CN113383430A - 太阳能电池单体及其制造方法以及太阳能电池组件 - Google Patents

太阳能电池单体及其制造方法以及太阳能电池组件 Download PDF

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增田淳
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Abstract

提高太阳能电池的可靠性。太阳能电池单体(CL)具备：背面电极(BE)；配置在背面电极(BE)上的p型半导体层(半导体衬底1S)；以及配置在半导体衬底(1S)上的n型半导体层(NL)。而且，太阳能电池单体(CL)具备：配置在n型半导体层(NL)上且由绝缘膜形成的反射防止膜(ARF)；贯通反射防止膜(ARF)而到达n型半导体层(NL)的正面电极(SE)；以及以覆盖正面电极(SE)的方式配置在反射防止膜(ARF)上，且具有透光性，并与n型半导体层(NL)电连接的导电膜(CF)。

Description

太阳能电池单体及其制造方法以及太阳能电池组件
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池单体及其制造技术以及太阳能电池组件。
背景技术
国际公开WO2017/169441号(专利文献1)中记载了太阳能电池单体中包含的反射防止膜由富含硅的氮化硅膜形成。
国际公开WO2017/175524号(专利文献2)中记载了将捕捉钠离子的捕捉材料添加到密封太阳能电池单体的密封部件中的技术。
日本特表2008-532311号公报(专利文献3)中记载了设置从太阳能电池的前面侧向主体(bulk)抽取电荷的导电路径的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开WO2017/169441号
专利文献2：国际公开WO2017/175524号
专利文献3：日本特表2008-532311号公报
发明内容
发明要解决的问题
从防止化石燃料枯竭的对策和以大气中二氧化碳(温室效应气体)增加为代表的全球环境问题等的观点出发，希望开发清洁能源。作为一例，使用太阳能电池的太阳能发电作为清洁的新能源已经投入实际应用。
特别是，近年来，将多个太阳能电池单体连接而成的太阳能电池组件正在向普通家庭中普及，而且使用许多太阳能电池组件的、被称为“mega solar”(巨型太阳能发电站)的大规模发电设施的建设也正在进行。
太阳能电池组件在室外长期使用。因此，要求太阳能电池组件在恶劣的室外环境中具有长期可靠性。
关于这一点，已有报告称，由于被称为“PID”(Potential Induced Degradation，电位诱导衰减)的太阳能电池的劣化而导致太阳能电池的发电效率降低。因而热切盼望查明PID的原因并尽早确定改进措施。
其他问题和新的特征将通过本说明书的描述和附图示出。
解决问题的方案
一个实施方式中的太阳能电池单体具有：背面电极；配置在背面电极上且是第一导电类型的第一半导体层；以及配置在第一半导体层上且是第二导电类型的第二半导体层。而且，太阳能电池单体具有：配置在第二半导体层上且由绝缘膜形成的反射防止膜；贯通反射防止膜而到达第二半导体层的正面电极；以及以覆盖正面电极的方式配置在反射防止膜上，且具有透光性，并与第二半导体层电连接的导电膜。
发明效果
根据一个实施方式，能够抑制PID，从而能够提高太阳能电池的可靠性。
附图说明
图1是示意性地示出代表性的太阳能发电系统的结构的图。
图2是示出太阳能电池组件的一部分的局部剖面图。
图3是图2所示的圆形区域的放大图。
图4是示出实施方式中的太阳能电池单体的示意性的结构的俯视图。
图5是沿着图4的A-A线剖开的示意性剖面图。
图6是示出太阳能电池单体的制造工序的流程的流程图。
图7是示出实施方式中的太阳能电池组件的结构的剖面图。
图8是示出在实施方式中的太阳能电池组件中，相对于组件框架的框架电位，太阳能电池单体被施加负电位的状态的图。
图9是放大示出图8的圆形区域的图。
图10是示出加速试验的示意性的结构的图。
图11是示出利用图10所示的结构进行的加速试验的结果的曲线图。
图12是示出在不具有导电膜的相关技术的太阳能电池组件中，利用太阳能模拟器测量的光照射状态下的电流密度与电压之间的关系的曲线图。
图13是示出在具有导电膜的本实施方式中的太阳能电池组件中，利用太阳能模拟器测量的光照射状态下的电流密度与电压之间的关系的曲线图。
图14是示出PERC结构的太阳能电池单体的示意性的结构的剖面图。
具体实施方式
