャ構造はプラットフォーム突起構造であってもよい。いくつかの実施例では、ピラミッド構造は、四面体、近似四面体、五面体または近似五面体などの構造であってもよい。プラットフォーム突起構造はピラミッド構造の基礎部分、即ち、ピラミッド構造から先端部分を取り除いた後の底部構造である。いくつかの実施例では、第２テクスチャ構造は、類似プラットフォーム突起構造であってもよく、類似プラットフォーム突起構造の上面が平面または斜面であってもよく、類似プラットフォーム突起構造の底面が多辺形平面、例えば四辺形平面、五辺形平面であってもよい。
図２に示すように、いくつかの実施例では、第１パッシベーションコンタクト構造１１０は、基板１００から離れた方向に沿って積層された複数のサブ第１パッシベーションコンタクト構造１１３を含み、サブ第１パッシベーションコンタクト構造１１３が、基板１００から離れた方向に沿って積層された第１トンネル層１１１及び第１ドーピング導電層１１２を含む。つまり、複数の第１トンネル層１１１における各第１トンネル層１１１は、複数の第１ドーピング導電層１１２における各第１ドーピング導電層１１２と交互に積み重ねられている。
いくつかの実施例では、第１パッシベーションコンタクト構造１１０は１層の第１トンネル層１１１と１層の第１ドーピング導電層１１２のみを含んでもよく、かつ第１トンネル層１１１が基板１００表面に位置している。第１トンネル層１１１はキャリアにトンネル経路を提供し、キャリアの選択的な輸送能力を高める。
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含んでもよい。いくつかの実施例では、第１トンネル層１１１の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸窒化シリコン、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
図１に示すように、いくつかの実施例では、基板１００の第１パッシベーションコンタクト構造１１０から遠い側の表面に位置する第２パッシベーションコンタクト構造１５０をさらに備え、第２パッシベーションコンタクト構造１５０は、基板１００から離れる方向に沿って積層された少なくとも１層の第２トンネル層１５１と、少なくとも１層の第２ドーピング導電層１５２と、を含む。
第２ドーピング導電層１５２は電界効果パッシベーション（ｆｉｅｌｄ－ｅｆｆｅｃｔ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）の作用を持っており、少数キャリアを界面から脱出させ、少数キャリア濃度を下げ、基板１００界面部でのキャリア再結合速度を下げ、太陽電池の開放電圧、短絡電流及びバッキングファクターを高め、太陽電池の光電変換性能を改善する。
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素の種類は基板１００のドーピング元素の種類と異なり、第２ドーピング導電層１５２のドーピング元素の種類は基板１００のドーピング元素の種類と同じである。第２ドーピング導電層１５２のドーピング元素濃度は基板１００のドーピング元素濃度よりも大きく、１５２が基板１００と高低接合を形成しており、キャリアのバリア効果の形成に有利であり、キャリア輸送を強化することができる。
第２トンネル層１５１は基板１００表面の界面パッシベーションを実現するために用いられ、化学的パッシベーションの効果を発揮し、具体的には、基板表面のダングリングボンドを飽和させることにより、基板１００表面の界面欠陥準位密度を低下させ、基板１００表面の再結合中心を減らす。
いくつかの実施例では、第２パッシベーションコンタクト構造１５０は、基板１００から離れた方向に沿って積層された１層の第２トンネル層１５１と１層の第２ドーピング導電層１５２のみを含んでもよい。
いくつかの実施例では、第２パッシベーションコンタクト構造１５０は、基板１００から離れた方向に沿って積層された複数のサブ第２パッシベーションコンタクト構造を含んでもよく、各サブ第２パッシベーションコンタクト構造が基板１００から離れた方向に沿って積層された第２トンネル層１５１と第２ドーピング導電層１５２を含む。つまり、複数の第２トンネル層１５１における各第２トンネル層１５１は、複数の第２ドーピング導電層１５２における各第２ドーピング導電層１５２と交互に積み重ねられる。
いくつかの実施例では、さらに、ドーピング層１２０の上面及び第１パッシベーションコンタクト構造１１０の上面と側面に位置する第１パッシベーション層１４０を含む。
第１パッシベーション層１４０は第１領域１２のドーピング層１２０上面及び第２領域１３のドーピング層１２０上面に位置し、非金属パターン領域１１の基板表面に対して良好なパッシベーション効果を発揮し、非金属パターン領域１１の基板表面のダングリングボンドを良好に化学的パッシベーションし、非金属パターン領域１１の基板表面の欠陥準位密度を下げ、非金属パターン領域１１の基板表面のキャリア再結合を抑制し、キャリア濃度を高めることができる。
第１パッシベーション層１４０は第１パッシベーションコンタクト構造１１０の上面及び側面に位置し、即ち、第１パッシベーション層１４０が第１パッシベーションコンタクト構造１１０の上面及び側面を被覆しており、金属パターン領域１０の基板１００表面、第１ドーピング導電層１１２の上面と側面、及び第１トンネル層１１１の側面に対して良好なパッシベーション効果を発揮し、金属パターン領域１０の基板１００表面、第１ドーピング導電層１１２表面のキャリア再結合及び第１トンネル層１１１側面のキャリア再結合を抑制し、金属パターン領域１０の基板１００表面、第１ドーピング導電層１１２及び第１トンネル層１１１におけるキャリア濃度を高め、第１電極１３０のキャリアに対する収集能力を強めることができる。
いくつかの実施例では、第１領域１２のドーピング層１２０の上面に位置する第１パッシベーション層１４０の高さは、金属パターン領域１０の第１パッシベーション層１４０の高さよりも低く、かつ、第２領域１３のドーピング層１２０の上面に位置する第１パッシベーション層１４０の高さは、第１領域１２のドーピング層１２０の上面に位置する第１パッシベーション層１４０の高さと金属パターン領域１０の第１パッシベーション層１４０の高さの間にある。すなわち、第１パッシベーション層１４０の上面も段差構造を形成している。
理解できるように、ここでいう第１領域１２のドーピング層１２０の上面に位置する第１パッシベーション層１４０の高さ、第２領域１３のドーピング層１２０の上面に位置する第１パッシベーション層１４０の高さ、及び金属パターン領域１０に位置する第１パッシベーション層１４０の高さは、いずれも基板１００の第１パッシベーション層１４０から離れた表面を参照したものである。
いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１４０は単層構造であってもよく、他のいくつかの実施例では、第１パッシベーション層１４０は多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１４０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、または酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
いくつかの実施例では、第１電極１３０をさらに含み、第１電極１３０が第１パッシベーション層１７０を貫通して第１ドーピング導電層１１２と電気的に接続される。
いくつかの実施例では、第１電極１３０は、第１パッシベーション層１４０及び第１ドーピング導電層１１２を貫通して第１トンネル層１１１と電気的に接触してもよい。
いくつかの実施例では、さらに、第２パッシベーションコンタクト構造１５０の基板１００から離れる表面に位置する第２パッシベーション層１６０を含む。第２パッシベーション層１６０は、基板１００の第２表面に対して良好なパッシベーション効果を発揮し、第２表面の欠陥準位密度を下げ、基板１００の裏面のキャリア再結合を良好に抑制するために用いられる。また、第２パッシベーション層１６０は良好な反射低減効果を果たすことができ、入射光の反射を低減し、入射光の利用率を高めるのに役立つ。
いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０は単層構造であってもよいが、他のいくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０は多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
いくつかの実施例では、さらに、基板１００の第２表面に位置し、第２パッシベーション層１６０を貫通して第２ドーピング導電層１５２と電気的に接触する第２電極１７０を含む。
上記の実施例によって提供された太陽電池では、基板１００に基板１００と同じ材料であるドーピング層１２０を設置することで、ドーピング層１２０の入射光に対する寄生吸収を大幅に低減することができる。金属パターン領域１０の基板１００にパッシベーションコンタクト構造を形成し、パッシベーションコンタクト構造は金属電極の接触再結合損失を低減する機能を果たすことができる。そして、非金属パターン領域１１の第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０が順次接して、基板１００表面に段差構造を形成する。これにより、基板１００の天部に形成されたドーピング層１２０の上面にも一部の段差構造形態を持たせ、形成されたドーピング層１２０の面積を増やし、ドーピング層１２０の作用面積を大きくし、金属電極の接触再結合損失を低減すると同時に、太陽電池の入射光に対する高い利用率を確保し、ドーピング層１２０の作用面積を大きくし、太陽電池の光電変換性能を全体的に高めることができる。
比較例
比較例では、太陽電池を提供し、比較例の太陽電池の構造と本願の実施例によって提供された太陽電池の構造との相違点は、以下の通りである。
図１に示すように、本願の実施例によって提供された太陽電池において、非金属パターン領域１１の基板１００表面が第１領域１２と第２領域１３を備え、第１領域１２の基板１００表面が金属パターン領域１０の基板１００表面よりも低く、第２領域１３の基板１００表面の高さが第１領域１２の基板１００表面の高さより低くなく、かつ金属パターン領域１０の基板１００表面の高さよりも高くなく、第１領域１２と第２領域１３の基板１００にドーピング層１２０を設置し、基板１００がドーピング層１２０の上面に露出し、金属パターン領域１０の基板１００表面に第１パッシベーションコンタクト構造１１０を設置する。比較例では、基板表面は平坦な表面であり、かつドーピング層は金属パターン領域の基板及び非金属パターン領域の基板に位置し、基板がドーピング層の上面に露出している。比較実験によって、本願の実施例と比較例のパラメータ比較を表１に示す。
表１
Figure 2024082212000002
表１から分かるように、比較例に比べて、本願の実施例における太陽電池の開放電圧、バッキングファクター（充填因子）及び変換効率がより高い。これは、本願の実施例では、金属パターン領域１０の基板１００表面のみに第１ドーピング導電層１１２を設置し、第１電極１３０が第１ドーピング導電層１１２と電気的に接触し、第１電極１３０の金属接触再結合を低減し、第１電極１３０のキャリアに対する収集能力を高めることができるからである。一方、非金属パターン領域１１の基板１００にドーピング層１２０を設置し、ドーピング層１２０と基板１００の材料が同じであり、第１ドーピング導電層１１２を使用することに比べて、非金属パターン領域１１の基板１００の入射光に対する寄生吸収を大幅に低減し、入射光の利用率を高めることができる。また、第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０の基板１００表面は段差構造を構成しており、比較例における非金属パターン領域１１の基板１００表面に比べて、本願の実施例では非金属パターン領域１１の基板１００表面の面積を増やしており、さらに非金属パターン領域１１のドーピング層１２０の面積を増加させ、金属パターン領域１０の金属接触再結合の低減を実現したと同時に、ドーピング層１２０に大きな作用面積を持たせることを確保し、太陽電池の光電変換性能を高めている。
それに対応して、本願の実施例の別の態様は、光起電力モジュールをさらに提供し、図４を参照すると、光起電力モジュールは、前述実施例で提供された太陽電池１０１を複数接続してなる電池ストリングと、電池ストリングの表面を覆うために用いられる封止層１０２と、封止層１０２の電池ストリングから離れた表面を覆うために用いられるカバープレート１０３と、を含む。太陽電池１０１は、全体または複数のスライスの形で電気的に接続されて複数の電池ストリングを形成し、複数の電池ストリングは、直列および／または並列に電気的に接続されている。
具体的には、いくつかの実施例では、複数の電池ストリングの間は、伝導バンド１０４で電気的に接続されることができる。封止層１０２は、太陽電池１０１の前面及び裏面を覆っており、具体的には、封止層１０２は、エチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）接着フィルム、ポリエチレンオクテン－エラストマー（ＰＯＥ）接着フィルム、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）接着フィルム、又はポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の有機封止フィルムであってもよい。いくつかの実施例では、カバープレート１０３はガラスカバープレート、プラスチックカバープレート等の光透過性のあるカバープレート１０３であってもよい。具体的には、カバープレート１０３の封止層１０２に向かう表面を凹凸面にしてもよく、これによって、入射光線の利用率を高めることができる。
