JP2002076397A - 光起電力素子の製造方法 - Google Patents
光起電力素子の製造方法Info
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Abstract
膜2,3を設け、さらにその上に透明電極層4,5を設
けた光起電力素子の製造方法において、基板端部1aに
おける電流リークを防止し、有効面積の拡大を図る。 【解決手段】 結晶系半導体基板1の側面1aをカバー
部材10で覆った後、非晶質半導体膜2,3及び透明電
極層4,5を形成することを特徴としている。
Description
造方法に関するものであり、詳細には単結晶シリコン基
板などの結晶系半導体基板の上にこれと逆導電型の非晶
質半導体膜を設けた光起電力素子の製造方法に関するも
のである。
は、クリーンで無尽蔵のエネルギー源である太陽からの
光を直接電気に変換できるので新しいエネルギー変換装
置として期待され、近年においては一般家庭用の電源と
しての利用が盛んに進められている。
て、単結晶シリコン基板などの結晶系半導体基板の上に
これと逆導電型の非晶質半導体薄膜を形成した太陽電池
が知られている。さらに、このような太陽電池におい
て、半導体接合で生じる界面準位での光生成キャリアの
再結合を低減するため、結晶系半導体基板と非晶質半導
体膜の間に真性の非晶質半導体膜を挿入した構造の太陽
電池が提案されている。
工程を示す断面図である。図5に示す太陽電池では、裏
面側に単結晶シリコン基板と同じ導電型の非晶質半導体
膜が、真性の非晶質半導体膜を介して設けられ、BSF
(back surfacefield)構造が形成さ
れている。
晶シリコン基板1を用意する。n型単結晶シリコン基板
1の両主面には、アルカリ水溶液を用いた異方性エッチ
ングにより、ピラミッド形状の凹凸構造が形成されてい
る。このような凹凸構造により、シリコンウエハー表面
での光の反射率を低減し、光閉じ込め効果により変換効
率を向上させることができる。
晶シリコン基板1の一方主面上に、非晶質半導体膜2を
形成する。非晶質半導体膜2は、真性の非晶質シリコン
層とp型非晶質シリコン層を積層して構成されている。
従って、n型単結晶シリコン基板1とp型非晶質シリコ
ン層との間に真性の非晶質シリコン層が挿入された構造
になっている。
側)主面上には、非晶質半導体膜3が形成されている。
非晶質半導体膜3は、真性の非晶質シリコン層とn型非
晶質シリコン層を積層して構成されている。従って、n
型非晶質シリコン層とn型単結晶シリコン基板1との間
に真性の非晶質シリコン層が挿入された構造となってい
る。
て形成領域が制限されており、ここではn型単結晶シリ
コン基板1の側面1aよりも内側に非晶質半導体膜2及
び3が制限されて形成されている。
導体膜2及び3の上に、それぞれ透明電極層4及び5が
形成される。透明電極層4及び5の形成領域も、マスク
によって制限されるが、ここでは、透明電極4及び5
が、n型単結晶シリコン基板1の側面1a上の部分にも
形成され、互いに接触して電流リーク部Aが形成されて
いる。また、図5(c)に示すように、セルの有効部の
面積、すなわちセルの有効面積は、n型単結晶シリコン
基板1と非晶質半導体膜2により形成された接合部の面
積に等しくなる。
層4の上にAgからなる集電極6が設けられ、透明電極
層5の上にAgからなる集電極7が形成される。
板の両面上に形成した透明電極層が基板の側面において
互いに接触し電流リークを生じているが、透明電極層が
非晶質半導体膜を介さずに、直接結晶系半導体基板上に
接触する場合も同様に電流リークが生じる。このような
電流リークの発生を防止するために、非晶質半導体膜及
び透明電極層の形成領域を基板の外側端部から余裕をも
って内側に制限すると、さらにセルの有効面積が減少
し、出力が低下するという問題を生じる。
ークを防止し、有効面積の拡大を図ることができる光起
電力素子の製造方法を提供することにある。
基板の主面上に非晶質半導体膜を設け、さらにその上に
透明電極層を設けた光起電力素子の製造方法であり、結
晶系半導体基板の側面をカバー部材で覆った後、非晶質
半導体膜及び透明電極層を形成することを特徴としてい
る。
極層を形成する前に、結晶系半導体基板の側面をカバー
部材で覆うことにより、結晶系半導体基板の主面の外側
端部を超えてカバー部材に及ぶ領域まで非晶質半導体膜
を形成することができる。従って、その上に形成する透
明電極層が直接結晶系半導体基板に接することがなく、
電流リークの発生を防止することができる。また、結晶
系半導体基板の側面は、カバー部材で覆われているの
で、結晶系半導体基板の側面に透明電極層が接するのを
防止することができる。
体基板の両主面上に非晶質半導体膜を設け、さらにその
上に透明電極層を設ける場合、一方面側の透明電極層が