在用于说明实施方式的所有附图中，原则上，对相同的部件赋予相同的附图标记，并省略其重复说明。此外，为了使附图易于理解，有时即使是俯视图也添加了阴影线。
<太阳能发电系统中的高压的产生>
例如，在太阳能发电系统中，通过将多个太阳能电池组件串联连接来增加系统电压。
图1是示意性地示出代表性的太阳能发电系统的结构的图。
如图1所示，例如，太阳能电池组件PVM1～PVM7串联连接并与功率调节器PC连接。而且，太阳能电池组件PVM1～PVM7的组件框架彼此电连接，被设为接地电位(基准电位)。即，太阳能电池组件PVM1～PVM7各自的组件框架的电位(框架电位)为0伏。另一方面，由于太阳能电池组件PVM1～PVM7串联连接，它们的各自的输出电压加在一起后输出到功率调节器PC。因此，如图1所示，在太阳能电池组件PVM7中，太阳能电池单体的电位(电池单体电位)是比组件框架的电位即接地电位高的正电位(数百伏)。另一方面，在太阳能电池组件PVM1中，太阳能电池单体的电位是比组件框架的电位即接地电位低的负电位(负数百伏)。这样一来，在太阳能发电系统中，由于采用了多个太阳能电池组件串联连接的结构，在靠近输出侧的太阳能电池组件(图1的太阳能电池组件PVM7)中，相对于组件框架的框架电位，太阳能电池单体的电池单体电位为高的正电位；而在远离输出侧的太阳能电池组件(图1的太阳能电池组件PVM1)中，相对于组件框架的框架电位，太阳能电池单体的电池单体电位为低的负电位。
<改进的余地>
接着，对于在如下的太阳能电池组件中明显存在的改进的余地进行说明，该太阳能电池组件是像图1所示的太阳能电池组件PVM1那样的、相对于组件框架的框架电位(接地电位)，太阳能电池单体的电池单体电位更低的太阳能电池组件。
图2是示出太阳能电池组件PVM1的一部分的局部剖面图。
在图2中，太阳能电池组件PVM1具有太阳能电池单体CL和密封该太阳能电池单体CL的密封部件MR。而且，太阳能电池组件PVM1具有配置在密封部件MR的下表面上的背板BS和配置在密封部件MR的上表面上的覆盖玻璃GS。而且，太阳能电池组件PVM1具有被供给接地电位(地电位)的组件框架MF。
如图2所示，以这种方式构成的太阳能电池组件PVM1中包括的太阳能电池单体CL具有：由p型半导体材料形成的半导体衬底1S(p型半导体层)、在该半导体衬底1S上形成的n型半导体层NL、以及在n型半导体层NL的正面上形成的反射防止膜ARF。而且，太阳能电池单体CL具有贯通反射防止膜ARF而到达n型半导体层NL的正面电极SE。该正面电极SE例如由银构成，并与n型半导体层NL电连接。另一方面，尽管图2中未示出，但是在半导体衬底1S的背面上形成有例如由铝形成的背面电极。这样，构成了太阳能电池单体CL。
在此，已知如果在组件框架MF与太阳能电池单体CL之间施加高电压，则发电效率降低，将这种现象称为“PID”。已知，特别是在使用由p型半导体材料形成的半导体衬底1S时，在太阳能电池单体CL的电位相对于组件框架MF的框架电位为负电位时，会发生这种“PID”。
因此，着眼于如下情况，即，在图2所示的太阳能电池组件PVM1中，太阳能电池单体CL相对于组件框架MF被施加负电位的情况。
下面，参照附图说明在太阳能电池单体CL相对于组件框架MF被施加负电位时发生“PID”的原因。
图3是图2所示的区域R1的放大图。
在图3中，在由p型半导体材料形成的半导体衬底1S上形成有n型半导体层NL，在该n型半导体层NL上形成有例如由以氮化硅膜为代表的绝缘膜形成的反射防止膜ARF。而且，以覆盖该反射防止膜ARF的方式配置有密封部件MR，在密封部件MR上配置有覆盖玻璃GS。
在此，覆盖玻璃GS中包含以钠离子为代表的阳离子。这样，如果太阳能电池单体相对于组件框架被施加负电位，则玻璃中包含的阳离子经由密封部件MR而积聚在反射防止膜ARF的正面上。此时，由于反射防止膜ARF由以氮化硅膜为代表的绝缘膜构成，所以会因太阳能电池单体相对于组件框架被施加负电位，而在作为绝缘膜的反射防止膜ARF的内部产生例如如图3的虚线所示的高电场。结果，由于在反射防止膜ARF的内部产生的高电场的作用，在反射防止膜ARF的正面上积聚的阳离子贯通反射防止膜ARF并进入太阳能电池单体的内部。具体而言，阳离子到达形成有n型半导体层NL的半导体衬底1S的内部。在此，虽然其机制尚不清楚，但如下事实是已知的：“PID”的发生起因于阳离子到达包括n型半导体层NL的半导体衬底1S的内部。因此，要抑制“PID”的发生，只要能抑制以钠离子为代表的阳离子进入太阳能电池单体的内部即可。
于是，在本实施方式中，基于“PID”的发生起因于阳离子到达包含n型半导体层NL的半导体衬底1S的内部这样的见解，为了抑制阳离子进入太阳能电池单体的内部而进行了研究。以下，说明进行该研究后得到的本实施方式中的技术构思。
