DE112012001067T5 - Photovoltaikvorrichtung, Herstellungsverfahren für diese, und Photovoltaikmodul - Google Patents

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Abstract

Eine Photovoltaikvorrichtung enthält ein Siliziumsubstrat (101) eines ersten Leitungstyps, das eine Verunreinigungsdiffusionsschicht (102) auf einer Oberflächenseite enthält, welche Verunreinigungsdiffusionsschicht ein in diese diffundiertes Verunreinigungselement eines zweiten Leitungstyps hat; eine lichtempfangsflächenseitige Elektrode (105), die mehrere Gitterelektroden enthält, die elektrisch mit der Verunreinigungsdiffusionsschicht (102) verbunden und in einem gewissen Abstand auf der einen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats (101) angeordnet sind; und eine rückflächenseitige Elektrode (104), die auf der anderen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats (101) gebildet ist, wobei die Verunreinigungsdiffusionsschicht (102) eine erste Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) enthaltend das Verunreinigungselement mit einer ersten Konzentration und eine zweite Verunreinigungsdiffusionsschicht (102b) enthaltend das Verunreinigungselement mit einer zweiten Konzentration, die geringer als die erste Konzentration ist, enthält, und wobei die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) so gebildet ist, dass eine Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Gitterelektroden in der lichtempfangsflächenseitigen Elektrode (105) eine Längsrichtung hiervon ist, und so, dass ein Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) zu einem Bandbereich gleich oder geringer als 50% ist, eine Breite des Bandbereichs gleichförmig und identisch mit einer maximalen Breite der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung der Gitterelektroden ist, eine Länge des Bandbereichs in einer Längsrichtung identisch mit einer Länge der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) in der Längsrichtung der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) ist.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Photovoltaikvorrichtung, ein Herstellungsverfahren für diese, und ein Photovoltaikmodul.
  • Hintergrund
  • Für den Zweck des Verbesserns des Leistungsvermögens einer Photovoltaikvorrichtung wie einer Solarbatterie ist es wichtig, die folgenden drei Merkmale sicherzustellen, die darin bestehen, dass Sonnenlicht effizient in eine Vorrichtung eingeführt wird, die eingeführte optische Energie durch hohe Strom-Spannungscharakteristiken in elektrische Energie umgewandelt wird und die umgewandelte optische Energie effizient nach außen abgezogen wird. Es ist auch wichtig, mit langdauernder Zuverlässigkeit sicherzustellen, dass die Photovoltaikvorrichtung über eine lange Zeit die Ausgabe von Energie beibehalten kann in einem Fall der zusätzlichen Berücksichtigung der praktischen Verwendung der Vorrichtung.
  • Im Allgemeinen wird, um die Photovoltaikvorrichtung herzustellen, eine Verunreinigungsdiffusionsschicht (nachfolgend „Diffusionsschicht” auf der Oberfläche eines Substrats gebildet durch Diffundieren von Verunreinigungen, deren Leitungstyp entgegengesetzt zu dem des Substrats ist, und ein PN-Übergang wird gebildet.
  • Die photovoltaische Energie der Photovoltaikvorrichtung hängt stark von der Differenz des Pegels zwischen Leitungstypen ab. Demgemäß ist unter dem Gesichtspunkt der photovoltaischen Energie eine Verunreinigungskonzentration (eine Dotierungsmittelkonzentration), die einen Leitungspegel bestimmt, vorzugsweise hoch. Zusätzlich hierzu wirkt die Diffusionsschicht als ein Teil von Elektroden, um effizient einen erzeugten Strom zu einer externen Schaltung herauszuziehen. Unter diesem Gesichtspunkt ist die Dotierungsmittelkonzentration vorzugsweise hoch.
  • Weiterhin nimmt eine Widerstandskomponente in einem Bereich, in welchem die Elektroden mit dem PN-Übergang verbunden ist, allmählich zu, wenn die Photovoltaikvorrichtung während einer langen Zeit verwendet wird. Demgemäß ist in dem Fall der zusätzlichen Berücksichtigung der lang dauernden Zuverlässigkeit die Dotierungsmittelkonzentration vorzugsweise hoch unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung des Einflusses einer derartigen Zunahme der Widerstandskomponente.
  • Ein Siliziumhalbleiter zeigt eine höhere Kristallqualität, wenn die Verunreinigungskonzentration innerhalb des Siliziumhalbleiters niedriger ist. Wenn die Dotierungsmittelkonzentration zu hoch ist, verschlechtert sich die Kristallqualität des Halbleiters im starken Maße und eine Rekombinationsrate beschleunigt sich, was zu einer Abnahme der photovoltaischen Energie führt. Daher ist es wichtig, wenn der PN-Übergang eine Einzelübergangsstruktur ist, die Dotierungsmittelkonzentration auf einen geeigneten Wert zu setzen, während das Gleichgewicht in Bezug auf die drei vorgenannten Gesichtspunkte gehalten wird.
  • Weiterhin gibt es einen „selektiven Emitter” als eines von wirksamen und praktischen Verfahren für die vorgenannten Ziele, obgleich seine PN-Übergangsstruktur nicht eine Einzelübergangsstruktur ist. Dies ist ein Verfahren zum Ändern von Konzentrationseinstellungen der Diffusionsschicht in Abhängigkeit von strukturellen Merkmalen. Als das typischste Beispiel ist eine Zweistufen-Struktur bekannt, das heißt, ein Bereich nahe eines Teils direkt unter jeder Elektrode wird als ein stark dotierter Bereich eingestellt, in welchem die Dotierungsmittelkonzentration hoch ist, und der andere Bereich ist als ein leicht dotierter Bereich eingestellt, in welchem die Dotierungsmittelkonzentration niedrig ist (siehe beispielsweise Patentdokumente 1 und 2). In dem vorgenannten Beispiel ist der stark dotierte Bereich nahe des Teils direkt unter jeder Elektrode verantwortlich für eine Funktion als ein Teil der Elektrode, und der andere, leicht dotierte Bereich ist verantwortlich für eine Funktion des Unterdrückens der Verschlechterung der Kristallqualität des Halbleiters. Das heißt, es ist beabsichtigt, die Strom-Spannungs-Charakteristiken einer Solarbatteriezelle zu verbessern, in dem erwartete Rollen hauptsächlich den jeweiligen Bereichen zugewiesen werden.
  • Zitatliste
  • Patentdokumente
    • Patentdokument 1: japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2010-186900
    • Patentdokument 2: internationale Veröffentlichung Nr. WO 2009/157052
    • Patentdokument 3: japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 11-508088
    • Patentdokument 4: japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Nr. 2005-123447
  • Zusammenfassung
  • Technisches Problem
  • Jedoch ist es in diesem Fall nachteiliger Weise erforderlich, eine Ausrichtung vorzunehmen, und neue sekundäre Beschränkungen ergeben sich, um den Ausrichtungsbedingungen zu genügen, da der stark dotierte Bereich und der leicht dotierte Bereich durch Bereichsmerkmale insoweit gekennzeichnet sind, dass der Bereich nahe des Teils direkt unter jeder Elektrode sich von dem anderen Bereich unterscheidet.
  • In einem Fall des vorgenannten selektiven Emitters ist es beispielsweise sehr schwierig oder tatsächlich unmöglich, jeden stark dotierten Bereich so auszubilden, dass er vollständig einer Elektrodenstruktur in einem guten Verhältnis angepasst ist. Daher wird in vielen Fällen der stark dotierte Bereich so eingestellt, dass er geringfügig breiter ist, so dass ein Positionierungsspielraum zu der Zeit des Bildens jeder Elektrode verwendet werden kann. Als eine Folge tritt das Problem auf, dass ein unnötigerweise stark dotierter Bereich verbleibt und die Charakteristiken nicht wie erwartet verbessert werden können. Wenn zusätzlich zu den vorgenannten Gesichtspunkten die lang dauernde Zuverlässigkeit berücksichtigt wird, wird das Problem dadurch weiter verschlimmert, dass die Charakteristiken nicht wie erwartet verbessert werden, da es erwünscht ist, die Konzentration des stark dotierten Bereichs in direktem Kontakt mit jeder Elektrode höher einzustellen.
  • Andererseits ist, selbst wenn der Ausrichtungsspielraum in einem Elektrodenbildungsvorgang wie vorstehend beschrieben eingestellt wird, eine hohe Genauigkeit erforderlich im Vergleich zu einer PN-Einzelübergangsstruktur. Dies führt zu dem Problem einer Zunahme der Herstellungskosten und teilweiser Fehlerhaftigkeit.
  • Weiterhin wurden Versuche durchgeführt, um jeden stark dotierten Bereich in einer unabhängigen Form auszubilden, ohne jede Korrelation zu einem Muster von lichtempfangsflächenseitigen Elektroden (siehe beispielsweise Patentdokumente 3 und 4). Jedoch sind diese Versuche begleitet durch Verwendung eines Arbeitsvorgangs zum Unterscheiden des stark dotierten Bereichs von dem leicht dotierten Bereich, und gleichzeitig durch Bewirken, dass der Vorgang auch als ein Vorgang des Bildens von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche funktioniert. Als eine Folge besteht das Problem, dass es nicht möglich ist, Beschränkungen für den verbleibenden stark dotierten Bereich zu vernachlässigen und ausreichend zu der Verbesserung der Effizienz beizutragen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Photovoltaikvorrichtung zu schaffen, die ausgezeichnet in ihrem photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad und in ihrer Zuverlässigkeit ist und die kostengünstig ist.
