JP5425224B2 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、反射電極を有する太陽電池およびその製造方法に関する。
太陽電池の反射電極は、光電変換層を通過した光を再び光電変換層側に反射させるもので、高い反射率および良好な電気伝導性が必要で、且つ過酷な環境においてもこれらを維持する信頼性が要求される。
従来の太陽電池(デバイス)用の反射電極には、電気的に低抵抗でかつ高い光反射率(以下、反射率と呼ぶ)を有する銀(Ag)膜あるいはAg合金膜が用いられている。たとえば特許文献1には、銀または銅の裏面電極を有する単結晶または多結晶シリコン基板を用いた太陽電池が示されている。単結晶または多結晶のシリコン基板にアルミニウムを主成分とするペーストを塗布、焼成後にアルミニウム・シリコン合金層を除去する。そして、基板の露出面上に真空蒸着法やスパッタリング法などにより銀または銅の電極を形成する。この太陽電池では、表面からの入射光を反射率の高い銀または銅の裏面電極により裏面で反射する効果が著しく、出力電流の増加をもたらし、光電変換効率を向上させる。
しかし、Ag膜およびAg合金膜は、加熱などに対する耐食性が低く、たとえば大気中放置または熱処理による膜表面の酸化によって、反射率が低下する、比抵抗値が増大する、という問題がある。
このため、反射電極としてAg膜およびAg合金膜を単体で用いるのは困難であり、通常はチタン(Ti)、モリブデン(Mo)膜などの高融点金属極薄膜をAg膜上に積層して使用されている。この場合は、加熱した場合でもAg膜およびAg合金膜が熱により凝集することがなく、空気中の酸素との接触も絶たれるので、酸化することもない。したがって、太陽電池に適用した場合も、反射率が低下しないため発電効率を維持することができ、高い信頼性を有する太陽電池を得ることができる。
しかしながら、特許文献2によれば、TiやMo等の高融点金属は、スパッタリング法や真空蒸着法によっても成膜速度が小さく、薄膜形成時間が長く掛かるといった問題点や、TiやMoは酸によるエッチング速度が遅いため、パターニングが綺麗にできないといった問題点があることが指摘されている。さらに、TiやMoは比較的に高価であるため、太陽電池のコスト高を招くという問題点も挙げられる。
そこで、特許文献2では、TiやMoなどの高融点金属を用いずに高い熱耐食性や信頼性を得るために、Ag膜積層後にAl膜を積層することが開示されている。この方法によれば、大気中で150℃、1時間の熱アニール後において、透明基板側の波長800nmにおける光の反射率が95%以上であり、透明基板とは反対側の反射電極の白化、ピンホールが発生しない反射電極を製造することが可能とされている。すなわち、特許文献2では、大気中150℃、1時間の熱アニール後において、透明基板とは反対側の反射電極が95%以上の反射率を有することが、信頼性の目安と考えている。
しかしながら、砂漠や熱帯地方などの過酷な環境に太陽電池装置を設置した際の信頼性を考慮した場合、大気中150℃、1時間の熱アニールにおける熱耐食性では、不十分と考えられ、少なくとも200℃、30分の熱アニールで90%以上の反射率を有する反射電極が必要と考えられる。
本発明者の検証結果によれば、特許文献2による製造条件で作製した試験片、すなわち透明基板にAg膜を300nm堆積し、さらにAl膜を20nm積層した試験片に、大気中200℃、30分の熱アニールを施した場合は、透明基板とは反対側の反射率が97%から60%以下まで低下することが確認された。すなわち、特許文献2の技術を太陽電池に適用した場合は、過酷な環境における信頼性を満足することができないと考えられる。
また、上記のように透明基板とは反対側の反射率が低下する主な原因は、Al膜により大気中の酸素の進入は防げるが、AlがAg膜中に拡散するために、反射率が低下するものと考えられる。すなわち、特許文献2による方法によっても、原理的に過酷な使用環境における信頼性を確保することが困難である。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼性が高く、電気特性および光学特性に優れた太陽電池およびその製造方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池は、光を電気に変換する光電変換層と前記光電変換層における光入射側と反対側に設けられて前記光電変換層を通過した光を前記光電変換層側に反射させる裏面電極とを備えた太陽電池であって、前記裏面電極は前記光電変換層側から、銀を主成分とする第1金属層と、アルミニウムを主成分とする第3金属層と、を有し、前記第1金属層と前記第3金属層とに挟持され、アルミニウムを主成分として窒素を含有するアルミニウム膜または窒素を含有するアルミニウム合金膜からなる導電性の第2層を有し、前記第2層の窒素の含有率が20at%以上、50at%以下であること、を特徴とする。
本発明によれば、熱耐食性に優れるとともに安定した電気特性および良好な光反射特性を有する反射電極を備えるため、信頼性が高く、電気特性および光学特性に優れた太陽電池を得ることができる、という効果を奏する。
本発明者は、Agを主成分とするAg合金膜とAl合金膜との積層構造において、Ag合金膜とAl合金膜との間に窒素を含有するAl膜を挿入することによって、Ag合金膜の熱耐食性を向上させることができることを見出した。本発明はこれらの知見をもとになされたものである。以下に、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述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適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
実施の形態1.
図1−1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール(以下、モジュールと呼ぶ)10の概略構成を示す平面図である。図1−2は、モジュール10を構成する薄膜太陽電池セル(以下、セルと呼ぶ場合がある)1の短手向における断面構造を説明するための図であり、図1−1の線分A−A’方向における要部断面図である。
図1−1は、本発明の実施の形態1にかかる薄膜太陽電池である薄膜太陽電池モジュール(以下、モジュールと呼ぶ)10の概略構成を示す平面図である。図1−2は、モジュール10を構成する薄膜太陽電池セル(以下、セルと呼ぶ場合がある)1の短手向における断面構造を説明するための図であり、図1−1の線分A−A’方向における要部断面図である。
図1−1および図1−2に示すように、実施の形態1にかかるモジュール10は、透光性絶縁基板2上に形成された短冊状(矩形状)のセル1を複数備え、これらのセル1が電気的に直列に接続された構造を有する。セル1は、図1−2に示すように透光性絶縁基板2、透光性絶縁基板2上に形成され第1電極層となる透明電極層3、透明電極層3上に形成される薄膜半導体層である光電変換層4、光電変換層4上に形成され第2電極層となる裏面電極層5、が順次積層された構造を有する。また、図1−2に示すように透光性絶縁基板2上には不純物の阻止層として、必要に応じて酸化珪素(以下単にSiO2と記す)のアンダーコート層6が設けられる。ここで、裏面電極層5は、光電変換層4を通り抜けた光を再度光電変換層4に反射するとともに電極として機能する反射電極層である。
透光性絶縁基板2上に形成された透明電極層3には、透光性絶縁基板2の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透光性絶縁基板2に達するストライプ状の第1の溝D1が形成されている。この第1の溝D1の部分に光電変換層4が埋め込まれることで、透明電極層3が隣接するセル1に跨るようにセル毎に分離されて形成されている。
また、透明電極層3上に形成された光電変換層4には、第1の溝D1と異なる箇所において透光性絶縁基板2の短手方向と略平行な方向に延在するとともに透明電極層3に達するストライプ状の第2の溝(接続溝)D2が形成されている。この第2の溝(接続溝)D2の部分に裏面電極層5が埋め込まれることで、裏面電極層5が透明電極層3に接続される。そして、該透明電極層3が隣接するセル1に跨っているため、隣り合う2つのセルの一方の裏面電極層5と他方の透明電極層3とが電気的に接続されている。
また、裏面電極層5および光電変換層4には、第1の溝D1および第2の溝(接続溝)D2とは異なる箇所で、透明電極層3に達するストライプ状の第3の溝D3(分離溝)が形成されて、各セル1が分離されている。このように、セル1の透明電極層3が、隣接するセル1の裏面電極層5と接続することによって、隣接するセル1が電気的に直列接続している。
透明電極層3は、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム錫(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化スズ(SnO2)などの透明導電性酸化膜や、これらの透明導電性酸化膜にアルミニウム(Al)を添加した膜などの透光性の膜によって構成される。また、透明電極層3は、ドーパントとしてアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ホウ素(B)、イットリウム(Y)、シリコン(Si)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)から選択した少なくとも1種類以上の元素を用いたZnO膜、ITO膜、SnO2膜、またはこれらを積層して形成した透明導電膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。また、透明電極層3は、表面に凹凸3aが形成された表面テクスチャー構造を有する。このテクスチャー構造は、入射した太陽光を散乱させ、光電変換層4での光利用効率を高める機能を有する。
光電変換層4は、PN接合またはPIN接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が1層以上積層されて構成される。本実施の形態では、光電変換層4として、透明電極層3側から第1導電型半導体層であるp型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層、第2導電型半導体層であるi型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層、第3導電型半導体層であるn型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層が積層された積層膜が形成されている。なお、他の光電変換層4としては、例えば透明電極層3側から第1導電型半導体層であるp型の水素化アモルファス炭化シリコン(a−SiC:H)層、第2導電型半導体層であるi型の水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)層、第3導電型半導体層であるn型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層が積層された積層膜が挙げられる。