カバー部材上で他方面側の透明電極層と接するように形
成される場合がある。このような場合、非晶質半導体膜
及び透明電極層を形成した後、カバー部材を結晶系半導
体基板の側面から取り除くことにより、透明電極層同士
の接触部分が存在しなくなるので、電流リークの発生が
防止される。
有する材質であれば特に限定されるものではないが、例
えば、ポリイミドなどの耐熱性の絶縁性樹脂や、ガラス
やセラミック材料などから形成することができる。ま
た、フォトレジストに用いられるレジスト材料などから
形成してもよい。樹脂材料の場合には有機溶剤などで希
釈し塗布して形成することができる。また、ガラス材料
の場合は、ガラス(SiO2 )ペーストなどを塗布した
後乾燥して形成することができる。これらの材料から形
成したカバー部材を、非晶質半導体膜及び透明電極層を
形成した後、取り除く場合は、有機溶剤やアルカリ性溶
液で溶解除去したり、あるいは物理的な方法で除去する
ことができる。
側面に対し取り付け及び取り外し可能な部材であっても
よい。このような部材を用いる場合、繰り返し複数回使
用することができる。
質半導体膜で光電変換層を形成する場合、非晶質半導体
膜は、結晶系半導体基板に対し逆導電型の非晶質半導体
層とするか、あるいは真性の非晶質半導体層と該逆導電
型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜とす
る。すなわち、例えば結晶系半導体基板の導電型がn型
である場合、非晶質半導体膜は、p層とするか、あるい
はp層がi層を介して接合されるように積層された、i
層とp層からなる半導体膜とする。
晶質半導体膜及び透明電極層が設けられる場合、一方の
非晶質半導体膜は、上述のような光電変換層を形成する
非晶質半導体膜とし、他方の非晶質半導体膜はBSF構
造を形成する非晶質半導体膜とすることができる。すな
わち、結晶系半導体基板と同じ導電型の非晶質半導体層
とするか、あるいは真性の非晶質半導体層と該同じ導電
型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜とす
ることができる。例えば、結晶系半導体基板の導電型が
n型である場合、n層とするか、あるいはi層を介して
n層が接合されるようなi層とn層を積層して構成され
る半導体膜とすることができる。
は、単結晶及び多結晶のものを用いることができる。ま
た、非晶質半導体膜としては、微結晶シリコンなどの微
結晶半導体も用いることができる。
実施例の製造工程を説明するための断面図である。
シリコン基板1を準備する。n型単結晶シリコン基板1
の表面は、NaOHとイソプロピルアルコール(IP
A)の混合液を用いて異方性エッチングによりエッチン
グされ、表面にピラミッド形状の凹凸構造が形成されて
いる。また、このエッチング処理の後、HFを用いて表
面の酸化膜及びアルカリ成分が除去されている。
コン基板1の側面1aをカバー部材10で覆う。カバー
部材10は、例えばポリイミドの溶液を塗布した後乾燥
することにより形成することができる。カバー部材10
の厚みは、例えば1mmである。
コン基板1の一方主面上に、非晶質半導体膜2を形成す
る。非晶質半導体膜2は、プラズマCVD法により、i
型非晶質シリコン層(膜厚100Å)とp型非晶質シリ
コン層(膜厚100Å)を積層することにより形成され
ている。従って、p型非晶質シリコン層は、i型非晶質
シリコン層を介してn型単結晶シリコン基板と接合し、
光電変換層を構成している。
は、非晶質半導体膜3が形成されている。非晶質半導体
膜3は、プラズマCVD法により、i型非晶質シリコン
層(膜厚100Å)とn型非晶質シリコン層(膜厚10
0Å)を積層することにより形成されている。従って、
n型非晶質シリコン層がi型非晶質シリコン層を介して
n型単結晶シリコン基板1と接合し、BSF領域を形成
している。
2及び非晶質半導体膜3は、n型単結晶シリコン基板1
の外側端部を超えて、カバー部材10上に到達するよう
に形成されている。
導体膜2の上に透明電極層4(膜厚1000Å)が形成
され、非晶質半導体膜3の上に透明電極層5(膜厚10
00Å)が形成される。透明電極層4及び5は、スパッ
タリング法によりITOから形成されている。透明電極
層4及び5の外側端部は、カバー部材10の外側端部よ
りも内側になるように形成されている。従って、カバー
部材10の側面には透明電極層4及び5は付着していな
い。
って溶解して除去する。この際、カバー部材10に被着
した非晶質半導体膜2,3及び及び透明電極層4,5
も、その膜厚が極めて薄いために同時に除去され、図2
(e)に示すような状態となる。図2(e)に示すよう
に、透明電極層4及び5は互いに接触しておらず、また
n型単結晶シリコン基板にも接触していない。従って、
電流リークを生じることがなく、曲線因子(F.F.)
