JP6599769B2 - 光電変換装置 - Google Patents
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Description
図1には、本発明の第1の実施の形態による光電変換装置としての光電変換素子10が示されている。光電変換素子10は、裏面電極型の太陽電池である。
図2A〜図2Fを参照しながら、光電変換素子10の製造方法について説明する。
光電変換素子10においては、導電層26n、26pに含まれる複数の金属結晶粒の平均結晶粒径(以下、単に平均結晶粒径と称する)を導電層26n、26pの厚みよりも大きくすることで、素子特性を向上させることができる。以下、この点について説明する。なお、熱処理等を実施して所望のサイズの金属結晶粒を成長させた後、電極22nおよび電極22pの上に、更に、導電膜を形成する場合については、所望のサイズの金属結晶粒が形成されている導電層における平均結晶粒径と当該導電層の厚みとの関係が、上記の条件を満たせばよい。
結晶粒径=2×{(結晶粒の面積)/π}1/2・・・(1)
セル抵抗={(電極22nとn型非晶質シリコン層20nとの接触抵抗)×(1+N)}+{(電極22pとp型非晶質シリコン層20pとの接触抵抗)×(1+N)/N}・・(2)
本発明の実施の形態による光電変換素子は、以下のような構成であってもよい。
図19は、本実施形態の変形例1に係る光電変換素子10Aの概略構成の一例を示す断面図である。図19に示すように、光電変換素子10Aは、光電変換素子10と比べて、電極221n、221pにおいて、導電層28nとn型非晶質シリコン層20nの間と、導電層28pとp型非晶質シリコン層20pの間に、さらに、導電層30n、30pをそれぞれ備える点で異なる。導電層30nは、導電層28nに含まれる第2金属よりも酸化されにくい第3金属を主成分とする。導電層30pは、導電層28pに含まれる第2金属よりも酸化されにくい第3金属を主成分とする。
本実施形態における光電変換素子10Aの製造方法は、例えば、以下のとおりである。
本実施の形態及び変形例1において、例えば、n型非晶質シリコン層20nに接触する電極のみが導電層28nを備えていてもよい。
本実施の形態及び変形例1において、例えば、p型非晶質シリコン層20pに接触する電極のみが導電層28pを備えていてもよい。この場合、n型非晶質シリコン層20nに接触する電極は、導電層26nのみからなる。図24に示すように、平均結晶粒径を0.5μm以上に設定すれば、n型非晶質シリコン層20nに接触する電極が導電層28nを備えていなくても、導電層26nのみを備える電極とn型非晶質シリコン層20nとの接触抵抗を熱処理がない場合に比べて著しく小さくできる。したがって、本発明の実施の形態による光電変換素子は、p型非晶質シリコン層20pに接触する電極のみが導電層28pを備える構成を採用することができる。
本実施の形態及び変形例1において、導電層28nは、例えば、それぞれ図25A、25Bに示すように、第1酸化チタン層281nと、第2酸化チタン層282nとを含んでいてもよい。第1酸化チタン層281nは、導電層26nに接して形成される。第2酸化チタン層282nは、第1酸化チタン層281n及びn型非晶質シリコン層20nに接して形成される。第2酸化チタン層282nは、第1酸化チタン層281nよりも酸素含有量が少ない。このような構成であっても、目的とする効果は得られる。尚、第2酸化チタン層282nは、酸素を含まない層であってもよい。
本実施の形態及び変形例1において、導電層28nは、例えば、それぞれ図26A、26Bに示すように、第1酸化チタン層281nと、第2酸化チタン層282nと、第3酸化チタン層283nとを含む。第1酸化チタン層281nは、導電層26nに接して形成される。第2酸化チタン層282nは、n型非晶質シリコン層20nに接して形成される。第3酸化チタン層283nは、第1酸化チタン層281n及び第2酸化チタン層283nに接して形成される。第3酸化チタン層283nは、第1酸化チタン層281n及び第2酸化チタン層282nよりも酸素含有量が少ない。このような構成であっても、目的とする効果は得られる。尚、第3酸化チタン層は、酸素を含まない層であってもよい。
図27Aは、本実施の形態の変形例6に係る光電変換素子10Bの概略構成の一例を示す断面図である。図27Aに示すように、光電変換素子10Bは、光電変換素子10と比べて、真性非晶質シリコン層18を備えていない。
図28Aは、本実施の形態の変形例7に係る光電変換素子10Cの概略構成の一例を示す断面図である。図28Aに示すように、光電変換素子10Cは、光電変換素子10と比べて、真性非晶質シリコン層19を備えていない。
図29Aは、本実施の形態の変形例8に係る光電変換素子10Dの概略構成の一例を示す断面図である。図29Aに示すように、光電変換素子10Dは、光電変換素子10と比べて、真性非晶質シリコン層18、19を備えていない。