<实施方式中的太阳能电池单体的结构>
图4是示出本实施方式中的太阳能电池单体的示意性的结构的俯视图。
如图4所示，本实施方式中的太阳能电池单体CL为矩形形状，且具有多个正面电极SE(指状电极)。例如，该多个正面电极SE在y方向上并排配置。而且，多个正面电极SE分别在x方向上延伸。而且，本实施方式中的太阳能电池单体CL具有与多个正面电极SE电连接的汇流条BA(汇流条电极)，该汇流条BA在y方向上延伸。
此外，图5是沿着图4的A-A线剖开的示意性剖面图。
对图5所示的太阳能电池单体CL没有特别限制，但通常为被称为“BSF(BackSurface Field，背面场)型电池单体”的电池单体。
在图5中，本实施方式中的太阳能电池单体CL具有作为p型半导体层的半导体衬底1S，且在该半导体衬底1S的正面上形成有n型半导体层NL。
半导体衬底1S例如由导入了以硼(B)为代表的p型杂质(受主)的硅构成，是p型半导体层。作为p型半导体层发挥作用的半导体衬底1S的厚度例如为200μm左右。
与此相对，在半导体衬底1S的正面上形成的n型半导体层NL是将以磷(P)为代表的n型杂质(施主)导入硅中而形成的半导体层，该n型半导体层NL的厚度例如为0.3μm左右。因而，在作为p型半导体层的半导体衬底1S与n型半导体层NL之间形成pn结。
此外，尽管图中未示出，但是在n型半导体层NL的正面和半导体衬底1S的背面上形成有数μm左右的随机纹理结构(凹凸结构)。
此外，如图5所示，在半导体衬底1S的背面上形成有背面电极BE。该背面电极BE例如由铝膜形成。另一方面，在形成于半导体衬底1S的正面上的n型半导体层NL上形成有反射防止膜ARF。该反射防止膜ARF例如由氮化硅膜或氧化硅膜形成。此外，尽管图中未示出，但是在n型半导体层NL与反射防止膜ARF之间的边界区域中形成有被称为“纹理结构”的凹凸结构。换言之，也可以说，在n型半导体层NL的正面上形成有凹凸结构。该凹凸结构是为了防止入射的太阳光的反射而设置的。即，在本实施方式中的太阳能电池单体CL中，通过反射防止膜ARF和凹凸结构的协同作用，能够有效地抑制入射到太阳能电池单体CL的太阳光的反射。结果，根据本实施方式中的太阳能电池单体CL，能够提高太阳光的利用效率。
此外，本实施方式中的太阳能电池单体CL具有贯通反射防止膜ARF而到达n型半导体层NL的多个正面电极SE。因此，多个正面电极SE分别与n型半导体层NL相互电连接。
应予说明，实际上，在太阳能电池单体CL中形成有更多的正面电极SE，但是在图5中进行了简化，仅示出三个正面电极SE。
正面电极SE例如由银构成。
接下来，如图5所示，本实施方式中的太阳能电池单体CL具有以覆盖正面电极SE的方式在反射防止膜ARF上形成的导电膜CF。在此，“导电膜”是指广义上具有导电性的膜，包括被称为“导体膜”的膜和被称为“半导体膜”的膜。
由于该导电膜CF与正面电极SE接触，因此导电膜CF与正面电极SE相互电连接。而且，如图5所示，由于正面电极SE与n型半导体层NL接触，所以导电膜CF经由正面电极SE与n型半导体层NL电连接。
而且，该导电膜CF具有透光性。即，导电膜CF例如由至少对作为太阳光的主要成分的可见光和红外光具有透光性的材料构成，特别优选地，由透射率高的材料构成。
具体地，导电膜CF可以由包含铟和氧的膜构成，也可以由包含锌和氧的膜构成。例如，导电膜CF可以由包含添加了锡的氧化铟的膜构成。然而，导电膜CF不限于此，也可以由添加了钨的氧化铟膜、添加了铈的氧化铟膜、添加了氢的氧化铟膜、添加了铝的氧化锌膜、添加了镓的氧化锌膜、添加了氟的氧化锡膜等构成。以这种方式构成的导电膜CF具有例如10西门子/cm以上的导电率。另外，导电膜CF的膜厚例如为大于0nm且在100nm以下。特别地，更优选的是，导电膜CF的膜厚度为20nm以上且80nm以下。
本实施方式中的太阳能电池单体CL以上述方式构成，太阳能电池单体CL的结构可以总结如下。即，本实施方式中的太阳能电池单体CL具有：背面电极BE；配置在背面电极BE上的作为p型半导体层的半导体衬底1S；以及形成在p型半导体层上的n型半导体层NL。而且，本实施方式中的太阳能电池单体CL还具有：在n型半导体层NL上形成且由绝缘膜形成的反射防止膜ARF；贯通反射防止膜ARF而到达n型半导体层NL的正面电极SE；以及以覆盖正面电极SE的方式在反射防止膜ARF上形成、且具有透光性、并与n型半导体层电连接的导电膜CF。
<实施方式中的太阳能电池单体的工作>
本实施方式中的太阳能电池单体CL以上述方式构成，下面，参照图5说明太阳能电池单体CL的工作。