  • Lösung des Problems
  • Die vorliegende Erfindung ist auf eine Photovoltaikvorrichtung gerichtet, die die Aufgabe löst. Die Photovoltaikvorrichtung enthält ein Siliziumsubstrat von einem ersten Leitungstyp, die eine Verunreinigungsdiffusionsschicht auf einer Oberflächenseite enthält, wobei die Verunreinigungsdiffusionsschicht ein in diese diffundiertes Verunreinigungselement von einem zweiten Leitungstyp enthält; eine lichtempfangsflächenseitige Elektrode, die mehrere Gitterelektroden enthält, die elektrisch mit der Verunreinigungsdiffusionsschicht verbunden und in einem gewissen Abstand auf der einen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats parallel angeordnet sind; und eine rückflächenseitige Elektrode, die auf der anderen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats gebildet ist. Die Verunreinigungsdiffusionsschicht enthält eine erste Verunreinigungsdiffusionsschicht enthaltend das Verunreinigungselement mit einer ersten Konzentration und eine zweite Verunreinigungsdiffusionsschicht enthaltend das Verunreinigungselement mit einer zweiten Konzentration, die niedriger als die erste Konzentration ist. Die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht ist so gebildet, dass eine Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Gitterelektroden in der lichtempfangsseitigen Elektrode auf der einen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats eine Längsrichtung hiervon ist, und derart, dass ein Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht zu einem Bandbereich gleich oder niedriger als 50% ist. Eine Breite des Bandbereichs ist gleichförmig und identisch mit einer maximalen Breite der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung der Gitterelektroden. Eine Länge des Bandbereichs in einer Längsrichtung ist identisch mit einer Länge der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in der Längsrichtung der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Beschränkungen während der Herstellung gelockert und niedrigere Kosten können realisiert werden, da ein Muster der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in einer unabhängigen Form ausgebildet ist, ohne jegliche Korrelation mit einem Muster von lichtempfangsflächenseitigen Elektroden. Weiterhin ist es durch zusätzliches Berücksichtigen eines praktischen Aspekts wie eines herkömmlichen Ausrichtungsspielraums möglich, die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht mit einem niedrigeren Flächenverhältnis auszubilden als in dem Fall des Bildens des Musters der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in Abhängigkeit von dem Muster der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden. Weiterhin kann, indem die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht so gebildet wird, dass das Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich oder niedriger als 50% eines bandförmigen Bereichs mit der selben Breite wie der maximalen Breite des Musters der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht ausgebildet wird, ein Fluss eines erzeugten Stroms von einer zweiten Verunreinigungsdiffusionsschicht zu der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht und zu Gitterelektroden mit dem niedrigen Flächenverhältnis wirksam gesteuert werden. Daher ist es möglich, eine Photovoltaikvorrichtung mit einem höheren photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu erhalten.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1-1 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für ein Herstellungsverfahren für eine Photovoltaikvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-2 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-3 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-4 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-5 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-6 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-7 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-8 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-9 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 1-10 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-2 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-3 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-4 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-5 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-6 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-7 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-8 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-9 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 2-10 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein charakteristisches Diagramm für Füllfaktoren (Anfangswerte) direkt nach der Herstellung von Photovoltaikvorrichtungen von Proben 1 und solchen von Proben 2.
  • 4 zeigt ein Ergebnis einer Zuverlässigkeitsprüfung, die bei den Photovoltaikvorrichtungen der Proben 1 und der Proben 2 durchgeführt wurde, und ist ein charakteristisches Diagramm einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit und einer Verschlechterungsrate von Füllfaktoren.
  • 5 zeigt Flächenverhältnisse einer stark dotierten Diffusionsschicht von n-Typ zu Gesamtschichtwiderstandswerten in Fällen von typischen Kombinationen von Schichtwiderstandswerten der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ bzw. Schichtwiderstandswerten einer leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ.
  • 6 ist ein charakteristisches Diagramm von Schichtwiderstandsabhängigkeiten einer Leerlaufspannung und eines Kurzschlussstroms einer Siliziumsolarbatterie, das durch Simulationen erhalten wurde.
  • 7 sind Draufsichten, die schematisch Beispiele für ein Muster der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 8 zeigt Flächenverhältnisse von Formen, die in einem einfachen Gitter in Abhängigkeit von kurzseitigen bzw. langseitigen Längen angeordnet sind.
  • 9 sind Draufsichten, die schematisch Beispiele für ein Muster der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 10 zeigt Übergänge einer Spannung und eines Stroms mit Bezug auf ein Flächenverhältnis einer stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu einer gesamten Diffusionsschicht vom n-Typ in einem Fall, in welchem „der Schichtwiderstand der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ gleich 20 Ω/☐ ist und der der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ gleich 90 Ω/☐ ist” gemäß den in 6 gezeigten Simulationen.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Ausführungsbeispiele einer Photovoltaikvorrichtung, eines Herstellungsverfahrens für diese, und eines Photovoltaikmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt und kann in geeigneter Weise modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zusätzlich können in den nachfolgend erläuterten Zeichnungen zum leichteren Verständnis Maßstäbe von jeweiligen Teilen von solchen der tatsächlichen Produkte abweichen. Dasselbe gilt für die Beziehungen zwischen den Zeichnungen.
  • Ausführungsbeispiel
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird anhand von Herstellungsprozessen mit Bezug auf die 1-1 bis 1-10 und 2-1 bis 2-10 erläutert. Die 1-1 bis 1-10 sind Querschnittsansichten eines Beispiels für ein Herstellungsverfahren für eine Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 2-1 bis 2-10 sind perspektivische Ansichten eines Beispiels für das Herstellungsverfahren für die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in den 2-1 bis 2-10 gezeigten Prozesse entsprechen jeweils den in den 1-1 bis 1-10 gezeigten.
  • Zuerst wird beispielsweise ein polykristallines Siliziumsubtrat vom p-Typ (nachfolgend „Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ”), das am häufigsten für kommerzielle Solarbatterien verwendet wird, vorbereitet (1-1 und 2-1).
  • Das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ wird hergestellt durch Schneiden oder Schlitzen eines monokristallinen Blocks oder polykristallinen Siliziumblocks, der durch Abkühlen und Verfestigen von geschmolzenem Silizium gebildet wurde, in Scheiben, die in Siliziumsubstrate von jeweils einer gewünschten Größe und einer gewünschten Dicke durch eine Bandsäge oder eine Drahtsäge wie eine Mehrdrahtsäge umgeformt werden. Daher verbleiben während des Schneidens erzeugte Schäden auf einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ. Daher wird zuerst, um diese beschädigte Schicht zu entfernen, das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ in eine saure Lösung oder eine erwärmte alkalische Lösung eingetaucht – beispielsweise eine wässrige Natriumhydroxid-Lösung, und die Oberfläch des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ wird geätzt, wodurch zu der Zeit des Erhaltens von Siliziumsubstraten durch Schneiden erzeugte beschädigte Bereiche, die nahe der Oberfläche des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ liegen, entfernt. Das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ hat nach der Entfernung der Schäden eine Dicke von beispielsweise 200 μm und eine Größe von beispielsweise 150 mm × 150 mm.
  • Alternativ können gleichzeitig mit oder nachfolgend der Entfernung der Schäden mikrokoskopische Unregelmäßigkeiten als eine Texturstruktur auf einer lichtempfangsflächenseitigen Oberfläche des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ gebildet werden. In dem eine derartige Texturstruktur auf der Lichtempfangsflächenseite eines Halbleitersubstrats ausgebildet wird, ist es möglich, eine mehrfache Reflexion von Licht auf einer Oberfläche der Photovoltaikvorrichtung zu bewirken, um das auf die Photovoltaikvorrichtung auftreffende Licht wirksam in einem Siliziumsubstrat zu absorbieren, um das Reflexionsvermögen wirksam zu reduzieren und um den Umwandlungswirkungsgrad zu verbessern.
  • Das Verfahren zur Bildung und die Form der Texturstruktur sind nicht auf ein/eine spezifische(s) beschränkt, da sich die vorliegende Erfindung auf eine Struktur einer Diffusionsschicht der Photovoltaikvorrichtung bezieht. Beispielsweise können ein Verfahren, das eine wässrige alkalische Lösung enthaltend Isopropyl-Alkohol verwendet, oder ein saures Ätzen durch eine Mischlösung, die hauptsächlich Flusssäure und Salpetersäure enthält, ein Verfahren zum Erhalten einer Lochstruktur oder einer inversen Pyramidenstruktur auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ durch Bilden eines Maskenmaterials, in welchem Öffnungen teilweise auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ vorgesehen sind und Ätzen der Oberfläche hiervon durch das Maskenmaterial, oder ein Verfahren, das ein reaktives Gasätzen (RIE: Reaktives Ionenätzen) verwendet, angewendet werden. Auf diese Weise kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden.
  • Als nächstes wird dieses Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ in einen thermischen Diffusionsofen gebracht und in einer Atmosphäre von Phosphor (P), das eine Verunreinigung vom n-Typ ist, erwärmt. Durch diesen Vorgang wird Phosphor (P) hoher Konzentration durch jede Oberfläche des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ diffundiert, wobei eine stark dotierte Verunreinigungsdiffusionsschicht vom n-Typ (nachfolgend „stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ”) 102a als eine erste Verunreinigungsdiffusionsschicht enthaltend den Phosphor mit einer ersten Konzentration gebildet, und ein pn-Übergang des Halbleiters wird gebildet (1-2 und 2-2). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ gebildet durch Erwärmen des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ auf eine Temperatur von beispielsweise 850°C bis 900°C in einer Atmosphäre von Phosphoroxychlorid (POCl3-Gas). Zu dieser Zeit wird eine Wärmebehandlung so gesteuert, dass ein Oberflächenschichtwiderstand der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ beispielsweise 15 Ω/☐ bis 45 Ω/☐, vorzugsweise 25 Ω/☐ bis 35 Ω/☐, beträgt. Da eine durch thermische Diffusion gebildete Diffusionsschicht eine komplizierte Konzentrationsverteilungskurve hat, ist ein stereotyper Ausdruck wie „Konzentration × Tiefe” tatsächlich bedeutungslos und ein Schichtwiderstand wird häufig als ein Ausdruck verwendet, der den früheren Ausdruck ersetzt.