変形例1において、n型非晶質シリコン層20nと導電層30nの間と、p型非晶質シリコン層20pと導電層30pの間とのうち少なくとも一方に、導電層30n、30pの主成分金属よりも酸化されやすい金属元素(例えばチタン等)を含む導電層をそれぞれ設けてもよい。この場合、n型非晶質シリコン20nと、導電層30nの酸化、及びp型非晶質シリコン20pと導電層30pの酸化が更に抑制され、接触抵抗が小さくなり、光電変換効率を向上させることができる。なお、チタンの代わりに、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、亜鉛、タンタル、マンガン、アルミニウム、マグネシウム、セリウム、ニオブ、モリブデン及びタングステンのいずれか1つ以上の金属を用いてもよい。
図30は、本発明の第2の実施の形態による光電変換素子50の構成を示す断面図である。光電変換素子50は、シリコン基板52と、非晶質膜54と、非晶質膜56と、電極58と、絶縁膜60と、電極62とを含む。
図31A〜図31Gを参照しながら、光電変換素子50の製造方法について説明する。
図32は、本実施の形態の変形例1に係る光電変換装置50Aの構成を示す断面図である。光電変換装置50Aは、電極58及び電極62に代えて、電極582及び電極622を備える点で光電変換装置50と異なる。電極582及び電極622のそれぞれは、導電層58A、62A、及び導電層58B、62Bに加えて、導電層58C、62Cを備える。導電層58Cは導電層58Aに含まれる第2金属よりも酸化されにくい金属の一例として、例えば銀を主成分として含む。導電層62Cは、導電層62Aに含まれる第2金属よりも酸化されにくい金属の一例として、例えば銀を主成分として含む。導電層58C、62Cの厚みは、例えば、50〜1000nmである。
光電変換装置50Aの製造方法は、以下の通りである。まず光電変換素子10と同様に図31Eまでの工程を実施して非晶質膜54上に非晶質膜56を形成する。
図34Aは、本実施の形態の変形例2に係る光電変換素子50Bの概略構成を示す断面図である。光電変換素子50Bは、光電変換素子50と比べて、非晶質膜54の代わりに、非晶質膜70及び非晶質膜72を備える。また、光電変換素子50Bは、光電変換素子50と比べて、電極58の代わりに、電極76を備える。
図35は、本発明の第3の実施の形態による光電変換素子80の概略構成を示す断面図である。光電変換素子80は、光電変換素子50(図30参照)のシリコン基板52をシリコン基板82に代え、絶縁膜60を非晶質膜84、86に代え、電極62を電極88に代えたものである。その他は、光電変換素子50と同じである。
図36A〜36Fを参照しながら、光電変換素子80の製造方法について説明する。
図38Aは、本実施の形態の変形例1に係る光電変換素子80Aの概略構成を示す断面図である。光電変換素子80Aは、光電変換素子80と比べて、非晶質膜54の代わりに、非晶質膜70及び非晶質膜72を備える。非晶質膜84の代わりに、非晶質膜94及び非晶質膜96を備える。電極58の代わりに、電極76を備える。電極88の代わりに、電極98を備える。非晶質膜70、非晶質膜72、非晶質膜56、電極76、導電層76A、導電層76Bに関する説明は、第2の実施の形態の変形例2と同様である。
図39Aは、第3の実施の形態の変形例2に係る光電変換素子80Bの概略構成を示す縦断面図である。光電変換素子80Bは、光電変換素子80と比べて、非晶質膜54の代わりに、非晶質膜70及び非晶質膜72を備える。電極58の代わりに、電極76を備える。
図40は、本発明の実施の形態に係る光電変換素子100の概略構成を示す断面図である。光電変換素子100は、シリコン基板101、絶縁層105、絶縁層106、絶縁層107、電極110n、及び電極110pを備える。
図41A〜41Eを参照しながら、光電変換素子100の製造方法について説明する。図41Aに示すように、シリコン基板101表面に、例えばイオン注入法を用いて、P、As等のドナー不純物をイオン注入することにより、シリコン基板101表面にn型拡散層102を形成する。
図42は、本発明の実施の形態に係る光電変換素子200の概略構成を示す断面図である。光電変換素子200は、シリコン基板201、非晶質膜202、非晶質膜203、非晶質膜204、非晶質膜205、導電性金属酸化物層206,207、及び電極208,209を含む。
図43A〜43Dを参照しながら、光電変換素子200の製造方法について説明する。尚、図示していないが、シリコン基板201の表面(受光面、または、受光面および裏面の両面)にはテクスチャ構造を形成しておいても良い。
図45は、本発明の実施の形態による光電変換素子を備える光電変換モジュールの構成を示す概略図である。図33を参照して、光電変換モジュール1000は、複数の光電変換素子1001と、カバー1002と、出力端子1003,1004とを備える。
図46は、この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。図46を参照して、太陽光発電システム1100は、光電変換モジュールアレイ1101と、接続箱1102と、パワーコンディショナー1103と、分電盤1104と、電力メーター1105とを備える。
図48は、この実施の形態による光電変換素子を備える太陽光発電システムの構成を示す概略図である。図48を参照して、太陽光発電システム1200は、サブシステム1201〜120n(nは2以上の整数)と、パワーコンディショナー1211〜121nと、変圧器1221とを備える。太陽光発電システム1200は、図46に示す太陽光発電システム1100よりも規模が大きい太陽光発電システムである。
