JP2003197943A - 太陽電池素子及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
前記基板の内部受光面側に形成された該基板とは逆導電
型を有する不純物層と、前記基板の内部背面側に形成さ
れ該基板と同導電型の不純物層が高濃度にドープされた
不純物層と、前記両不純物層上に夫々形成された透光性
導電膜と、を備えたので、基板が反ることがない。
Description
電力を発生する太陽電池素子、及び複数個の太陽電池素
子から構成される太陽電池モジュールに関する。
素子は、従来から電卓や腕時計等の民生機器用の電源と
して商品化されており、近年においてはビルや個人住宅
等の電源としても使用されている。
に示した素子構造断面図を参照して説明する。
いは多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるp型の基
板であり、該基板101の受光面には、POCl3ガス
を用いた約900℃の温度での熱拡散によりP(リン)
が拡散されてなるn型層102が形成されている。そし
て、該n型層102上にはTiO2からなる反射防止膜
103及び櫛型状の受光面電極104が積層されてい
る。
不純物であるAlが高濃度にドープされたp型の不純物
層105、及びAlからなる背面電極106が設けられ
ている。
素子に於いて、上記不純物層105を形成するにあたっ
ては、まず前記基板101の背面に背面電極106とな
るAl膜を形成し、斯かる後に約700℃の温度でAl
膜中のAlを基板101の背面に熱拡散させて形成して
いた。然し乍ら、AlとSiとの熱膨張係数が異なるた
めに、この工程中で結晶系シリコン基板101に反りが
生じ易く、この反りのためにその後の工程で基板101
の割れが発生し、歩留が低下する、という課題があっ
た。
に基板の薄膜化が検討されており、上述した基板の反り
の問題は、基板の薄膜化が進む程顕著になっていた。
めに、本発明の太陽電池素子は、一導電型を有する結晶
系半導体基板と、前記基板の内部受光面側に形成された
該基板とは逆導電型を有する不純物層と、前記基板の内
部背面側に形成され該基板と同導電型の不純物層が高濃
度にドープされた不純物層と、前記両不純物層上に夫々
形成された透光性導電膜と、を備えたことを特徴として
いる。
と、前記基板の受光面に形成された該基板とは逆導電型
を有する非晶質半導体からなる不純物層と、前記基板の
背面に形成された該基板と同導電型を有する非晶質半導
体からなる不純物層と、前記両不純物層上に夫々形成さ
れた透光性導電膜と、を備えたことを特徴としている。
有することを特徴としている。
記の太陽電池素子を複数個備え、該複数個の太陽電池素
子が、透光性部材と背面部材との間に挟持されてなる太
陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子と前記背
面部材との間に、反射膜を備えたことを特徴としてい
る。
素子における背面側の透光性導電膜の屈折率(n)と膜
厚(d)との積(nd)が、波長600〜700nmの
光に対する反射率を最小とすべく設定されていることを
特徴としている。
記の太陽電池素子を複数個備え、該複数個の太陽電池素
子が、透光性部材と背面部材との間に挟持されてなる太
陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子と前記背
面部材との間に、反射膜を備えたことを特徴としてお
り、前記太陽電池素子と、前記反射膜との間に透光性充
填層を備えたことを特徴としており、加えて前記反射膜
が、白色の樹脂からなることを特徴としている。
材料からなることを特徴としている。
と膜厚(d)との積(nd)が、約1000nmの波長
の光に対する反射率を最小とすべく設定されていること
を特徴としている。
池素子の素子構造断面図である。図中1は単結晶シリコ
ンや多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるp型の基
板であり、該基板1の受光面にはn型層2が形成されて
いる。 3は該n型層2上に形成されたTiOX、SiO
X、SiNX、ITO等からなる反射防止膜、4はAgか
らなる櫛型状の受光面電極である。
と同導電型のp型不純物が高濃度にドープされた不純物
層5が設けられ、そしてこの不純物層5上にITO,S
nO 2或いはZnOX等の透明導電材からなる透明導電膜