  • Als nächstes wird ein Film mit einer Ätzwiderstandseigenschaft (nachfolgend „Ätzwiderstandsfilm”) 111 auf der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ gebildet (1-3 und 2-3). Beispielsweise wird als der Ätzwiderstandsfilm 111 ein Siliziumnitrid-Film (nachfolgend „SiN-Film”) mit einer Dicke von 80 nm durch en Plasma-CVD(chemische Dampfabscheidung)-Verfahren gebildet. Während der SiN-Film bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, können ein Siliziumoxidfilm (SiO2 oder SiO), ein Siliziumoxynitrid-Film (SiON), ein amorpher Siliziumfilm (a-Si), ein diamantartiger Kohlenstofffilm, ein Harzfilm oder dergleichen als der Ätzwiderstandsfilm 111 verwendet werden. Während die Dicke des Ätzwiderstandsfilms 111 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf 80 nm eingestellt ist, kann eine angemessene Dicke auf der Grundlage der Textur, der Ätzbedingungen während des Ätzens und eines SiN-Film-Entfernungsvermögens in einem nachfolgenden Prozess ausgewählt werden.
  • Als nächstes wird ein Laserstrahl auf den Ätzwiderstandsfilm 111 gestrahlt, wodurch mikroskopische Öffnungen 112 gebildet werden (1-4 und 2-4). Die Öffnungen 112 sind in Textur-Struktur-Bildungsbereichen 113a gebildet. Die Öffnungen 112 sind nicht in Bereichen 113b gebildet, in denen die Textur-Struktur nicht auszubilden ist, aber die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ verbleibt. Alternativ können die Öffnungen 112 durch Verwendung von Bearbeitungsmitteln, die andere als die Laserstrahl-Bestrahlung sind, gebildet werden. Spezifische Beispiele für derartige Bearbeitungsmittel enthalten einen Photoätzungsprozess und eine Blasbearbeitung, die bei der Halbleiterbearbeitung verwendet werden.
  • Als nächstes wird das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ durch die Öffnungen 112 nassgeätzt (1-5 und 2-5). Da das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ durch die mikroskopischen Öffnungen 112 hindurch geätzt wird, werden konkave Bereiche 114 an zu den mikroskopischen Öffnungen 112 konzentrischen Positionen auf einer der Oberflächen des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ gebildet. Eine Mischlösung aus der Flusssäure und der Salpetersäure wird beispielsweise als ein Ätzmittel verwendet. Die Flusssäure und die Salpetersäure werden mit einem Mischverhältnis miteinander vermischt, wie durch ein Volumenverhältnis von „Flusssäure:Salpetersäure:Wasser = 1:20:10” dargestellt ist. Das Mischverhältnis der Mischlösung kann auf einen angemessenen Wert in Abhängigkeit von einer gewünschten Ätzrate und einer gewünschten Ätzform geändert werden. Bei dem Ätzen unter Verwendung des Mischsäuren-Ätzmittels wird das Ätzen ohne den Einfluss einer Kristallflächenorientierung der Oberfläche des Siliziumsubstrats durchgeführt. Daher kann die Textur derselben Form gleichförmig gebildet werden und die Photovoltaikvorrichtung mit einem geringeren Oberflächenreflexionsverlust kann gebildet werden.
  • Eine wässrige Lösung enthaltend alkalisches Metallhydroxyd wie Natriumhydroxyd oder Kaliumhydroxyd wird bevorzugter nur dann verwendet, wenn das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ aus monokristallinem Silizium besteht und eine Schnittebene die (100)-Ebene ist. Es ist vorteilhaft, das Ätzen ohne den Einfluss der Kristallflächenorientierung durchzuführen, wie vorstehend in einem Fall beschrieben ist, in welchem das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ aus monokristallinem Silizium oder polykristallinem Silizium besteht und die Schnittebene eine andere als die (100)-Ebene ist. Umgekehrt jedoch ist es für das Ätzen des monokristallinen Siliziums mit der (100)-Ebene bevorzugt, die wässrige Lösung enthaltend alkalisches Metallhydroxyd zu verwenden, da es relativ leicht ist, das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ in eine Form zu bearbeiten, die weiterhin das Reflexionsvermögen herabsetzen kann, wobei das Ätzmittel für Anisotropie verwendet wird.
  • In diesem Fall hat jeder der konkaven Bereiche 114 die Form einer inversen Pyramide. Spezifische Beispiele für das Ätzmittel enthalten ein Ätzmittel, das durch Erwärmen von 0,5 Gew.-% bis 4 Gew.-% einer Natriumhydroxydlösung bei 70°C bis 95°C erhalten wird, und ein Ätzmittel, das durch Hinzufügen eines oberflächenaktiven Mittels zu einer derartigen wässrigen Lösung erhalten wird.
  • Um der Bildung der konkaven Bereiche 114 zu folgen, wird die in den konkaven Bereichen 114 vorhandene, stark dotierte Diffusionsschicht 102 vom n-Typ gleichzeitig entfernt. In den Bereichen 113b, in denen die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ verbleibt, verbleibt die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ wie beabsichtigt. Die Auswahl eines Musters (Form und Größe) jedes Bereichs 113b, in welchem die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ verbleibt, enthält die wichtigsten Elemente der vorliegenden Erfindung. Diese Auswahl wird später im Einzelnen beschrieben.
  • Nach dem Bilden der konkaven Bereiche 114 wird der Ätzwiderstandsfilm 111 durch Verwendung der Flusssäure entfernt (1-6 und 2-6). Als nächstes wird dieses Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ wieder in den thermischen Diffusionsofen gebracht und in der Atmosphäre von Phosphor (P), das die Verunreinigung vom n-Typ ist, erwärmt. Durch diesen Vorgang wird Phosphor (P) geringer Konzentration durch eine der Oberflächen des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ diffundiert, eine leicht dotierte Diffusionsschicht (nachfolgend „leicht dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ”) 102b vom n-Typ als eine zweite Verunreinigungsdiffusionsschicht enthaltend den Phosphor mit einer zweiten Konzentration wird gebildet, und ein pn-Halbleiterübergang wird gebildet (1-7 und 2-7). Die zweite Konzentration ist geringer als die erste Konzentration. Die Verunreinigungsdiffusionsschicht (nachfolgend „Diffusionsschicht vom n-Typ”) 102 vom n-Typ, die durch die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ und die leicht dotierte Diffusionsschicht 102b vom n-Typ gebildet wird, wird hierdurch erhalten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ gebildet durch Erwärmen des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ bei einer Temperatur von beispielsweise etwa 840°C in der Atmosphäre des Phosphoroxychlorids(POCl3)-Basis. Zu dieser Zeit wird eine Wärmebehandlung so gesteuert, dass ein Oberflächenschichtwiderstand der leicht dotierten Diffusionsschicht 102b vom n-Typ beispielsweise 60 Ω/2 bis 150 Ω/2 beträgt. Da die durch die thermische Diffusion gebildete Diffusionsschicht eine komplizierte Konzentrationsverteilungskurve hat, ist der stereotype Ausdruck wie „Konzentration × Tiefe” tatsächlich bedeutungslos und der Schichtwiderstand wird häufig als der Ausdruck verwendet, der den früheren Ausdruck ersetzt.
  • In den Bereichen 113b, in denen die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ verbleibt, wird die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ nicht entfernt, sondern verbleibt während des Ätzens. Daher verbleibt, selbst wenn der Phosphor (P) niedriger Konzentration in den Bereichen 113b diffundiert ist, die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ nahezu so wie sie ist. Weiterhin wird in den Textur-Struktur-Bildungsbereichen 113a die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ, die in den Öffnungen 112 vorhanden ist, während des Ätzens entfernt. Daher wird die leicht dotierte Diffusionsschicht 102b vom n-Typ auf einer inneren Oberfläche jeder Öffnung 112 gebildet.
  • Ein Verfahren des Bildens einer Reihe aus der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ und der leicht dotierten Verunreinigungsdiffusionsschicht 102b vom n-Typ mit Ausnahme der Auswahl von Bildungsmustern (Form und Größe) hat keine direkte Relevanz für wesentliche charakteristische Teile des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Daher ist dieses Verfahren nicht auf irgendein spezifisches beschränkt. Beispiele für Fälle, die andere als die vorstehend Beschriebenen, bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigten Mittel sind, enthalten ein Verfahren zum selektiven Bilden der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ nur in gewünschten Bereichen durch lokales Bestrahlen mit einem Laserstrahl, Anwenden von Wärme, und weiterhin Beschleunigen der Diffusion nach einer vorübergehenden Bildung der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ, ein Verfahren zum selektiven Diffundieren des Phosphors (P) mit hoher Konzentration über die freiliegenden Bereiche der Öffnungen in dem Ätzwiderstandsfilm entgegengesetzt zu dem bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschriebenen Fall, und ein Verfahren zum selektiven Bilden jedes Bereiches der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ und jedes Bereiches der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ durch teilweises Aufbringen von Diffusionspasten auf das Siliziumsubstrat.
  • Nachdem sowohl die stark dotierte als auch die leicht dotierte Diffusionsschicht gebildet sind, wird eine Phosphor-Glasschicht, die hauptsächlich Phosphoroxyd enthält, auf der Oberfläche, auf der die leicht dotierte Diffusionsschicht 102b vom n-Typ gebildet ist, gebildet. Demgemäß wird das Phosphor-Glas unter Verwendung einer Flusssäurelösung oder dergleichen entfernt.