首先，在图5中，如果从太阳能电池单体CL的上方照射包括可见光和红外光的太阳光，则太阳光照射到作为太阳能电池单体CL的组成部分的导电膜CF上。此时，由于导电膜CF由至少对作为太阳光的主要成分的可见光和红外光具有透光性的材料构成，所以太阳光从导电膜CF透射。在此，如果导电膜CF的膜厚过厚，则太阳光从导电膜CF透射时的损失增加，因此，优选地，导电膜CF的膜厚在100nm以下。
然后，从导电膜CF透射后的太阳光入射到反射防止膜ARF上。由于反射防止膜ARF由对作为太阳光的主要成分的可见光和红外光具有透光性的氧化硅膜或氮化硅膜构成，所以从导电膜CF透射而入射到反射防止膜ARF的太阳光也从该反射防止膜ARF透射。在此，由于将反射防止膜ARF的膜厚调整为能够减少太阳光反射的膜厚，所以在反射防止膜ARF处的太阳光的反射被抑制。结果，能够减少从反射防止膜ARF透射的太阳光的损失。
接着，从反射防止膜ARF透射后的太阳光入射到位于反射防止膜ARF以下的层的太阳能电池单体CL的内部。具体地，太阳光入射到n型半导体层NL、在n型半导体层NL与半导体衬底1S(p型半导体层)之间的边界区域中形成的pn结部、以及半导体衬底1S。
此时，例如，由于作为太阳光的主要成分的可见光和红外光的光能具有比硅的带隙大的能量，因此硅的价带中存在的电子接收从太阳光(可见光、红外光)提供的光能而被激发到导带。由此，电子在导带中积聚，同时在价带中产生空穴。通过以这种方式将太阳光照射到太阳能电池单体CL上，从而电子被激发到导带，同时在价带中产生空穴。而且，从电子的角度看，构成pn结部的一侧的n型半导体层的导带处于比构成pn结部的另一侧的p型半导体层即半导体衬底1S的导带能量更低的位置。由此，被激发到导带的电子向n型半导体层NL迁移，电子在n型半导体层NL中积聚。另一方面，价带中存在的空穴向半导体衬底1S(p型半导体层)迁移，空穴在半导体衬底1S(p型半导体层)中积聚。结果，在作为p型半导体层的半导体衬底1S与n型半导体层NL之间产生电动势。然后，例如，如果在电连接至n型半导体层NL的正面电极SE与电连接至半导体衬底1S的背面电极BE之间连接负载，则电子从正面电极SE经由负载而流到背面电极BE。换句话说，电流从背面电极BE经由负载流到正面电极SE。通过以这种方式使太阳能电池单体CL工作，可以驱动负载。
<实施方式中的太阳能电池单体的制造方法>
接着，说明本实施方式中的太阳能电池单体的制造方法。
图6是示出太阳能电池单体的制造工序的流程的流程图。
首先，例如，准备向单晶硅或多晶硅中添加了p型杂质(受主)的半导体衬底。该半导体衬底具有平板状的平面形状(S101)。
接着，例如，通过使用湿法蚀刻技术，在半导体衬底的正面(受光面)上形成作为反射防止结构的纹理结构。纹理结构由凹凸结构构成，是为了获得减少反射的效果和将入射光封住的效果而形成的(S102)。
然后，通过在半导体衬底的正面上扩散n型杂质，在半导体衬底的正面侧形成n型半导体层(S103)。例如，可以使用磷(P)作为n型杂质。结果，会在作为p型半导体层发挥作用的半导体衬底的一部分上形成n型半导体层，并在p型半导体层与n型半导体层之间的边界区域中形成pn结部。
之后，对形成了n型半导体层的半导体衬底，实施边缘隔离(S104)。具体地，由于在半导体衬底上形成n型半导体层时的磷的扩散，在半导体衬底的侧面上也会形成n型半导体区，因此，要实施去除在半导体衬底的侧面上形成的n型半导体区的边缘隔离。
接着，在形成在半导体衬底的正面上的n型半导体层上形成反射防止膜(S105)。该反射防止膜例如由氧化硅膜或氮化硅膜构成，例如可以通过使用CVD(Chemical VaporDeposition，化学气相沉积)法来形成。
然后，在反射防止膜的正面上形成正面电极(S106)。该正面电极例如由银构成，可以通过使用了银膏的印刷法来形成。之后，在半导体衬底的背面上形成背面电极(S107)。该背面电极例如由铝构成，可以通过使用印刷法来形成。
之后，对半导体衬底实施烧穿工序(S108)。烧穿工序是指，通过对半导体衬底进行800℃以上的热处理，使在反射防止膜上形成的正面电极贯通反射防止膜而与在反射防止膜以下的层形成的n型半导体层连接的工序。通过进行这样的烧穿工序，由银电极构成的正面电极与n型半导体层电连接。
接着，在反射防止膜上，形成覆盖正面电极且至少对作为太阳光的主要成分的可见光和红外光具有透光性的导电膜(S109)。该导电膜例如由包含铟和氧的膜、或包含锌和氧的膜构成，例如，可以通过使用在大气中进行的溶液涂覆法、或在真空中进行的溅射法或蒸镀法来形成。
这样，可以制造本实施方式中的太阳能电池单体。
<实施方式中的太阳能电池组件的结构>