それに対応して、本願の実施例には、太陽電池の製造方法がさらに提供され、以下のステップを含む。
図５に示すように、基板１００を提供することであって、基板１００は初期表面４０を有し、基板１００の初期表面４０は金属パターン領域及び非金属パターン領域を備える。金属パターン領域は電極領域と定義され、非金属パターン領域は基板１００の表面における金属パターン領域以外の領域である。
基板１００は入射光を受光して光生成キャリアを生成することに用いられ、基板１００の前面と裏面はいずれも入射光を受光したり光線を反射させたりすることに用いられることができる。いくつかの実施例では、基板１００はシリコン基板であってもよく、シリコン基板の材料は単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンの少なくとも１種を含んでもよい。
いくつかの実施例では、基板１００はＮ型半導体基板であってもよく、基板１００のドーピング元素は、リン、ヒ素またはアンチモンのうちのいずれかであってもよい。
いくつかの実施例では、基板１００はＰ型半導体基板であってもよく、基板１００のドーピング元素がホウ素、ガリウムまたはインジウムのいずれかであってもよい。
いくつかの実施例では、形成された太陽電池はＴＯＰＣＯＮ電池である。
図６～８に示すように、基板１００の初期表面４０（図５を参照）に基板１００から離れた方向に沿って順次積層された初期第１パッシベーションコンタクト構造１４及び誘電体層２０を形成する。初期第１パッシベーションコンタクト構造１４は、その後に第１パッシベーションコンタクト構造を形成する基礎となり、誘電体層２０は、初期第１パッシベーションコンタクトパターニングのマスクとして用いられ、その後に第１パッシベーションコンタクト構造を形成するために使用される。
図６と図７に示すように、いくつかの実施例では、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４を形成する方法は、基板１００から離れた方向に沿って順次積層された少なくとも１層の初期第１トンネル層１５と少なくとも１層の初期第１ドーピング導電層１６を基板１００の初期表面４０に形成することを含む。
いくつかの実施例では、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４は、１層の初期第１ドーピング導電層１６と１層の初期第１トンネル層１５のみを含んでもよく、形成された第１パッシベーションコンタクト構造は１層の第１ドーピング導電層と１層の第１トンネル層のみを含む。
いくつかの実施例では、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４は、複数層の初期第１ドーピング導電層１６及び複数層の初期第１トンネル層１５を含んでもよく、かつ１層の初期第１ドーピング導電層１６と１層の初期第１トンネル層１５が基板１００から離れた方向に沿って交互に積み重ねられる。形成された第１パッシベーションコンタクト構造では、複数層の第１ドーピング導電層と複数層の第１トンネル層を含み、かつ第１ドーピング導電層と第１トンネル層が基板１００から離れる方向に沿って交互に積み重ねられる。
図６に示すように、いくつかの実施例では、堆積工程を採用して、基板１００の初期表面に初期第１トンネル層１５を形成してもよく、堆積工程が原子層堆積または化学気相成長のうちのいずれかを含んでもよい。
いくつかの実施例では、初期第１トンネル層１５の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸窒化シリコン、アモルファスシリコン、または多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
図７に示すように、いくつかの実施例では、初期第１ドーピング導電層１６を形成する方法は、以下のステップを含む。
堆積工程を用いて、初期第１トンネル層１５の表面に第１ドーピング可能な層を形成し、さらに堆積工程を行う間に、インサイチュ堆積工程を用いて第１ドーピング可能な層にドーピング元素を注入し、最初の第１ドーピング導電層を形成することを含む。堆積工程とドーピング元素注入工程を同時に行うことで、工程時間を節約し、工程効率を高めることができる。
第１ドーピング可能な層にドーピング元素を注入した後、最初の第１ドーピング導電層１６を形成するように、最初の第１ドーピング導電層に対してアニール工程を行う。アニール工程を経て、最初の第１ドーピング導電層におけるドーピング元素を活性化し、活性化されたドーピング元素を形成することができる。いくつかの実施例では、形成された第１ドーピング導電層が基板１００とＰＮ接合を形成するように、第１ドーピング可能な層に注入されるドーピング元素の種類を基板１００のドーピング元素の種類と異ならせる。いくつかの実施例では、基板１００のドーピング元素の種類はＮ型、例えば、ホウ素、ガリウムまたはインジウムであってもよい。第１ドーピング元素はＰ型、例えば、リン、ビスマス、アンチモン、ヒ素であってもよい。
いくつかの実施例では、第１ドーピング可能な層の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちのいずれかであってもよい。
図８に示すように、いくつかの実施例では、誘電体層２０を形成する方法は、堆積工程を用いて初期第１ドーピング導電層１６の上面に誘電体層２０を形成することを含み、誘電体層２０の材料が酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムまたは酸窒化シリコンのうちのいずれかを含む。堆積工程は原子層堆積工程または化学気相成長工程のうちのいずれかであってもよい。
いくつかの実施例では、同じ工程ステップで初期第１ドーピング導電層１６及び誘電体層２０を形成してもよい。初期第１ドーピング導電層１６及び誘電体層２０を形成する方法は、下記のステップを含む。
堆積工程を用いて第１ドーピング可能な層を形成する。
