WO2015098426A1 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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久保　征治
斉藤　忠
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久保　征治
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Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion device and a solar cell including the photoelectric conversion device, and more particularly to a solar cell using a crystalline semiconductor such as single crystal silicon and / or polycrystalline silicon and a method for manufacturing the solar cell.
  • a crystalline semiconductor such as single crystal silicon and / or polycrystalline silicon
  • Patent Document 1 discloses a technique for providing a solar cell with excellent carrier extraction efficiency and improved characteristics.
  • this solar cell minority carriers are extracted from both sides of the crystalline semiconductor layer out of photogenerated carriers generated in the crystalline semiconductor layer upon incidence of light.
  • the solar cell is a solar cell including a first semiconductor layer having another conductivity type on the light incident surface side of a crystal semiconductor layer having one conductivity type, and the light transmission of the crystal semiconductor layer is performed.
  • a second semiconductor layer having another conductivity type is provided on the surface side.
  • an object of the present invention is to provide a solar cell in which circumstances that hinder the improvement of photoelectric conversion efficiency are reduced.
  • the solar cell of the present invention is A first conductivity type semiconductor substrate; A first semiconductor layer of a second conductivity type that is formed on the light transmission surface of the semiconductor substrate and collects photogenerated carriers based on medium-long wavelength solar radiation; A photogenerated carrier that is formed on the light incident surface of the semiconductor substrate and collects photogenerated carriers based on short-wavelength sunlight and does not reach the first semiconductor layer among the photogenerated carriers based on the medium-long wavelength sunlight. And a second semiconductor layer of a second conductivity type for collecting The impurity concentration of the second semiconductor layer is approximately one digit greater than the impurity concentration of the first semiconductor layer.
  • the impurity concentration of the second semiconductor layer is approximately one digit or more larger than the impurity concentration of the first semiconductor layer, the built-in potential between the semiconductor substrate and the first semiconductor layer, A difference of about 60 mV or more can be made between the built-in potential and the second semiconductor layer. As a result, almost 90% or more of the photogenerated carriers can be extracted from the first semiconductor layer.
  • the first semiconductor layer is formed so as to be in contact with the entire surface, since a decrease in open circuit voltage on the light transmission surface of the semiconductor substrate can be prevented.
  • the manufacturing process can be simplified, and thus there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced.
  • the semiconductor substrate has the first semiconductor layer and the second semiconductor layer except for a formation portion of a first conductivity type semiconductor layer connected to an electrode for extracting an electrical signal based on carriers collected in the first semiconductor layer. It is good to be covered with a semiconductor layer. Even on the side surface of the semiconductor substrate, photogenerated carriers that do not reach the first semiconductor layer can be collected, so that recombination of the photogenerated carriers can be further prevented.
  • the value of the current output from the first semiconductor layer may be larger than the value of the current output from the second semiconductor layer.
  • the method for producing the solar cell of the present invention comprises: Forming a second conductivity type first semiconductor layer that collects carriers generated based on medium-long wavelength solar rays on a light transmission surface of the first conductivity type semiconductor substrate; First, a carrier that collects carriers generated on the light incident surface of the semiconductor substrate based on short-wavelength sunlight and collects carriers that do not reach the first semiconductor layer among the carriers generated based on the medium-long wavelength sunlight.
  • Forming a second conductivity type second semiconductor layer Increasing the impurity concentration of the second semiconductor layer by approximately one digit or more compared to the impurity concentration of the first semiconductor layer; including.
  • the second semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate, photogenerated carriers that do not reach the first semiconductor layer can be collected in the second semiconductor layer. Recombination can be prevented.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a broken line A in FIGS. 1 and 2. It is a manufacturing-process figure of the photovoltaic cell 100 shown in FIG. It is typical sectional drawing of the photovoltaic cell 100 of Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view seen from the light incident surface side of a solar battery cell 100 constituting the solar battery of Embodiment 1 of the present invention.
  • the solar cell 100 includes a single crystal N-type semiconductor substrate 101, a bus bar wiring 170, a light incident surface main bus bar 174, and side electrodes 173, which will be described below.
  • the solar cell 100 may have a length in the X direction and the Y direction of about 150 mm to 160 mm and a thickness of about 150 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the single crystal N-type semiconductor substrate 101 has a specific resistance of, for example, 0.1 ⁇ ⁇ cm to 1 ⁇ ⁇ cm, a thickness of, for example, 150 ⁇ m to 200 ⁇ m, and an impurity concentration of 10 17 cm ⁇ 3 to 6 ⁇ 10 6. 16 cm ⁇ 3 .
  • a polycrystalline N-type semiconductor substrate may be used in place of the single-crystal N-type semiconductor substrate 101, and the single-crystal or polycrystalline P-type is obtained by reversing the conductivity type of the semiconductor described below.
  • a semiconductor substrate may be used.
  • the thickness of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 is relatively thin, and this also contributes to preventing recombination of photogenerated carriers, so that the photoelectric conversion efficiency can be improved. it can.
  • the bus bar wiring 170 is a wiring formed on the light incident surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 along the Y direction.
  • a total of 12 bus bar wirings 170 are schematically shown, but in actuality, about 1000 wirings are formed.
  • the number of bus bar wirings 170 may be larger or smaller than this.
  • the bus bar wiring 170 has an electrode length of about 75 mm, an electrode width of about 3 ⁇ m, and a thickness of about 3 ⁇ m. In the case of this condition, the aperture ratio of the solar battery cell 100 is about 99%.
  • a material having a specific resistance of about 2.5 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ ⁇ cm to 3.0 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ ⁇ cm may be selected.
  • a pitch 175 between the bus bar wirings 170 can be about 300 ⁇ m.
  • the light incident surface main bus bar 174 is formed along the X direction, and each bus bar wiring 170 is connected thereto.
  • the size of the light incident surface main bus bar 174 may be, for example, a width of about 150 mm, a length of about 20 ⁇ m, and a thickness of about 3 ⁇ m.
  • the side electrode 173 is formed on the side surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and is connected to the light incident surface main bus bar 174 and a second electrode 172 (FIG. 2) described later.
  • the size of the side electrode 173 is, for example, that the length in the X direction is about 150 mm, the length in the Z direction (not shown) orthogonal to the X direction and the Y direction is about 150 ⁇ m to 200 ⁇ m, and the thickness is about 3 ⁇ m. Can be adopted.
  • the wiring resistance of the light incident surface main bus bar 174 is negligible compared to the bus bar wiring 170.
  • the resistance value of the entrance surface main bus bar 174 is about 250 m ⁇ .
  • FIG. 2 is a schematic perspective view seen from the light transmitting surface side which is the back surface side of FIG. 2 shows a first electrode 171 and a second electrode 172 described below in addition to the portion shown in FIG.
  • the first electrode 171 is connected to an N + type semiconductor layer 143 (FIG. 3), which will be described later, and takes out an electrical signal based on the photogenerated carriers generated by the solar rays 130 through the N + type semiconductor layer 143. Electrode.
  • the first electrode 171 includes, for example, a shaft portion whose central portion extends in the Y direction and a plurality of comb-like portions that integrally extend in the X direction orthogonal to the shaft portion.
  • the material of the first electrode 171 is not limited to this, but can be made of, for example, aluminum, and the thickness thereof may be about 10 ⁇ m.
  • the second electrode 172 is connected to a P-type first semiconductor layer 102A (FIG. 3), which will be described later, and takes out an electrical signal based on the photogenerated carriers generated by the solar rays 130 through the P-type first semiconductor layer 102A. Electrode.
  • the second electrode 172 is formed around the first electrode 171 with a predetermined inter-electrode gap of, for example, 10 ⁇ m.
  • the second electrode 172 is not limited to this, but can be made of, for example, aluminum, and the thickness thereof can be about 10 ⁇ m.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the broken line A in FIGS. 1 and 2. 3 includes, in addition to the portion shown in FIG. 1 or FIG. 2, a P-type first semiconductor layer 102A, a P-type second semiconductor layer 102B, an N + -type semiconductor layer 143, and an anti-reflection described below. A film 31 and an oxide film 32 are shown.
  • the P-type first semiconductor layer 102 ⁇ / b > A is formed in a region excluding the N + -type semiconductor layer 143 on the light transmission surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101.
  • the P-type first semiconductor layer 102 ⁇ / b> A together with the single crystal N-type semiconductor substrate 101, generates photogenerated carriers mainly based on medium-long wavelength light rays among the solar rays 130.
  • the P-type first semiconductor layer 102A may have a sheet resistance of, for example, 10 ⁇ / ⁇ to 200 ⁇ / ⁇ , and an impurity concentration of, for example, 10 20 cm ⁇ 3 to 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the P-type first semiconductor layer 102 ⁇ / b> A may be formed by a manufacturing process described later, but instead, a groove is formed in the single-crystal N-type semiconductor substrate 101 or the single-crystal N-type semiconductor substrate 101 is formed.