接下来，参照附图说明使用本实施方式中的太阳能电池单体CL的太阳能电池组件PVM的示意性的结构。
图7是示出本实施方式中的太阳能电池组件的结构的剖面图。
在图7中，本实施方式中的太阳能电池组件PVM包括图5所示的结构的太阳能电池单体CL，且具有：用于密封该太阳能电池单体CL的密封部件MR、配置在密封部件MR的下表面上的背板BS、配置在密封部件MR的上表面上的覆盖玻璃GS、以及被供给接地电位(地电位)的组件框架MF。覆盖玻璃GS例如由至少对作为太阳光的主要成分的可见光和红外光具有透光性的材料构成，特别优选地，由透射率高的材料构成。这是因为，如果覆盖玻璃GS的透射率高，则能够抑制太阳光的反射和吸收，增加经由覆盖玻璃GS入射到太阳能电池组件PVM的内部的太阳光的量，从而提高发电效率。
<实施方式的特征>
接下来，对本实施方式的特征点进行说明。
本实施方式的特征点为，例如，如图5所示，在反射防止膜ARF上形成覆盖正面电极SE的导电膜CF。由此，导电膜CF与位于反射防止膜ARF以下的层的n型半导体层NL电连接。这是因为，如图5所示，n型半导体层NL与正面电极SE接触，同时导电膜CF也与正面电极SE接触，所以导电膜CF经由正面电极SE与n型半导体层NL电连接。
结果，导电膜CF和n型半导体层NL具有相同的电位。这意味着在夹在导电膜CF与n型半导体层NL之间的绝缘膜即反射防止膜ARF的内部不会产生电场。即，如果采用在反射防止膜ARF上形成覆盖正面电极SE的导电膜CF这样的本实施方式的特征点，则通过使夹着反射防止膜ARF的导电膜CF和n型半导体层NL具有相同的电位，能够使在反射防止膜ARF的内部产生的电场几乎为零。
而且，如果能使在反射防止膜ARF的内部产生的电场几乎为零，则能够防止以钠离子为代表的阳离子到达包括n型半导体层NL的半导体衬底1S的内部。因此，基于“PID”的发生起因于阳离子到达包含n型半导体层NL的半导体衬底1S的内部这样的见解，如果采用在反射防止膜ARF上形成覆盖正面电极SE的导电膜CF这样的本实施方式的特征点，则能够有效地抑制“PID”，从而能够实现太阳能电池的可靠性的提高。
下面，对根据上述特征点能够抑制“PID”这一点进行详细说明。
图8是示出在实施方式中的太阳能电池组件中，相对于组件框架的框架电位，太阳能电池单体被施加负电位的状态的图。
在图8中，组件框架MF的框架电位是接地电位，而太阳能电池单体CL相对于组件框架被施加负电位。结果，在组件框架MF与太阳能电池单体CL之间产生高的电位差。这意味着在太阳能电池组件PVM中，在组件框架MF与太阳能电池单体CL之间产生高电场。但是，在本实施方式中，即使太阳能电池单体CL相对于组件框架MF被施加负电位，由此引起的“PID”也会被抑制。对该机制进行具体地说明。
图9是图8的区域R2的放大图。
在图9中，在由p型半导体材料构成的半导体衬底1S上形成有n型半导体层NL，在该n型半导体层NL上形成有反射防止膜ARF。而且，以贯通该反射防止膜ARF而到达n型半导体层NL的方式形成有正面电极SE，并以覆盖该正面电极SE的方式在反射防止膜ARF上形成有导电膜CF。而且，在导电膜CF上配置有密封部件MR，在该密封部件MR上配置有覆盖玻璃GS。
在此，如图9所示，由于导电膜CF与正面电极SE接触，且n型半导体层NL也与正面电极SE接触，所以导电膜CF与n型半导体层NL经由正面电极SE电连接。即，导电膜CF和n型半导体层NL具有相同的电位，作为绝缘体的反射防止膜ARF被夹在具有相同电位的导电膜CF与n型半导体层NL之间。
结果，例如，即使是如图8所示，太阳能电池单体CL相对于组件框架MF被施加负电位，在由绝缘体构成的反射防止膜ARF的内部也不会产生高电场。这是因为，在反射防止膜ARF上形成有导电膜CF，由此，因组件框架MF与太阳能电池单体CL之间的电位差而产生的电场被导电膜CF屏蔽。而且，导电膜CF通过正面电极SE与n型半导体层NL电连接，导电膜CF和n型半导体层NL具有相同的电位。由此，由于反射防止膜ARF被夹在具有相同电位的导电膜CF与n型半导体层NL之间，所以反射防止膜ARF的下表面与上表面之间的电位差几乎为零。这意味着在作为绝缘体的反射防止膜ARF的内部施加的电场几乎为零。此时，如图9所示，由于因太阳能电池单体CL相对于组件框架MF被施加负电位而产生的电场的作用，覆盖玻璃GS中包含的以钠离子为代表的阳离子迁移到密封部件MR与导电膜CF之间的边界区域。但是，由于导电膜CF与n型半导体层NL被正面电极SE电连接而具有相同的电位，所以被夹在导电膜CF与n型半导体层NL之间的反射防止膜ARF内部的电场几乎为零。因此，积聚在密封部件MR与导电膜CF之间的边界区域中的阳离子不易进入反射防止膜ARF的内部。即，在本实施方式中，由于在反射防止膜ARF的内部不产生电场，所以能够有效地抑制阳离子经由反射防止膜ARF进入太阳能电池单体CL的内部。