Claims (14)
- 半導体基板と、
第1導電型を有する第1半導体層と、
前記第1導電型とは反対の第2導電型の第2半導体層と、
前記第1半導体層上に形成された第1電極と、
前記第2半導体層上に形成された第2電極とを備え、
前記第1電極は、
第1導電層と、
前記第1導電層に接して形成された第2導電層とを含み、
前記第1導電層は、第1金属を主成分として含み、
前記第2導電層は、前記第1金属よりも酸化されやすい第2金属を含み、
前記第2導電層は、前記第1導電層と前記第1半導体層との間に配置され、
前記第1電極は、さらに、前記第1半導体層と前記第2導電層との間に形成された第3導電層を含み、
前記第3導電層は、前記第2金属よりも酸化されにくい第3金属を主成分として含む、光電変換装置。 - 請求項1に記載の光電変換装置であって、
前記第1電極は、さらに、前記第1半導体層と前記第3導電層とに接して形成された第4導電層を含み、
前記第4導電層は、前記第3金属よりも酸化されやすい第4金属を含む、光電変換装置。 - 請求項2に記載の光電変換装置であって、
前記第4導電層は、酸素原子を含む、光電変換装置。 - 請求項3に記載の光電変換装置であって、
前記第4導電層中における前記酸素原子の最大濃度は、前記第4導電層の膜厚方向の中央よりも、前記半導体基板とは反対側にある、光電変換装置。 - 請求項2〜4の何れか1項に記載の光電変換装置であって、
前記第4金属は、前記第1半導体層の主成分元素よりも酸化されやすい、光電変換装置。 - 請求項1〜5の何れか1項に記載の光電変換装置であって、
前記第2導電層は、酸素原子を含む、光電変換装置。 - 請求項6に記載の光電変換装置であって、
前記第2導電層中における前記酸素原子の最大濃度は、前記第2導電層の膜厚方向の中央よりも、前記半導体基板とは反対側にある、光電変換装置。 - 請求項1〜7の何れか1項に記載の光電変換装置であって、
前記第2金属は、前記第1半導体層の主成分元素よりも酸化されやすい、光電変換装置。 - 半導体基板と、
第1導電型を有する第1半導体層と、
前記第1導電型とは反対の第2導電型の第2半導体層と、
前記第1半導体層上に形成された第1電極と、
前記第2半導体層上に形成された第2電極とを備え、
前記第1電極は、
第1導電層と、
前記第1導電層に接して形成された第2導電層とを含み、
前記第1導電層は、第1金属を主成分として含み、
前記第2導電層は、前記第1半導体層と前記第1導電層との間に配置され、前記第1金属よりも酸化されやすい第2金属の単体、および前記第2金属の酸化物のうちの前記第2金属の単体を少なくとも含む金属層であり、
前記第1半導体層は、非晶質半導体を含み、
前記第1半導体層の主成分元素は、シリコンであり、
前記第1金属は、銀、白金及び金の何れかであり、
前記第2金属は、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、亜鉛、タンタル、マンガン、チタン、アルミニウム、マグネシウム、セリウム、ニオブ、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも1つである、光電変換装置。 - 請求項1に記載の光電変換装置であって、
前記第1半導体層の主成分元素は、シリコンであり、
前記第1金属は、銀、白金及び金の何れかであり、
前記第2金属は、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、亜鉛、タンタル、マンガン、チタン、アルミニウム、マグネシウム、セリウム、ニオブ、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも1つであり、
前記第3金属は、銀、白金及び金の何れかである、光電変換装置。 - 請求項2〜5のいずれか1項に記載の光電変換装置であって、
前記第1半導体層の主成分元素は、シリコンであり、
前記第1金属は、銀、白金及び金の何れかであり、
前記第2金属は、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、亜鉛、タンタル、マンガン、チタン、アルミニウム、マグネシウム、セリウム、ニオブ、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも1つであり、
前記第3金属は、銀、白金及び金の何れかであり、
前記第4金属は、ニッケル、コバルト、鉄、クロム、亜鉛、タンタル、マンガン、チタン、アルミニウム、マグネシウム、セリウム、ニオブ、モリブデン及びタングステンのうちの少なくとも1つである、光電変換装置。 - 請求項1〜11の何れか1項に記載の光電変換装置であって、前記第1導電層は、さらに、錫を含む、光電変換装置。
- 請求項9に記載の光電変換装置であって、
前記第2導電層の膜厚は、前記第1導電層の膜厚よりも薄い、光電変換装置。 - 請求項9に記載の光電変換装置であって、
前記第2導電層は、更に、酸素原子を含み、
前記第2導電層中における前記酸素原子の最大濃度は、前記第2導電層の膜厚方向の中央よりも、前記半導体基板とは反対側にある、光電変換装置。
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