  • Als nächstes wird ein Siliziumnitridfilm (SiN-Film) als ein Antireflexionsfilm 103 auf einer Lichtempfangsflächenseite des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ, auf dem die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ und die leicht dotierte Verunreinigungsdiffusionsschicht 102b vom n-Typ gebildet sind, gebildet, um den photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu verbessern (1-8 und 2-8). Beispielsweise wird das Plasma-CVD-Verfahren verwendet, um den Antireflexionsfilm 103 zu bilden, und der Siliziumnitridfilm wird als der Antireflexionsfilm 103 unter Verwendung eines Mischgases aus Silan und Ammonium gebildet. Eine Dicke und ein Brechungsindex des Antireflexionsfilms 103 werden auf Werte eingestellt, bei denen der Antireflexionsfilm 103 eine Lichtreflexion am stärksten unterdrücken kann. Als der Antireflexionsfilm 103 kann ein Film aus zwei oder mehr übereinanderliegenden Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindizes verwendet werden. Um den Antireflexionsfilm 103 zu bilden, kann ein anderes Filmbildungsverfahren wie ein Sputterverfahren verwendet werden. Bei einer anderen Alternative kann ein Siliziumoxydfilm als der Antireflexionsfilm 103 gebildet werden.
  • Als nächstes wird die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ, die auf der Rückfläche des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ durch die Diffusion von Phosphor (P) gebildet ist, entfernt (1-9 und 2-9). Als eine Folge wird ein Halbleitersubstrat 101, in welchem das Siliziumsubstrat 101a vom p-Typ, das als eine erste leitende Schicht dient, und die Diffusionsschicht 102 vom n-Typ, die auf der Lichtempfangsflächenseite des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ gebildet ist und als eine zweite leitende Schicht dient, einen pn-Übergang bilden, erhalten.
  • Die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ, die auf der Rückfläche des Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ gebildet ist, wird entfernt durch Verwendung beispielsweise einer Einzelseiten-Ätzvorrichtung. Alternativ kann ein Entfernungsverfahren, das das Eintauchen des gesamten Siliziumsubstrats 101a vom p-Typ in ein Ätzmittel, wobei der Antireflexionsfilm 103 als eine Maske verwendet wird, enthält, angewendet werden. Als das Ätzmittel kann ein solches verwendet werden, das durch Erwärmen der wässrigen alkalischen Lösung wie der Natriumhydroxydlösung oder einer Kaliumhydroxydlösung bei einer Raumtemperatur bis 95°C, vorzugsweise 50°C bis 70°C erhalten wurde. Alternativ kann eine wässrige Mischlösung aus Salpetersäure und Flusssäure als das Ätzmittel verwendet werden.
  • Schließlich werden lichtempfangsflächenseitige Elektroden und eine rückflächenseitige Elektrode gebildet. Zuerst wird eine Aluminiummisch-Elektrodenmaterialpaste zur Bildung der rückflächenseitigen Elektrode auf die gesamte Rückfläche des Halbleitersubstrats 101 durch Siebdrucken aufgebracht, und dann wird die Paste getrocknet. Als nächstes wird eine Silbermisch-Elektrodenmaterialpaste für die Bildung der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden auf den Antireflexionsfilm 103, der eine Lichtempfangsfläche des Halbleitersubstrats 101 ist, in einer Kammform durch das Siebdrucken aufgebracht, und dann wird die Paste getrocknet. Die Elektrodenmaterialpaste für die lichtempfangsflächenseitigen Elektroden werden auf die Textur-Struktur-Bildungsbereiche 113a aufgebracht. Danach werden die Elektrodenmaterialpasten auf der Lichtempfangsflächenseite und der Rückflächenseite des Halbleitersubstrats 101 gleichzeitig in beispielsweise einer atmosphärischen Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 760°C gebrannt, wodurch lichtempfangsflächenseitige Elektroden 105 und eine rückflächenseitige Elektrode 104 erhalten werden (1-10 und 2-10). Zu dieser Zeit kontaktiert auf der Lichtempfangsflächenseite des Halbleitersubstrats 101 ein Silbermaterial Silizium und wird wieder verfestigt, während der Antireflexionsfilm 103 mit in der Paste enthaltenem Glas geschmolzen ist. Als eine Folge ist es möglich, eine gute Widerstandsverbindung zwischen der Diffusionsschicht 102 im n-Typ und den lichtempfangsflächenseitigen Elektroden 105 sicherzustellen. Die lichtempfangsflächenseitigen Elektroden 105 sind in den Textur-Struktur-Bildungsbereichen 113a gebildet. Das heißt, die lichtempfangsflächenseitigen Elektroden 105 sind auf der leicht dotierten Diffusionsschicht 102b vom n-Typ gebildet. Als ein Elektrodenmuster der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden 105 wird eine kammförmige Konfiguration durch mehrere dünne und lange Gitterelektroden, die in einer vorbestimmten Richtung mit einem gewissen Abstand parallel angeordnet sind, und mehreren Buselektroden gebildet. Die Gitterelektroden sind lokal auf der Lichtempfangsfläche so vorgesehen, dass sie in dem Halbleitersubstrat 101 erzeugte elektrische Energie sammeln. Die Buselektroden sind so vorgesehen, dass sie nahezu orthogonal zu den Gitterelektroden sind, um die durch die Gitterelektroden gesammelte elektrische Energie abzuziehen. Die Gitterelektroden und die Buselektroden sind elektrisch mit der Diffusionsschicht 102 vom n-Typ an ihrer Unterseite verbunden.
  • Indem die vorbeschriebenen Prozesse durchgeführt werden, wird die Photovoltaikvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hergestellt.
  • Als nächstes wird die Auswahl des Musters (Form und Größe) der Bereiche 113b, in denen die stark dotierte Diffusionsschicht 102a vom n-Typ verbleibt, erläutert. Mit einer Struktur einer herkömmlichen Photovoltaikvorrichtung verbleibt die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ grundsätzlich in lichtempfangsflächenseitige Elektroden-bildenden Bereichen. Der Grund hierfür ist wie folgt. Wenn die lichtempfangsflächenseitigen Elektroden auf der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ gebildet werden, wird herkömmlich in Betracht gezogen, dass eine Komponente eines Kontaktwiderstands zwischen den lichtempfangsflächenseitigen Elektroden und der Diffusionsschicht und die eines Reihenwiderstands aufgrund einer konzentrierten Stromzunahme eine Verschlechterung eines Füllfaktors bewirken und den Füllfaktor instabil machen.
  • Die vorliegenden Erfinder haben tatsächlich als Prototypen mehrere Photovoltaikvorrichtungen als Proben 1 hergestellt, die jeweils eine herkömmliche Konfiguration haben, bei der die lichtempfangsflächenseitigen Elektroden in den Bereichen gebildet wurden, in denen die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ verblieben ist („Bereiche der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ”), und mehrere Photovoltaikvorrichtungen als Proben 2, die jeweils eine Konfiguration haben, bei der die lichtempfangsflächenseitigen Elektroden so gebildet wurden, dass sie von den Bereichen der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ abweichen. Die Proben 1 und 2 wurden unter denselben Bedingungen ausgebildet mit der Ausnahme unterschiedlicher Positionen für die Bildung der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden. Weiterhin beträgt ein Flächenverhältnis der Bereiche der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu der gesamten Lichtempfangsfläche 20%. Die vorliegenden Erfinder haben Eigenschaften der Photovoltaikvorrichtungen der Proben 1 und 2 bewertet.
  • Als eine Folge wird, wie in 3 gezeigt ist, hinsichtlich der Photovoltaikvorrichtungen der Proben 2 eine Verringerung des Füllfaktors (FF), der nach einer herkömmlichen Kenntnis vermutet wurde, nicht erkannt, und der Einfluss der Bildung der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden, die von den Bereichen der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ abweichen, ist beschränkt auf eine Abnahme des Stroms aufgrund einer Zunahme der lichtempfangenden Bereiche auf der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ. 3 ist ein charakteristisches Diagramm von Füllfaktoren (Anfangswerte) direkt nach der Herstellung der Photovoltaikvorrichtungen der Proben 1 und solchen der Proben 2. Weiterhin wurde hinsichtlich der langdauernden Zuverlässigkeit zur Sicherstellung, dass die Photovoltaikvorrichtung die Ausgabe von Energie über eine lange Zeit beibehalten kann, ein Ergebnis einer schwerwiegenden Verschlechterung bei den Photovoltaikvorrichtungen der Proben 2 bis zu einer verstrichenen Zeit von 2000 Stunden nicht erkannt, wie in 4 gezeigt ist. 4 stellt ein Ergebnis einer Zuverlässigkeitsprüfung dar, die bei Photovoltaikvorrichtungen der Proben 1 und 2 durchgeführt wurde, und ist ein charakteristisches Diagramm einer Beziehung zwischen einer verstrichenen Zeit und einer Verschlechterungsrate von Füllfaktoren (FF). Die in 4 gezeigte Verschlechterungsrate von jedem der Füllfaktoren (FF) wird erhalten durch Teilen des photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrads von jeder Photovoltaikvorrichtung nach der Zuverlässigkeitsprüfung durch den photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad der Photovoltaikvorrichtung vor der Zuverlässigkeitsprüfung.
  • Auf diese Weise besteht, wenn Nachteile der Eigenschaften, die durch die herkömmliche Kenntnis angenommen werden, tatsächlich nicht vorhanden sind, keine Notwendigkeit, die Ausrichtung zwischen der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ und den lichtempfangsflächenseitigen Elektroden zu berücksichtigen. Wenn Muster der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ/leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ unabhängig von denen der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden betrachtet werden ohne Entwerfen der Muster dieser Schichten trotz der Nachteile wie des Ausrichtungsspielraums für die Lichtempfangsflächen-Elektroden, können eine größere Flexibilität und größere Vorteile erzielt werden. Insbesondere ist, wenn ein Bereichsverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung niedriger eingestellt ist als das der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ enthaltend den Spielraum gemäß den herkömmlichen Techniken, es möglich, die nachteilige Wirkung der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ auf den Strom zu unterdrücken, d. h., eine Abnahme des Stroms, so dass er niedriger als ein beabsichtigter Strom ist, und möglich, die Eigenschaften zu verbessern.