また光電変換層4は、第1導電型半導体層であるp型の水素化アモルファス炭化シリコン(a−SiC:H)層、第2導電型半導体層であるi型の水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)層、第3導電型半導体層であるn型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層、第1導電型半導体層であるp型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層、第2導電型半導体層であるi型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層、第3導電型半導体層であるn型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層からなる二段のPIN接合の構成としてもよい。また、タンデム構造の場合は、第1導電型半導体層、第2導電型半導体層、第3導電型半導体層が積層された単位光電変換層が2層以上積層されたタンデム構造としても良い。また、上記の二段のPIN接合のように複数の薄膜半導体層が積層されて光電変換層4が構成される場合には、それぞれのPIN接合間に一酸化微結晶シリコン(μc−SiO)やアルミニウム添加酸化亜鉛(ZnO:Al)などの中間層を挿入して、PIN接合間の電気的、光学的接続を改善してもよい。
裏面電極層5は、光電変換層4と異なる形状・位置でパターニングされており、図1−2に示すように透明導電性金属化合物層5aと反射電極層5bとバリア層5cと保護層5dから構成されている。ここで、透明導電性金属化合物層5aには例えば酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、ITO、またはこれらの組み合わせを用いることができる。
本実施の形態にかかる反射電極層5bは、Ag膜またはAg合金膜からなる金属層であり、一端は透明導電性金属化合物層5aを介して光電変換層4と電気的に接続される。ここで、Ag合金膜とは、銀(Ag)を主成分として、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)および金(Au)から選ばれる1種類以上の元素を添加成分として含む合金膜である。なお、「主成分」とは、最も原子含有率の高い成分のことをいう。膜厚に関しては、100nm〜500nmが適当である。
バリア層5cは、Al膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜である。また、保護層5dは、Al膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有しない。ここで、Al合金膜とは、Alを主成分とする合金膜である。Al膜またはAl合金膜は、窒素を適量含有することによりAl膜またはAl合金膜のみからなる(窒素を含有しない)場合よりもバリア性が向上する。バリア性とは、保護層5dを構成するAl膜またはAl合金膜成分が、反射電極層5bへ拡散することを抑止する性質であり、また、酸素や水分なども抑止する性質も含む。Ag膜またはAg合金膜が窒素を含有することにより、バリア性に優れるバリア層として機能する。以下、反射電極層5bの「Ag膜またはAg合金膜」を総称して「Ag系合金膜」と呼ぶ場合がある。また、バリア層5cの「窒素を含有するAl膜または窒素を含有するAl合金膜」を総称して「Al−N系合金膜」と呼ぶ場合がある。また、保護層5dの「窒素(N)を含有しないAl膜または窒素(N)を含有しないAl合金膜」を総称して「Al系合金膜」と呼ぶ場合がある。
バリア層5cに含まれる窒素の含有率は、たとえば20at%以上でバリア性の向上に効果があり、電気特性においても比抵抗値が65μΩ・cm程度と比較的低い値を示す。さらに、バリア層5cに含まれる窒素の含有率は、20at%以上、50at%以下とすることが好ましい。バリア層5c中に含まれる窒素の比率をこのような範囲とすることで、バリア層性と良好な電気特性を両立することができる。バリア層5cに含まれる窒素の含有率が20at%未満の場合は、バリア性の向上効果が十分でない虞がある。バリア層5cに含まれる窒素の含有率が50at%より大の場合は、比抵抗が1000μΩ・cm以上に急激に増大する虞がある。
ここで、「at%」は、原子%(atomic percent)を意味する。たとえば、窒素の含有率が5at%であるとは、Ag合金膜を構成する原子の合計個数が100個であるとき、その100個の中に窒素原子が5個存在することを示している。この含有率は、X線光電子分光法(XPS、X−ray photoelectron spectroscopy)で測定することができる。すなわち、XPS測定によりAgに起因するピークの強度Aと、Nに起因するピークの強度Bとを得て、これらのピーク強度に感度因子を乗じて比較することで得られる。二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)を用いても同様に含有率を得ることができる。
なお、バリア層5cおよび保護層5dは、純Al膜よりもAl合金膜からなるほうが耐食性の点でより優れるので好ましい。ネオジウム(Nd)、シリコン(Si)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)およびチタン(Ti)から選ばれる1種類以上の元素(以下「添加元素」という場合がある)を添加成分としてアルミニウム(Al)に添加してAl合金膜を形成することによって、これらの添加元素が添加されていないAl膜に比べて、加熱による膜表面の酸化を抑制し、酸化による膜表面の曇化を防ぐことができる。また、電流印加によるエレクトロマイグレーションによる抵抗増加や断線を抑えることができる。したがって、バリア層5cおよび保護層5dは、これらの添加元素を1種類以上含むことが好ましい。膜厚に関しては、バリア層5cは50nm〜500nm、保護層5dは50nm〜300nmが適当である。バリア層5cの膜厚が50nm未満である場合は、保護層5dを構成するAl膜またはAl合金膜成分が反射電極層5bへ拡散することを抑止する効果や、酸素や水分なども抑止する効果が十分に得られない可能性がある。また、バリア層5cの膜厚が500nmよりも大である場合は、生産的な観点において、作製時間やコストの増加につながる。したがって、バリア層5cの膜厚は50nm〜500nmとすることが好ましい。
以上のように構成された実施の形態1にかかるモジュール10においては、透明導電性金属化合物層5aと反射電極層5bとバリア層5cと保護層5dとが積層されてなる裏面電極層5を備える。
Ag膜またはAg合金膜からなる電気特性および光学特性(反射率)の良好な金属層である反射電極層5bを備えることにより、光電変換層4を通過した光を再び光電変換層側に反射させることができ、光の有効利用を図り、光電変換効率を向上させることができる。また、Al膜またはAl合金膜からなる保護層5dを備えることにより、裏面電極層5の耐食性を高めることができ、高い耐候性および信頼性を得ることができる。そして、反射電極層5bと保護層5dとの間に、Al膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有するバリア層5cを備えることにより、反射電極層5bの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層5bと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層5dと、の間にAl膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有する層であるバリア層5cを挿入することにより、反射電極層5bと保護層5dとの間でのAl−Agの反応を抑止し、反射電極層5bの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層5bと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層5dと、が直接積層されている場合には、製造時等における加熱や長時間の通電により反射電極層5bと保護層5dとの間でAl−Agの反応が起こり、またAlがAg膜中に拡散するため、反射電極層5bのAg膜またはAg合金膜の反射率の低下を招く。
しかしながら、本実施の形態にかかる裏面電極層5では、上述したように反射電極層5bと保護層5dとの間にバリア層5cを挿入している。これにより、Al−Agの反応およびAg膜中へのAl拡散を抑止し、反射電極層5bの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。これにより、砂漠や熱帯地方などの過酷な環境に太陽電池装置を設置した際の信頼性を考慮した場合に必要と考えられる、少なくとも200℃、30分の熱アニール後における90%以上の反射率を実現することができる。
したがって、実施の形態1にかかるモジュール10によれば、熱耐食性に優れるとともに安定した電気特性および良好な光反射特性を有する反射電極を備えるため、信頼性が高く、電気特性および光学特性に優れた太陽電池が実現されている。
なお、本実施の形態においては、裏面電極層5が透明導電性金属化合物層5aを備える構成としているが、本発明においては透明導電性金属化合物層5aは必須ではなく、透明導電性金属化合物層5aを有さない構成とすることも可能である。この場合においても、上述した効果を得ることができる。
さらに、上記においてはバリア層5cがAl膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜であることを述べたが、バリア層5cがAl膜またはAl合金膜からなり、酸素(O)を含有したAl−O系合金膜や、Ti膜またはTi合金膜からなり、酸素(O)を含有したTi−O系合金膜である場合でも、同様な効果が得られる。また、バリア層5cは、これらの膜が積層されて構成されてもよい。バリア層5cは、反射電極層5bと保護層5dとに挟持されて保護層5dのアルミニウムと反射電極層5bの銀との反応を抑制する導電性の材料からなる層であればよい。