  • a solar cell semiconductor substrate having a thickness substantially equal to 200 ⁇ m is prepared, and is divided into X and Y directions as appropriate to form a microcell structure, and a wall-like groove is formed on the side surface between the microcells. You may form with the 2nd electrode 172 in the said groove
  • the P-type second semiconductor layer 102B is formed so as to cover the light incident surface and the side surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101. Note that, from the viewpoint of preventing recombination of photogenerated carriers, the P-type second semiconductor layer 102B is required to be formed so as to cover even the side surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 having a small area. However, according to the manufacturing process described later, the side surfaces are also integrally covered.
  • the P-type second semiconductor layer 102 ⁇ / b> B together with the single crystal N-type semiconductor substrate 101, generates photogenerated carriers mainly by short-wavelength sunlight among the sunlight 130.
  • the P-type second semiconductor layer 102B has a sheet resistance of, for example, 100 ⁇ / ⁇ , an impurity concentration of, for example, 10 20 cm ⁇ 3 to 10 18 cm ⁇ 3 , and a thickness of, for example, a wavelength ⁇ of 0 in the solar radiation 100.
  • the conditions may be such that photogenerated carriers can be generated on the basis of solar rays of .45 ⁇ m or less, and further 0.3 ⁇ m or less.
  • the condition that the wavelength ⁇ is 0.45 ⁇ m or less is that the number of photons that generate photogenerated carriers in the entire solar beam 130 is approximately 5% to 10% of the total number of photons.
  • the condition of 3 ⁇ m or less is synonymous with the fact that the number of photons that generate photogenerated carriers in the entire solar ray 130 is approximately 0% of the total number of photons.
  • the P-type second semiconductor layer 102B or the P-type is formed on the surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101, except for the formation location of the N + -type semiconductor layer 143 corresponding to the first electrode 171.
  • the first semiconductor layer 102A is formed over the entire surface.
  • the built-in potential of the PN junction on the light incident surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and the P-type second semiconductor layer 102B is expressed as the light generated by the single-crystal N-type semiconductor substrate 101 and the P-type first semiconductor layer 102A. This is the same as the built-in potential of the PN junction on the transmission surface side.
  • Each built-in potential may be adjusted by adjusting the impurity concentration of the P-type second semiconductor layer 102B and the P-type first semiconductor layer 102A with respect to the single crystal N-type semiconductor substrate 101. Specifically, since the built-in potential is proportional to the acceptor concentrations of the P-type second semiconductor layer 102B and the P-type first semiconductor layer 102A, these concentrations may be the same.
  • the N + type semiconductor layer 143 is a semiconductor layer that is provided on the light transmission side and that extracts an electric signal connected to the first electrode 171.
  • the impurity concentration of the N + type semiconductor layer 143 may be, for example, 3 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 to 3 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • FIG. 3 shows a stripe shape as the shape of the P-type first semiconductor layer 102A and the N + -type semiconductor layer 143, but instead of this, a grid shape or one of them is a dot shape.
  • the area ratio of the N + type semiconductor layer 143 to the P type first semiconductor layer 102A may be reduced to, for example, about 10%.
  • the antireflection film 31 is on the light incident surface side of the P-type second semiconductor layer 102 ⁇ / b> B and is formed between the bus bar wires 170.
  • the antireflection film 31 is not limited to this, but a nitride film (SiN) or the like can be used.
  • the shape of the antireflection film 31 is simplified, but actually, for example, a texture structure having an inverted pyramid shape is used.
  • the oxide film 32 is a passivation film provided on the light transmission surface side in order to suppress a recombination current on the light transmission surface.
  • FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the solar battery cell 100 shown in FIG.
  • anisotropic etching is performed by immersing at least the light incident surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 in an alkaline solution (for example, KOH solution).
  • an inverted pyramid-shaped texture structure (not shown) is formed on at least the light incident surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 under the condition that the base is about 30 ⁇ m and the height is about 20 ⁇ m, for example (step S1). ).
  • step S2 phosphorus glass is applied to the back surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 to form a phosphorus glass layer 231. Then, other portions are removed in such a manner that a necessary portion of the phosphor glass is left by photolithography (step S2).
  • the single crystal N-type semiconductor substrate 101 is heat-treated at a temperature of about 900 ° C., for example, in a boron atmosphere.
  • the heat treatment time may be set such that the amount of boron deposited on the single crystal N-type semiconductor substrate 101 is, for example, about 10 20 cm ⁇ 3 .
  • boron diffuses into the single crystal N-type semiconductor substrate 101 in such a manner that the sheet resistance becomes 100 ⁇ / ⁇ when the diffusion depth is about 0.1 ⁇ m.
  • a P-type semiconductor layer 102 region to be the P-type first semiconductor layer 102A and the P-type second semiconductor layer 102B is formed in the single-crystal N-type semiconductor substrate 101, and the single-crystal N-type semiconductor substrate 101
  • the entire surface is covered with a boron glass layer 232.
  • the boron glass layer 232 is not shown in a laminated state on the surface of the phosphorus glass layer 231, but actually, the boron glass layer 232 is slightly on the surface of the phosphorus glass layer 231. Becomes a laminated state.
  • phosphorus in the phosphorus glass layer 231 applied in step S3 diffuses into the single crystal N type semiconductor substrate 101, and an N + type semiconductor layer 143 is formed in the single crystal N type semiconductor substrate 101 ( Step S3).
  • the single crystal N-type semiconductor substrate 101 is heat-treated at a temperature of about 950 ° C., for example, in an oxidizing atmosphere.
  • the heat treatment time may be sufficient to replace the boron glass layer 232 with the oxide film 32 (step S4).
  • the antireflection film 31 is formed by, for example, a low temperature CVD method ( Step S5).
  • the bus bar wiring 170 is formed on the light incident surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101, and the first electrode 171 and the second electrode 172 are formed on the light transmission surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101, respectively. Therefore, openings 251 are formed at the corresponding positions of the antireflection film 31 on the light incident surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and the corresponding positions of the oxide film 32 and the phosphorous glass layer 231 on the light transmission surface side, respectively. (Step S6).
  • liquid phase aluminum is deposited on the surface of the antireflection film 31 on the light incident surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and the surface of the oxide film 32 and the phosphor glass layer 231 on the light transmission surface side.
  • heat treatment is performed at a temperature of about 800 ° C.
  • aluminum is sputtered or vapor-deposited so that the light incident surface has a thickness of about 3 ⁇ m and the light transmission surface has a thickness of about 10 ⁇ m, and then exposed using a photolithography method or the like. This exposure is preferably double-sided exposure of the light incident surface and the light transmission surface.
  • the aluminum except for the portions to become the bus bar wiring 17, the first electrode 171 and the second electrode 172 is removed by wet etching using a required chemical or dry etching chemical etching.
  • the bus bar wiring 170, the first electrode 171 and the second electrode 172 may be formed using a paste method instead of the above method (step S7).
  • the side electrode 173 is formed by spraying aluminum toward the side surfaces.
  • the light incident surface main bus bar 174 can also be formed integrally, and further, the connection between the light incident surface main bus bar 174 and each bus bar wiring 170 and the connection between the side electrode 173 and the second electrode 172. Is also possible.
  • a metal paste such as an aluminum paste may be employed, metal vapor deposition (including sputtering) may be employed, or a plating method may be employed. May be.
  • an electric signal can be taken out from the bus bar wiring 170 and the light incident surface main bus bar 174 connected thereto.
  • the sunlight rays 130 incident on the solar battery cell 100 the sunlight rays having a wavelength ⁇ of 0.45 ⁇ m or more, that is, the medium-long wavelength sunlight rays, are emitted from the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and P.
  • the PN junction of the light transmission surface with the first semiconductor layer 102A photogenerated carriers based on the sunlight are generated.
  • the holes generated by the incidence of the sunlight 130 on the solar battery cell 100 only need to reach one of the depletion layers formed in the vicinity of each of the PN junctions. It's short. For this reason, in this embodiment, as described above, the thickness of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 can be relatively reduced. If the hole diffusion length is short, the recombination of photogenerated carriers can be reduced, so that the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell 100 is improved.
  • the fact that the recombination of the photogenerated carriers can be reduced means that the electric signal based on the photogenerated carriers before the recombination can be taken out from the light incident surface main bus bar 174. Since it can add to the output of the whole photovoltaic cell 100, it leads to the improvement of the photoelectric conversion efficiency of the whole photovoltaic cell 100.
  • the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell 100 of the present embodiment will be simulated from the viewpoint of voltage drop (IR drop).
  • the current related to the PN junction on the light incident surface side between the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and the P-type second semiconductor layer 102B is 200 mA
  • the single-crystal N-type semiconductor substrate 101 and the P-type first semiconductor layer 102A Assume that there is 12 A of current related to the PN junction on the transmission surface side.
  • the IR drop in the single crystal N-type semiconductor substrate 101 is about 66 mV ( ⁇ 5.4 m ⁇ ⁇ 12.2 A).
  • the electric current based on the short wavelength light among the solar rays 130 incident on the solar battery cell 100 is a single crystal N type.