这样，根据本实施方式中的太阳能电池组件PVM，能够抑制由于以钠离子为代表的阳离子进入太阳能电池单体CL的内部而发生的“PID”。结果，根据本实施方式，能够实现太阳能电池组件PVM的可靠性的提高。
从抑制“PID”的观点出发，重要的是使在反射防止膜ARF内部产生的电场几乎为零，这意味着使夹着反射防止膜ARF的导电膜CF和n型半导体层NL具有相同的电位很重要。而且，为了使夹着反射防止膜ARF的导电膜CF和n型半导体层NL具有相同的电位，优选导电膜CF具有高的导电率。这是因为，导电膜CF的导电率降低意味着导电膜CF的寄生电阻增加，由此导电膜CF的电位容易从n型半导体层NL的电位浮动。在该情况下，会在夹着反射防止膜ARF的导电膜CF与n型半导体层NL之间产生电位差，从而不能使在反射防止膜ARF内部产生的电场几乎为零。另一方面，如果导电膜CF的导电率增大，则导电膜CF的寄生电阻减小，从而能够抑制由于寄生电阻而在导电膜CF与n型半导体层NL之间产生电位差的情况。
例如，示出具体数值的一例进行说明的话，优选地，导电膜CF的导电率为10西门子/cm以上。已经确认，在该情况下，能够使夹着反射防止膜ARF的导电膜CF和n型半导体层NL具有几乎相同的电位，从而能够抑制“PID”的发生。
然而，并不是只要简单地增大导电膜CF的导电率就可以。这是因为，如果增大导电率，则导电膜CF中的自由电子对红外线的吸收增加，从而导致太阳能电池单体中的光电转换效率降低(光电流减小)，结果难以实现太阳能电池性能的提高。但是，由于导电率由导电膜CF的载流子浓度与载流子迁移率的乘积表示，所以如果通过在抑制载流子浓度增加的同时增大载流子迁移率来增大导电率，就能在抑制光电流减小的同时有效地抑制“PID”的发生。
<实施方式中的效果的验证>
接下来，对证实如下效果的测定结果进行说明：根据本实施方式中的太阳能电池组件PVM，能够抑制“PID”的效果。
图10是示出加速试验的示意性的结构的图。
在图10中，太阳能电池组件PVM由以下部分构成：太阳能电池单体CL、用于密封太阳能电池单体CL的密封部件MR、配置在密封部件MR的下表面上的背板BS、和配置在密封部件MR的上表面上的覆盖玻璃GS。并且，对以这种方式构成的太阳能电池组件PVM进行加速试验。
具体地，如图10所示，将太阳能电池单体的正面电极(n型电极)和背面电极(p型电极)短路，且在太阳能电池组件PVM上隔着导电橡胶片10配置铝板11。此时，向铝板11供给接地电位(地电位)。然后，如图10所示，将具有太阳能电池组件PVM、导电橡胶片10和铝板11的试验体保持在例如温度为85℃、相对湿度在2％以下的恒温炉100中。在这种状态下，通过设置在恒温炉100的外部的直流高压电源12，在被供给接地电位的铝板11与太阳能电池单体CL(短路电极)之间施加-2000V的电压，进行试验。
作为补充，在预定的试验时间结束之后，将太阳能电池组件PVM从恒温炉100中取出，并通过在标准试验条件下使用太阳能模拟器，测量最大输出保持率。在测量结束后，将太阳能电池组件PVM再次导入恒温炉100的内部，重新开始加速试验。
图11是示出利用图10所示的结构进行的加速试验的结果的曲线图。
图11中，纵轴表示最大输出保持率，横轴表示试验时间。
图11示出了与不具有导电膜的相关技术中的太阳能电池组件对应的曲线图(1)，和与具有导电膜的本实施方式中的太阳能电池组件对应的曲线图(2)。
可以看出，如图11的曲线图(1)所示，在相关技术中的太阳能电池组件中，从试验开始起经过了2小时后，最大输出保持率不到初始值的70％，且在从试验开始起经过了1天(24小时)后，最大输出保持率降低到初始值的10％。即，可以看出，在相关技术中的太阳能电池组件中表现出了“PID”。
与此相对，可以看出，在图11的曲线图(2)所示的本实施方式中的太阳能电池组件中，即使是在从试验开始起经过了7天后，最大输出保持率也几乎没有降低。即，可以证实，在本实施方式中的太阳能电池组件中，能够抑制“PID”，提高太阳能电池的可靠性。
图12是示出在不具有导电膜的相关技术的太阳能电池组件中，利用太阳能模拟器测量的光照射状态下的电流密度与电压之间的关系(电流密度-电压特性)的曲线图。如图12所示，可以看出，在不具有导电膜的相关技术的太阳能电池组件中，从加速试验起，随着时间推移，电流密度与电压之间的关系变差。在此，特性曲线在纵轴上的截距表示短路电流密度，特性曲线在横轴上的截距表示开路电压。具体地，短路电流密度、开路电压、填充因子和元件面积的乘积表示最大输出。因此，从图12所示的结果可以看出，在不具有导电膜的相关技术的太阳能电池组件中，从加速试验开始起经过时间推移后，最大输出减小。这意味着在相关技术的太阳能电池组件中，发生了发电效率随着时间推移而降低的“PID”。