バリア層5cは、保護層5dと同じAlまたはAl合金組成として窒素(N)や酸素(O)を適量添加した層としてもよい。反応ガス(窒素や酸素)を導入した雰囲気でバリア層5cを形成した後に、不活性ガスのみまたは真空中に切り替えて同じスパッタリングターゲットや蒸発源を用いて保護層5dを成膜すると、2層を連続して形成できるので製造が容易となる。
以下では、バリア層5cおよび保護層5dに、Cuを添加元素として含むAl−Cu合金膜を用いた場合について実験した結果を述べる。Cuを添加することによって、電流印加によるエレクトロマイグレーションによる抵抗増加や断線を抑えることができる。このため、前述の添加元素の中でも、Cuを用いることが好ましい。ただし、添加元素としてCuの代わりに他の元素を含む場合や、Alのみからなる金属層である場合も、窒素を含有することにより、窒素を含有するAg−Cu合金膜と同様の効果が得られる。
(試作例)
反射電極層5bとバリア層5cと保護層5dとを模擬して、バリア層5cの効果を検証するための実験を行なった。はじめに、2枚のガラス板を準備し、両方のガラス板に反射電極層5bと同様に、Ag−2at%Nd0.5at%Cu組成の合金ターゲットを用いて不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Ag−Nd−Cu組成合金膜を200nmの膜厚で成膜作製した。
反射電極層5bとバリア層5cと保護層5dとを模擬して、バリア層5cの効果を検証するための実験を行なった。はじめに、2枚のガラス板を準備し、両方のガラス板に反射電極層5bと同様に、Ag−2at%Nd0.5at%Cu組成の合金ターゲットを用いて不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Ag−Nd−Cu組成合金膜を200nmの膜厚で成膜作製した。
さらに、一方のガラス板に、バリア層5cと同様にAl−N系合金膜を製膜した。他方のガラス板にはAl−N系合金膜を製膜しない。Al−N系合金膜の製膜に関しては、Al−0.5at%Cu組成の合金ターゲットを用いて不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスに窒素(N2)ガスを分圧比で40%添加した混合ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Al−N系合金膜を100nmの膜厚で成膜作製した。
つぎに、両方のガラス板に保護層5dと同様にAl−0.5at%Cu組成の合金ターゲットを用い、アルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、それぞれAl−Cu合金膜を200nmの膜厚で成膜作製した。上記のようにして、バリア層(Al−N系合金膜)が無いサンプルAと、バリア層(Al−N系合金膜)があるサンプルBとを作製した。
(試験例)
本試験例では、上記の試作例で作製した示したバリア層(Al−N系合金膜)が無いサンプルAとバリア層(Al−N系合金膜)が有るサンプルBの両方のサンプルにおいて、ガラス面側から反射率を測定した。その後、サンプルAおよびサンプルBの両方に大気中で200℃、30分の熱処理を実施し、再度ガラス面側から反射率を測定した。反射率は、それぞれ波長550nmの光における反射率と、波長800nmにおける反射率とを測定した。その結果を表1に示す。
本試験例では、上記の試作例で作製した示したバリア層(Al−N系合金膜)が無いサンプルAとバリア層(Al−N系合金膜)が有るサンプルBの両方のサンプルにおいて、ガラス面側から反射率を測定した。その後、サンプルAおよびサンプルBの両方に大気中で200℃、30分の熱処理を実施し、再度ガラス面側から反射率を測定した。反射率は、それぞれ波長550nmの光における反射率と、波長800nmにおける反射率とを測定した。その結果を表1に示す。
表1より、反射電極層5bに対応するAg−Nd−Cu組成合金膜と保護層5dに対応するAl−Cu合金膜との間にバリア層5cに対応するAl−N系合金膜を挿入したサンプルBの方が、熱処理後においても波長550nmの光における反射率および波長800nmにおける反射率ともに反射率が高く、90%を維持していることが分かる。また、バリア層5cに対応するAl−N系合金膜が無いサンプルAにおいては、熱処理後における反射率が、波長550nmの光における反射率および波長800nmにおける反射率ともに著しく低下し、60%未満になってしまうことが分かる。
上記の結果から、太陽電池の裏面電極に本発明を適用することにより、過酷な使用条件下においても反射率が低下することがなく、高い信頼性を有する太陽電池を得ることができる、と言える。
つぎに、上記のように構成された実施の形態1にかかるモジュール10の製造方法について説明する。図2−1〜図2−7は、実施の形態1にかかるモジュール10の製造工程の一例を説明するための断面図であり、図1−2に対応する断面図である。
まず、透光性絶縁基板2を用意する。ここでは、透光性絶縁基板2として平板状の白板ガラスを用いる。この透光性絶縁基板2の一面側にスパッタリング法などによりアンダーコート層6としてSiO2膜を成膜する。ついで、該アンダーコート層6上に透明電極層3になる透明導電膜11としてZnO膜をスパッタリング法により形成する(図2−1)。また、透明導電膜11を構成する材料として、ZnO膜の他にITO、SnO2などの透明導電性酸化膜や、導電率向上のためにこれらの透明導電性酸化膜にAlなどの金属を添加した膜を用いることができる。また、成膜方法として、CVD法などの他の成膜方法を用いてもよい。
その後、希塩酸で透明導電膜11の表面をエッチングして粗面化し、透明導電膜11の表面に小さな凹凸3aを形成する(図2−2)。ただし、SnO2、ZnO等の透明導電膜11をCVD法により形成した場合には自己組織的に透明導電膜11の表面に凹凸が形成されるため、希塩酸を用いたエッチングによる凹凸の形成は必要ない。
次に、透明電極層3の一部を透光性絶縁基板2の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、透明電極層3を短冊状にパターニングし、複数の透明電極層3に分離する(図2−3)。透明電極層3のパターニングは、レーザスクライブ法により、透光性絶縁基板2の短手方向と略平行な方向に延在して透光性絶縁基板2に達するストライプ状の第1の溝D1を形成することで行う。なお、このようにガラス基板2上に基板面内で互いに分離された複数の透明電極層3を得るには、写真製版などで形成したレジストマスクを用いてエッチングする方法や、メタルマスクを用いた蒸着法などの方法でも可能である。
次に、第1の溝D1を含む透明電極層3上に光電変換層4をプラズマCVD法により形成する。本実施の形態では、光電変換層4として、透明電極層3側からp型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層、i型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層、n型の水素化微結晶シリコン(μc−Si:H)層を順次積層形成する(図2−4)。
次に、このようにして積層形成された光電変換層4に、透明電極層3と同様にレーザスクライブによってパターニングを施す(図2−5)。すなわち、光電変換層4の一部を透光性絶縁基板2の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、光電変換層4を短冊状にパターニングし、分離する。光電変換層4のパターニングは、レーザスクライブ法により、第1の溝D1と異なる箇所に、透光性絶縁基板2の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層3に達するストライプ状の第2の溝(接続溝)D2を形成することで行う。第2の溝(接続溝)D2の形成後、第2の溝(接続溝)D2内に付着している飛散物を高圧水洗浄、メガソニック洗浄、あるいはブラシ洗浄により除去する。
次に、光電変換層4上および第2の溝(接続溝)D2内に裏面電極層5として光電変換層4上に酸化スズ(SnO2)からなる透明導電性金属化合物層5aを真空蒸着により成膜する(図2−6)。また、透明導電性金属化合物層5aの成膜方法として、CVD法などの他の成膜方法を用いてもよい。
つぎに、裏面電極層5として、透明導電性金属化合物層5a上に反射電極層5bとしてのAg−Cu組成合金膜をスパッタリングにより形成する(図2−6)。具体的には、ターゲットとして、Agに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAg−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Ag−Cu組成合金膜を製膜する。このとき、第2の溝D2内を反射電極層5bが満たすような条件で反射電極層5bを形成する。
つぎに、裏面電極層5として、反射電極層5b上にバリア層5cとしてのAl−N系合金膜をスパッタリングにより形成する(図2−6)。具体的には、ターゲットとして、Alに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAl−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスに窒素(N2)ガスを分圧比で40%添加した混合ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Al−N系合金膜を成膜する。
混合ガス中の窒素ガスの分圧を制御することによって、Al合金膜中の窒素の含有率を調整することができる。具体的には、混合ガス中の窒素ガスの分圧を制御することによって、20at%以上、50at%以下とすることができる。バリア層5c中に含まれる窒素の比率をこのような範囲とすることで、バリア性と良好な電気特性を両立することができる。
上記のようなスパッタリングを行うことにより、窒素ガスを含有するガスのプラズマ中でAlを主成分とする金属層が堆積するので、膜中にまんべんなく窒素を含有させることができ、再現性良く容易にAl−N系合金膜を形成することができる。プラズマを利用する製膜法としては、スパッタリング法以外にもプラズマ蒸着法などを用いてもよい。
つぎに、裏面電極層5として、バリア層5c上に保護層5dとしてのAl−Cu系合金膜をスパッタリングにより形成する(図2−6)。具体的には、ターゲットとして、Alに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAl−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Al−Cu系合金膜を成膜する。