第１ドーピング元素を含んだドーピング源を第１ドーピング可能な層の上面に堆積し、ドーピング源を堆積すると同時に、酸素ガスを導入し、酸素ガスと第１ドーピング可能な層は反応して第１ドーピング元素を有する誘電体層２０を形成する。いくつかの実施例では、第１ドーピング可能な層の材料は多結晶シリコンであり、酸素と多結晶シリコンが反応して酸化シリコンを生成する。酸素はさらに、第１ドーピング元素と反応し、第１ドーピング元素がホウ素である場合、酸素とホウ素が反応して酸化ホウ素を生成し、酸化ケイ素及び酸化ホウ素がホウケイ酸ガラスを形成し、ホウ素ケイ素ガラスが誘電体層２０を形成する。いくつかの実施例では、第１ドーピング元素がリンである場合、含燐シリコンガラス層を形成し、含燐シリコンガラス層は誘電体層２０となる。
図９～１１に示すように、誘電体層２０に第１開口２１を形成するように誘電体層２０に対してパターニング工程を行い、第１開口２１が非金属パターン領域１１に正対する。
図９に示すように、いくつかの実施例では、誘電体層２０に対してパターニング工程を行うことは、非金属パターン領域１１の誘電体層２０を除去するようにレーザー工程で非金属パターン領域１１の誘電体層２０をレーザー加工し、第１開口２１を形成し、第１開口２１によって非金属パターン領域１１の初期第１パッシベーションコンタクト構造１４を露出させることを含むことができる。
化学エッチング工程で誘電体層２０をパターニングする工程に比べて、レーザー加工で非金属パターン領域１１の誘電体層２０をエッチングかつ除去することで、工程を大幅に簡素化し、工程効率を高めている。
いくつかの実施例では、レーザー工程のレーザー波長は２４８ｎｍ～５３２ｎｍであり、例えば、２４８ｎｍ～２５５ｎｍ、２５５ｎｍ～２７５ｎｍ、２７５ｎｍ～２９０ｎｍ、２９０ｎｍ～３１５ｎｍ、３１５ｎｍ～３４０ｎｍ、３４０ｎｍ～３５５ｎｍ、３５５ｎｍ～３７０ｎｍ、３７０ｎｍ～４０５ｎｍ、４０５ｎｍ～４４５ｎｍ、４４５ｎｍ～４８０ｎｍ、４８０ｎｍ～４９５ｎｍ、４９５ｎｍ～５０５ｎｍ、５０５ｎｍ～５２０ｎｍまたは５２０ｎｍ～５３２ｎｍであってもよい。この範囲内において、第１レーザー工程で採用されるレーザーエネルギーが非金属パターン領域１１の誘電体層２０を除去するのに十分である。かつ、この範囲内において、第１レーザー工程で採用されるレーザーエネルギーが大きすぎないようにし、レーザーエネルギーが大きすぎることに起因して誘電体層２０によって覆われた初期第１パッシベーションコンタクト構造１４にオーバーエッチングの問題を生じさせることを防ぎ、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４が平坦な表面を備えることを確保する。
図１０～１１に示すように、いくつかの実施例では、誘電体層２０に対してパターニング工程を行うことは、金属パターン領域１０の誘電体層２０上面に金属パターン領域１０（図９参照）に正対するインク層３０を形成することと、非金属パターン領域１１の誘電体層２０を除去するように誘電体層２０を酸洗処理し、第１開口２１を形成し、第１開口２１によって非金属パターン領域１１の初期第１パッシベーションコンタクト構造１４を露出させることと、を含むことができる。
誘電体層２０に対してパターニングを行う工程では、除去する必要のない誘電体層２０の表面にインク層３０を形成し、インク層３０がコーティングなどの工程で形成できるため、インク層３０のパターンを精確に制御することができ、さらに誘電体層２０のサイズを精確に制御することができる。インク層３０が酸に溶けない性質を利用して、酸洗処理を利用してインク層３０によって覆われていない誘電体層２０を除去し、さらに非金属パターン領域１１の初期第１パッシベーションコンタクト構造１４の表面を露出させ、上記のステップによって、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４に対するパターニング工程を簡素化することができる。
いくつかの実施例では、スクリーン印刷、スプレー工程または３Ｄプリント工程のうちのいずれかを利用して、金属パターン領域１０の誘電体層２０の表面にインク層３０を形成することができる。インク層３０の形成方式は比較的簡単であり、かつインク層３０のパターンの制御が容易であり、誘電体層２０のパターニング工程を簡素化することができるだけでなく、形成されたインク層３０のパターンの精度を精確に制御でき、最終的に形成された太陽電池における各膜層の形態を期待に応えさせ、太陽電池の光電変換性能を期待に応えさせることができる。
いくつかの実施例では、誘電体層２０を酸洗処理する方法は、ＨＦ溶液またはＨＣｌ溶液のうちのいずれかで誘電体層２０の表面を洗浄することを含む。ＨＦ溶液及びＨＣｌ溶液は強い腐食性を持ち、高効率的に誘電体層２０を除去することができる。いくつかの実施例では、誘電体層２０がホウケイ酸ガラスまたは含燐シリコンガラスのうちのいずれかである場合、ガラスの性質が比較的安定であるため、ＨＦ溶液またはＨＣｌ溶液の濃度が大きくなるように制御する必要があり、例えば、５０％～７０％の質量濃度のＨＦでインク層３０によって覆われていない誘電体層２０を除去することができる。
いくつかの実施例では、誘電体層２０を除去するように、ＨＦ溶液またはＨＣｌ溶液を誘電体層２０の表面にスプレーすることができる。
図１２及び図１４に示すように、非金属パターン領域１１の基板１００表面及び金属パターン領域１０の基板１００表面を形成するように、第１開口２１に沿って初期第１パッシベーションコンタクト構造１４及び非金属パターン領域１１の基板１００の初期表面４０をエッチングし、非金属パターン領域１１の基板１００表面が隣接する第１領域１２と第２領域１３を備え、第２領域１３の基板１００表面が金属パターン領域１０の基板１００に隣接し、第１領域１２の基板１００表面が金属パターン領域１０の基板１００表面よりも低く、第２領域１３の基板１００表面が第１領域１２の基板１００表面よりも低くなくかつ金属パターン領域１０の基板１００表面より高くない。残りの初期第１パッシベーションコンタクト構造１４が第１パッシベーションコンタクト構造１１０を形成する。
なお、基板の初期表面４０とは、非金属パターン領域１１の基板１００をエッチングする前の基板１００表面を指し、形成された非金属パターン領域１１の基板１００表面と金属パターン領域１０の基板１００表面とは、非金属パターン領域１１の基板１００をエッチングした後に形成された基板１００表面を指す。
非金属パターン領域１１の第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０が順次接し、第２領域１３の基板１００の高さが第１領域１２の基板１００の高さと金属パターン領域１０の基板１００の高さの間にあるように設定することで、第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０の基板１００表面が段差構造を形成するようにする。このように、後に第１領域１２及び第２領域１３の基板１００表面に対してドーピング処理を行ってドーピング層を形成した後、形成されたドーピング層の上面も一部の段差構造形態を有し、ドーピング層の表面が平坦な表面であることに比べて、ドーピング層の表面積を増やし、ドーピング層の性能を高めることができる。