6が形成されている。
ば、上記透明導電膜6をスパッタ法、蒸着法或いはスク
リーン印刷法等の方法を用いて約200℃以下の温度で
形成することができるので、従来のような基板1の反り
の発生を抑制でき、歩留の向上した太陽電池素子を得る
ことができる。
高いので、光照射により上記単結晶シリコン基板1内で
発生した光生成キャリアを外部に有効に取り出すために
は、透明導電膜6上にAgからなる櫛型状の集電極7を
設けることが好ましい。
造する工程を図面を参照して説明する。
する工程を説明するための工程別素子構造図であり、図
1に示した素子構造図と同一の部分には同一の符号を付
している。
抵抗率が1Ω・cmで厚さが約350μmのp型単結晶
シリコン基板1の受光面の深さ約1μm迄の領域に、P
OCl3ガスを用いて約900℃の温度でP(リン)を
熱拡散してn型層2を形成する。
は、前記n型層2上にスパッタ法を用いてTiOXから
なる反射防止膜3を形成し、該反射防止膜上にAgペー
ストを用いて櫛型状の受光面電極4をスクリーン印刷法
により形成する。また、基板1の背面にAlペーストを
用いてAl膜6’をスクリーン印刷法により形成する。
尚、上記反射防止膜3としてはSiOX,SiNX,或い
はITOを用いてもよい。
は、Al膜6’が形成された上記基板1を約700℃の
温度で加熱し、上記受光面電極4を焼成すると共にその
一部に前記反射防止膜3を貫通させ、上記n型層2と接
触させる。加えて、前記Al膜6’からAlを基板1に
熱拡散させ、Alが高濃度にドープされたp型の不純物
層5を形成する。尚、この工程中でSiとAlとの熱膨
張係数の違いにより基板1に反りが発生することとな
る。
は、上記Al膜6’を例えば塩酸等のエッチング溶液で
除去する。斯かる如くAl膜6’を除去することで上述
した基板1の反りが解消される。
は、上記不純物層5上に、ITOからなる透光性導電膜
6及びAgからなる櫛型状の集電極7を、夫々スパッタ
法及びスクリーン印刷法を用いて形成する。
子が製造される。
を用いて製造した本発明太陽電池素子と、従来構造の太
陽電池素子との歩留を測定した結果を示す。
厚を100μmまで薄膜化した場合であっても約98%
と、従来の太陽電池素子よりも高い歩留を有しており、
基板の薄膜化が可能であることがわかる。
5をAlに熱拡散により形成したが、これに限らずp型
の不純物が高濃度にドープされた非晶質半導体を用いて
も良い。
に用いた、本発明の他の実施形態に係わる太陽電池素子
の素子構造断面図である。尚、図2に示した太陽電池素
子と同一の部分には同一の符号を付している。
系シリコン基板1の背面に、p型の不純物であるBが高
濃度にドープされた非晶質半導体からなるp型の不純物
層5’が形成されている。
はプラズマCVD法を用いて約200℃以下の低温で形
成することができるので、基板1に反りが生じることが
ない。加えて、前述した実施形態の如く、不純物層の形
成にあたって一端Al膜を形成し、この膜中のAlを熱
拡散させた後に該Al膜をエッチングにより除去する、
という複雑な工程が不要となるので、生産性の向上も図
ることができる。
結晶系シリコン基板1と不純物層5’との間に、不純物
を添加せずに形成した、膜厚100Å程度の実質的に真
性の非晶質半導体層を設けてもよい。斯かる構成とすれ
ば、結晶系シリコン基板1と、非晶質半導体からなる不
純物層5’とが接する界面の特性を向上することがで
き、光電変換効率の向上を図ることも可能となる。
膜3及び受光面電極4の配置は、本実施形態の如く受光
面電極4を基板1の受光面に配置し、これを反射防止膜
3で覆う形態としても構わない。
実施形態を示す素子構造断面図である。本実施形態に於
いては、n型の結晶系シリコン基板11の受光面に、膜
厚約100Åの真性の非晶質シリコンからなるi型層1
2及び膜厚約100Åのp型非晶質シリコンからなるp
型層13がこの順に積層されている。そして、該p型層
13上には膜厚約700ÅのITOからなる透光性導電
膜14及びAgからなる櫛型状の受光面電極15が形成
される。
00Åの真性の非晶質シリコンからなるi型層15及び
膜厚約100Åの高濃度にドープされたn型非晶質シリ
コンからなる不純物層16がこの順に積層されている。
そして、該不純物層16上にはITOからなる透光性電
極膜17及びAgからなる櫛型状の集電極18が形成さ
れている。
系シリコン基板以外の各層の形成を、プラズマCVD
法、スパッタ法、蒸着法、或いはスクリーン印刷法等の