保護層5dの形成後、裏面電極層5および光電変換層4の一部を透光性絶縁基板2の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して短冊状にパターニングして複数のセル1に分離する(図2−7)。パターニングは、レーザスクライブ法により、第1の溝D1および第2の溝(接続溝)D2とは異なる箇所に、透光性絶縁基板2の短手方向と略平行な方向に延在して透明電極層3に達するストライプ状の第3の溝(分離溝)D3を形成することで行う。なお、反射率の高い裏面電極層5にレーザを直接吸収させるのは困難なので、光電変換層4にレーザ光エネルギーを吸収させて、光電変換層4とともに裏面電極層5を局所的に吹き飛ばすことによって複数のセル1に対応させて分離される。
以上により、図1−1および図1−2に示すようなセル1を有する実施の形態1にかかるモジュール10が完成する。
上述したように、実施の形態1にかかる薄膜太陽電池の製造方法では、透明導電性金属化合物層5aと反射電極層5bとバリア層5cと保護層5dとが積層されてなる裏面電極層5を形成する。
Ag膜またはAg合金膜からなる電気特性および光学特性(反射率)の良好な金属層である反射電極層5bを形成することにより、光電変換層4を通過した光を再び光電変換層側に反射させることができ、光の有効利用を図り、光電変換効率を向上させることができる。また、Al膜またはAl合金膜からなる保護層5dを形成することにより、裏面電極層5の耐食性を高めることができ、高い耐候性および信頼性を得ることができる。そして、反射電極層5bと保護層5dとの間に、Al膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有するバリア層5cを形成することにより、反射電極層5bの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層5bと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層5dと、の間にAl膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有する層であるバリア層5cを挿入することにより、反射電極層5bと保護層5dとの間でのAl−Agの反応を抑止し、反射電極層5bの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層5bと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層5dと、を直接積層して形成した場合には、製造時等における加熱や長時間の通電により反射電極層5bと保護層5dとの間でAl−Agの反応が起こり、またAlがAg膜中に拡散するため、反射電極層5bのAg膜またはAg合金膜の反射率の低下を招く。
しかしながら、本実施の形態にかかる裏面電極層5の形成においては、上述したように反射電極層5bと保護層5dとの間にバリア層5cを挿入する。これにより、Al−Agの反応およびAg膜中へのAl拡散を抑止し、反射電極層5bの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。これにより、砂漠や熱帯地方などの過酷な環境に太陽電池装置を設置した際の信頼性を考慮した場合に必要と考えられる、少なくとも200℃、30分の熱アニール後における90%以上の反射率を実現することができる。
したがって、実施の形態1にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、熱耐食性に優れるとともに安定した電気特性および良好な光反射特性を有する反射電極を形成するため、信頼性が高く、電気特性および光学特性に優れた太陽電池を作製することができる。
なお、上記においてはバリア層5cがAl膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜であることを述べたが、バリア層5cがAl膜またはAl合金膜からなり、酸素(O)を含有したAl−O系合金膜や、Ti膜またはTi合金膜からなり、酸素(O)を含有したTi−O系合金膜である場合でも、同様な効果が得られる。バリア層5cは反射電極層5bと保護層5dとに挟持されて保護層5dのアルミニウムと反射電極層5bの銀との反応を抑制する導電性の材料からなる層であればよい。
バリア層5cは、保護層5dと同じAlまたはAl合金組成として、窒素(N)や酸素(O)を適量添加した層としてもよい。反応ガス(窒素や酸素)を導入した雰囲気でバリア層5cを形成した後に、不活性ガスのみまたは真空中に切り替えて同じスパッタリングターゲットや蒸発源を用いて保護層5dを成膜すると、2層を連続して形成できるので製造が容易となる。
さらに、上記においては、裏面電極層5の形成方法としてスパッタリング法を用いる場合について述べたが、裏面電極層5の形成方法は特に限定されず、塗布印刷や蒸着法などの他の方法を用いても上述した効果が得られる。
実施の形態2.
本実施の形態では、単結晶シリコン基板あるいは多結晶シリコン基板表面を加工することにより得られる太陽電池(以下、シリコン基板型太陽電池と呼ぶ)に本発明を適用した場合について説明する。すなわち、シリコン基板からなる光電変換層を有し、当該光電変換層を通り抜けた光を再度光電変換層に反射するための反射層部分に本発明の技術を適用した例について説明する。
本実施の形態では、単結晶シリコン基板あるいは多結晶シリコン基板表面を加工することにより得られる太陽電池(以下、シリコン基板型太陽電池と呼ぶ)に本発明を適用した場合について説明する。すなわち、シリコン基板からなる光電変換層を有し、当該光電変換層を通り抜けた光を再度光電変換層に反射するための反射層部分に本発明の技術を適用した例について説明する。
図3は、実施の形態2にかかるシリコン基板型太陽電池20の構成を説明するための断面図である。本実施の形態にかかるシリコン基板型太陽電池20は、光電変換機能を有する太陽電池基板であってpn接合を有する半導体基板21と、半導体基板21の受光面側の面(おもて面)に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜24と、半導体基板21の受光面側の面(おもて面)において反射防止膜24に囲まれて形成された第1電極である受光面側電極25と、半導体基板21の受光面と反対側の面(裏面)に形成された第2電極である裏面電極層26と、を備える。
半導体基板21は、p型(第1の導電型)シリコン層22と、該p型シリコン層22の表面の導電型が反転したn型(第2の導電型)不純物拡散層23とを有し、これらによりpn接合が構成されている。受光面側電極25としては、太陽電池の表銀グリッド電極および表銀バス電極を含む(図示せず)。表銀グリッド電極は、半導体基板21で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられている。表銀バス電極は、表銀グリッド電極で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極にほぼ直交して設けられる。また、裏面電極層26は、半導体基板21の裏面の全面に形成されている。
また、半導体基板21の裏面(受光面と反対側の面)側の表層部には、高濃度不純物を含んだp型高濃度層であるp+層(BSF(Back Surface Field))27が形成されている。p+層(BSF)27は、BSF効果を得るために設けられ、p型層(半導体基板21)中の電子が消滅しないようにバンド構造の電界でp型層(半導体基板21)の電子濃度を高めるようにする。
ここで、本実施の形態にかかる裏面電極層26の構成としては、反射電極層26aとバリア層26bと保護層26cで構成される。本実施の形態にかかる反射電極層26aは、実施の形態1に示した反射電極層5bと同様に、Ag膜またはAg合金膜からなる金属層である。ここで、Ag合金膜とは、銀(Ag)を主成分として、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)および金(Au)から選ばれる1種類以上の元素を添加成分として含む合金膜である。なお、「主成分」とは、最も原子含有率の高い成分のことをいう。膜厚に関しては、100nm〜500nmが適当である。
バリア層26bは、実施の形態1に示したバリア層5cと同様に、Al膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜である。また、保護層26cは、実施の形態1に示した保護層5dと同様に、Al膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有しないAl系合金膜である。Al膜またはAl合金膜は、窒素を適量含有することによりAl膜またはAl合金膜のみからなる(窒素を含有しない)場合よりもバリア性が向上する。バリア性とは、保護層26cを構成するAl膜またはAl合金膜成分が、反射電極層26aへ拡散することを抑止する性質であり、また、酸素や水分なども抑止する性質も含む。Ag膜またはAg合金膜が窒素を含有することにより、バリア性に優れるバリア層として機能する。
バリア層26bに含まれる窒素の含有率は、実施の形態1に示したバリア層5cと同様にたとえば20at%以上でバリア性の向上に効果があり、電気特性においても比抵抗値が65μΩ・cm程度と比較的低い値を示す。さらに、バリア層26bに含まれる窒素の含有率は、20at%以上、50at%以下とすることが好ましい。バリア層26b中に含まれる窒素の比率をこのような範囲とすることで、バリア性と良好な電気特性を両立することができる。バリア層26bに含まれる窒素の含有率が20at%未満の場合は、バリア性の向上効果が十分でない虞がある。バリア層26bに含まれる窒素の含有率が50at%より大の場合は、比抵抗が1000μΩ・cm以上に急激に増大する虞がある。
なお、バリア層26bおよび保護層26cは、純Al膜よりもAl合金膜からなるほうが耐食性の点でより優れるので好ましい。ネオジウム(Nd)、シリコン(Si)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)およびチタン(Ti)から選ばれる1種類以上の元素(以下「添加元素」という場合がある)を添加成分としてアルミニウム(Al)に添加してAl合金膜を形成することによって、これらの添加元素が添加されていないAl膜に比べて、加熱による膜表面の酸化を抑制し、酸化による膜表面の曇化を防ぐことができる。また、これによって、電流印加によるエレクトロマイグレーションによる抵抗増加や断線を抑えることができる。したがって、バリア層26bおよび保護層26cは、これらの添加元素を1種類以上含むことが好ましい。膜厚に関しては、バリア層26bは50nm〜300nm、保護層26cは50nm〜300nmが適当である。
以上のように構成された実施の形態2にかかるシリコン基板型太陽電池20においては、反射電極層26aとバリア層26bと保護層26cとが積層されてなる裏面電極層26を備える。
