JP2931451B2 - 太陽電池素子 - Google Patents

太陽電池素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池素子に関する。
【0002】
【発明の背景】第一次石油ショック時に代替エネルギー
の必要性がクローズアップされ、無尽蔵でクリーンな太
陽エネルギーを源とする太陽電池が注目を浴び実用化の
ための低コストな太陽電池の開発がスタートした。開発
は着実に成果をあげ、ここ10年間でコストは100分
の1まで低減した。しかし、電力用として見た場合一般
の商用電力と対比されるとコスト的には高く、実用化に
はまだ遠いという感があった。ところが、最近、地球環
境問題で脚光を浴び、開発は促進され実用化も間近なと
ころまでせまってきている。このような中で、低コスト
な太陽電池の実用化研究に加え、超高効率化を目的とし
た研究開発も新たに必要になってきた。すなわち、高効
率化は、低コスト化に非常に重要な因子となる。単結晶
シリコン太陽電池では、理論的には28%以上が達成可
能であることが予測されている。
【0003】超高効率太陽電池の研究開発には、高品質
単結晶シリコン基板の持つ特性を最大限に引き出すこと
が重要である。そのためには、キャリアや光の有効利用
およびキャリアのライフタイムが維持できるようなセル
構造および製造プロセスを開発する必要がある。そこ
で、本発明者等は、特願平2−226944号で、低反
射構造でかつキャリアの再結合を防ぐことができるスル
ーホールバックコンタクト型太陽電池素子を提案した。
この構造を図1に示す。図1において、1はp型単結晶
シリコン基板、2は単結晶シリコン基板1に形成された
スルーホール、3はシリコン基板1の裏面側のスルーホ
ール近傍に形成されたn+ 領域、4はn+ 領域の近傍に
形成されたp+ 領域、5はp+ 領域部に形成された正電
極、6はn+ 領域に形成された負電極、7、8、9はシ
リコン基板1の表面側とスルーホール2部分にそれぞれ
形成されたパシベーッション層、正電荷を有する電子引
付層、および反射防止層である。
【0004】シリコン基板1の表面側に正電荷を有する
電子引付層8を形成すると、この正電荷の影響でシリコ
ン基板1と電子引付層8の界面近くでは多数キャリアで
ある正孔が基板1の内部へ押しやられ、少数キャリアで
ある電子が基板1の表面に引きつけられる。この結果、
基板1の表面にごく薄いn型反転層10が生じる。この
表面付近のキャリアはスルーホール4部分のn型反転層
10を経由して、シリコン基板1の裏面側のn+ 領域3
へ導かれ、負電極5から取り出される。このように負電
極5がシリコン基板の裏面側に形成されることから、シ
リコン基板の表面には入射光を遮る電極は存在せず。変
換効率を著しく高めることが可能になる。
【0005】ところが、上述のような反転層10を形成
して電子を裏面側から取り出す場合、反転層10の直列
抵抗が太陽電池素子の変換効率に大きく影響するので、
この反転層10は直列抵抗を下げるようなものでなけれ
ばならない。また、スルーホールの径が大きいと受光面
積が減少するので、径はできるだけ小さい方が望ましい
が、製造技術上からの制約がある。
【0006】
【発明の目的】本発明は、このような背景のもとに成さ
れたものであり、直列抵抗の増大化を解消した超高効率
の太陽電池素子を提供することを目的とするものであ
る。
【0007】
【発明の構成】本発明によれば、p型単結晶シリコン基
板に複数のスルーホールを設け、このシリコン基板裏面
側のスルーホール近傍にn+ 領域を設け、このn+ 領域
の近傍にp+ 領域を設け、このp+ 領域部に正電極を設
け、前記n+ 領域部に負電極を設け、前記シリコン基板
の表面側とスルーホール部の表面にパシベーション層、
電子引付層、および反射防止層を順次設けた太陽電池素
子において、前記電子引付層の電荷密度が3×1011
2×1013cm-2であり、且つ前記スルーホールの孔径
が5〜50μmで孔間ピッチが10〜200μmである