  • the total voltage drop received when passing through the PN junction on the light incident surface side of the semiconductor substrate 101 and the P-type second semiconductor layer 102B, the bus bar wiring 170, the light incident surface main bus bar 174, and the side electrode 173 is about 126 mV ( ⁇ 66 mV + 57.4 mV).
  • the solar battery cell 100 of the present embodiment forms an electric signal based on a medium-long wavelength solar beam by forming the P-type first semiconductor layer 102A, and also the P-type second semiconductor layer 102B.
  • the solar battery cell 100 of the present embodiment forms an electric signal based on a medium-long wavelength solar beam by forming the P-type first semiconductor layer 102A, and also the P-type second semiconductor layer 102B.
  • the opening ratio of the photovoltaic cell 100 is changed by changing the size into about 10 ⁇ m in width, about 10 ⁇ m in thickness, about 75 mm in length, and changing the number to 3,000. If it is changed to about 90% and other conditions are the same as above, the photoelectric conversion efficiency will be improved to about 46.2%.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the solar battery cell 100 according to Embodiment 2 of the present invention, and corresponds to FIG.
  • the solar battery cell 100 shown in FIG. 5 is of a type in which the bus bar wiring 170, the light incident surface main bus bar 174, and the side electrode 173 shown in FIG. 3 are not provided.
  • the same parts as those shown in FIG. 1 are not provided.
  • the sheet resistance value of the P-type second semiconductor layer 102B is between the P-type second semiconductor layer 102B and the single crystal N-type semiconductor substrate 101. This defines the upper limit value of the electrical signal generated at the PN junction on the light incident surface side.
  • the upper limit value should be as large as possible.
  • the sheet resistance value of the P-type second semiconductor layer 102B is 1 ⁇ / ⁇ or more.
  • An electrical signal generated at the PN junction on the light incident surface side between the second semiconductor layer 102B and the single crystal N type semiconductor substrate 101 is a light transmission surface between the P type first semiconductor layer 102A and the single crystal N type semiconductor substrate 101. It is always smaller (including zero) than the electrical signal generated at the side PN junction.
  • the electrical signal beyond that is P-type first. It is obtained by a PN junction on the light transmission surface side of the semiconductor layer 102A and the single crystal N-type semiconductor substrate 101. Specifically, in the case of the solar battery manufactured under the above and the following conditions, the total generation 99.9% or more of the current can be obtained from the PN junction on the light transmission surface side between the P-type first semiconductor layer 102A and the single crystal N-type semiconductor substrate 101.
  • the P-type second semiconductor layer 102B can be formed by, for example, an ion implantation method.
  • boron is selected as an impurity, and the diffusion depth thereof is the same as that of the first embodiment, for example, about 0.1 ⁇ m. be able to.
  • the P-type second semiconductor layer 102B and the P-type first semiconductor layer 102A covering the side surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 can be formed by, for example, a diffusion method from a liquid phase.
  • a diffusion method from a liquid phase aluminum or a multilayer structure of aluminum and boron is selected as an impurity, and each diffusion depth can be set to 0.5 ⁇ m, for example.
  • the P-type first semiconductor layer 102A and the single-crystal N-type semiconductor substrate 101 can collect the photogenerated carriers based on the majority of photons in the solar spectrum by the PN junction on the light transmission surface side of the P-type first semiconductor layer 102A.
  • the manufacturing methods, impurity concentrations, and diffusion depths of the two semiconductor layers 102B and the P-type first semiconductor layer 102A are not limited to those described above.
  • doping from a solid or liquid impurity source or a gas gas impurity source is employed instead of the ion implantation method, or both the P-type second semiconductor layer 102B and the P-type first semiconductor layer 102A are made of only boron. Is selected as an impurity, and each diffusion depth can be set to 0.2 ⁇ m, for example.
  • the P-type second semiconductor layer 102B that covers the side surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 in the P-type second semiconductor layer 102B. There are also advantages to keep.
  • the solar cell 100 of the present embodiment is not provided with the bus bar wiring 170, the light incident surface main bus bar 174, and the side surface electrode 173, and thus the P-type second semiconductor layer.
  • the current based on the carrier that has reached 102B must be taken out of the solar battery cell 100.
  • a measure such as connecting the P-type second semiconductor layer 102B to a plus power source can be considered. If the P-type semiconductor layer 102B is provided, this functions as a path that flows through the P-type second semiconductor layer 102B, so that there is an advantage that a positive power supply connection or the like is not necessary.
  • the built-in potential of the PN junction on the light incident surface side between the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and the P-type second semiconductor layer 102B is expressed by the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and the P-type first semiconductor. It is set higher than the built-in potential of the PN junction on the light transmission surface side with the layer 102A.
  • a concentration gradient in which the ion concentration of the semiconductor substrate 101 is increased from the central portion of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 toward the bonding direction may be provided.
  • phosphorus or antimony is deposited prior to the treatment in the boron atmosphere, so that the concentration is higher than that of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 (for example, N layers of 10 17 cm ⁇ 3 to 10 18 cm ⁇ 3 ) can be formed inside the boron layer in the single crystal N-type semiconductor substrate 101.
  • the measure of providing a concentration gradient can also be employed when both built-in potentials are made similar in the solar cell 100 of the first embodiment.
  • the acceptor concentration of the P-type second semiconductor layer 102B is increased by about two digits compared to the acceptor concentration of the P-type first semiconductor layer 102A, a difference of about 120 mV occurs in the built-in potential.
  • the acceptor concentration of the P-type second semiconductor layer 102B is, for example, 10 20 cm ⁇ 3
  • the acceptor concentration of the P-type first semiconductor layer 102A is, for example, 10 18 cm ⁇ 3
  • the donor of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 For example, the concentration may be 10 16 cm ⁇ 3 .
  • the impurity concentration in this specification refers to an average concentration in a semiconductor layer containing impurities.
  • the acceptor concentration of the P-type second semiconductor layer 102B is smaller than the acceptor concentration of the P-type first semiconductor layer 102A, the minority carrier electrons generated in the single crystal N-type semiconductor substrate 101 are opposite to each other.
  • the light flows from the PN junction on the light incident surface having a low barrier over the barrier, and if both the acceptor concentrations are equal, the light moves toward the PN junction corresponding to the wavelength of the optical spectrum. .
  • the solar cell 100 of this embodiment has a simpler structure than that of the first embodiment, the manufacturing cost is reduced, but the open voltage of the PN junction on the light transmission surface is reduced to the embodiment. A value equivalent to that of 1 can be used. As a result, the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell 100 of this embodiment is about 37.8%.
  • the single crystal N-type semiconductor substrate 101 shown in step S1 has a specific resistance of, for example, 1 ⁇ ⁇ cm to 10 ⁇ ⁇ cm, and an impurity concentration of 5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3 . .
  • step S2 an oxide film is first formed on the entire surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 by, for example, a heat treatment method. Thereafter, only the oxide film on the back surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 is removed. Then, for example, phosphor glass is first applied to the back surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 to form a phosphor glass layer 231. Further, in order to inject boron in addition to the purpose of injecting phosphorus into the back surface of the single crystal N-type semiconductor substrate 101, for example, a boron glass layer is formed so as to overlap with the phosphorus glass layer 231 by a coating method.
  • the heat treatment time performed in step S3 may be set such that the impurity concentration of boron in the single crystal N-type semiconductor substrate 101 is, for example, about 10 18 cm ⁇ 3 and the thickness is about 0.5 ⁇ m.
  • the sheet resistance is diffused in such a manner that the sheet resistance becomes 100 ⁇ / ⁇ .
  • a region to be the P-type first semiconductor layer 102 ⁇ / b> A is formed in the single crystal N-type semiconductor substrate 101.
  • the deposition amount of phosphorus from the phosphorus glass layer 231 is, for example, 3 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 to 10 18 cm ⁇ 3 , the diffusion depth (thickness) is almost the same as that of the P-type first semiconductor layer 102A.
  • N + -type semiconductor layer 143 having the above structure is formed.
  • a gas phase, a liquid phase diffusion method, an ion implantation method, and a coating diffusion method from boron bromide BBr3 can be used in addition to the above-described examples.
  • the boron glass layer 232 is not formed in the implementation stage of step S3.
  • step S4 the oxide film on the light incident surface and the side surface of the semiconductor substrate 101 is removed from the oxide film formed in step S2. Then, the single crystal N-type semiconductor substrate 101 is heat-treated at a temperature of about 950 ° C., for example, by vaporizing boron bromide and in an oxygen atmosphere. The heat treatment time is set so that the second P-type semiconductor layer is formed with a thickness of about 0.1 ⁇ m and an impurity concentration of 10 19 cm ⁇ 3 . At this time, the boron glass layer 232 is also formed on the light incident surface and the side surface of the semiconductor substrate 101.
  • step S5 after removing the boron glass layer 232 on the light incident surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 or without removing the boron glass layer 232, the antireflection film 31 is formed by, for example, a low temperature CVD method. Will form.
  • step S6 the corresponding position of the antireflection film 31 on the light incident surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101, and the response when the phosphor glass layer 231 and the boron glass layer 232 on the light transmission surface side are not removed.