  • Da der Schichtwiderstandswert der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ durch R1 angezeigt wird, das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu der gesamten Diffusionsschicht vom n-Typ durch r angezeigt ist, der Schichtwiderstandswert der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ durch R2 angezeigt ist und das Flächenverhältnis der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu der gesamten Diffusionsschicht vom n-Typ durch (1 – r) angezeigt ist, wird ein Gesamtschichtwiderstandswert Rtotal der Diffusionsschicht vom n-Typ durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. 1/Rtotal = r/R1 + 1 – r/R2 (1)
  • Auf der Grundlage der Gleichung (1) wird das Flächenverhältnis r der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt.
  • Figure 00190001
  • Wenn der pn-Übergang eine Einzelübergangsstruktur ist, beträgt der Gesamtschichtwiderstandswert Rtotal der lichtempfangenden Oberfläche vorzugsweise 50 Ω/2 bis 70 50 Ω/2, bevorzugter 55 Ω/2 bis 65 Ω/2. Selbst in einem Fall einer doppelten pn-Übergangsstruktur, wie in der Photovoltaikvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist, liegt der Gesamtschichtwiderstandswert Rtotal vorzugsweise in dem vorgenannten Bereich. Wenn der Wert Rtotal niedriger als 50 Ω/2 ist (die Dotierungsmittelkonzentration ist zu hoch), dann nimmt die Kristallqualität des Halbleiters stark ab und eine Rekombinationsrate wird beschleunigt. Als eine Folge wird die Energie nicht effizient in dem Silizium erzeugt und die photovoltaische Energie fällt. Wenn der Wert Rtotal höher als 70 Ω/2 ist (die Dotierungsmittelkonzentration ist zu niedrig), kann die in dem Silizium erzeugte Energie nicht effizient nach außen abgezogen werden. Als eine Folge fällt, ähnlich wie in dem Fall des zu hohen Schichtwiderstands, die photovoltaische Energie. Zusätzlich steigt die Wahrscheinlichkeit der Verschlechterung der langdauernden Zuverlässigkeit aufgrund der Zunahme der Widerstandskomponente der Bereiche, in denen die Elektroden mit dem pn-Übergang verbunden sind. Daher ist es durch Einstellen des Gesamtschichtwiderstandwerts Rtotal der lichtempfangenden Oberfläche derart, dass er in den Bereich von 55 Ω/2 bis 65 Ω/2 fällt, möglich, ein zufriedenstellenderes Gleichgewicht zwischen der Kristallqualität des Halbleiters, einer photovoltaischen Menge, die sich aus der Pegeldifferenz zwischen den pn-Übergängen ergibt, und der langdauernden Zuverlässigkeit beizubehalten, und möglich, bessere Eigenschaften zu erhalten.
  • 5 stellt Flächenverhältnisse r einer stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu den Gesamtschichtwiderstandswerten Rtotal in den Fällen typischer Kombinationen von Schichtwiderstandswerten R1 der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ bzw. Schichtwiderstandswerten R2 der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ dar. 5 stellt die Flächenverhältnisse r der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ so dar, dass sie jedem von vier Typen des Rtotal entsprechen: 50 Ω/2, 55 Ω/2, 65 Ω/2 und 70 Ω/2. Um diese Rtotal zu realisieren, ist es bevorzugt, das Flächenverhältnis r der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ so einzustellen, dass es in die in 5 gezeigten Bereiche fällt. Durch Steuern des Flächenverhältnisses r der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ in der Weise, dass es in derartige Bereiche fällt, ist es möglich, die Photovoltaikvorrichtung mit einem guten Füllfaktor (FF) zu realisieren.
  • Weiterhin beträgt mit Bezug auf einen Vergleich mit einer Struktur einer herkömmlichen Photovoltaikvorrichtung (eine Struktur, bei der die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ grundsätzlich in den Bereichen der Bildung der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden bleibt) das Flächenverhältnis r der herkömmlichen typischen, stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ 20%. Wenn die Kombination von R1 und R2 so ausgewählt ist, dass das Flächenverhältnis r der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ unter 20% fällt, kann die nachteilige Wirkung der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ auf den Strom, d. h., die Abnahme des Stroms, so dass er niedriger als der beabsichtigte Strom ist, unterdrückt werden und die Eigenschaften können verbessert werden. Unter dem Gesichtspunkt der Wirkung der Eigenschaftsverbesserung ist das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht 102 vom n-Typ vorteilhafter gleich oder niedriger als 10%.
  • In diesem Fall ist es unter dem Gesichtspunkt der Realisierung der Struktur der Photovoltaikvorrichtung mit dem höheren photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad wichtig, ein niedrigeres Flächenverhältnis des stark dotierten Bereichs einzustellen und den erzeugten Strom effizienter in die Gitterelektroden einzuführen. Bei der Struktur, bei der die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ und die leicht dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ miteinander gemischt sind, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist, fließt eine Stromkomponente, die insbesondere in der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ erzeugt ist, zuerst von einem Erzeugungspunkt zu der nächsten, einen kürzesten Abstand aufweisenden, stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ und erreicht dann die Gitterelektroden entlang der Form der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ. Daher korreliert ein Widerstandswert, der bis zu der Gitterelektrode an jedem Punkt erzeugt wurde, mit einem numerischen Wert, der durch „(Schichtwiderstand von leicht dotierter Diffusionsschicht vom n-Typ) × (Gesamtpfadlänge von leicht dotierter Diffusionsschicht vom n-Typ) + (Schichtwiderstand von stark dotierter Diffusionsschicht vom n-Typ) × (Gesamtpfadlänge von stark dotierter Diffusionsschicht vom n-Typ)” dargestellt ist. Es ist wichtig, die Form der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ so einzustellen, dass der vorgenannte numerische Wert herabgesetzt wird, so dass er klein ist, mit einem niedrigen Flächenverhältnis. Stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ kontaktiert nicht notwendigerweise die Gitterelektroden. Selbst wenn die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ die Gitterelektroden nicht kontaktiert, ist die vorstehend beschriebene Logik anwendbar. In diesem Fall erreicht die Stromkomponente die Gitterelektroden nach dem Hindurchgehen durch jeweilige Pfade der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ und der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ, so dass die Summe der vorgenannten Formel ein minimaler Wert wird.
  • Wenn unter dem vorbeschriebenen Gesichtspunkt das Muster der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ beachtet wird, hat eine Form des Musters senkrecht zu den Gitterelektroden in der Ebene der lichtempfangenden Oberfläche der Photovoltaikvorrichtung eine Richtungswirkung in der Weise, dass der erzeugten Stromkomponente ermöglicht wird, mit dem kürzesten Abstand nahe der Gitterelektroden zu sein, und ist wirksam zum effizienteren Einführen des erzeugten Stroms in die Gitterelektroden. Umgekehrt ermöglicht eine zu den Gitterelektroden parallele Komponente nicht, dass der erzeugte Strom nahe der Gitterelektroden ist, während der erzeugte Strom durch die Richtungskomponente hindurchgeht, und es fehlt die Effektivität für ein effizienteres Einführen des erzeugten Stroms in die Gitterelektroden selbst in einer stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ (ein Bereich mit niedrigem Schichtwiderstand). Wenn diese Gesichtspunkte in einer spezifischen Form berücksichtigt werden, wird geschlossen, dass ein lineares Muster, das senkrecht zu den Gitterelektroden in der Ebene der lichtempfangenden Oberfläche der Photovoltaikvorrichtung ausgebildet ist, geeignet ist als die Form des Musters der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ.
  • Andererseits kann, da das Herabsetzen des Flächenverhältnisses der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ beachtet wird, nicht gesagt werden, dass eine einfache lineare oder Streifenform genügt, um das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ herabzusetzen. 6 ist ein Charakteristik-Diagramm von Schichtwiderstandsabhängigkeiten (relative Werte) einer Leerlaufspannung (VOC) und eines Kurzschlussstroms (Isc) einer Siliziumsolarbatterie, die durch Simulationen unter denselben Bedingungen mit der Ausnahme des Gesamtschichtwiderstands der Diffusionsschicht vom n-Typ auf der lichtempfangenden Oberfläche erhalten wurde. 6 stellt die Schichtwiderstandsabhängigkeiten auf der Grundlage eines Falls dar, in welchem der Gesamtschichtwiderstand der Diffusionsschicht vom n-Typ 90 Ω/2 beträgt (mit diesem Fall auf 100% gesetzt). Es ist selbstverständlich, dass die Kristallqualität des Halbleiters verschlechtert wird und die Rekombinationsrate beschleunigt wird, da der Schichtwiderstand abnimmt (die Verunreinigungskonzentration zunimmt). Als eine Folge fällt die photovoltaische Energie und sowohl VOC als auch Isc nehmen ab. Die Abnahme ist besonders bemerkenswert in einem Bereich gleich oder weniger als 40 Ω/2, welcher Bereich wirksam ist als der für die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ. Wenn eine derartige Struktur verwendet wird, ist es erforderlich, das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ umfassender herabzusetzen.
  • Wenn jedoch die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ eine einfache lineare oder Streifenform hat, sind die Mittel zum Herabsetzen des Flächenverhältnisses auf die Verengung der Breite. Wenn weiterhin angenommen wird, dass kostengünstige Bearbeitungsmittel wie ein im Ganzen hergestelltes Produkt zu verwenden sind, nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, dass die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ nicht wie gewünscht bearbeitet werden kann, da es erforderlich ist, die Größengenauigkeit und Bearbeitungsgrenze zu berücksichtigen, und dass das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ nicht herabgesetzt werden kann. Daher ist es wichtig, die Form weiterhin sorgfältig so einzustellen, dass es möglich ist, das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ wirksam herabzusetzen bei einer Größe, bei der es relativ einfach ist, die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ zu behandeln.