Ag膜またはAg合金膜からなる電気特性および光学特性(反射率)の良好な金属層である反射電極層26aを備えることにより、半導体基板21を通過した光を再び半導体基板21側に反射させることができ、光の有効利用を図り、光電変換効率を向上させることができる。また、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cを備えることにより、裏面電極層26の耐食性を高めることができ、高い耐候性および信頼性を得ることができる。そして、反射電極層26aと保護層26cとの間に、Al膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有するバリア層26bを備えることにより、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層26aと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cと、の間にAl膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有する層であるバリア層26bを挿入することにより、反射電極層26aと保護層26cとの間でのAl−Agの反応を抑止し、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層26aと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cと、が直接積層されている場合には、製造時等における加熱や長時間の通電により反射電極層26aと保護層26cとの間でAl−Agの反応が起こり、またAlがAg膜中に拡散するため、反射電極層26aのAg膜またはAg合金膜の反射率の低下を招く。
しかしながら、本実施の形態にかかる裏面電極層26では、上述したように反射電極層26aと保護層26cとの間にバリア層26bを挿入している。これにより、Al−Agの反応およびAg膜中へのAl拡散を抑止し、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。これにより、砂漠や熱帯地方などの過酷な環境に太陽電池装置を設置した際の信頼性を考慮した場合に必要と考えられる、少なくとも200℃、30分の熱アニール後における90%以上の反射率を実現することができる。
したがって、実施の形態2にかかるシリコン基板型太陽電池20によれば、熱耐食性に優れるとともに安定した電気特性および良好な光反射特性を有する反射電極を備えるため、信頼性が高く、電気特性および光学特性に優れた太陽電池が実現されている。
なお、上記においてはバリア層26bがAl膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜であることを述べたが、バリア層26bがAl膜またはAl合金膜からなり、酸素(O)を含有したAl−O系合金膜や、Ti膜またはTi合金膜からなり、酸素(O)を含有したTi−O系合金膜である場合でも、同様な効果が得られる。また、バリア層26bは、これらの膜が積層されて構成されてもよい。バリア層26bは、反射電極層26aと保護層26cとに挟持されて保護層26cのアルミニウムと反射電極層26aの銀との反応を抑制する導電性の材料からなる層であればよい。
バリア層26bは、保護層26cと同じAlまたはAl合金組成として窒素(N)や酸素(O)を適量添加した層としてもよい。反応ガス(窒素や酸素)を導入した雰囲気でバリア層26bを形成した後に、不活性ガスのみまたは真空中に切り替えて同じスパッタリングターゲットや蒸発源を用いて保護層26cを成膜すると、2層を連続して形成できるので製造が容易となる。
以下、本実施の形態にかかるシリコン基板型太陽電池20の製造方法について図面に沿って説明する。図4−1〜図4−7は、実施の形態2にかかるシリコン基板型太陽電池20の製造工程の一例を説明するための断面図である。
まず、p型シリコン層である半導体基板21aとして例えば数百μm厚のp型単結晶シリコン基板を用意する(図4−1)。p型単結晶シリコン基板は、溶融したシリコンを冷却固化してできたインゴットをワイヤーソーでスライスして製造するため、表面にスライス時のダメージが残っている。そこで、p型単結晶シリコン基板を酸または加熱したアルカリ溶液中、例えば水酸化ナトリウム水溶液に浸漬して表面をエッチングすることにより、シリコン基板の切り出し時に発生してp型単結晶シリコン基板の表面近くに存在するダメージ領域を取り除く。なお、半導体基板に用いるp型シリコン基板は単結晶、多結晶のいずれでも良い。
ダメージ除去に続いて、同様のアルカリ溶液にIPA(イソプロピルアルコール)を添加した溶液でp型単結晶シリコン基板の一面側に異方性エッチングを行ない、p型単結晶シリコン基板の受光面側の表面に微小凹凸を形成してテクスチャー構造22aを形成する(図4−2)。このようなテクスチャー構造をp型単結晶シリコン基板の受光面側に設けることで、シリコン基板型太陽電池20の表面側で光の多重反射を生じさせ、太陽電池セル1に入射する光を効率的に半導体基板21の内部に吸収させることができ、実効的に反射率を低減して変換効率を向上させることができる。
つぎに、半導体基板21aにpn接合を形成する(図4−3)。すなわち、リン(P)等のV族元素を半導体基板21aに拡散等させて数百nm厚のn型不純物拡散層23を形成する。ここでは、表面にテクスチャー構造を形成したp型単結晶シリコン基板に対して、熱拡散によりオキシ塩化リン(POCl3)を拡散させてpn接合を形成する。これにより、第1導電型層であるp型単結晶シリコンからなるp型シリコン層22と、該p型シリコン層22の受光面側に形成された第2導電型層であるn型不純物拡散層23と、によりpn接合が構成された半導体基板21が得られる。
この拡散工程では、p型単結晶シリコン基板を例えばオキシ塩化リン(POCl3)ガス窒素ガス、酸素ガスの混合ガス雰囲気中で気相拡散法により例えば800℃〜900℃の高温で数十分間、熱拡散させてp型単結晶シリコン基板の表面層にリン(P)が拡散したn型不純物拡散層23を一様に形成する。
ここで、n型不純物拡散層23の形成直後の表面には拡散処理中に表面に堆積したガラス質(燐珪酸ガラス、PSG:Phospho-Silicate Glass)層が形成されているため、該リンガラス層をフッ酸溶液等を用いて除去する。
なお、図中における記載は省略しているが、n型不純物拡散層23は半導体基板21の全面に形成される。そこで、半導体基板21の裏面等に形成されたn型不純物拡散層23の影響を取り除くために、半導体基板21の受光面側のみにn型不純物拡散層23を残して、それ以外の領域のn型不純物拡散層23を除去する。また、予め、半導体基板21の受光面側のみにn型不純物拡散層23を形成してもよい。
次に、光電変換効率改善のために、p型単結晶シリコン基板の受光面側の一面に反射防止膜24を一様な厚みで形成する(図4−4)。反射防止膜24の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。反射防止膜24の形成は、例えばプラズマCVD法を使用し、シラン(SiH4)ガスとアンモニア(NH3)ガスの混合ガスを原材料に用いて、300℃以上、減圧下の条件で反射防止膜24として窒化シリコン膜を成膜形成する。屈折率は例えば2.0〜2.2程度であり、最適な反射防止膜厚は例えば70nm〜90nmである。なお、反射防止膜24として、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜24の形成方法は、プラズマCVD法の他に蒸着法、熱CVD法などを用いてもよい。
ついで、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、受光面側電極25を作製する(焼成前)。すなわち、p型単結晶シリコン基板の受光面である反射防止膜24上に、表銀グリッド電極と表銀バス電極との形状に、ガラスフリットを含む電極材料ペーストである銀ペースト25aをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペーストを乾燥させる(図4−5)。
その後、半導体基板21の表面の電極ペーストを例えば600℃〜900℃で焼成することで、半導体基板21の表側では銀ペースト25a中に含まれているガラス材料で反射防止膜24が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面側電極25が得られ、受光面側電極25と半導体基板21のシリコンとの導通が確保される(図4−6)。
次に、半導体基板21の裏面側にp型不純物を気相拡散法により注入することにより、半導体基板21の裏面側に直下にp+層27を形成する(図4−7)。その後、半導体基板21の裏面側に裏面電極層26として反射電極層26aとバリア層26bと保護層26cとを順次形成する。たとえば、裏面電極層26として、半導体基板21の裏面側に反射電極層26aとしてのAg−Cu組成合金膜をスパッタリングにより形成する(図4−7)。具体的には、ターゲットとして、Agに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAg−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Ag−Cu組成合金膜を製膜する。
つぎに、裏面電極層26として、反射電極層26a上にバリア層26bとしてのAl−N系合金膜をスパッタリングにより形成する(図4−7)。具体的には、ターゲットとして、Alに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAl−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスに窒素(N2)ガスを分圧比で40%添加した混合ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Al−N系合金膜を成膜する。
混合ガス中の窒素ガスの分圧を制御することによって、Al合金膜中の窒素の含有率を調整することができる。具体的には、混合ガス中の窒素ガスの分圧を制御することによって、20at%以上、50at%以下とすることができる。バリア層26b中に含まれる窒素の比率をこのような範囲とすることで、バリア性と良好な電気特性を両立することができる。
上記のようなスパッタリングを行うことにより、窒素ガスを含有するガスのプラズマ中でAlを主成分とする金属層が堆積するので、膜中にまんべんなく窒素を含有させることができ、再現性良く容易にAl−N系合金膜を形成することができる。プラズマを利用する製膜法としては、スパッタリング法以外にもプラズマ蒸着法などを用いてもよい。