  • An opening 251 is formed at each position.
  • step S7 for example, aluminum is deposited on the surface of the antireflection film 31 on the light incident surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and the surfaces of the phosphor glass layer 231 and the boron glass layer on the light transmission surface side. Then, in order to diffuse aluminum into each opening 251, for example, heat treatment is performed at a temperature of about 400 ° C. Thereafter, aluminum is formed with a thickness of about 3 ⁇ m on the light incident surface and a thickness of about 10 ⁇ m on the light incident surface by sputtering or vapor deposition, and then exposed using a photolithography method or the like. This exposure is preferably double-sided exposure of the light incident surface and the light transmission surface. Thereafter, the aluminum except for the portions to become the bus bar wiring 170, the first electrode 171 and the second electrode 172 is removed by wet etching or dry etching chemical etching using a required chemical.
  • the built-in potential of the PN junction on the light incident surface side of the single crystal N-type semiconductor substrate 101 and the P-type second semiconductor layer 102B is changed to the single crystal N-type semiconductor substrate.
  • the built-in potential of the PN junction on the light transmission surface side by the 101 and the P-type first semiconductor layer 102A can be increased by about 60 mV.
  • the impurity concentration of the semiconductor layer 102B is, for example, 10 20 cm ⁇ 3 to 10 19 cm ⁇ 3
  • the impurity concentration of the P-type first semiconductor layer 102A is, for example, 10 19 cm ⁇ 3 to 10 18 cm ⁇ 3 , a single crystal N-type semiconductor substrate
  • the impurity concentration of 101 is, for example, 5 ⁇ 10 15 cm ⁇ 3 to 5 ⁇ 10 14 cm ⁇ 3
  • the sheet resistance of the P-type first semiconductor layer 102A is, for example, 20 ⁇ / ⁇ to 200 ⁇ / ⁇ .
  • the thickness is, for example, 0.5 ⁇ m.
  • the impurity concentration of the P-type second semiconductor layer 102B is, for example, 10 20 cm ⁇ 3 to 10 19 cm ⁇ 3
  • the impurity concentration of the P-type first semiconductor layer 102A is, for example, 10 18 cm -3 ⁇ 10 17 cm -3
  • the impurity concentration of the single crystal N type semiconductor substrate 101 for example, 5 ⁇ 10 15 cm -3 ⁇ 5 ⁇ 10 14 cm -3
  • a single crystal N type semiconductor substrate 101 Almost 99% of the generated carriers flow from the PN junction of the light transmission surface having a low barrier over the barrier.
  • the photoelectric conversion efficiency of the solar battery cell 100 under this condition is about 36.7%.

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Abstract

【課題】電変換効率の向上を阻害する事情を低減させた太陽電池を提供することを課題とする。 【解決手段】第一導電型の半導体基板１０１と、半導体基板１０１の光透過面に形成されていて中長波長の太陽光線に基づく光生成キャリアを収集する第二導電型の第一半導体層１０２Ａと、半導体基板１０１の光入射面に形成されていて短波長の太陽光線に基づく光生成キャリアを収集するとともに前記中長波長の太陽光線に基づく光生成キャリアのうち第一半導体層１０２Ａに到達しない光生成キャリアを収集する第二導電型の第二半導体層１０２Ｂとを備える。

Description

太陽電池及びその製造方法
　本発明は、光電変換装置、それを備えた太陽電池に関し、特に、単結晶シリコン及びもしくは多結晶シリコン等の結晶系半導体を用いた、太陽電池及びその製造方法に関する。
　従来、特許文献１には、キャリアの取出し効率に優れ、特性の向上した太陽電池を提供するための技術が開示されている。この太陽電池は、光の入射により結晶系半導体層内で生成される光生成キャリアのうち、少数キャリアの取出しを前記結晶系半導体層の両側から行うものである。換言すると、この太陽電池は、一導電型を有する結晶系半導体層の光入射面側に他導電型を有する第一の半導体層を備えた太陽電池であって、前記結晶系半導体層の光透過面側に他導電型を有する第二の半導体層を備えている。
公開平１１－２２４９５４号公報
　しかし、太陽電池の性能向上のためには、光生成キャリア及び注入キャリアの再結合を低減させることが必要であるが、特許文献１に開示されている太陽電池は、この種の対応がなされていない。このため、特許文献１に開示されている太陽電池の性能向上には限界があった。
　そればかりか、特許文献１に開示されている太陽電池は、それを構成する半導体基板が相対的に厚いため、少数キャリアの大半は第一の半導体層又は第二の半導体層に到達できない。このため、結果的には、光生成キャリアが再結合することになり、第一の半導体層又は第二の半導体層から取り出せる電流は僅かであった。また、再結合電流の増加は、開放電圧の低下を招くという問題もある。
　そこで、本発明は、光電変換効率の向上を阻害する事情を低減させた太陽電池を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために、本発明の太陽電池は、
　第一導電型の半導体基板と、
　前記半導体基板の光透過面に形成されていて中長波長の太陽光線に基づく光生成キャリアを収集する第二導電型の第一半導体層と、
　前記半導体基板の光入射面に形成されていて短波長の太陽光線に基づく光生成キャリアを収集するとともに前記中長波長の太陽光線に基づく光生成キャリアのうち第一半導体層に到達しない光生成キャリアを収集する第二導電型の第二半導体層とを備え、
　前記第二半導体層の不純物濃度が前記第一半導体層の不純物濃度に比してほぼ１ケタ以上大きい。
　本発明によれば、第二半導体層の不純物濃度が前記第一半導体層の不純物濃度に比してほぼ１ケタ以上大きいので、半導体基板と第一半導体層とのビルトイン・ポテンシャルと、半導体基板と第二半導体層とのビルトイン・ポテンシャルとの間に、約６０ｍＶ以上の差をつけることができる。この結果、光生成キャリアのほぼ９０％以上を第一半導体層から取り出すことができる。
　なお、前記半導体基板の光透過面では、前記第一半導体層で収集された光生成キャリアに基づく電気信号を取り出すための電極に接続される第一導電型の半導体層の形成箇所を除き、前記第一半導体層が全面的に接する態様で形成されていると、半導体基板の光透過面における開放電圧の低下を防止できるので好ましい。
　また、前記第一半導体層と前記第二半導体層とを、同一工程によって製造されていると、製造工程を簡易なものとすることができるので、製造コストを低廉化できるという利点もある。
　さらに、前記半導体基板は、前記第一半導体層で収集されたキャリアに基づく電気信号を取り出す電極に接続される第一導電型の半導体層の形成箇所を除き、前記第一半導体層と前記第二半導体層とによって覆われているとよい。半導体基板の側面においても、少なからず、第一半導体層に到達しない光生成キャリアを収集することが可能となるので、光生成キャリアの再結合を更に防止することができる。
　また、前記第一半導体層から出力される電流の値が、前記第二半導体層から出力される電流の値よりも大きくしてもよい。
　また、本発明の太陽電池の製造方法は、
　第一導電型の半導体基板の光透過面に中長波長の太陽光線に基づいて発生するキャリアを収集する第二導電型の第一半導体層を形成するステップと、
　前記半導体基板の光入射面に短波長の太陽光線に基づいて発生するキャリアを収集するとともに前記中長波長の太陽光線に基づいて発生するキャリアのうち第一半導体層に到達しないキャリアを収集する第二導電型の第二半導体層を形成するステップと、
　前記第二半導体層の不純物濃度を前記第一半導体層の不純物濃度に比してほぼ１ケタ以上大きくするステップと、
　を含む。