  • Beispiele für ein Verfahren zum wirksamen Herabsetzen des Flächenverhältnisses der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ, das nahezu dieselbe Größe verwendet, enthalten die Anwendung eines intermittierenden Musters wie ein Punktmuster als die Form der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ. Beispielsweise wird ein Streifenbereich, in welchem Streifen mit jeweils einer Breite von 0,1 mm in einem Abstand von 1 mm angeordnet sind, so gebildet, dass das Flächenverhältnis des Streifenbereichs zu einem vorbestimmten Bereich 10% wird. Alternativ wird ein Fall betrachtet, in welchem quadratische 1-mm-Punkte (einfaches Gitter) in demselben Bereich wie dem Streifenbereich anstelle des Streifenbereichs mit einem Abstand von 1 mm gebildet werden. Während das Flächenverhältnis des Streifenbereichs zu dem vorbestimmten Bereich 10% beträgt, beträgt das Flächenverhältnis des Bereichs mit quadratischen Punkten (einfaches Gitter) zu dem vorbestimmten Bereich etwa 1% und es ist möglich, das Flächenverhältnis auffälliger herabzusetzen.
  • Als ein Ergebnis einer Kombination der vorstehenden Betrachtungen wird die intermittierende Form wie eine rechteckige Form, eine elliptische Form oder eine Rautenform mit einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Gitterelektroden als einer Längsrichtung in der Ebene der lichtempfangenden Oberfläche der Photovoltaikvorrichtung als die Form der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ vorgeschlagen, die die positiven Merkmale der beiden Betrachtungen einschließt (7). 7 sind Draufsichten, die schematisch Beispiele für ein Muster der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellen. In 7 ist 7(a) ein Beispiel für ein rechteckiges Muster der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ, 7(b) ist ein Beispiel für ein elliptisches Muster der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ, und 7(c) ist ein Beispiel für ein Rautenmuster der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ. In 7 zeigt ein Pfeil X eine Längsrichtung (eine Ausgehungsrichtung) der Gitterelektroden an, und ein Pfeil Y zeigt die Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden an. Weiterhin zeigt in 7 eine strichlierte Linie eine Streifenform (Bandform) an, die dieselbe Breite wie die maximale Breite der kurzen Seite der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ als eine gleichförmige Breite hat, und eine strichpunktierte Linie zeigt eine Mittellinie der Streifenform (Bandform) an.
  • 8 gibt Flächenverhältnisse von Formen wieder, die auf einem einfachen Gitter angeordnet sind, in Abhängigkeit von der jeweiligen Länge der kurzen Seite und der langen Seite. 8 zeigt die Flächenverhältnisse der Formen zu dem Gitterbereich an, wenn die rechteckige, die elliptische und Rautenform, die jeweils eine Länge der kurzen Seite von 0,1 mm und eine der langen Seite von 0,1 × N mm haben, auf dem einfachen Gitter angeordnet sind. Ein numerischer Wert von N = 10 für das in 8 gezeigte Rechteck ist derselbe wie der in einem Fall des Anordnens von Streifen mit der Breite von 1 mm. In allen in 8 gezeigten Fällen mit Ausnahme des Rechtecks bei N = 10 können die Flächenverhältnisse wirksam herabgesetzt werden im Vergleich mit dem Streifen, die dieselbe Größe der kurzen Seite haben. Insbesondere ist die Wirkung der Herabsetzung des Flächenverhältnisses beträchtlich, wenn N ≤ 5 ist.
  • Als eine Struktur, die für das Ziel des vorliegenden Ausführungsbeispiels geeignet ist, ist jede Struktur für das Ziel geeignet, solange wie das Flächenverhältnis niedriger als das der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ mit der Streifenform, die dieselbe Breite wie die Länge der kurzen Seite der Form hat, ist. Jedoch war es als eine Folge der Betrachtungen der vorliegenden Erfinder klar, dass das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ mit der Form, die gleich oder niedriger als 50% von der der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ mit der Streifenform (Bandform), die dieselbe Breite wie die maximale Breite der kürzeren Seite von jeder der vorgenannten Formen als die gleichförmige Breite hat, angesichts einer beträchtlichen Wirkung der Herabsetzung des Flächenverhältnisses vorteilhaft ist. Es ist möglich, die Abnahme jeweils des Stroms und der Spannung aufgrund der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu unterdrücken, indem das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ reduziert wird. In einer Struktur, die teilweise die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ enthält, gewinnt der Strom direkt die Abnahmewirkung und ein umgekehrter Wert der Spannung gewinnt direkt die Abnahmewirkung nahezu im Verhältnis zu dem Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ. In jedem Fall hat das höhere Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ eine größere nachteilige Wirkung auf den Strom und die Spannung. Daher ist es bevorzugt, das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ soweit wie möglich zu reduzieren. Es wird angenommen, dass die Länge der Streifenform (Bandform) in der Längsrichtung gleich der gesamten Länge des Musters ist, in welchem die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ von jeder der vorgenannten Formen in der Längsrichtung angeordnet ist. Es ist auch bevorzugt, dass ein Größenverhältnis der langen Seite zu der kurzen Seite von jeder der Formen in einen Bereich von 1 bis 5 fällt. Wenn dieses Größenverhältnis kleiner als 1 ist, wird die Seite nicht als die lange Seite bezeichnet, und die Komponente parallel zu der Längsrichtung der Gitterelektroden nimmt zu. Daher ist eine Form, die ein derartiges Größenverhältnis hat, nicht geeignet für das Ziel des vorliegenden Ausführungsbeispiels. Wenn die Größe 5 überschreitet, kann nicht gesagt werden, dass die Herabsetzungswirkung des Flächenverhältnisses auffällig ist, obgleich es von der Form abhängt.
  • Weiterhin kann ein unterer Grenzwert des Flächenverhältnisses der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu der Streifenform (Bandform) mit derselben Breite wie der maximalen Breite der kurzen Seite von jeder der vorgenannten Formen als der gleichförmigen Breite wie folgt als ein Beispiel unter dem Gesichtspunkt der Bearbeitungsgrenze vorgeschlagen werden, obgleich der untere Grenzwert unter dem Gesichtspunkt von Funktionen nicht auf einen bestimmten beschränkt ist.
  • (Beispiel 1 des unteren Grenzwertes)
  • Bei einem Gitterelektrodenabstand = 1 mm und einer Bearbeitungsgrenze für die Bildung des Musters der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ = 100 μm (0,1 mm): (0,1 mm × 0,1 mm)/(1 mm × 1 mm) = 0,01 (= 1%)
  • (Beispiel 2 für den unteren Grenzwert)
  • Bei einem Gitterelektrodenabstand = 2 mm und einer Bearbeitungsgrenze für die Bildung des Musters der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ = 100 μm (0,1 mm): (0,1 mm × 0,1 mm)/(2 mm × 2 mm) = 0,025 (= 0,25%)
  • Neben der intermittierenden Form wird eine „wellenartige” Form, die in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden in der Ebene der lichtempfangenden Oberfläche der Photovoltaikvorrichtung kontinuierlich ist und sich ändernde Breiten hat, als die Form der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ vorgeschlagen (9). 9 sind Draufsichten, die schematisch Beispiele für das Muster der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellen. In 9 ist 9(a) ein Beispiel für das Muster der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ, bei dem eine nahezu identische Form, die in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden kontinuierlich ist und sich ändernde Breiten hat, nahezu regelmäßig wiederholt wird. 9(b) ist ein Beispiel für das Muster der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ, bei dem unregelmäßige Formen in der Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden kontinuierlich sind und sich ändernde Breiten haben. In 9 zeigt der Pfeil X eine Längsrichtung (eine Ausdehnungsrichtung) der Gitterelektroden an, und der Pfeil Y zeigt die Richtung senkrecht zu der Längsrichtung (einer Ausdehnungsrichtung) der Gitterelektroden an. Weiterhin zeigt in 9 die gestrichelte Linie die Streifenform (Bandform) mit der Breite, die dieselbe Breite wie die maximale Breite der kurzen Seite der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ als die gleichförmige Breite ist, an, und die strichpunktierte Linie zeigt die Mittellinie der Streifenform (Bandform) an. In den Fällen dieser Formen ist es ähnlich wie in den vorbeschriebenen Fällen möglich, das Flächenverhältnis wirksam herabzusetzen im Vergleich mit der Streifenform, die die gleichförmige Größe der kurzen Seite hat. In diesen Fällen ist in gleicher Weise wie in den vorbeschriebenen Fällen das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ mit dieser Form bevorzugt gleich oder kleiner als 50% von dem der Streifenform (Bandform) mit der gleichförmigen Breite angesichts der beträchtlichen Wirkung der Herabsetzung des Flächenverhältnisses.
  • Hinsichtlich einer Kreuzungsbeziehung zwischen der Anordnung der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ mit jeder vorbeschriebenen Form und den Gitterelektroden wird der Ausdruck „senkrecht” einfach verwendet für das leichtere Verständnis. Obgleich es gewiss ist, dass „vollständig senkrecht” ideal ist, ist es tatsächlich vernünftig, einen gewissen Bereich zuzulassen. Wenn ein Fehlerwinkel (ein Spaltwinkel) zwischen einer Linie parallel zu der Richtung (der Ausdehnungsrichtung) entlang der Anordnung der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ von jeder Form und einem Segment (einer Richtung), die tatsächlich zu den Gitterelektroden ist, durch ϑ aus ist der Fehlerwinkel ϑ gemäß der Idee, der Komponente der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden eine höhere Priorität zu geben als der parallelen Komponente, angemessen für das Ziel der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise wie in den vorbeschriebenen Fällen. Das heißt, wenn die Komponente senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden als die Längskomponente der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ angenommen wird, ist der Fehlerwinkel ϑ in dem folgenden Bereich angemessen für das Ziel des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
    • 1) Wenn die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ die kontinuierliche Form hat: absoluter Wert des Tangens (tanϑ) ≤ maximale Breite der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ)/(Gitterelektrodenabstand·½).