の低下により出力が低下することがない。また、非晶質
半導体膜2及び3をn型単結晶シリコン基板1の端部に
まで形成することができるので、図2(e)に示すよう
に、セルの有効面積を従来よりも拡大することができ、
短絡電流(Isc)を向上させることができる。
層4及び5の上に、それぞれAgペーストからなる櫛形
の集電極6及び7をそれぞれ形成する。上記実施例にお
いて、カバー部材10は、絶縁性樹脂であるポリイミド
から形成されており、かつ透明電極層4及び5がカバー
部材10の側面上で接触していない。従って、カバー部
材10は、透明電極層4及び5の形成後に必ずしも取り
除く必要はない。従って、図3に示すように、カバー部
材10を残した状態のままで、集電極6及び7を形成
し、光起電力素子を完成させてもよい。
発明に従う太陽電池と、図5に示す製造工程で得られた
従来例の太陽電池について、100mW/cm2 の照度
のソーラーシミュレータを用いて、太陽電池特性を評価
した。評価結果を表1に示す。
は、電流リークが解消されたことにより、従来例に比べ
開放電圧が0.4%向上し、曲線因子が2.0%向上し
ている。また、有効面積が拡大したことにより、短絡電
流が2.0%向上している。これらの結果、本発明の太
陽電池は、従来例の太陽電池に比べ、最大出力が4.5
%改善されている。
程と、図5に示す製造工程で、それぞれ50個の太陽電
池を作製し、得られた太陽電池の最大出力(Pmax)
を測定し、図4にその結果を示した。図4から明らかな
ように、本発明に従えば、出力特性が向上し、出力の低
い製品が減少するので、生産工程における歩留りを向上
させることができる。
ミドなどの絶縁性樹脂から形成したものを用いている
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば結
晶系半導体基板の側面に対し取り付け及び取り外しが可
能な部材を用いても、上記実施例と同様の効果を得るこ
とができる。
リークを防止することができるので、開放電圧及び曲線
因子を向上させることができる。また、セルの有効面積
を拡大することができるので、短絡電流を向上させるこ
とができる。従って、出力特性を向上させることがで
き、製造工程における歩留りを高めることができる。
図。
図。
図。
力特性を示す図。
Claims (6)
- 【請求項1】 結晶系半導体基板の主面上に非晶質半導
体膜を設け、さらにその上に透明電極層を設けた光起電
力素子の製造方法において、 前記結晶系半導体基板の側面をカバー部材で覆った後、
前記非晶質半導体膜及び前記透明電極層を形成すること
を特徴とする光起電力素子の製造方法。 - 【請求項2】 前記非晶質半導体膜及び前記透明電極層
を形成した後、前記カバー部材を前記結晶系半導体基板
の側面から取り除くことを特徴とする請求項1に記載の
光起電力素子の製造方法。 - 【請求項3】 前記カバー部材が絶縁性樹脂から形成さ
れていることを特徴とする請求項1または2に記載の光
起電力素子の製造方法。 - 【請求項4】 前記カバー部材が、前記結晶系半導体基
板の側面に対し取り付け及び取り外し可能な部材である
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の
光起電力素子の製造方法。 - 【請求項5】 前記非晶質半導体膜が、前記結晶系半導
体基板に対し逆導電型の非晶質半導体層であるか、ある
いは真性の非晶質半導体層と該逆導電型の非晶質半導体
層を積層して構成される半導体膜であることを特徴とす
る請求項1〜4のいずれか1項に記載の光起電力素子の
製造方法。 - 【請求項6】 前記結晶系半導体基板の両主面上にそれ
ぞれ前記非晶質半導体膜及び前記透明電極層が設けられ
ており、一方の前記非晶質半導体膜が請求項5に記載さ
れた非晶質半導体膜であり、他方の前記非晶質半導体膜
が、前記結晶系半導体基板と同じ導電型の非晶質半導体
層であるか、あるいは真性の非晶質半導体層と該同じ導
電型の非晶質半導体層を積層して構成される半導体膜で
あることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記
載の光起電力素子の製造方法。
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