ことを特徴とする太陽電池素子が提供される。
【0008】
【作用】上記のように、電荷密度が3×1011以上の電
子引付層を形成することによって、シリコン基板表面の
表面ポテンシャルが向上してシリコン基板の表面部分に
形成される反転層の直列抵抗を下げることができるとと
もに、電荷密度が2×1013cm-2以下の電荷引付層を
形成することによって、反転層が深くなりすぎることに
よって生じる変換効率の低下を防止でき、さらに孔径が
5〜50μmで孔間ピッチが10〜200μmのスルー
ホールを形成することによって、集光面積の低下に伴う
変換効率の低下が防止でき、高効率の太陽電池素子が得
られる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づき詳
細に説明する。本発明に係る太陽電池素子の構造自体
は、図1に示す太陽電池素子の構造と同一である。シリ
コン基板1としては、CZ法などによって形成された比
抵抗1〜100Ωcm程度のp型単結晶シリコン基板な
どが好適に用いられる。n+ 領域3とp+ 領域4は熱拡
散法やイオン注入法によって形成され、正電極5と負電
極6はアルミニウム、クロム、ニッケル、金、銀などを
用いた蒸着法やスパッタリング法によって形成される。
この電極、特に正電極5は、シリコン基板1の裏面側に
達した光を反射してもう一度シリコン基板1内に戻すこ
とができるようにできるだけ広い領域に亘って形成する
ことが望ましい。また、シリコン基板1の表面とスルー
ホール2部分には、キャリアの再結合を防ぐための厚み
100Å程度の酸化シリコン(SiO2 )膜などから成
るパシベーション層7が熱酸化法やプラズマCVD法な
どによって形成される。
【0010】図2に電子引付層8の電荷密度とシリコン
基板1の表面ポテンシャルとの関係を示す。なお、図2
のシリコン基板は、アクセプタとしてボロンを1.5×
1016個含有するものである。図2で明らかなように、
電子引付層8の電荷密度が1×1011cm-2からシリコ
ン基板1の表面ポテンシャルは急上昇し、電子引付層8
の電荷密度が3×1011cm-2以上になると表面ポテン
シャルは0.75Vになり、それ以上電荷密度が増加し
ても表面ポテンシャルの増加率は鈍化する。すなわち、
電子引付層8の電荷密度は、3×1011cm-2以上あれ
ば、シリコン基板1表面のシート抵抗を充分下げること
ができ、この基板1の表面近傍に反転層10を形成する
ことができ、且つ反転層10の直列抵抗が下がることが
分かる。したがって、電子引付層8の電荷密度は、少な
くとも3×1011cm-2必要である。
【0011】図3に、電子引付層8の電荷密度と太陽電
池素子1の変換効率との関係を示す。なお、図3中、○
線はシリコン基板1の比抵抗が1Ωcmの場合、△線は
同じく10Ωcmの場合、□線は同じく100Ωcmの
場合であり、スルーホール2部分による入射光損失とシ
ート抵抗による損失は加味されていない。図3で明らか
なように、電子引付層8の電荷密度が2×1012cm-2
のときに変換効率は最も高く、それ以後電子引付層8の
電荷密度が増加するにつれて反転層10は深く形成さ
れ、太陽電池素子の変換効率は徐々に低下し、電子引付
層8の電荷密度が2×1013cm-2以上になると変換効
率は20%を切ってしまう。したがって、電子引付層8
の電荷密度は、多くても2×1013cm-2としなければ
ならない。
【0012】上述のような電子引付層8は、例えばシラ
ンガス(SiH4 )とアンモニアガス(NH3 )を用い
たプラズマCVD法などで形成される。この場合、基板
温度を例えば400℃に設定して、シランガスとアンモ
ニアガスの流量比(SiH4 /NH3 )を例えば0.1
4〜0.59などに設定して厚み800Å程度に形成す
る。
【0013】図4に電子引付層8の電荷密度が2×10
13cm-2のときの、スルーホール2の孔径と変換効率の
関係を示す。なお、図4中、黒丸線は孔間ピッチが20
μm、白丸線は孔間ピッチが50μm、黒三角線は孔間