　本発明によれば、半導体基板に第二半導体層を形成していることから、第一半導体層に到達しない光生成キャリアを、第二半導体層において収集することが可能となるので、光生成キャリアの再結合を防止することができる。
本発明の実施形態１の太陽電池を構成する太陽電池セル１００の光入射面側から見た模式的な斜視図である。 図１の裏面側である光透過面側から見た模式的な斜視図である。 図１及び図２の破線Ａに沿った断面図である。 図３に示す太陽電池セル１００の製造工程図である。 本発明の実施形態２の太陽電池セル１００の模式的な断面図である。
　３１　反射防止膜
　３２　酸化膜
　１００　太陽電池セル
　１０１　単結晶Ｎ型半導体基板
　１０２Ａ　Ｐ型第一半導体層
　１０２Ｂ　Ｐ型第二半導体層
　１４３　Ｎ＋型半導体層
　１７０　バスバー配線
　１７１　第一の電極
　１７２　第二の電極
　１７３　側面電極
　１７４　光入射面メイン・バスバー
発明の実施の形態
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
　（実施形態１）
　図１は、本発明の実施形態１の太陽電池を構成する太陽電池セル１００の光入射面側から見た模式的な斜視図である。図１に示すように、太陽電池セル１００は、以下説明する、単結晶Ｎ型半導体基板１０１と、バスバー配線１７０と、光入射面メイン・バスバー１７４と、側面電極１７３とを備えている。
　なお、図１には、太陽光線１３０と、バスバー配線１７０間のピッチ１７５とを付記している。一例としては、太陽電池セル１００は、Ｘ方向、Ｙ方向の長さともに１５０ｍｍ～１６０ｍｍ程度、厚さは１５０μｍ～２００μｍ程度とすればよい。
　単結晶Ｎ型半導体基板１０１は、その比抵抗が例えば０．１Ω・ｃｍ～１Ω・ｃｍであり、その厚さが例えば１５０μｍ～２００μｍであり、その不純物濃度が１０１７ｃｍ－３～６×１０１６ｃｍ－３である。もっとも、単結晶Ｎ型半導体基板１０１に代えて、多結晶のＮ型半導体基板を用いてもよく、以後、説明する半導体の導電型を逆型にすることで、単結晶又は多結晶のＰ型半導体基板を用いてもよい。本実施形態では、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の厚さを相対的に薄くしており、これも、光生成キャリアの再結合を防止することに寄与するため、光電変換効率の向上させることができる。
　バスバー配線１７０は、Ｙ方向に沿って、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面に形成されている配線である。ここでは、例えば、合計１２本のバスバー配線１７０を模式的に示しているが、実際には、約１０００本の配線が形成されている。もっとも、バスバー配線１７０の数は、これよりも多くてもよいし、少なくてもよい。
　バスバー配線１７０は、一例を示すと、電極長を約７５ｍｍ、電極幅を約３μｍ、厚さを約３μｍとしている。この条件の場合、太陽電池セル１００の開口率は、約９９％である。また、バスバー配線１７０は、比抵抗が２．５×１０－６Ω・ｃｍ～３．０×１０－６Ω・ｃｍ程度の材料を選択するとよい。
　このような材料としては、例えば、アルミニウム、銀又は銅を用いることができる。これらの材料は、例えばこれらをペースト状にして用いてもよいし、単独で用いるだけでなく混合させて用いてもよい。バスバー配線１７０間のピッチ１７５は、３００μｍ程度とすることができる。
　光入射面メイン・バスバー１７４は、Ｘ方向に沿って形成されていて、各バスバー配線１７０が接続されている。光入射面メイン・バスバー１７４のサイズは、例えば、幅が約１５０ｍｍ、長さが約２０μｍ、厚さが約３μｍのものとすることができる。
　側面電極１７３は、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の側面に形成されていて、光入射面メイン・バスバー１７４及び後述する第二の電極１７２（図２）に接続されている。側面電極１７３のサイズは、例えば、Ｘ方向の長さが約１５０ｍｍ、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向（図示せず）の長さが約１５０μｍ～２００μｍ、厚さが約３μｍのものを採用することができる。
　なお、側面電極１７３の材料としてアルミニウムを用いた場合には、バスバー配線１７０に比して、光入射面メイン・バス・バー１７４の配線抵抗は無視できるので、上記のサイズの場合には、光入射面メイン・バスバー１７４の抵抗値は約２５０ｍΩとなる。
　図２は、図１の裏面側である光透過面側から見た模式的な斜視図である。図２には、図１に示した部分のほかに、以下説明する、第一の電極１７１と、第二の電極１７２とを示している。
　第一の電極１７１は、後述するＮ＋型半導体層１４３（図３）に接続されていて、Ｎ＋型半導体層１４３を通じて、太陽光線１３０によって生成された光生成キャリアに基づく電気信号を取り出すための電極である。第一の電極１７１は、例えば、中央部分がＹ方向に延びる軸部分と、当該軸部分に対して直交するＸ方向に一体的に延びる複数の櫛歯状部分とによって構成されている。
　また、第一の電極１７１の材料は、これに限定されるものではないが、例えば、アルミニウムから構成することができ、その厚さは１０μｍ程度とすればよい。
　第二の電極１７２は、後述するＰ型第一半導体層１０２Ａ（図３）に接続されていて、Ｐ型第一半導体層１０２Ａを通じて太陽光線１３０によって生成された光生成キャリアに基づく電気信号を取り出すための電極である。
　第二の電極１７２は、第一の電極１７１の周辺を、例えば１０μｍといった所定の電極間ギャップをもって形成されている。第二の電極１７２は、これに限定されるものではないが、例えば、アルミニウムから構成することができ、その厚さは１０μｍ程度とすることができる。
　図３は、図１及び図２の破線Ａに沿った断面図である。図３には、図１又は図２に示した部分のほかに、以下説明する、Ｐ型第一半導体層１０２Ａと、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂと、Ｎ＋型半導体層１４３と、反射防止膜３１と、酸化膜３２とを示している。
　Ｐ型第一半導体層１０２Ａは、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光透過面のうち、Ｎ＋型半導体層１４３を除く領域に形成されている。Ｐ型第一半導体層１０２Ａは、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とともに、太陽光線１３０のうち主として中長波長の光線に基づいて光生成キャリアを生成させるものである。Ｐ型第一半導体層１０２Ａは、そのシート抵抗が例えば１０Ω／□～２００Ω／□、その不純物濃度が例えば１０２０ｃｍ－３～１０１８ｃｍ－３のものとすればよい。
　Ｐ型第一半導体層１０２Ａは、後述の製造工程によって形成してもよいが、これに代えて、単結晶Ｎ型半導体基板１０１に溝を形成して、或いは、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の厚さ２００μｍとほぼ等しい厚さの太陽電池セルの半導体基板を用意して、それをＸ，Ｙ方向に適宜区切ってマイクロセル構造とし、マイクロセル間の側面に壁状の溝を形成して、当該溝に第二の電極１７２とともに形成してもよい。係る場合には、第二の電極１７２の面積を大きくできるので、太陽電池セル１００の光電変換特性を更に改善できる。
　Ｐ型第二半導体層１０２Ｂは、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面及び側面を覆う態様で形成されている。なお、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂは、光生成キャリアの再結合防止の観点からすれば、僅かな面積でしかない単結晶Ｎ型半導体基板１０１の側面までをも覆う態様で形成することは必須ではないが、後述する製造工程によれば側面も一体的に覆うように製造することになる。
　Ｐ型第二半導体層１０２Ｂは、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とともに、太陽光線１３０のうち主として短波長の太陽光線により光生成キャリアを生成させるものである。Ｐ型第二半導体層１０２Ｂは、そのシート抵抗は例えば１００Ω／□、その不純物濃度は例えば１０２０ｃｍ－３～１０１８ｃｍ－３、その厚さは太陽光線１００のうち、例えば波長λが０．４５μｍ以下、更には０．３μｍ以下の太陽光線に基づいて光生成キャリアを生成できる条件とすればよい。
　なお、波長λが０．４５μｍ以下という条件は、太陽光線１３０の全体のうち光生成キャリアを生成させる光子の数が全体の光子数のほぼ５％～１０％となること、波長λが０．３μｍ以下という条件は、太陽光線１３０の全体のうち光生成キャリアを生成させる光子の数が全体の光子数のほぼ０％となることと、それぞれ同義である。
　ここで、本実施形態では、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の表面につき、第一の電極１７１に対応するＮ＋型半導体層１４３の形成箇所を除いて、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂ又はＰ型第一半導体層１０２Ａを全面的に形成している。
　そして、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第二半導体層１０２Ｂとによる光入射面側のＰＮ接合のビルトイン・ポテンシャルを、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第一半導体層１０２Ａとによる光透過面側のＰＮ接合のビルトイン・ポテンシャルと同様としている。
　各ビルトイン・ポテンシャルは、単結晶Ｎ型半導体基板１０１に対するＰ型第二半導体層１０２Ｂ及びＰ型第一半導体層１０２Ａの不純物濃度を調整すればよい。具体的には、ビルトイン・ポテンシャルは、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂ及びＰ型第一半導体層１０２Ａのアクセプタ濃度に比例するので、これらの濃度を同様とすればよい。
　Ｎ＋型半導体層１４３は、光透過側に設けられていて、第一の電極１７１に接続されている電気信号を取り出すための半導体層である。Ｎ＋型半導体層１４３の不純物濃度は、例えば３×１０２０ｃｍ－３～３×１０１８ｃｍ－３とすればよい。なお、図３には、Ｐ型第一半導体層１０２Ａ及びＮ＋型半導体層１４３の形状としてストライプ状のものを示しているが、これに代えて、グリッド状又はそれらのうち片方をドット状としてＰ型第一半導体層１０２Ａに対するＮ＋型半導体層１４３面積比率を例えば１０％程度に小さくしてもよい。
　反射防止膜３１は、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂの光入射面側であって、バスバー配線１７０間に形成されている。反射防止膜３１は、これに限定されるものではないが、窒化膜（ＳｉＮ）等を用いることができる。なお、ここでは、反射防止膜３１の形状を簡略化しているが、実際には、例えば、逆ピラミッド型をしたテクスチャ構造としている。