図１４に示すように、いくつかの実施例では、第２領域１３の基板１００表面は第１領域１２の基板１００表面に対して垂直であってもよい。
図１２に示すように、いくつかの実施例では、第２領域１３の基板１００表面は第１領域１２の基板１００表面に対して傾斜してもよく、第１領域１２の基板１００表面と金属パターン領域１０の基板１００表面との間の高さの差が一定である場合、第２領域１３の基板１００表面の表面積を増加させ、後に第１領域１２及び第２領域１３の基板１００に形成されたドーピング層１２０の表面積をさらに増やすことができる。
いくつかの実施例では、第１領域１２の基板１００表面と第２領域１３の基板１００表面との間に第１挟角θがあり、第１挟角θが９０°～１６０°であり、例えば、９０°～９５°、９５°～１００°、１００°～１０５°、１０５°～１１０°、１１０°～１１５°、１１５°～１２０°、１２０°～１２５°、１２５°～１３０°、１３０°～１３５°、１３５°～１４０°、１４０°～１４５°、１４５°～１５０°、１５０°～１５５°または１５５°～１６０°であってもよい。
いくつかの実施例では、金属パターン領域１０の基板１００表面と第１領域１２の基板１００表面との高さの差ｄは０．１μｍ～１０μｍでり、例えば、０．１μｍ～０．２μｍ、０．２μｍ～０．５μｍ、０．５μｍ～１μｍ、１μｍ～１．５μｍ、１．５μｍ～２μｍ、２μｍ～２．５μｍ、２．５μｍ～３μｍ、３μｍ～３．１μｍ、３．１μｍ～３．２μｍ、３．２μｍ～３．５μｍ、３．５μｍ～３．８μｍ、３．８μｍ～３．９μｍ、３．９μｍ～４μｍ、４μｍ～４．５μｍ、４．５μｍ～５μｍ、５μｍ～５．５μｍ、５．５μｍ～６μｍ、６μｍ～６．５μｍ、６．５μｍ～７μｍ、７μｍ～７．５μｍ、７．５μｍ～８μｍ、８μｍ～８．５μｍ、８．５μｍ～９μｍまたは９μｍ～１０μｍであってもよい。この高さの差ｄの範囲内において、第１領域１２の基板１００表面と金属パターン領域１０の基板１００表面との高さの差が大きくなり、第２領域１３に位置する基板１００表面に大きな表面積を持たせ、ドーピング層１２０の面積が大きくなり、ドーピング層１２０をエミッタとする時の光生成キャリアの生成能力を高める。
いくつかの実施例では、化学エッチング工程またはレーザー工程を用いて、第１開口２１に沿って、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４及び非金属パターン領域１１の基板１００表面をエッチングすることができる。
いくつかの実施例では、レーザー工程を用いて、第１開口２１に沿って、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４及び非金属パターン領域１１の基板１００表面をエッチングする方法は、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４をレーザ加工して、非金属パターン領域１１の基板１００表面を露出させることを含むことができる。非金属パターン領域１１に第１領域１２及び第２領域１３を形成し、第１領域１２、第２領域１３及び金属パターン領域１０の基板１００表面に段差構造を構成するように、露出された非金属パターン領域１１の基板１００表面に対して引き続きレーザー加工を行う。
いくつかの実施例では、非金属パターン領域１１の基板１００に対してエッチングを行った後、非金属パターン領域１１の基板１００表面を平坦にするように、非金属パターン領域１１の基板１００に対してテクスチャリング処理を行うことができる。これは、その後非金属パターン領域１１の基板１００表面に形成される第１パッシベーション層の平坦性を高めるのに役立つ。
いくつかの実施例では、金属パターン領域１０の基板１００表面は第１テクスチャ構造を備え、非金属パターン領域１１の基板１００表面は第２テクスチャ構造を備え、第１テクスチャ構造の粗さは第２テクスチャ構造の粗さよりも大きい。第１テクスチャ構造の粗さを大きく設定することで、金属パターン領域１０の基板１００表面の表面積を大きくし、さらに金属パターン領域１０の基板１００表面に形成された第１パッシベーションコンタクト構造が金属パターン領域１０の基板１００表面の形態を継続することができる。その後、第１パッシベーションコンタクト構造に形成される第１電極と第１パッシベーションコンタクト構造との間に大きな接触面積を持たせ、第１電極の接触抵抗を低減し、キャリアの輸送性能を高める。
図１３に示すように、いくつかの実施例では、第１テクスチャ構造１はピラミッド構造であってもよく、第２テクスチャ構造はプラットフォーム突起構造であってもよい。いくつかの実施例では、ピラミッド構造は、四面体、近似四面体、五面体または近似五面体などの構造であってもよい。
いくつかの実施例では、初期第１パッシベーションコンタクト構造１４を形成するステップの前に、基板１００表面に第１テクスチャ構造１を形成してもよく、化学エッチング、機械エッチング、レーザーエッチングなどの工程で基板１００表面に第１テクスチャ構造１を形成してもよい。
いくつかの実施例では、第２テクスチャ構造２は、プラットフォーム突起構造であってもよく、プラットフォーム突起構造がピラミッド構造の基礎部分であり、即ち、ピラミッド構造から先端部分を取り除いた後の底部構造である。いくつかの実施例では、第２テクスチャ構造２は、類似プラットフォーム突起構造であってもよく、類似プラットフォーム突起構造の上面が平面または傾斜面であってもよく、類似プラットフォーム突起構造の底面が多辺形平面、例えば、四辺形平面、五辺形平面であってもよい。
いくつかの実施例では、化学エッチング、機械エッチングまたはレーザーエッチングなどの工程を採用して、非金属パターン領域１１の基板１００表面に第２テクスチャ構造２を形成してもよい。
図１５に示すように、基板１００内にドーピング層１２０を形成するように、第１領域１２及び第２領域１３の基板１００表面に対してドーピング工程を行う。
いくつかの実施例では、第１領域１２及び第２領域１３の基板１００表面に対してドーピング工程を行うことは、第１領域１２及び第２領域１３の基板１００内にドーピング元素を拡散させ、あらかじめ設定された厚さを持つ初期ドーピング層１２０を形成するように、第１領域１２及び第２領域１３の基板１００表面にドーピング元素を注入することと、ドーピング層１２０を形成するように、初期ドーピング層１２０に対してアニール工程を行うことと、を含む。ドーピング層１２０が第１領域１２及び第２領域１３の基板１００に位置するため、ドーピング層１２０の上面に一部の段差構造形態を持たせ、さらにドーピング層１２０の表面積を増やし、ドーピング層１２０の性能を高める。