つぎに、裏面電極層26として、バリア層26b上に保護層26cとしてのAl−Cu系合金膜をスパッタリングにより形成する(図4−7)。具体的には、ターゲットとして、Alに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAl−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Al−Cu系合金膜を成膜する。
以上のような工程を実施することにより、図3に示す本実施の形態にかかるシリコン基板型太陽電池20を作製することができる。
上述したように、実施の形態2にかかるシリコン基板型太陽電池20の製造方法では、反射電極層26aとバリア層26bと保護層26cとが積層されてなる裏面電極層26を形成する。
Ag膜またはAg合金膜からなる電気特性および光学特性(反射率)の良好な金属層である反射電極層26aを形成することにより、半導体基板21を通過した光を再び光電変換層側に反射させることができ、光の有効利用を図り、光電変換効率を向上させることができる。また、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cを形成することにより、裏面電極層26の耐食性を高めることができ、高い耐候性および信頼性を得ることができる。そして、反射電極層26aと保護層26cとの間に、Al膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有するバリア層26bを形成することにより、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層26aと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cと、の間にAl膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有する層であるバリア層26bを挿入することにより、反射電極層26aと保護層26cとの間でのAl−Agの反応を抑止し、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層26aと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cと、を直接積層して形成した場合には、製造時等における加熱や長時間の通電により反射電極層26aと保護層26cとの間でAl−Agの反応が起こり、またAlがAg膜中に拡散するため、反射電極層26aのAg膜またはAg合金膜の反射率の低下を招く。
しかしながら、本実施の形態にかかる裏面電極層26の形成においては、上述したように反射電極層26aと保護層26cとの間にバリア層26bを挿入する。これにより、Al−Agの反応およびAg膜中へのAl拡散を抑止し、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。これにより、砂漠や熱帯地方などの過酷な環境に太陽電池装置を設置した際の信頼性を考慮した場合に必要と考えられる、少なくとも200℃、30分の熱アニール後における90%以上の反射率を実現することができる。
したがって、実施の形態2にかかるシリコン基板型太陽電池20の製造方法によれば、熱耐食性に優れるとともに安定した電気特性および良好な光反射特性を有する反射電極を形成するため、信頼性が高く、電気特性および光学特性に優れた太陽電池を作製することができる。
なお、いずれの実施の形態も裏面電極層の主要構成において、Ag系合金膜(反射電極層)、Al−N系合金膜(バリア層)、Al系合金膜(保護層)の3層により構成された例を示したが、比較的に発電電流が少ない場合では、Ag系合金膜、Al−N系合金膜の2層で構成された場合でも、充分に信頼性を得ることができる。
また、上記においてはバリア層26bがAl膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜であることを述べたが、バリア層26bがAl膜またはAl合金膜からなり、酸素(O)を含有したAl−O系合金膜や、Ti膜またはTi合金膜からなり、酸素(O)を含有したTi−O系合金膜である場合でも、同様な効果が得られる。また、バリア層26bは、これらの膜が積層されて構成されてもよい。バリア層26bは、反射電極層26aと保護層26cとに挟持されて保護層26cのアルミニウムと反射電極層26aの銀との反応を抑制する導電性の材料からなる層であればよい。
バリア層26bは、保護層26cと同じAlまたはAl合金組成として窒素(N)や酸素(O)を適量添加した層としてもよい。反応ガス(窒素や酸素)を導入した雰囲気でバリア層26bを形成した後に、不活性ガスのみまたは真空中に切り替えて同じスパッタリングターゲットや蒸発源を用いて保護層26cを成膜すると、2層を連続して形成できるので製造が容易となる。
さらに、上記においては、裏面電極層26の形成方法としてスパッタリング法を用いる場合について述べたが、裏面電極層5の形成方法は特に限定されず、塗布印刷や蒸着法などの他の方法を用いても上述した効果が得られる。
実施の形態3.
本実施の形態では、その他のシリコン基板型太陽電池に本発明を適用した場合について説明する。すなわち、シリコン基板からなる光電変換層を有し、当該光電変換層を通り抜けた光を再度光電変換層に反射するための反射層部分に本発明の技術を適用した例について説明する。
本実施の形態では、その他のシリコン基板型太陽電池に本発明を適用した場合について説明する。すなわち、シリコン基板からなる光電変換層を有し、当該光電変換層を通り抜けた光を再度光電変換層に反射するための反射層部分に本発明の技術を適用した例について説明する。
図5は、実施の形態3にかかるシリコン基板型太陽電池30の構成を説明するための断面図である。なお、実施の形態2にかかるシリコン基板型太陽電池20と同じ符号を付してある。本実施の形態にかかるシリコン基板型太陽電池30は、光電変換機能を有する太陽電池基板であってpn接合を有する半導体基板21と、半導体基板21の受光面側の面(おもて面)に形成されて受光面での入射光の反射を防止する反射防止膜24と、半導体基板21の受光面側の面(おもて面)において反射防止膜24に囲まれて形成された第1電極である受光面側電極25と、半導体基板21の受光面と反対側の面(裏面)に形成された第2電極である裏面電極層26と、を備える。
半導体基板21は、p型(第1の導電型)シリコン層22と、該p型シリコン層22の表面の導電型が反転したn型(第2の導電型)不純物拡散層23とを有し、これらによりpn接合が構成されている。受光面側電極25としては、太陽電池の表銀グリッド電極および表銀バス電極を含む(図示せず)。表銀グリッド電極は、半導体基板21で発電された電気を集電するために受光面に局所的に設けられている。表銀バス電極は、表銀グリッド電極で集電された電気を取り出すために表銀グリッド電極にほぼ直交して設けられる。また、裏面電極層26は、半導体基板21の裏面の全面に形成されている。
また、半導体基板21の裏面(受光面と反対側の面)側の表層部には、高濃度不純物を含んだp型高濃度層であるp+層(BSF(Back Surface Field))27がポイント状に形成されている。さらに、半導体基板21の裏面は裏面絶縁膜であるパッシベーション膜31が形成されている。p+層(BSF)27は、BSF効果を得るために設けられ、p型層(半導体基板21)中の電子が消滅しないようにバンド構造の電界でp型層(半導体基板21)の電子濃度を高めるために設けられている。しかしながら、p+層(BSF)27部分および近傍に欠陥が発生し、キャリアの再結合により発電効果を低下させてしまう。
そこで、p+層(BSF)27をポイント状にし、その他の部分をパッシベーション膜31で覆うことにより半導体基板21の裏面の欠陥を補修することができ、従来のBSF効果を得られるため、より発電効率を向上することができる。パッシベーション膜31は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜などからなり、太陽光のうち薄い半導体基板21を通過しやすい600nm〜1000nmの波長の光に対して透明な膜、すなわちこれらの光を透過させる膜である。
また、このようなポイント状のp+層(BSF)27を形成するために、拡散源となるアルミニウム層32が半導体基板21の裏面に設けられている。そして、半導体基板21の裏面においてアルミニウム層32と接触する部分およびその周辺には、アルミニウム層32から半導体基板21にアルミニウムが拡散して形成されたアルミニウム拡散層33が形成されている。
ここで、本実施の形態にかかる裏面電極層26の構成としては、反射電極層26aとバリア層26bと保護層26cで構成される。本実施の形態にかかる反射電極層26aは、実施の形態1に示した反射電極層5bと同様に、Ag膜またはAg合金膜からなる金属層である。ここで、Ag合金膜とは、銀(Ag)を主成分として、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)および金(Au)から選ばれる1種類以上の元素を添加成分として含む合金膜である。なお、「主成分」とは、最も原子含有率の高い成分のことをいう。膜厚に関しては、100nm〜500nmが適当である。
バリア層26bは、実施の形態1に示したバリア層5cと同様に、Al膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜である。また、保護層26cは、実施の形態1に示した保護層5dと同様に、Al膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有しないAl系合金膜である。Al膜またはAl合金膜は、窒素を適量含有することによりAl膜またはAl合金膜のみからなる(窒素を含有しない)場合よりもバリア性が向上する。バリア性とは、保護層26cを構成するAl膜またはAl合金膜成分が、反射電極層26aへ拡散することを抑止する性質であり、また、酸素や水分なども抑止する性質も含む。Ag膜またはAg合金膜が窒素を含有することにより、バリア性に優れるバリア層として機能する。
バリア層26bに含まれる窒素の含有率は、実施の形態1に示したバリア層5cと同様にたとえば20at%以上でバリア性の向上に効果があり、電気特性においても比抵抗値が65μΩ・cm程度と比較的低い値を示す。さらに、バリア層26bに含まれる窒素の含有率は、20at%以上、50at%以下とすることが好ましい。バリア層26b中に含まれる窒素の比率をこのような範囲とすることで、バリア層性と良好な電気特性を両立することができる。バリア層26bに含まれる窒素の含有率が20at%未満の場合は、バリア性の向上効果が十分でない虞がある。バリア層26bに含まれる窒素の含有率が50at%より大の場合は、比抵抗が1000μΩ・cm以上に急激に増大することがある。