    • 2) Wenn die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ die intermittierende Form hat: absoluter Wert des Tangens (tanϑ) ≤ Größe der kurzen Seite der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ)/(Größe der langen Seite der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ).
  • Die maximale Breite der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ ist gleich der maximalen Breite in der Längsrichtung. Die maximale Breite entspricht einer Breite zwischen den strichlierten Linien in der X-Richtung in den Beispielen der 7 und 9. Weiterhin ist in dem Fall, in welchem die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ die kontinuierliche Form hat, eine Zwischenposition zwischen den Gitterelektroden die am weitesten entfernte von den Gitterelektroden in der Richtung senkrecht zu den Gitterelektroden in den Bereichen der Diffusionsschicht vom n-Typ. Daher ist es zweckmäßig, die Beziehung auf der Grundlage dieser Position zu betrachten, wenn die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ die kontinuierliche Form hat.
  • Unabhängig davon, ob die Form der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ kontinuierlich oder intermittierend ist, sind detaillierte Positionen nicht auf irgendeine bestimmte beschränkt. Dennoch ist es bevorzugt, dass die detaillierten Formen eine Wiederholbarkeit haben unter dem Gesichtspunkt der Einfachheit der Herstellung und einer Kostensenkung. Weiterhin ist es bevorzugt, um eine Gleichförmigkeit und Stabilität der Eigenschaften zu erwarten, dass ein ganzzahliges Vielfaches des Gitterelektrodenabstands mit dem des sich wiederholenden Abstands übereinstimmt und dass dieses ganzzahlige Vielfache gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als 20 ist. Ein Fall, in welchem das ganzzahlige Vielfache 20 überschreitet, entspricht der sich wiederholenden Teilung gleich oder kleiner als 1 mm in einem Fall des Gitterelektrodenabstands von beispielsweise 2 mm. In diesem Fall sind einem bestimmten Herstellungsverfahren stärkere Beschränkungen auferlegt, sodass das ganzzahlige Vielfache, das 20 übersteigt, unter dem Gesichtspunkt einer Kostensenkung ungünstig, obgleich dies nicht besonders unzweckmäßig für das ursprüngliche Ziel des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist. Weiterhin enthalten typische Beispiele für die Form mit der Wiederholbarkeit eine Form, die entlang Gitterschnittpunkten insbesondere in dem Fall der intermittierenden Form ausgebildet ist. Typischerweise ist die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ so angeordnet, dass sie Kreuzungspunkten eines quadratischen Gitters oder eines hexagonalen Gitters entspricht.
  • 10 stellt Übergänge einer Spannung und eines Stroms mit Bezug auf ein Flächenverhältnis einer stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu einer gesamten Diffusionsschicht vom n-Typ dar in einem Fall, in welchem „der Schichtwiderstand der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ 20 Ω/2 beträgt und der der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ 90 Ω/2 beträgt”, gemäß den in 6 gezeigten Simulationen. 10(a) zeigt einen Übergang einer Spannung in einer Simulation. 10(b) zeigt einen Übergang eines Stroms in einer Simulation. In den 10(a) und 10(b) zeigt ein Flächenverhältnis A das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zu der gesamten Diffusionsschicht vom n-Typ an. In den 10(a) und 10(b) zeigt ein Flächenverhältnis B ein relatives Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ von jeder Zielform gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an auf der Grundlage des Falles, dass das Bereichsverhältnis A zu den gesamten Zellen der „bandförmigen, stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ”, die als das vorgenannte Vergleichsziel dient (die gesamte Diffusionsschicht vom n-Typ 20%) beträgt (mit diesem Fall auf 100% gesetzt).
  • In den 10(a) und 10(b) werden die Spannung und der Strom berechnet, während angenommen wird, dass berechnete Werte der Spannung und des Stroms in einem Fall, in welchem die gesamte Diffusionsschicht vom n-Typ = 90 Ω/2 ist, 100% sind.
  • Wie sich als offensichtlich aus 10 ergibt, können, solange wie das Flächenverhältnis A der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ so herabgesetzt werden kann, dass es gleich oder niedriger als 10% ist, Abnahmeraten der Spannung und des Stroms innerhalb 0,5% gehalten werden. Insbesondere in dem Fall der Spannung ist es, anders als bei dem Strom, dessen Abnahmerate durch eine Elektrodenfläche oder dergleichen ausreichend herabgesetzt werden kann, schwierig, die Abnahmerate der Spannung durch die anderen Elemente herabzusetzen, und selbst eine Differenz, die kleiner als 1% in einem relativen Verhältnis ist, ist für die Verbesserung des Wirkungsgrades nicht vernachlässigbar.
  • Wie mit Bezug auf 5 beschrieben ist, beträgt das Flächenverhältnis r der herkömmlichen typischen, stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ 20%, und es ist möglich, die nachteilige Wirkung der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ auf den Strom zu unterdrücken, wenn das Flächenverhältnis r der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ unter 20% fällt, d. h., die Abnahme des Stroms auf einen geringeren als den beabsichtigten Strom, und möglich, die Eigenschaften zu verbessern. Durch Setzen des Flächenverhältnisses r der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ gleich oder niedriger als 10%, das die Hälfte von 20% ist, wird die Wirkung des Verbesserns der Eigenschaften auffällig.
  • Die Erläuterungen wurden gegeben, wobei hauptsächlich darauf geachtet wurde, dass der Widerstand für die Einführung des erzeugten Stroms in die Gitterelektroden niedrig ist. Daher sind die Eigenschaften der Photovoltaikvorrichtung hauptsächlich und vorteilhaft wirksam für den Füllfaktor (FF). Andererseits kann eine Struktur der Vergrößerung des Gitterabstands verwendet werden, während als Wahrscheinlichkeit betrachtet wird, dass der Widerstand niedrig ist. In diesem Fall nimmt eine lichtempfangende Fläche zu, so dass die Eigenschaften der Photovoltaikvorrichtung hauptsächlich und vorteilhaft wirksam für den Kurzschlussstrom (Isc) sind Es ist selbstverständlich, dass grundsätzliche Eigenschaften äquivalent den vorstehend beschriebenen sind.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, sind die Muster (Form und Größe) der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ und der leicht dotierten Diffusionsschicht 102b vom n-Typ, die auf der Lichtempfangsflächenseite des Halbleitersubstrats 101 in der Photovoltaikvorrichtung ausgebildet sind, als unabhängige Muster (Form und Größe) gebildet, ohne von dem Muster (Form und Größe) der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden 105, die auch auf der Lichtempfangsflächenseite ausgebildet sind, abhängig zu sein oder mit diesem zu korrelieren. Dies kann das Steuern der Muster der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ und der leicht dotierten Diffusionsschicht 102b vom n-Typ erleichtern und ermöglicht, die Photovoltaikvorrichtung mit geringen Kosten und einer hohen Ausbeute herzustellen. Weiterhin kann das Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ so herabgesetzt werden, dass es geringer als das Flächenverhältnis in dem Fall ist, dass das Muster (Form und Größe) der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ in Abhängigkeit von dem der lichtempfangsflächenseitigen Elektroden 105 gebildet ist, als der praktische Aspekt. Indem der Komponente der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden (betreffend die Komponente zu der Längsrichtung der Gitterelektroden als die Längskomponente der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ) eine höhere Priorität gegeben wird, kann der erzeugte Strom wirksam in die Gitterelektroden mit dem niedrigen Flächenverhältnis eingegeben werden. Darüber hinaus kann durch Einstellen des Flächenverhältnisses der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ gleich oder niedriger als 50% von dem der stark dotierten Diffusionsschicht 102a vom n-Typ in dem linearen Muster gleichförmiger Breite der erzeugte Strom wirksam in die Gitterelektroden mit dem niedrigen Flächenverhältnis eingeführt werden. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglichen diese Wirkungen, eine Photovoltaikvorrichtung mit dem hohen photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad zu erzielen.
  • Während der Fall des Verwendens des Siliziumsubstrats vom p-Typ als das Halbleitersubstrat vorstehend beschrieben wurde, kann zu den vorstehend Beschriebenen ähnliche Wirkungen selbst für eine Photovoltaikvorrichtung erhalten werden, in der eine Diffusionsschicht vom p-Typ gebildet ist unter Verwendung eines Siliziumsubstrats vom n-Typ, und deren Leitungstyp entgegengesetzt zu dem der vorbeschriebenen Photovoltaikvorrichtung ist. Während vorstehend der Fall der Verwendung des polykristallinen Siliziums für das Halbleitersubstrat beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass ähnliche Wirkungen erhalten werden können, wenn ein monokristallines Siliziumsubstrat verwendet wird. Weiterhin kann, während in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, dass die Substratdicke 200 μm beträgt, ein Substrat, dessen Dicke beispielsweise bis zu etwa 50 μm herabgesetzt ist, in gleicher Weise verwendet werden, solange wie gewährleistet ist, dass sich das Substrat selbst trägt. Darüber hinaus ist selbstverständlich, während vorstehend beschrieben wurde, dass die Substratgröße 150 mm × 150 mm beträgt, dass ähnliche Wirkungen ungeachtet dessen erhalten werden können, ob die Substratgröße größer oder kleiner als 150 mm × 150 mm ist.