明らかなように、第２領域１３は実際に第１領域１２と金属パターン領域１０の間の過渡的な領域であり、第２領域１３の存在によってドーピング層１２０の面積が増える。これにより、非金属パターン領域１１の第１領域１２の基板１００表面にテクスチャ構造を作製することでドーピング層１２０の表面積を増やす必要がなくなり、第１領域１２の基板１００表面を平坦にする。第１領域１２の基板１００表面に第１パッシベーション層１４０を形成すると、形成された第１パッシベーション層１４０の平坦性を向上させ、第１パッシベーション層１４０の基板１００表面に対するパッシベーション性能を上げ、太陽電池の光電変換性能をさらに高めることができる。
いくつかの実施例では、ドーピング層１２０のドーピング元素濃度を第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素濃度よりも小さくてもよく、第１ドーピング導電層１１２がドーピング層１２０に比べて高いドーピング元素濃度を形成するようにし、さらにドーピング層１２０と高低接合を形成し、ドーピング層１２０におけるキャリアにバリア効果を生じさせるようにし、キャリアの横方向輸送を高めることができる。
いくつかの実施例では、ドーピング層１２０のドーピング元素の種類は基板１００のドーピング元素の種類と異なり、第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素の種類と同じである。つまり、ドーピング層１２０はエミッタとして、基板１００とＰＮ接合を形成することができる。ＰＮ接合は入射光を受光して光生成キャリアを生成するために用いることができ、生成された光生成キャリアが基板１００から第１ドーピング導電層１１２に輸送され、さらに第１電極１３０に輸送され、第１電極１３０は光生成キャリアを収集するために用いられる。光生成キャリアはドーピング層１２０中を輸送することもでき、ドーピング層１２０から第１ドーピング導電層１１２に輸送され、さらに第１電極１３０に収集される。
理解できるように、第１ドーピング導電層１１２も基板１００とＰＮ接合を形成し、金属パターン領域１０で第１ドーピング導電層１１２を利用して基板１００とＰＮ接合を形成することで、第１ドーピング導電層１１２と後に形成される第１電極との金属接触再結合を低減し、第１電極のキャリアに対する収集能力を高めることができる。ＰＮ接合を形成するためのドーピング層１２０を非金属パターン領域１１の基板１００に形成することで、非金属パターン領域１１の基板１００の入射光に対する寄生吸収を大幅に低減し、入射光に対する利用率を高めることができる。
いくつかの実施例では、第１領域１２のドーピング層１２０の前記第１パッシベーションコンタクト構造１１０に向かう側から、第１領域１２のドーピング層１２０の第１パッシベーションコンタクト構造１１０から離れた側に向かう方向において、第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度が次第に減少する。
第２領域１３の基板１００表面と第１領域１２の基板１００表面との間に段差構造の一部を形成しているため、第２領域１３の基板１００表面は第１領域１２の基板１００表面に対して垂直であるか、または傾斜しており、即ち、第２領域１３の基板１００表面は第１領域１２の基板１００表面に垂直な方向において高さの差がある。これにより、第１領域１２及び第２領域１３の基板１００表面をドーピングする工程では、第１領域１２の基板１００表面に垂直な方向において、ドーピング元素の第２領域１３の基板１００におけるドーピング速度が不均一となり、第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度が徐々に変化する構造、例えば、第１ドーピング導電層１１２の第１領域１２のドーピング層１２０に向かう方向において、第２領域１３のドーピング層１２０のドーピング元素濃度が徐々に減少する構造を形成するのに役立つ。このように、キャリアが第１領域１２のドーピング層１２０及び第１ドーピング導電層１１２の間を輸送する位置エネルギー差を減らし、キャリアの横方向輸送能力をさらに高めることができる。
誘電体層２０を除去する。
いくつかの実施例では、酸洗工程を採用して、残った一部の誘電体層２０を除去することができ、例えばＨＦ溶液またはＨＣｌ溶液を用いて残った一部の誘電体層２０を洗浄し、残った誘電体層２０を除去することができる。
いくつかの実施例では、誘電体層２０に対してパターニング工程を行うように、金属パターン領域１０の誘電体層２０の表面にインク層３０を形成する場合、誘電体層２０を除去するステップの前に、誘電体層２０の表面に位置するインク層３０を除去する必要がある。いくつかの実施例では、金属パターン領域１０に位置するインク層３０をアルカリ溶液で処理し、アルカリ溶液はインク中のエステル基とケン化反応を生じさせ、インクを溶解して、インク層３０を除去することができる。いくつかの実施例では、スプレー方式でアルカリ溶液をインク層３０表面に滴下してもよく、アルカリ溶液がＮａＯＨ溶液またはＫＯＨ溶液であってもよい。
図１６に示すように、いくつかの実施例では、さらに、基板１００の第１パッシベーションコンタクト構造１１０から遠い表面に第２パッシベーションコンタクト構造１５０を形成することを含み、第２パッシベーションコンタクト構造１５０は、基板１００から遠い方向に沿って順次積層された少なくとも１層の第２トンネル層１５１及び少なくとも１層の第２ドーピング導電層１５２を含んでもよい。
いくつかの実施例では、第２パッシベーションコンタクト構造１５０は、基板１００から離れた方向に沿って積層された１層の第２トンネル層１５１及び１層の第２ドーピング導電層１５２のみを含んでもよい。
いくつかの実施例では、第２パッシベーションコンタクト構造１５０は、さらに基板１００から離れた方向に沿って積層された複数のサブ第２パッシベーションコンタクト構造を含んでもよく、各サブ第２パッシベーションコンタクト構造が、基板１００から離れた方向に沿って積層された第２トンネル層１５１及び第２ドーピング導電層１５２を含む。
いくつかの実施例では、第２トンネル層１５１を形成する方法は、上記の初期第１トンネル層１５の形成方法に関する記述を参照でき、第２ドーピング導電層１５２を形成する方法は、上記の初期第１ドーピング導電層１６の形成方法に関する記述を参照できる。その相違点は、第２ドーピング導電層１５２のドーピング元素の種類と形成された第１ドーピング導電層１１２のドーピング元素の種類が異なる点にある。