　酸化膜３２は、既知のように、光透過面での再結合電流を抑制するために、光透過面側に設けられたパッシベーション膜である。
　図４は、図３に示す太陽電池セル１００の製造工程図である。まず、単結晶Ｎ型半導体基板１０１のダメージを除去するために、例えば弗酸を用いて単結晶Ｎ型半導体基板１０１の両面を約１０μｍエッチングする。つぎに、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の少なくとも光入射面に対して、アルカリ性溶液（例えば、ＫＯＨ液）に浸せるなどして異方性エッチングを行う。こうして、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の少なくとも光入射面に、例えば、底辺が約３０μｍ、高さが約２０μｍとなる条件で、逆ピラミッド形状のテクスチャ構造（図示せず）を形成する（ステップＳ１）。
　その後、後工程によって単結晶Ｎ型半導体基板１０１の裏面にリン注入を行うために、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の裏面に例えばリンガラスを塗布して、リンガラス層２３１を形成する。それから、ホトリソグラフィでリンガラスの必要部分を残す態様で他の部分を除去する（ステップＳ２）。
　つづいて、単結晶Ｎ型半導体基板１０１を、例えばボロン雰囲気下において、約９００℃の温度下で熱処理を行う。熱処理時間は、単結晶Ｎ型半導体基板１０１へのボロンのデポジション量が例えば約１０２０ｃｍ－３となる条件とすればよい。この結果、ボロンが単結晶Ｎ型半導体基板１０１内に、拡散深さが約０．１μｍの場合にシート抵抗が１００Ω／□となる態様で拡散する。これにより、単結晶Ｎ型半導体基板１０１内にはＰ型第一半導体層１０２Ａ及びＰ型第二半導体層１０２ＢとなるＰ型半導体層１０２領域が形成され、かつ、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の表面は全面的にボロンガラス層２３２で覆われる。なお、図３では、説明の都合上、リンガラス層２３１表面にボロンガラス層２３２が積層状態となるように図示していないが、実際には、リンガラス層２３１表面に僅かにボロンガラス層２３２が積層状態となる。また、この熱処理によって、ステップＳ３において塗布したリンガラス層２３１のリンが単結晶Ｎ型半導体基板１０１内に拡散し、単結晶Ｎ型半導体基板１０１内にＮ＋型半導体層１４３が形成される（ステップＳ３）。
　つぎに、単結晶Ｎ型半導体基板１０１を、例えば酸化雰囲気下において、約９５０℃の温度下で熱処理を行う。熱処理時間は、ボロンガラス層２３２が酸化膜３２に置換されるのに十分な時間とすればよい（ステップＳ４）。
　それから、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面側の酸化膜３２を除去してから、又は、当該酸化膜３２を除去することなく、反射防止膜３１を、例えば低温ＣＶＤ法によって形成する（ステップＳ５）。
　つづいて、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面側にバスバー配線１７０を、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光透過面側に第一の電極１７１及び第二の電極１７２を、それぞれ形成するために、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面側の反射防止膜３１の対応位置と、光透過面側の酸化膜３２及びリンガラス層２３１の対応位置とに、それぞれ開口部２５１を形成する（ステップＳ６）。
　その後、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面側の反射防止膜３１の表面と、光透過面側の酸化膜３２及びリンガラス層２３１の表面とに、例えば液相のアルミニウムを被着させてから、各開口部２５１にもアルミニウムを拡散させるために、例えば、約８００℃の温度で熱処理を行う。その後、アルミニウムをスパッタ若しくは蒸着法で光入射面には約３μｍの厚さ、光透過面は約１０μｍの厚さとした後に、ホトリソグラフィ法等を用いて露光する。この露光は、光入射面と光透過面との両面露光が好ましい。その後、バスバー配線１７、第一の電極１７１及び第二の電極１７２となる部分を除くアルミニウムを、所要の薬品を用いたウエット・エッチング若しくはドライ・エッチング化学エッチングなどによって除去する。もっとも、バスバー配線１７０、第一の電極１７１及び第二の電極１７２は、上記手法に代えてペースト法を用いて形成してもよい（ステップＳ７）。
　それから、こうして製造した太陽電池セル１００の中間生成物を複数用意し、それらを重ね合わせる。そして、それらの側面に向けてアルミニウムを溶射することなどにより、側面電極１７３を形成する。
　なお、太陽電池セル１００の中間生成物を、側面電極１７３の形成面が段状となるようにややずらして重ね合わせ、さらに、それらをチルト回転させれば、側面電極１７３のみならず、これと一体的に光入射面メイン・バスバー１７４も形成することができ、さらには、光入射面メイン・バスバー１７４と各バスバー配線１７０との接続、及び、側面電極１７３と第二の電極１７２との接続も可能となる。
　もっとも、側面電極１７３等の形成には、既知のように、アルミニウムペーストのような金属ペーストを採用してもよいし、金属蒸着（スパッタを含む）を採用してもよいし、メッキ法を採用してもよい。以上の工程により、図１に示す太陽電池セルが複数枚完成する。
　つづいて、本実施形態の太陽電池セル１００の動作について説明する。太陽電池セル１００に、太陽光線１３０が入射されると、太陽光線１００のうち波長λが０．４５μｍ以下の紫外光線領域以下の太陽光線、つまり、短波長の太陽光線が、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第二半導体層１０２Ｂとの光入射面のＰＮ接合に到達すると、当該太陽光線に基づく光生成キャリアが生成される。
　これによって生じた正孔は、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第二半導体層１０２Ｂとの光照射面のＰＮ接合付近に形成される空乏層に向けてドリフトし、当該空乏層に到達すれば、バスバー配線１７０及びこれに接続されている光入射面メイン・バスバー１７４から電気信号を取り出すことができる。
　一方、太陽電池セル１００に入射された太陽光線１３０のうち波長λが０．４５μｍを超える可視光領域以上の太陽光線、つまり、中長波長の太陽光線が、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第一半導体層１０２Ａとの光透過面のＰＮ接合に到達すると、当該太陽光線に基づく光生成キャリアが生成される。
　これによって生じた正孔は、主として、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第一半導体層１０２Ａとの光透過面のＰＮ接合付近に形成される空乏層に向けてドリフトし、当該空乏層に到達すれば、第二の電極１７２から電気信号を取り出すことができる。
　換言すると、太陽電池セル１００に太陽光線１３０が入射されることで生じた正孔は、上記各ＰＮ接合付近に形成される空乏層のいずれかに到達すればよいから、正孔の拡散長は短くて済む。このため、本実施形態では、既述のように、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の厚さを相対的に薄くすることができる。そして、正孔の拡散長が短いとなれば、光生成キャリアの再結合を低減できるので、太陽電池セル１００の光電変換効率が向上する。
　また、光生成キャリアの再結合を低減することができるということは、その再結合前の光生成キャリアに基づく電気信号を光入射面メイン・バスバー１７４から取り出せていることになるので、この電気信号も、太陽電池セル１００全体の出力に加算できるので、太陽電池セル１００全体の光電変換効率の向上につながる。
　つぎに、簡単に、本実施形態の太陽電池セル１００の光電変換効率を、電圧降下（ＩＲ降下）の観点からシミュレーションしてみる。まず、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第二半導体層１０２Ｂとの光入射面側のＰＮ接合に係る電流が２００ｍＡで、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第一半導体層１０２Ａとの透過面側のＰＮ接合に係る電流が１２Ａあると仮定する。この場合、単結晶Ｎ型半導体基板１０１におけるＩＲ降下は、約６６ｍＶ（≒５．４ｍΩ×１２．２Ａ）となる。
　つづいて、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂの抵抗値は、既述の条件の場合には約３７ｍΩであるから、Ｐ型第二半導体層１０２ＢでのＩＲ降下は７．４ｍＶ（＝３７．０ｍΩ×２００ｍＡ）となる。同様に、バスバー配線１７０の抵抗値は、既述の条件の場合には約２５０ｍΩであるから、光入射面メイン・バスバー１７４でのＩＲ降下は５０ｍＶ（＝２５０ｍΩ×２００ｍＡ）となる。
　そして、側面電極１７３の抵抗値が小さいので、これらでの電圧降下は無視できるくらい小さいため、太陽電池セル１００に入射した太陽光線１３０のうち、短波長の光線に基づく電流が、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第二半導体層１０２Ｂとの光入射面側のＰＮ接合、バスバー配線１７０、光入射面メイン・バスバー１７４、及び、側面電極１７３を通る際に受ける電圧降下の総計は、約１２６ｍＶ（≒６６ｍＶ＋５７．４ｍＶ）となる。
　同様に、光透過面側の電圧降下について見てみると、Ｐ型第一半導体層１０２ＡにおけるＩＲ降下は、約６５ｍＶ（≒５．４ｍΩ×１２Ａ）となる。したがって、太陽電池セル１００に入射した太陽光線１３０のうち、中長波長の光線に基づく電流が単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第一半導体層１０２Ａとの光透過面側のＰＮ接合、及び、第二の電極１７２を通る際に受ける電圧降下の総計は、約１３１ｍＶ（＝６６ｍＶ＋６５ｍＶ）となる。
　この場合、光入射面側及び光透過面側の各ＰＮ接合での開放電圧をいずれも７５０ｍＶと仮定すると、太陽電池セル１００の動作状態での両ＰＮ接合の電圧は、それぞれ、６２４ｍＶ（＝７５０ｍＶ－１２６ｍＶ）及び６１９ｍＶ（＝７５０ｍＶ－１３１ｍＶ）となる。
　この時の両ＰＮ接合でのパワーは、それぞれ０．１２Ｗ（≒６２４ｍＶ×２００ｍＡ）及び７．４３Ｗ（≒６１９ｍＶ×１２Ａ）であり、これらの合計は７．５５Ｗ（＝０．１２Ｗ＋７．４３Ｗ）となる。これを１平方メートルあたりのパワーに換算すると３７８Ｗとなるので、光電変換効率は、約３７．８％ということになる。