なお、バリア層26bおよび保護層26cは、純Al膜よりもAl合金膜からなるほうが耐食性の点でより優れるので好ましい。ネオジウム(Nd)、シリコン(Si)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、タンタル(Ta)およびチタン(Ti)から選ばれる1種類以上の元素(以下「添加元素」という場合がある)を添加成分としてアルミニウム(Al)に添加してAl合金膜を形成することによって、これらの添加元素が添加されていないAl膜に比べて、加熱による膜表面の酸化を抑制し、酸化による膜表面の曇化を防ぐことができる。また、これによって、電流印加によるエレクトロマイグレーションによる抵抗増加や断線を抑えることができる。したがって、バリア層26bおよび保護層26cは、これらの添加元素を1種類以上含むことが好ましい。膜厚に関しては、バリア層26bは100nm〜300nm、保護層26cは50nm〜300nmが適当である。
以上のように構成された実施の形態3にかかるシリコン基板型太陽電池30においては、反射電極層26aとバリア層26bと保護層26cとが積層されてなる裏面電極層26を備える。
Ag膜またはAg合金膜からなる電気特性および光学特性(反射率)の良好な金属層である反射電極層26aを備えることにより、半導体基板21を通過した光を、その光に対して透明なパッシベーション膜31を介して再び半導体基板21側に反射させることができ、光の有効利用を図り、光電変換効率を向上させることができる。また、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cを備えることにより、裏面電極層26の耐食性を高めることができ、高い耐候性および信頼性を得ることができる。そして、反射電極層26aと保護層26cとの間に、Al膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有するバリア層26bを備えることにより、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層26aと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cと、の間にAl膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有する層であるバリア層26bを挿入することにより、反射電極層26aと保護層26cとの間でのAl−Agの反応を抑止し、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層26aと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cと、が直接積層されている場合には、製造時等における加熱や長時間の通電により反射電極層26aと保護層26cとの間でAl−Agの反応が起こり、またAlがAg膜中に拡散するため、反射電極層26aのAg膜またはAg合金膜の反射率の低下を招く。
しかしながら、本実施の形態にかかる裏面電極層26では、上述したように反射電極層26aと保護層26cとの間にバリア層26bを挿入している。これにより、Al−Agの反応およびAg膜中へのAl拡散を抑止し、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。これにより、砂漠や熱帯地方などの過酷な環境に太陽電池装置を設置した際の信頼性を考慮した場合に必要と考えられる、少なくとも200℃、30分の熱アニール後における90%以上の反射率を実現することができる。
また、実施の形態3にかかるシリコン基板型太陽電池30においては、p+層(BSF)27をポイント状にし、その他の部分をパッシベーション膜31で覆うことにより半導体基板21の裏面の欠陥を補修することができ、従来のBSF効果を得られるため、より発電効率を向上することができる。
したがって、実施の形態3にかかるシリコン基板型太陽電池30によれば、熱耐食性に優れるとともに安定した電気特性および良好な光反射特性を有する反射電極を備えるため、信頼性が高く、電気特性および光学特性に優れた太陽電池が実現されている。
また、上記においてはバリア層26bがAl膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜であることを述べたが、バリア層26bがAl膜またはAl合金膜からなり、酸素(O)を含有したAl−O系合金膜や、Ti膜またはTi合金膜からなり、酸素(O)を含有したTi−O系合金膜である場合でも、同様な効果が得られる。また、バリア層26bは、これらの膜が積層されて構成されてもよい。バリア層26bは、反射電極層26aと保護層26cとに挟持されて保護層26cのアルミニウムと反射電極層26aの銀との反応を抑制する導電性の材料からなる層であればよい。
バリア層26bは、保護層26cと同じAlまたはAl合金組成として窒素(N)や酸素(O)を適量添加した層としてもよい。反応ガス(窒素や酸素)を導入した雰囲気でバリア層26bを形成した後に、不活性ガスのみまたは真空中に切り替えて同じスパッタリングターゲットや蒸発源を用いて保護層26cを成膜すると、2層を連続して形成できるので製造が容易となる。
さらに、上記においては、裏面電極層26の形成方法としてスパッタリング法を用いる場合について述べたが、裏面電極層5の形成方法は特に限定されず、塗布印刷や蒸着法などの他の方法を用いても上述した効果が得られる。
以下、本実施の形態にかかるシリコン基板型太陽電池30の製造方法について図面に沿って説明する。図6−1〜図6−5は、実施の形態3にかかるシリコン基板型太陽電池30の製造工程の一例を説明するための断面図である。
まず、実施の形態2の場合において図4−1〜図4−4を用いて説明した工程を実施してp型単結晶シリコン基板の受光面側の表面にテクスチャー構造を形成した後にpn接合を形成して半導体基板21を形成する。そして、半導体基板21の受光面側の一面に反射防止膜24を一様な厚みで形成する(図6−1)。
ついで、半導体基板21の裏面側に、例えばシリコン窒化膜(SiN膜)からなるパッシベーション膜31を形成する。半導体基板21の裏面側に露出したシリコン面に対して、プラズマCVDによりシリコン窒化膜(SiN膜)からなるパッシベーション膜31を成膜する。このようなパッシベーション膜31を形成することにより、半導体基板21の裏面におけるキャリアの再結合速度を抑制することができる。そして、半導体基板21の裏面側とのコンタクトを取るために、パッシベーション膜31の一部または全面に、所定の間隔を有するドット状の開口部31aを形成する(図6−2)。開口部31aは、例えばパッシベーション膜31に対するレーザ照射により直接パターニングを行って形成することができる。
ついで、スクリーン印刷により電極を形成する。まず、受光面側電極25を作製する(焼成前)。すなわち、p型単結晶シリコン基板の受光面である反射防止膜24上に、表銀グリッド電極と表銀バス電極との形状に、ガラスフリットを含む電極材料ペーストである銀ペースト25aをスクリーン印刷によって塗布した後、銀ペーストを乾燥させる(図6−3)。
つぎに、拡散源となるアルミニウム層32を半導体基板21の裏面に形成する。すなわち、アルミニウム等を含むアルミニウムペースト32aを、開口部31aを埋めるとともにパッシベーション膜31の面方向において開口部31aの径よりも多少広い領域を覆ってスクリーン印刷法により塗布し、乾燥させる(図6−3)。アルミニウムペースト32aの塗布形状・塗布量等は、後述の焼成工程でアルミニウム拡散層33とp+層(BSF)27とにおけるアルミニウムの拡散濃度等の諸条件により変更可能である。
その後、半導体基板21の表面の電極ペーストを例えば600℃〜900℃で焼成することで、半導体基板21の表側では銀ペースト25a中に含まれているガラス材料で反射防止膜24が溶融している間に銀材料がシリコンと接触し再凝固する。これにより、受光面側電極25が得られ、受光面側電極25と半導体基板21のシリコンとの導通が確保される(図6−4)。また、この焼成によりアルミニウムペースト32aはアルミニウム層32となり、半導体基板21の裏面側の領域であってアルミニウム層32に接する領域およびその近傍にはアルミニウム拡散層33が形成される。さらにその外周部には、該アルミニウム拡散層33を囲って、アルミニウム層32からアルミニウムが高濃度に拡散したp+層(BSF)27が形成される(図6−4)。
次に、半導体基板21の裏面側に裏面電極層26として反射電極層26aとバリア層26bと保護層26cとを順次形成する。たとえば、裏面電極層26として半導体基板21の裏面側、すなわちパッシベーション膜31上およびアルミニウム層32上に反射電極層26aとしてのAg−Cu組成合金膜をスパッタリングにより形成する(図6−5)。具体的には、ターゲットとして、Agに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAg−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Ag−Cu組成合金膜を製膜する。
つぎに、裏面電極層26として、反射電極層26a上にバリア層26bとしてのAl−N系合金膜をスパッタリングにより形成する(図6−5)。具体的には、ターゲットとして、Alに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAl−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスに窒素(N2)ガスを分圧比で40%添加した混合ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Al−N系合金膜を成膜する。
混合ガス中の窒素ガスの分圧を制御することによって、Al合金膜中の窒素の含有率を調整することができる。具体的には、混合ガス中の窒素ガスの分圧を制御することによって、20at%以上、50at%以下とすることができる。バリア層26b中に含まれる窒素の比率をこのような範囲とすることで、バリア性と良好な電気特性を両立することができる。
上記のようなスパッタリングを行うことにより、窒素ガスを含有するガスのプラズマ中でAlを主成分とする金属層が堆積するので、膜中にまんべんなく窒素を含有させることができ、再現性良く容易にAl−N系合金膜を形成することができる。プラズマを利用する製膜法としては、スパッタリング法以外にもプラズマ蒸着法などを用いてもよい。
つぎに、裏面電極層26として、バリア層26b上に保護層26cとしてのAl−Cu系合金膜をスパッタリングにより形成する(図6−5)。具体的には、ターゲットとして、Alに添加元素が添加された合金ターゲット、本実施の形態ではAl−Cu合金ターゲットを用いて、不活性ガスであるアルゴン(Ar)ガスのプラズマ雰囲気下でスパッタリングを実施し、Al−Cu系合金膜を成膜する。