図１７に示すように、いくつかの実施例では、さらに、ドーピング層１２０の上面及び第１パッシベーションコンタクト構造１１０の上面及び側面に第１パッシベーション層１４０を形成することを含み、第１パッシベーション層１４０が良好なパッシベーション効果を発揮し、キャリア再結合を抑制し、キャリア濃度を高めることができる。いくつかの実施例において、第１パッシベーション層１４０は、単層構造であってもよく、他のいくつかの実施例において、第１パッシベーション層１４０は、多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１４０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、または酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１４０を形成する方法は、ＰＥＣＶＤ方法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、プラズマ強化化学気相成長法）を用いてドーピング層１２０の上面及び第１パッシベーションコンタクト構造１１０の上面と側面に第１パッシベーション層１４０を形成することを含んでもよい。
いくつかの実施例では、良好なパッシベーション効果を発揮することができる第２パッシベーション層１６０を第２ドーピング導電層１５２の表面に形成することをさらに含む。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０は単層構造であってもよく、他のいくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０は多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、または酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
いくつかの実施例では、ＰＥＣＶＤ工程を用いて第２パッシベーション層１６０を形成することができる。
図１に示すように、いくつかの実施例では、さらに、第１パッシベーション層１４０を貫通して第１ドーピング導電層１１２と電気的に接触する第１電極１３０を形成することを含み、金属パターン領域１０の基板１００表面のみに第１パッシベーションコンタクト構造１１０を設置し、第１電極１３０と第１ドーピング導電層１１２を電気的に接触させることで、第１パッシベーションコンタクト構造１１０と金属電極との間の金属接触再結合を低減し、金属電極のキャリアに対する収集能力を改善することができる。
いくつかの実施例では、第１電極１３０を形成する方法は、金属パターン領域１０の第１パッシベーション層１４０表面に導電性ペーストを印刷することを含み、例えば、スクリーン印刷工程を採用して導電性ペーストを印刷することができ、導電性ペーストは、銀、アルミニウム、銅、錫、金、鉛またはニッケルのうち少なくとも１つを含んでも良い。第１パッシベーション層１４０表面の導電性ペーストを焼結することで、導電性ペーストを第１パッシベーション層１４０及び一部の第１ドーピング導電層１１２に浸透させ、第１ドーピング導電層１１２と電気的に接触させるようにする。
いくつかの実施例では、さらに、第２パッシベーション層１６０を貫通して第２ドーピング導電層１５２と電気的に接触する第２電極１７０を形成することを含む。いくつかの実施例では、第２電極１７０を形成するプロセスは、第１電極１３０を形成するプロセスと同じであってもよく、上記の第１電極１３０形成方法に関する記述を参照できる。
本願は、好適な実施例で上記のように開示されているが、特許請求の範囲を限定するものではなく、いずれの当業者であれば、本願の着想から逸脱することなく、若干の可能な変動および修正を加えることができるため、本願の保護範囲は、本願の請求項によって規定される範囲に従うべきである。
当業者であれば、前記の各実施形態は本願を実現する具体的な実施例であるが、実用上では本願の精神と範囲を逸脱することなく、形態及び細部において様々な変更が可能であることが理解できる。いずれの当業者は、本願の精神と範囲を逸脱しない限り、それぞれ変更及び修正を行うことが可能であるため、本願の保護範囲は、請求項に限定された範囲を基準にすべきである。

Claims (22)

  1. 表面に金属パターン領域と非金属パターン領域を有する基板と、第１領域及び第２領域の基板内に位置するドーピング層と、前記金属パターン領域の基板表面を覆う第１パッシベーションコンタクト構造と、を含み、
    前記非金属パターン領域は隣接する前記第１領域及び前記第２領域を含み、前記第２領域の前記第１領域から遠い側は前記金属パターン領域に隣接し、前記第１領域の基板表面は前記金属パターン領域の基板表面よりも低く、前記第２領域の基板表面は前記第１領域の基板表面より低くなく、かつ前記金属パターン領域の基板表面より高くなく、
    前記基板がドーピング層の上面に露出しており、
    前記第１パッシベーションコンタクト構造は、積層された少なくとも１層の第１トンネル層及び少なくとも１層の第１ドーピング導電層を含む、
    ことを特徴とする太陽電池。
  2. 前記第１ドーピング導電層のドーピング元素と前記ドーピング層のドーピング元素は同族元素である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度は前記ドーピング層のドーピング元素濃度以上である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～９×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、前記ドーピング層のドーピング元素濃度は１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である、
    ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
  5. 前記ドーピング層のドーピング元素の種類は前記基板のドーピング元素の種類と異なっている、
    ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
  6. 前記ドーピング層のドーピング元素濃度は前記基板のドーピング元素濃度よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
  7. 前記第１領域の基板表面と前記第２領域の基板表面との間に第１挟角があり、前記第１挟角は９０°～１６０°である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記第２領域のドーピング層のドーピング元素濃度は、前記第１領域のドーピング層のドーピング元素濃度より小さくなく、かつ前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度より大きくない、
    ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