　以上のシミュレーションによれば、本実施形態の太陽電池セル１００は、Ｐ型第一半導体層１０２Ａを形成することにより中長波長の太陽光線に基づく電気信号を、また、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂを形成することにより、Ｐ型第一半導体層１０２Ａに到達しない光生成キャリアを収集することが可能となるので、光生成キャリアの再結合を防止することができる。
　なお、バスバー配線１７０につき、そのサイズを、幅約１０μｍ、厚さ約１０μｍ、長さ約７５ｍｍと変更し、かつ、本数を３，０００本に変更することで太陽電池セル１００の、開口率を約９０％に変更し、その他の条件は上記と同じとした場合、その光電変換効率は、約４６．２％にまで向上することになる。
　（実施形態２）
　図５は、本発明の実施形態２の太陽電池セル１００の模式的な断面図であり、図３に対応するものである。図５に示す太陽電池セル１００は、図３に示したバスバー配線１７０、光入射面メイン・バスバー１７４及び側面電極１７３が設けられていないタイプのものである。なお、図５において、図３に示した部分と同様の部分には、同一符号を付している。
　図５に示す太陽電池セル１００は、バスバー配線１７０等を設けていないため、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂのシート抵抗値が、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂと単結晶Ｎ型半導体基板１０１との光入射面側のＰＮ接合で生成される電気信号の上限値を規定することになる。
　この上限値はできるだけ大きい値がよいが、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂは半導体で構成されるために、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂのシート抵抗値は１Ω／□以上の値とすると、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂと単結晶Ｎ型半導体基板１０１との光入射面側のＰＮ接合で生成される電気信号は、Ｐ型第一半導体層１０２Ａと単結晶Ｎ型半導体基板１０１との光透過面側のＰＮ接合で生成される電気信号よりも常に小さい（ゼロを含む）。
　そして、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂと単結晶Ｎ型半導体基板１０１との光入射面側のＰＮ接合で生成される電気信号には上限があるから、それ以上の電気信号は、Ｐ型第一半導体層１０２Ａと単結晶Ｎ型半導体基板１０１との光透過面側のＰＮ接合で得られることになり、具体的には、上記及び下記諸条件で製造した太陽電池セルの場合には、総生成電流の９９．９％以上をＰ型第一半導体層１０２Ａと単結晶Ｎ型半導体基板１０１との光透過面側のＰＮ接合から取得することができる。
　本実施形態では、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂを、例えば、イオン打ち込み法によって形成することができる。単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面に形成されるＰ型第二半導体層１０２Ｂについては、ボロンを不純物として選択し、その拡散深さは実施形態１と同様で例えば約０．１μｍとすることができる。
　また、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の側面を覆うＰ型第二半導体層１０２Ｂ及びＰ型第一半導体層１０２Ａは、例えば、液相からの拡散法によって形成することができる。これらについては、アルミニウムもしくはアルミニウムとボロンの複層構造を不純物として選択し、各拡散深さは例えば０．５μｍとすることができる。
　もっとも、Ｐ型第一半導体層１０２Ａと単結晶Ｎ型半導体基板１０１との光透過面側のＰＮ接合によって太陽光スペクトラムの過半の光子に基づく光生成キャリアを収集できる条件であれば、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂ及びＰ型第一半導体層１０２Ａの双方の製法、各不純物濃度及び各拡散深さは、上記のものに限定されるものではない。
　したがって、例えば、イオン打ち込み法に代えて固体、液体の不純物源又は気体ガスの不純物源からのドーピングを採用したり、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂ及びＰ型第一半導体層１０２Ａの双方をボロンのみを不純物として選択して、各拡散深さは例えば０．２μｍとしたりといった対応も可能である。
　なお、実施形態１同様に、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂのうち単結晶Ｎ型半導体基板１０１の側面を覆うＰ型第二半導体層１０２Ｂを形成することは必須ではないが、これを形成しておく利点も存在する。
　具体的には、本実施形態の太陽電池セル１００は、実施形態１と異なり、バスバー配線１７０、光入射面メイン・バスバー１７４及び側面電極１７３が設けられていないことから、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂに到達したキャリアに基づく電流を、太陽電池セル１００の外部に取り出さなければならず、このためには、別途、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂをプラス電源接続するなどの対策が考えられるが、Ｐ型半導体層１０２Ｂを設けていれば、これがＰ型第二半導体層１０２Ｂに流れる経路として機能するから、プラス電源接続などが不要となるという利点が存在する。
　さらに、本実施形態では、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第二半導体層１０２Ｂとによる光入射面側のＰＮ接合のビルトイン・ポテンシャルを、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第一半導体層１０２Ａとによる光透過面側のＰＮ接合のビルトイン・ポテンシャルよりも高くする。或いは、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の中央部から接合方向に向けて、半導体基板１０１のイオン濃度を高くするといった濃度勾配を設けてもよい。このためには、実施形態１で説明した製造方法に対して、ボロン雰囲気下での処理に先だって、リン又はアンチモンをデポジションすることで、単結晶Ｎ型半導体基板１０１よりも高濃度（例えば、１０１７ｃｍ－３～１０１８ｃｍ－３）のＮ層を単結晶Ｎ型半導体基板１０１内のボロン層の内側に形成できる。もっとも、濃度勾配を設けるという対応は、実施形態１の太陽電池セル１００において両ビルトイン・ポテンシャルを同様にする際にも採用することができる。
　例えば、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂのアクセプタ濃度を、Ｐ型第一半導体層１０２Ａのアクセプタ濃度に比して２ケタほど大きくすると、ビルトイン・ポテンシャルには、約１２０ｍＶの差が生じる。具体的には、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂのアクセプタ濃度を例えば１０２０ｃｍ－３、Ｐ型第一半導体層１０２Ａのアクセプタ濃度を例えば１０１８ｃｍ－３、単結晶Ｎ型半導体基板１０１のドナー濃度を例えば１０１６ｃｍ－３とすればよい。このような設定とすれば、単結晶Ｎ型半導体基板１０１で生じた少数キャリアの電子は、障壁の低い光透過面のＰＮ接合から障壁を超えて流れるようにことになる。なお、本明細書における不純物濃度は、不純物が含有される半導体層における平均的な濃度のことをいう。
　付言すると、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂのアクセプタ濃度を、Ｐ型第一半導体層１０２Ａのアクセプタ濃度に比して小さくすれば、単結晶Ｎ型半導体基板１０１で生じた少数キャリアの電子は、反対に、障壁の低い光入射面のＰＮ接合から障壁を超えて流れるようにことになるし、両アクセプタ濃度を等しくすれば、その光スペクトラムの波長に対応したＰＮ接合に向かって移動することになる。
　本実施形態の太陽電池セル１００は、実施形態１のものに比して、簡易な構造とすることで製造コストを安価にしたにも拘わらず、光透過面のＰＮ接合の開放電圧を実施形態１のものと同等の値とすることができる。その結果、本実施形態の太陽電池セル１００の光電変換効率は、約３７．８％ということになる。
　（実施形態３）
　本実施形態では、既述の実施形態１，２に対する変形例について、図４に基づいて説明する。
　ステップＳ１に示す単結晶Ｎ型半導体基板１０１は、その比抵抗を例えば１Ω・ｃｍ～１０Ω・ｃｍとし、かつ、その不純物濃度を５×１０１５ｃｍ－３～５×１０１４ｃｍ－３としている。
　ステップＳ２では、まず、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の全面に酸化膜を、例えば、熱処理法で形成する。その後、該単結晶Ｎ型半導体基板１０１の裏面部分の酸化膜だけを除去する。そして、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の裏面に例えばリンガラスを最初に塗布してリンガラス層２３１を形成する。また、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の裏面にリンを注入する目的に加えてボロンも注入するため、例えば、塗布法でリンガラス層２３１に重畳させてボロンガラス層を形成する。
　ステップＳ３で行う熱処理時間は、単結晶Ｎ型半導体基板１０１へのボロンの不純物濃度が、例えば、約１０１８ｃｍ－３、厚さが約０．５μｍとなる条件とすればよい。この場合には、シート抵抗が１００Ω／□となる態様で拡散する。これにより、単結晶Ｎ型半導体基板１０１内にはＰ型第一半導体層１０２Ａとなる領域が形成される。この熱処理では同時にリンガラス層２３１からはリンのデポジション量が、例えば、３×１０１９ｃｍ－３～１０１８ｃｍ－３であればＰ型第一半導体層１０２Ａとほぼ同じ拡散深さ（厚さ）を持つＮ＋型半導体層１４３が形成される。
　なお、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂの形成には、既述の例示の他に、例えば、臭化ボロンＢＢｒ３からの気相、液相拡散法、イオン打ち込み法、塗布拡散法を用いることができる。また、本変形例による製造工程では、ステップＳ３の実施段階では、ボロンガラス層２３２は形成されない。
　ステップＳ４では、ステップＳ２で形成した酸化膜のうち光入射面と半導体基板１０１の側面の酸化膜を除去する。それから、単結晶Ｎ型半導体基板１０１を、例えば、臭化ボロンを気化させて且つ酸素雰囲気下において、約９５０℃の温度下で熱処理を行う。第二Ｐ型半導体層が約０．１μｍの厚さで且その不純物濃度が１０１９ｃｍ－３で形成されるように熱処理時間が設定される。この時間に、半導体基板１０１の光入射面と側面とにも、ボロンガラス層２３２が形成される。