与此相对，图13是示出在具有导电膜的本实施方式中的太阳能电池组件中，利用太阳能模拟器测量的光照射状态下的电流密度与电压之间的关系(电流密度-电压特性)的曲线图。如图13所示，可以看出，在本实施方式中的太阳能电池组件中，即使是在从加速试验起经过时间推移后，电流密度与电压之间的关系也是几乎恒定不变的。因此，从图13所示的结果可以看出，在具有导电膜的本实施方式中的太阳能电池组件中，即使是在从加速试验开始起经过时间推移后，最大输出也几乎不变。这意味着在本实施方式中的太阳能电池组件中，发电效率随着时间推移而降低的“PID”被抑制。
如上所述，加速试验的结果证实了在本实施方式中的太阳能电池组件中能够抑制“PID”，提高太阳能电池的可靠性。
<变形例>
本实施方式中的技术构思不限于图5所示的太阳能电池单体CL，还可以适用于例如PERC(Passivated Emitter Rear Cell，钝化发射极和背面电池)结构的太阳能电池单体。
图14是示出PERC结构的太阳能电池单体CL2的示意性的结构的剖面图。
通过比较图5和图14可以看出，图14所示的太阳能电池单体CL2的背面电极结构与图5所示的太阳能电池单体CL的背面电极结构不同。具体而言，在图14所示的太阳能电池单体CL2中，在半导体衬底1S的背面形成有例如由氮化硅膜形成的绝缘膜PAS，在该绝缘膜PAS上使用激光等形成有开口部OP。而且，以将在绝缘膜PAS中设置的开口部OP填埋的方式形成有背面电极BE。在以这种方式构成的PERC结构的太阳能电池单体CL2中，由于半导体衬底1S与背面电极BE之间的接触面积减小，所以能够抑制由在半导体衬底1S的背面上形成的缺陷能级引起的电子和空穴的复合。由此，根据PERC结构的太阳能电池单体CL2，能够实现太阳能电池的发电效率的提高，结果可获得如下优点，即，能够实现太阳能电池的性能提高。
<实施方式中的技术构思的有用性>
最后，说明本实施方式中的技术构思的有用性。
本实施方式中的技术构思是基于以下的见解而想到的：引起“PID”的原因有可能是以钠离子为代表的阳离子向太阳能电池单体的内部的迁移，该阳离子的迁移是由施加于反射防止膜内部的电场引起的。而且，基于该见解，在本实施方式中，对抑制施加于反射防止膜的内部的电场进行了研究。具体而言，本实施方式中的技术构思是，以使反射防止膜被夹在具有相同电位的导电膜与n型半导体层之间的方式在反射防止膜上形成导电膜，由此，使在反射防止膜内部产生的电场几乎为零。例如，如图11～图13所示，根据该技术构思能够抑制“PID”这一点已被证实。因此，可以看出，由本发明的发明人新发现的以下见解是合理的：引起“PID”的原因是以钠离子为代表的阳离子向太阳能电池单体内部的迁移，该阳离子的迁移是由施加于反射防止膜内部的电场引起的。
关于这一点，例如，“背景技术”中所记载的专利文献1记载了如下内容：通过由富含硅的氮化硅膜形成太阳能电池单体中所包含的反射防止膜，来抑制“PID”。但是，可以认为，仅通过改变反射防止膜的成分不能使反射防止膜内部的电场几乎为零，因此不能大幅抑制“PID”。即，为了有效地抑制“PID”，必须使反射防止膜内部产生的电场几乎为零，但是，在上述专利文献1中，完全没有记载关于使反射防止膜内部产生的电场几乎为零的见解。即，专利文献1中记载的技术中，虽然为了抑制“PID”而关注了反射防止膜的成分，但是关于如下的重要的见解，即，施加于反射防止膜内部的电场对“PID”是有作用的这一点，既没有记载也没有给出启示。即，由本发明的发明人新发现的见解捕捉到了如何抑制“PID”的本质，基于该见解而具体化的本实施方式中的技术构思的优点在于，能够大幅抑制“PID”。
进一步说明的话，“背景技术”中所记载的专利文献2记载了一种将捕捉钠离子的捕捉材料添加到密封太阳能电池单体的密封部件中的技术。即，在专利文献2中，虽然关注了钠离子是“PID”的主要原因这一事实，但并未具体地深入到如下内容，即，以钠离子为代表的阳离子进入太阳能电池单体的内部是问题所在这一点。而且，在专利文献2中记载的对策中，例如，捕捉材料一旦饱和，捕捉钠离子的效果就没有了，而且并没有关注除钠离子以外的阳离子，所以从这些角度来看，专利文献2所记载的对策对“PID”的抑制效果是有限的。与此相对，由本发明的发明人新发现的见解捕捉到了如何抑制“PID”的本质，基于该见解而具体化的本实施方式中的技术构思的优点在于，能够大幅抑制“PID”。