  9. 前記第１領域のドーピング層の前記第１ドーピング導電層に向かう側から、前記第１領域のドーピング層の前記第１ドーピング導電層から離れる側に向かう方向において、前記第２領域のドーピング層のドーピング元素濃度が次第に減少する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
  10. 前記第２領域のドーピング層の前記第１ドーピング導電層に向かう側の表面のドーピング濃度と前記第２領域のドーピング層の前記第１ドーピング導電層から遠い側の表面のドーピング濃度との差は、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３～８×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
  11. 前記ドーピング層のシート抵抗は８０ｏｈｍ／ｓｑ～１０００ｏｈｍ／ｓｑである、
    ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
  12. 前記金属パターン領域の基板表面と前記第１領域の基板表面との高さの差は０．１μｍ～１０μｍである、
    ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
  13. 前記第１パッシベーションコンタクト構造は、前記基板から離れた方向に沿って積層された複数のサブ第１パッシベーションコンタクト構造を含み、前記サブ第１パッシベーションコンタクト構造が、前記基板から離れた方向に沿って積層された前記第１トンネル層及び前記第１ドーピング導電層を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  14. 前記基板の前記第１パッシベーションコンタクト構造から遠い側の表面に位置する第２パッシベーションコンタクト構造をさらに備え、前記第２パッシベーションコンタクト構造は、積層された少なくとも１層の第２トンネル層と、少なくとも１層の第２ドーピング導電層と、を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  15. 前記ドーピング層の上面及び前記第１パッシベーションコンタクト構造の上面と側面に位置する第１パッシベーション層をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  16. 第１電極をさらに含み、前記第１電極が前記第１パッシベーション層を貫通して前記第１ドーピング導電層と電気的に接続される、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池。
  17. 請求項１～１６のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなる電池ストリングと、
    前記電池ストリングの表面を覆うために用いられる封止層と、
    前記封止層の前記電池ストリングから離れた表面を覆うために用いられるカバープレートと、を含む、
    ことを特徴とする光起電力モジュール。
  18. 基板を提供することであって、前記基板は初期表面を有し、前記初期表面は金属パターン領域及び非金属パターン領域を備えることと、
    前記基板の初期表面に前記基板から離れた方向に沿って順次積層された初期第１パッシベーションコンタクト構造及び誘電体層を形成することと、
    前記誘電体層に第１開口を形成するように前記誘電体層に対してパターニング工程を行うことであって、前記第１開口が前記非金属パターン領域に正対することと、
    前記非金属パターン領域の基板表面及び前記金属パターン領域の基板表面を形成するように、前記第１開口に沿って前記初期第１パッシベーションコンタクト構造及び前記非金属パターン領域の基板の初期表面をエッチングすることであって、前記非金属パターン領域の基板表面が隣接する第１領域と第２領域を備え、前記第２領域の基板表面が前記金属パターン領域の基板に隣接し、前記第１領域の基板表面が前記金属パターン領域の基板表面よりも低く、前記第２領域の基板表面が前記第１領域の基板表面よりも低くなくかつ前記金属パターン領域の基板表面より高くなく、残りの前記初期第１パッシベーションコンタクト構造が前記第１パッシベーションコンタクト構造を形成することと、
    前記基板内にドーピング層を形成するように、前記第１領域及び前記第２領域の基板表面に対してドーピング工程を行うことと、
    前記誘電体層を除去することと、を含む、
    ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
  19. 前記誘電体層に対してパターニング工程を行うことは、
    前記非金属パターン領域の前記誘電体層を除去するようにレーザー工程で前記非金属パターン領域の誘電体層をレーザー加工し、前記第１開口を形成し、前記第１開口によって前記非金属パターン領域の前記初期第１パッシベーションコンタクト構造を露出させることを含む、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
  20. 前記誘電体層に対してパターニング工程を行うことは、
    前記金属パターン領域の誘電体層上面に前記金属パターン領域に正対するインク層を形成することと、前記非金属パターン領域の誘電体層を除去するように前記誘電体層を酸洗処理し、前記第１開口を形成し、前記第１開口によって前記非金属パターン領域の前記初期第１パッシベーションコンタクト構造を露出させることと、を含む、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
  21. 前記第１領域及び前記第２領域の基板表面に対してドーピング工程を行うことは、
    前記第１領域及び前記第２領域の基板内に前記ドーピング元素を拡散させ、あらかじめ設定された厚さを持つ初期ドーピング層を形成するように、前記第１領域及び前記第２領域の基板表面にドーピング元素を注入することと、
    前記ドーピング層を形成するように、前記初期ドーピング層に対してアニール工程を行うことと、を含む、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池の製造方法。
  22. 前記第１領域のドーピング層の前記第１パッシベーションコンタクト構造に向かう側から、前記第１領域のドーピング層の前記第１パッシベーションコンタクト構造から離れた側に向かう方向において、前記第２領域のドーピング層のドーピング元素濃度が次第に減少する、
    ことを特徴とする請求項２１に記載の太陽電池の製造方法。

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