  • Weiterhin kann ein Photovoltaikmodul mit einer hohen Lichteingrenzungswirkung, einer ausgezeichneten Zuverlässigkeit und einem ausgezeichneten photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrad realisiert werden durch Anordnen mehrerer Photovoltaikvorrichtungen, die wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgebildet sind, und elektrisches Verbinden der benachbarten Photovoltaikvorrichtungen entweder in Reihe oder parallel. In diesem Fall ist es ausreichend, die lichtempfangsflächenseitigen Elektroden von einer der benachbarten Photovoltaikvorrichtungen mit der rückflächenseitigen Elektrode der anderen Photovoltaikvorrichtung elektrisch zu verbinden. Weiterhin wird ein Laminierungsvorgang zum Abdecken und Laminieren dieser Photovoltaikvorrichtungen mit einer isolierenden Schicht durchgeführt. Als eine Folge wird ein Photovoltaikmodul, das durch mehrere Photovoltaikvorrichtungen gebildet wird, hergestellt.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Photovoltaikvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich zum Realisieren einer Photovoltaikvorrichtung, die hinsichtlich ihres photoelektrischen Umwandlungswirkungsgrads und ihrer Zuverlässigkeit ausgezeichnet ist und die kostengünstig ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Halbleitersubstrat
    101a
    Siliziumsubstrat vom p-Typ
    102
    Verunreinigungsdiffusionsschicht vom n-Typ (Diffusionsschicht vom n-Typ)
    102a
    stark dotierte Verunreinigungsdiffusionsschicht vom n-Typ (stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ)
    102b
    leicht dotierte Verunreinigungsdiffusionsschicht vom n-Typ (leicht dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ)
    103
    Antireflexionsfilm
    104
    rückflächenseitige Elektrode
    105
    lichtempfangsflächenseitige Elektrode
    111
    Ätzwiderstandsfilm
    112
    Öffnung
    113a
    Textur-Struktur-Bildungsbereich
    113b
    Bereich, in welchem die stark dotierte Diffusionsschicht vom n-Typ verbleibt
    114
    konkaver Bereich
    r
    Flächenverhältnis der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ zur gesamten Diffusionsschicht vom n-Typ
    R1
    Schichtwiderstandswert der stark dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ
    R2
    Schichtwiderstandswert der leicht dotierten Diffusionsschicht vom n-Typ
    Rtotal
    Gesamtschichtwiderstandswert der Diffusionsschicht vom n-Typ
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2010-186900 [0008]
    • WO 2009/157052 [0008]
    • JP 11-508088 [0008]
    • JP 2005-123447 [0008]

Claims (13)

  1. Photovoltaikvorrichtung, welche aufweist: ein Siliziumsubstrat (101a) mit einem ersten Leitungstyp, das eine Verunreinigungsdiffusionsschicht (102) auf einer Oberflächenseite enthält, wobei die Verunreinigungsdiffusionsschicht ein in diese diffundiertes Verunreinigungselement eines zweiten Leitungstyps aufweist; eine lichtempfangsflächenseitige Elektrode (105), die mehrere Gitterelektroden enthält, die elektrisch mit der Verunreinigungsdiffusionsschicht (102) verbunden sind und parallel mit einem gewissen Abstand auf der einen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats (101a) angeordnet sind; und eine rückflächenseitige Elektrode (104), die auf der anderen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats (101a) gebildet ist, wobei die Verunreinigungsdiffusionsschicht (102) eine erste Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) enthaltend das Verunreinigungselement mit einer ersten Konzentration und eine zweite Verunreinigungsdiffusionsschicht (102b) enthaltend das Verunreinigungselement mit einer zweiten Konzentration, die geringer als die erste Konzentration ist, enthält, und wobei die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) so gebildet ist, dass eine Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Gitterelektroden in der lichtempfangsflächenseitigen Elektrode (105) auf der einen Oberflächenseite des Halbleitersubstrats eine Längsrichtung hiervon ist, und so, dass ein Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) zu einem Bandbereich gleich oder geringer als 50% ist, eine Breite des Bandbereichs gleichförmig und identisch mit einer maximalen Breite der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) in einer zu der Längsrichtung der Gitterelektroden parallelen Richtung ist, eine Länge des Bandbereichs in einer Längsrichtung identisch mit einer Länge der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) in der Längsrichtung der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht ist.
  2. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht ein intermittierendes Muster in der Längsrichtung hat.
  3. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 2, bei der ein Verhältnis einer Länge der langen Seite zu einer Länge der kurzen Seite von jeder ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in dem intermittierenden Muster in einem Bereich gleich oder größer als 1 und gleich oder kleiner als 5 liegt.
  4. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Längsrichtung von jeder ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in dem intermittierenden Muster die Längsrichtung der Gitterelektroden unter einem Winkel nahe einem rechten Winkel in einer ebenen Richtung des Siliziumsubstrats kreuzt, und ein absoluter Wert eines Tangens (tanϑ) eines Fehlerwinkels ϑ zwischen einer Richtung, die genau senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden ist, und der Längsrichtung von jeder ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht ist, gleich oder kleiner als ein Verhältnis der Länge der kurzen Seite zu der Länge der langen Seite von jeder ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht ist.
  5. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht kontinuierlich in der Längsrichtung der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in einer ebenen Richtung des Siliziumsubstrats gebildet ist und die Längsrichtung der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht die Längsrichtung der Gitterelektroden unter einem Winkel nahe einem rechten Winkel schneidet, und ein absoluter Wert eines Tangens (tanϑ) eines Fehlerwinkels ϑ zwischen einer Richtung, die genau senkrecht zu der Längsrichtung der Gitterelektroden ist, und der Längsrichtung der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich einem oder kleiner als ein Verhältnis einer maximalen Breite der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht in der Längsrichtung der Gitterelektrode zu einem halben Abstand zwischen den Gitterelektroden ist.
  6. Photovoltaikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der, wenn definiert ist, dass ein Schichtwiderstandswert der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich R1 ist, ein Schichtwiderstandswert der zweiten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich R2 ist, und ein Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht zu einer gesamten Oberfläche der Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich r ist, die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht und die zweite Verunreinigungsdiffusionsschicht der folgenden Gleichung (1) genügen:
    Figure 00360001
  7. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 6, bei der, wenn definiert ist, dass ein Schichtwiderstandswert der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich R1 ist, ein Schichtwiderstandswert der zweiten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich R2 ist, und ein Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht zu einer gesamten Oberfläche der Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich r ist, die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht und die zweite Verunreinigungsdiffusionsschicht der folgenden Gleichung (2) genügen:
    Figure 00360002
  8. Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der das Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht zu der gesamten Oberfläche der Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich oder niedriger als 20% ist.
  9. Herstellungsverfahren für eine Photovoltaikvorrichtung, welches aufweist: einen ersten Schritt des Diffundierens eines Verunreinigungselementes eines zweiten Leitungstyps auf einer Oberflächenseite eines Siliziumsubstrats (101a) eines ersten Leitungstyps, um eine Verunreinigungsdiffusionsschicht (102) auf der einen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats zu bilden; einen zweiten Schritt des Bildens einer lichtempfangsflächenseitigen Elektrode (105) auf der einen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats, wobei die lichtempfangsflächenseitige Elektrode (105) mehrere Gitterelektroden enthält, die elektrisch mit der Verunreinigungsdiffusionsschicht (102) verbunden sind und parallel mit einem gewissen Abstand auf der einen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats (101a) angeordnet sind; und einen dritten Schritt des Bildens einer rückflächenseitigen Elektrode (104), die elektrisch mit der anderen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats (101a) verbunden ist, wobei der erste Schritt enthält: einen Schritt des Bildens einer ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) enthaltend das Verunreinigungselement mit einer ersten Konzentration; und einen Schritt des Bildens einer zweiten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102b) enthaltend das Verunreinigungselement mit einer zweiten Konzentration, die geringer als die erste Konzentration ist, und wobei die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) so gebildet wird, dass eine Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung der Gitterelektroden in der lichtempfangsflächenseitigen Elektrode (105) auf der einen Oberflächenseite des Siliziumsubstrats eine Längsrichtung hiervon ist, und derart, dass ein Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) zu einem Bandbereich gleich oder geringer als 50% ist, eine Breite des Bandbereichs gleichförmig ist und mit einer maximalen Breite der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) in einer Richtung parallel zu der Längsrichtung der Gitterelektroden ist, eine Länge des Bandbereichs in einer Längsrichtung identisch mit einer Länge der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht (102a) in der Längsrichtung der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht ist.
  10. Herstellungsverfahren für eine Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 9, bei dem in dem ersten Schritt die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht und die zweite Verunreinigungsdiffusionsschicht so gebildet werden, dass der folgenden Gleichung (3) genügt wird, wenn definiert ist, dass ein Schichtwiderstandswert der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich R1 ist, ein Schichtwiderstandswert der zweiten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich R2 ist, und ein Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht zu einer gesamten Oberfläche der Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich r ist:
    Figure 00380001
  11. Herstellungsverfahren für eine Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 10, bei dem in dem ersten Schritt die erste Verunreinigungsdiffusionsschicht und die zweite Verunreinigungsdiffusionsschicht so gebildet werden, dass der folgenden Gleichung (4) genügt wird, wenn definiert ist, dass ein Schichtwiderstandswert der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich R1 ist, ein Flächenwiderstandswert der zweiten Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich R2 ist, und ein Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht zu einer gesamten Oberfläche der Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich r ist:
    Figure 00380002
  12. Herstellungsverfahren für eine Photovoltaikvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das Flächenverhältnis der ersten Verunreinigungsdiffusionsschicht zu der gesamten Oberfläche der Verunreinigungsdiffusionsschicht gleich oder niedriger als 20% ist.
  13. Photovoltaikmodul, bei dem zumindest zwei der Photovoltaikvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Reihe oder parallel elektrisch verbunden sind.
DE112012001067T 2011-03-03 2012-03-02 Photovoltaikvorrichtung, Herstellungsverfahren für diese, und Photovoltaikmodul Withdrawn DE112012001067T5 (de)

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