此外，“背景技术”中所记载的专利文献3的图5C记载了在反射防止涂层上形成导电层的技术。但是，在专利文献3中，关于本实施方式中的如下的技术构思，即，通过使导电膜与n型半导体层经由正面电极电连接来使导电膜和n型半导体层具有相同电位这一点，既没有记载也没有给出启示。而且，在专利文献3中，关于作为想到本实施方式中的技术构思的动机的、使反射防止膜内部产生的电场几乎为零这样的见解，也没有记载且没有给出启示。归根结底，本实施方式中的太阳能电池单体使用制造成本低的p型半导体衬底，正是由于使用该p型半导体衬底，太阳能电池单体相对于框架电位具有负电位时发生的“PID”才成为问题。即，如专利文献3的图2所示，专利文献3中使用的是n型硅晶片，其作为前提的结构与本实施方式不同。专利文献3中关注的“PID”是被称为“表面极化效应(SurfacePolarization Effect)”的那种类型的“PID”，是以使用n型硅晶片为前提的、在太阳能电池单体相对于框架电位具有正电位时发生的“PID”。与此相对，本实施方式中关注的“PID”与专利文献3中关注的“PID”不同，是由于是p型半导体衬底才会发生的“PID”。即，本实施方式中所关注的“PID”是在太阳能电池单体相对于框架电位具有负电位时发生的“PID”。因此，应予补充说明，本实施方式中的技术构思与专利文献3中所记载的技术完全不同。
以上，基于实施方式对由本发明的发明人完成的发明进行了详细说明，但本发明并不限定于上述实施方式，毋庸置疑，能够在不脱离其要点的范围内进行各种变更。
附图标记说明
1S半导体衬底
ARF反射防止膜
BE背面电极
BS背板
CF导电膜
GS覆盖玻璃
MF组件框架
MR密封部件
NL n型半导体层
SE正面电极

Claims (12)

1.一种太阳能电池单体，其特征在于，具备：
背面电极；
第一半导体层，配置在所述背面电极上，且是第一导电类型；
第二半导体层，配置在所述第一半导体层上，且是第二导电类型；
反射防止膜，配置在所述第二半导体层上，且由绝缘膜形成；
正面电极，贯通所述反射防止膜而到达所述第二半导体层；以及
导电膜，以覆盖所述正面电极的方式配置在所述反射防止膜上，且具有透光性，并与所述第二半导体层电连接。
2.如权利要求1所述的太阳能电池单体，其中，
所述导电膜具有10西门子/cm以上的导电率。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池单体，其中，
所述导电膜的膜厚大于0nm且在100nm以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池单体，其中，
所述导电膜由包含铟和氧的膜构成。
5.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池单体，其中，
所述导电膜由包含锌和氧的膜构成。
6.如权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池单体，其中，
在所述第二半导体层的正面上形成有凹凸结构。
7.如权利要求1～6中任一项所述的太阳能电池单体，其中，
所述反射防止膜由氮化硅膜形成。
8.如权利要求1～7中任一项所述的太阳能电池单体，其中，
所述第一半导体层是p型半导体层，
所述第二半导体层是n型半导体层。
9.一种太阳能电池组件，其特征在于，具有：
如权利要求1～8中任一项所述的太阳能电池单体；
密封所述太阳能电池单体的密封部件；
配置在所述密封部件的下表面上的背板；
配置在所述密封部件的上表面上的透光性部件；以及
被供给接地电位的组件框架。
10.一种太阳能电池单体的制造方法，其特征在于，具有：
(a)准备第一导电类型的半导体衬底的工序；
(b)在所述半导体衬底上形成第二导电类型的半导体层的工序；
(c)在所述半导体层上形成反射防止膜的工序；
(d)形成与所述半导体衬底接触的背面电极的工序；
(e)在所述反射防止膜上形成正面电极的工序；
(f)在所述(e)工序之后，对所述半导体衬底进行热处理的工序；以及
(g)在所述(f)工序之后，在所述反射防止膜上形成覆盖所述正面电极且具有透光性的导电膜的工序，
其中，在所述(f)工序中，所述正面电极贯通所述反射防止膜而到达所述半导体层，
所述导电膜与所述半导体层电连接。
11.如权利要求10所述的太阳能电池单体的制造方法，其中，
在所述(g)工序中使用溶液涂覆法。
12.如权利要求10所述的太阳能电池单体的制造方法，其中，
在所述(g)工序中使用溅射法或蒸镀法。
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