ピッチが100μm、黒四角線は孔間ピッチが150μ
m、白四角線は孔間ピッチが200μm、白六角線は孔
間ピッチが300μmである。図5に、電子引付層8の
電荷密度が2×1012cm-2のときのスルーホール2の
孔径と変換効率の関係を示す。なお、孔間ピッチとは、
スルーホール2の中心から隣接するスルーホール2の中
心までの間隔をいう。図4および図5で明らかなよう
に、孔径が50μm以下で孔間ピッチが200μm以下
であれば、変換効率が20%以上になる。特に、孔径が
10μmで孔間ピッチが50μmの場合は最適である。
孔径が50μm以上の場合、および孔間ピッチが200
μm以上の場合は、変換効率は20%以上にはならな
い。なお、孔径が5μm以下で孔間ピッチが10μm以
下のスルーホール2を形成することは、実際的な問題と
して製造技術上の困難が伴う。したがって、スルーホー
ル2の孔径は5〜50μmで孔間ピッチは10〜200
μmに設定しなければならない。
【0014】上述のようなスルーホール2は、YAGレ
ーザーあるいはフッ硝酸溶液を用いたエッチングなどに
よって形成することができる。
【0015】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る太陽電池素
子によれば、p型単結晶シリコン基板に複数のスルーホ
ールを設け、このシリコン基板裏面側のスルーホール近
傍にn+ 領域を設け、このn+ 領域の近傍にp+ 領域を
設け、このp+ 領域部に正電極を設け、前記n+ 領域部
に負電極を設け、前記シリコン基板の表面側とスルーホ
ール部の表面にパシベーション層、電子引付層、および
反射防止層を順次設けた太陽電池素子において、前記電
子引付層の電荷密度が3×1011〜2×1013cm-2
あり、且つ前記スルーホールの孔径が5〜50μmで孔
間ピッチが10〜200μmであることから、シリコン
基板表面の表面ポテンシャルが向上してシリコン基板の
表面に形成される反転層の直列抵抗を下げることができ
るとともに、反転層をシリコン基板の表面近傍に形成し
て変換効率を高めることができ、さらに集光面積の低下
に伴う変換効率の低下も防止でき、高効率の太陽電池素
子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】太陽電池素子の構造を示す図である。
【図2】電子引付層の電荷密度とシリコン基板の表面ポ
テンシャルとの関係を示す図である。
【図3】電子引付層の電荷密度と太陽電池素子の変換効
率との関係を示す図である。
【図4】電子引付層の電荷密度が2×1013cm-2のと
きのスルーホールの孔径と変換効率の関係を示す図であ
る。
【図5】電子引付層の電荷密度が2×1012cm-2のと
きのスルーホールの孔径と変換効率の関係を示す図であ
る。
【符号の説明】
1・・・p型単結晶シリコン基板、2・・・スルーホー
ル、3・・・n+領域、4・・・p+ 領域、5・・・正
電極、6・・・負電極、7・・・パシベーッション層、
8・・・電子引付層、9・・・反射防止層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 p型単結晶シリコン基板に複数のスルー
    ホールを設け、このシリコン基板裏面側のスルーホール
    近傍にn+ 領域を設け、このn+ 領域の近傍にp+ 領域
    を設け、このp+ 領域部に正電極を設け、前記n+ 領域
    部に負電極を設け、前記シリコン基板の表面側とスルー
    ホール部の表面にパシベーション層、電子引付層、およ
    び反射防止層を順次設けた太陽電池素子において、前記
    電子引付層の電荷密度が3×1011〜2×1013cm-2
    であり、且つ前記スルーホールの孔径が5〜50μmで
    孔間ピッチが10〜200μmであることを特徴とする
    太陽電池素子。
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