以上のような工程を実施することにより、図5に示す本実施の形態にかかるシリコン基板型太陽電池30を作製することができる。
上述したように、実施の形態3にかかるシリコン基板型太陽電池30の製造方法では、実施の形態2の場合と同様に反射電極層26aとバリア層26bと保護層26cとが積層されてなる裏面電極層26を形成する。
Ag膜またはAg合金膜からなる電気特性および光学特性(反射率)の良好な金属層である反射電極層26aを形成することにより、半導体基板21を通過した光を再び光電変換層側に反射させることができ、光の有効利用を図り、光電変換効率を向上させることができる。また、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cを形成することにより、裏面電極層26の耐食性を高めることができ、高い耐候性および信頼性を得ることができる。そして、反射電極層26aと保護層26cとの間に、Al膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有するバリア層26bを形成することにより、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層26aと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cと、の間にAl膜またはAl合金膜からなり窒素(N)を含有する層であるバリア層26bを挿入することにより、反射電極層26aと保護層26cとの間でのAl−Agの反応を抑止し、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。
Ag膜またはAg合金膜からなる反射電極層26aと、Al膜またはAl合金膜からなる保護層26cと、を直接積層して形成した場合には、製造時等における加熱や長時間の通電により反射電極層26aと保護層26cとの間でAl−Agの反応が起こり、またAlがAg膜中に拡散するため、反射電極層26aのAg膜またはAg合金膜の反射率の低下を招く。
しかしながら、本実施の形態にかかる裏面電極層26の形成においては、上述したように反射電極層26aと保護層26cとの間にバリア層26bを挿入する。これにより、Al−Agの反応およびAg膜中へのAl拡散を抑止し、反射電極層26aの耐候性および製造時等における耐熱性を高めることができる。これにより、砂漠や熱帯地方などの過酷な環境に太陽電池装置を設置した際の信頼性を考慮した場合に必要と考えられる、少なくとも200℃、30分の熱アニール後における90%以上の反射率を実現することができる。
また、実施の形態3にかかるシリコン基板型太陽電池30の製造方法においては、p+層(BSF)27をポイント状にし、その他の部分をパッシベーション膜31で覆うことにより半導体基板21の裏面の欠陥を補修することができ、従来のBSF効果を得られるため、より発電効率を向上することができる。
したがって、実施の形態3にかかるシリコン基板型太陽電池30の製造方法によれば、熱耐食性に優れるとともに安定した電気特性および良好な光反射特性を有する反射電極を形成するため、信頼性が高く、電気特性および光学特性に優れた太陽電池を作製することができる。
なお、いずれの実施の形態も裏面電極層の主要構成において、Ag系合金膜(反射電極層)、Al−N系合金膜(バリア層)、Al系合金膜(保護層)の3層により構成された例を示したが、比較的に発電電流が少ない場合では、Ag系合金膜、Al−N系合金膜の2層で構成された場合でも、充分に信頼性を得ることができる。
また、上記においてはバリア層26bがAl膜またはAl合金膜からなり、窒素(N)を含有するAl−N系合金膜であることを述べたが、バリア層26bがAl膜またはAl合金膜からなり、酸素(O)を含有したAl−O系合金膜や、Ti膜またはTi合金膜からなり、酸素(O)を含有したTi−O系合金膜である場合でも、同様な効果が得られる。また、バリア層26bは、これらの膜が積層されて構成されてもよい。バリア層26bは、反射電極層26aと保護層26cとに挟持されて保護層26cのアルミニウムと反射電極層26aの銀との反応を抑制する導電性の材料からなる層であればよい。
バリア層26bは、保護層26cと同じAlまたはAl合金組成として窒素(N)や酸素(O)を適量添加した層としてもよい。反応ガス(窒素や酸素)を導入した雰囲気でバリア層26bを形成した後に、不活性ガスのみまたは真空中に切り替えて同じスパッタリングターゲットや蒸発源を用いて保護層26cを成膜すると、2層を連続して形成できるので製造が容易となる。
さらに、上記においては、裏面電極層26の形成方法としてスパッタリング法を用いる場合について述べたが、裏面電極層5の形成方法は特に限定されず、塗布印刷や蒸着法などの他の方法を用いても上述した効果が得られる。
また、上述した実施の形態は、本発明の例示に過ぎず、本発明の範囲内において構成を変更することができる。
以上のように、本発明にかかる太陽電池は、信頼性が高く、また電気特性および光学特性に優れた太陽電池の実現に有用である。
1 薄膜太陽電池セル(セル)
2 透光性絶縁基板(ガラス基板)
3 透明電極層
3a 凹凸
4 光電変換層
5 裏面電極層
5a 透明導電性金属化合物層
5b 反射電極層
5c バリア層
5d 保護層
6 アンダーコート層
10 モジュール
D1 第1の溝
D2 第2の溝(接続溝)
D3 第3の溝(分離溝)
20、30 シリコン基板型太陽電池
21 半導体基板
22 p型(第1の導電型)シリコン層
22a テクスチャー構造
23 n型(第2の導電型)不純物拡散層
24 反射防止膜
25 受光面側電極
25a 銀ペースト
26 裏面電極層
26a 反射電極層
26b バリア層
26c 保護層
27 p+層
31 パッシベーション膜
32 アルミニウム層
33 アルミニウム拡散層
2 透光性絶縁基板(ガラス基板)
3 透明電極層
3a 凹凸
4 光電変換層
5 裏面電極層
5a 透明導電性金属化合物層
5b 反射電極層
5c バリア層
5d 保護層
6 アンダーコート層
10 モジュール
D1 第1の溝
D2 第2の溝(接続溝)
D3 第3の溝(分離溝)
20、30 シリコン基板型太陽電池
21 半導体基板
22 p型(第1の導電型)シリコン層
22a テクスチャー構造
23 n型(第2の導電型)不純物拡散層
24 反射防止膜
25 受光面側電極
25a 銀ペースト
26 裏面電極層
26a 反射電極層
26b バリア層
26c 保護層
27 p+層
31 パッシベーション膜
32 アルミニウム層
33 アルミニウム拡散層
Claims (10)
- 光を電気に変換する光電変換層と前記光電変換層における光入射側と反対側に設けられて前記光電変換層を通過した光を前記光電変換層側に反射させる裏面電極とを備えた太陽電池であって、
前記裏面電極は前記光電変換層側から、銀を主成分とする第1金属層と、アルミニウムを主成分とする第3金属層と、を有し、
前記第1金属層と前記第3金属層とに挟持され、アルミニウムを主成分として窒素を含有するアルミニウム膜または窒素を含有するアルミニウム合金膜からなる導電性の第2層を有し、
前記第2層の窒素の含有率が20at%以上、50at%以下であること、
を特徴とする太陽電池。 - 前記第2層の厚みが、50nm以上であること、
を特徴とする請求項1に記載の太陽電池。 - 前記第2層の比抵抗が1000μΩ・cm未満であること、
を特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池。 - 前記第3金属層の厚みが、50nm以上、300nm以下であること、
を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の太陽電池。 - 前記第3金属層はアルミニウム合金からなり、
前記第2層は前記第3金属層と同じ合金組成を有するアルミニウム合金に窒素を添加した層であり、前記アルミニウム合金が添加成分としてネオジウム、シリコン、銅、ニッケル、タンタルおよびチタンから選ばれる1種類以上の元素を含むこと、
を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の太陽電池。 - 光を電気に変換する光電変換層と前記光電変換層における光入射側と反対側に設けられて前記光電変換層を通過した光を前記光電変換層側に反射させる裏面電極とを備えた太陽電池の製造方法であって、
前記光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、
前記光電変換層における光入射側と反対側に前記裏面電極を形成する裏面電極形成工程と、
を含み、
前記裏面電極形成工程は、
前記光電変換層における光入射側と反対側に銀を主成分とする第1金属層を形成する第1金属層形成工程と、
前記第1金属層上に第2層を形成する第2層形成工程と、
前記第2層上にアルミニウムを主成分とする第3金属層を形成する第3金属層形成工程と、
を有し、
前記第2層形成工程では、前記第2層としてアルミニウムを主成分として窒素を含有するアルミニウム膜または窒素を含有するアルミニウム合金膜からなる導電性の層を形成し、前記第2層の窒素の含有率が20at%以上、50at%以下であること、
を特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記第2層形成工程では、窒素を含有するガスを供給しながらアルミニウムを主成分とするターゲットを用いたスパッタリング法により前記第2層を形成すること、
を特徴とする請求項6に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第3金属層形成工程では、前記第2層形成後に窒素を含有しない不活性ガスの雰囲気に切り替えて前記第2層の形成に使用したターゲットを用いてスパッタリング法で第3金属層を形成すること、
を特徴とする請求項7に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第2層の厚みが、50nm以上であること、
を特徴とする請求項6〜8のいずれか1つに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第2層および前記第3金属層を形成するスパッタリング法のターゲットが添加成分としてネオジウム、シリコン、銅、ニッケル、タンタルおよびチタンから選ばれる1種類以上の元素を含む合金ターゲットであること、
を特徴とする請求項8または9に記載の太陽電池の製造方法。
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