　ステップＳ５では、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面側のボロンガラス層２３２を除去してから、又は、ボロンガラス層２３２を除去することなく、反射防止膜３１を、例えば低温ＣＶＤ法によって形成することになる。
　ステップＳ６では、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面側の反射防止膜３１の対応位置と、光透過面側のリンガラス層２３１及びボロンガラス層２３２を除去しなかった場合にはその対応位置とに、それぞれ開口部２５１を形成する。
　ステップＳ７では、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の光入射面側の反射防止膜３１の表面と、光透過面側のリンガラス層２３１及びボロンガラス層の表面とに、例えば、アルミニウムを被着させてから、各開口部２５１にもアルミニウムを拡散させるために、例えば、約４００℃の温度で熱処理を行う。その後、アルミニウムをスパッタ若しくは蒸着法で光入射面には約３μｍの厚さ、光透過面は約１０μｍの厚さで成膜した後に、ホトリソグラフィ法等を用いて露光する。この露光は、光入射面と光透過面との両面露光が好ましい。その後、バスバー配線１７０、第一の電極１７１及び第二の電極１７２となる部分を除くアルミニウムを、所要の薬品を用いたウエット・エッチング若しくはドライ・エッチング化学エッチングなどによって除去する。
　以上のような条件で太陽電池セル１００を製造すると、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第二半導体層１０２Ｂとによる光入射面側のＰＮ接合のビルトイン・ポテンシャルを、単結晶Ｎ型半導体基板１０１とＰ型第一半導体層１０２Ａとによる光透過面側のＰＮ接合のビルトイン・ポテンシャルよりも６０ｍＶほど高くすることができる。
　これは、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂの不純物濃度を、Ｐ型第一半導体層１０２Ａの不純物濃度に比してほぼ１ケタ以上大きくすることと同義であり、具体的には、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂの不純物濃度は例えば１０２０ｃｍ－３～１０１９ｃｍ－３、Ｐ型第一半導体層１０２Ａの不純物濃度は例えば１０１９ｃｍ－３～１０１８ｃｍ－３、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の不純物濃度は例えば５×１０１５ｃｍ－３～５×１０１４ｃｍ－３となる。Ｐ型第一半導体層１０２Ａは、そのシート抵抗が例えば２０Ω／□～２００Ω／□である。その厚さは、例えば、０．５μｍとなる。
　このような設定とすれば、単結晶Ｎ型半導体基板１０１で生成キャリアの９０％は、障壁の低い光透過面のＰＮ接合から障壁を超えて流れることになる。係る場合に、実施形態１で説明した要領で、太陽電池セル１００の光電変換効率を算出してみると、４４．９％にまで向上することになる。
　また、実施形態２で説明した各層の条件につき、Ｐ型第二半導体層１０２Ｂの不純物濃度を例えば１０２０ｃｍ－３～１０１９ｃｍ－３、Ｐ型第一半導体層１０２Ａの不純物濃度を例えば１０１８ｃｍ－３～１０１７ｃｍ－３、単結晶Ｎ型半導体基板１０１の不純物濃度を例えば５×１０１５ｃｍ－３～５×１０１４ｃｍ－３とすれば、単結晶Ｎ型半導体基板１０１で生成キャリアのほぼ９９％は、障壁の低い光透過面のＰＮ接合から障壁を超えて流れることになる。
　係る条件とした太陽電池セル１００の場合には、総生成電流のほぼ９９％をＰ型第一半導体層１０２Ａと単結晶Ｎ型半導体基板１０１との光透過面側のＰＮ接合から取得することができる。また、この条件の太陽電池セル１００の光電変換効率は、約３６．７％になる。
 

Claims (6)

  1. 　第一導電型の半導体基板と、
    　前記半導体基板の光透過面に形成されていて中長波長の太陽光線に基づく光生成キャリアを収集する第二導電型の第一半導体層と、
    　前記半導体基板の光入射面に形成されていて短波長の太陽光線に基づく光生成キャリアを収集するとともに前記中長波長の太陽光線に基づく光生成キャリアのうち第一半導体層に到達しない光生成キャリアを収集する第二導電型の第二半導体層と、
    　を備え、
    　前記第二半導体層の不純物濃度が前記第一半導体層の不純物濃度に比してほぼ１ケタ以上大きい太陽電池。
  2. 　前記半導体基板の光透過面では、前記第一半導体層で収集された光生成キャリアに基づく電気信号を取り出すための電極に接続される第一導電型の半導体層の形成箇所を除き、前記第一半導体層が全面的に接する態様で形成されている、請求項１記載の太陽電池。
  3. 　前記第二半導体層から出力される電流と前記第一半導体層から出力される電流とを加算して出力する、請求項１記載の太陽電池。
  4. 　前記半導体基板は、前記第一半導体層で収集された光生成キャリアに基づく電気信号を取り出す電極に接続される第一導電型の半導体層の形成箇所を除き、前記第一半導体層と前記第二半導体層とによって覆われている、請求項１記載の太陽電池。
  5. 　前記第一半導体層から出力される電流の値が、前記第二半導体層から出力される電流の値よりも大きい、請求項１記載の太陽電池。
  6. 　第一導電型の光透過面に中長波長の太陽光線に基づく光生成キャリアを収集する第二導電型の第一半導体層を形成するステップと、
    　前記半導体基板の光入射面に短波長の太陽光線に基づく光生成キャリアを収集するとともに前記中長波長の太陽光線に基づく光生成キャリアのうち第一半導体層に到達しない光生成キャリアを収集する第二導電型の第二半導体層を形成するステップと、
    　前記第二半導体層の不純物濃度を前記第一半導体層の不純物濃度に比してほぼ１ケタ以上大きくするステップと、
    　を含む太陽電池の製造方法。
     
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107564974A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 比亚迪股份有限公司 电池片、电池片矩阵、太阳能电池及电池片的制备方法
CN107564973A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 比亚迪股份有限公司 电池片、电池片矩阵、太阳能电池及电池片的制备方法
CN107579122A (zh) * 2016-06-30 2018-01-12 比亚迪股份有限公司 电池片、电池片矩阵、太阳能电池及电池片的制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015138959A (ja) * 2014-01-24 2015-07-30 三菱電機株式会社 光起電力装置および光起電力装置の製造方法
US11804560B2 (en) 2016-06-13 2023-10-31 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Solar cell and method for manufacturing the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07297429A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Sharp Corp 太陽電池セルとその製造方法
JPH08204214A (ja) * 1995-01-26 1996-08-09 Toyota Motor Corp 太陽電池
JPH11224954A (ja) 1998-02-04 1999-08-17 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの設置方法及び太陽電池の製造方法
JP2005005352A (ja) * 2003-06-10 2005-01-06 Hitachi Ltd 太陽電池およびその製造方法
JP2013069760A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Shin Etsu Chem Co Ltd 太陽電池および太陽電池の製造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4244549B2 (ja) * 2001-11-13 2009-03-25 トヨタ自動車株式会社 光電変換素子及びその製造方法
KR101002282B1 (ko) * 2008-12-15 2010-12-20 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07297429A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Sharp Corp 太陽電池セルとその製造方法
JPH08204214A (ja) * 1995-01-26 1996-08-09 Toyota Motor Corp 太陽電池
JPH11224954A (ja) 1998-02-04 1999-08-17 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池、太陽電池モジュール、太陽電池モジュールの設置方法及び太陽電池の製造方法
JP2005005352A (ja) * 2003-06-10 2005-01-06 Hitachi Ltd 太陽電池およびその製造方法
JP2013069760A (ja) * 2011-09-21 2013-04-18 Shin Etsu Chem Co Ltd 太陽電池および太陽電池の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3089222A4 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107564974A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 比亚迪股份有限公司 电池片、电池片矩阵、太阳能电池及电池片的制备方法
CN107564973A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 比亚迪股份有限公司 电池片、电池片矩阵、太阳能电池及电池片的制备方法
CN107579122A (zh) * 2016-06-30 2018-01-12 比亚迪股份有限公司 电池片、电池片矩阵、太阳能电池及电池片的制备方法
CN107564973B (zh) * 2016-06-30 2020-07-10 比亚迪股份有限公司 电池片、电池片矩阵、太阳能电池及电池片的制备方法

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