方法を用いて全て約200℃以下の温度で行うことがで
きるので、基板の反りの発生を防止でき、且つ製造コス
トの低減も図ることができる。
明太陽電池素子にあっては、結晶系シリコン基板の背面
に備えられる透明導電膜と櫛型状の集電極とから、背面
電極が構成されることとなる。従って、この背面電極は
透光性を有しており、このため結晶系半導体基板を透過
して背面電極に達した光は、その殆どが該背面電極を透
過して外部に失われてしまう。
の屈折率(n)と膜厚(d)の積ndを約4500〜5
000Åの範囲とすることで、結晶系シリコン基板を透
過した光を、該基板と透光性導電膜との接触界面で反射
させるようにした。即ち、この接触界面での光の反射は
結晶系シリコン基板と透光性導電膜との屈折率の差によ
り生じるため、透光性導電膜の屈折率と膜厚の積ndを
上記範囲とすることで、接触界面での光の反射を最大と
でき、光電変換効率の向上を図ることができる。
池モジュールについて図面を参照して説明する。
形態を示すモジュール構造断面図であり、図中21…
は、透光性を有する背面電極を備えた複数個の太陽電池
素子であり、例えば前述した本発明に係わる太陽電池素
子を用いることができる。
により互いに電気的に直列接続されている。また、23
及び24は、いずれも透光性を有するガラス、プラスチ
ック等からなる透光性部材及び背面部材であり、上記太
陽電池素子21…は透光性樹脂25を介してこれら透光
性部材23及び背面部材24の間に挟持され、そしてア
ルミニウムからなる枠部材26によって一体化されるこ
とで本実施形態の太陽電池モジュール20が構成され
る。
を複数個立設してなる太陽光発電システムの側面図であ
る。
ール20…は、支持体30…により、夫々における発電
量が最大となるようにいずれも南向きに所定の角度傾け
て、立設配置されている。
陽電池素子の背面電極が透光性を有しており、且つ背面
部材も透光性を有しているので、モジュール20…の背
面側から入射する光も発電に利用することができる。
た光は、太陽電池モジュール20の表面で矢印Bに示す
方向に反射され、そして隣接する一方の太陽電池モジュ
ール20に背面側から入射し、該モジュール20で発電
に寄与することとなる。
た太陽電池システムにあっては、従来は利用できなかっ
た背面側から入射する光も発電に利用でき、システムの
効率が向上する。
の背面電極となる透光性導電膜を反射防止膜としても用
いることができる。この時、透光性導電膜の屈折率
(n)と膜厚(d)との積ndを1400〜2400Å
とすることで、結晶系半導体からなる太陽電池素子が最
も高い感度を有する約600〜700nmの光に対する
反射率を最小とすることが可能となり、太陽電池素子自
体の光電変換効率を向上させることができる。
陽電池モジュールのモジュール構造断面図であり、図6
に示した太陽電池モジュールと同一の部分には同一の符
号を付している。
備えた複数個の太陽電池素子21…は、夫々接続体22
…により電気的に直列接続されている。これら太陽電池
素子21…は前述の実施例と同様、透光性樹脂25を介
して透光性部材23及び背面部材24により挟持され、
そして枠部材26により一体化されている。
にあっては、上記太陽電池素子21…と背面部材24と
の間に、白色のPVF(ポリビニルフロライド)、PE
T(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチ
レンナフタレート)等の樹脂からなる反射膜27が設け
てある。従って、本実施形態にあっては太陽電池素子2
1…を一端透過した光を反射膜27により反射し、再度
太陽電池素子21…に背面側から入射させて光電変換に
利用することが可能となる。
入射する光は一端太陽電池素子21…を透過した光なの
で、約1000nm以上の長波長領域の成分が多い。従
って、太陽電池素子21の背面電極を構成する透光性導
電膜は、この波長での反射率が最小となるべく設定する
ことが必要であり、透光性導電膜の屈折率(n)と膜厚
(d)との積ndを、2600〜3600Åの範囲とす
ることが好ましい。
25を介して背面部材24側に設けることが好ましい。
斯かる如く構成することで、太陽電池素子21…間に入
射した光も光電変換に利用することが可能となり、一層
の光電変換効率の向上を図ることができる。
の金属を用いても良いが、モジュール化の工程中で太陽
電池素子21…と背面部材24との間に挟持されて圧着
されることから、太陽電池素子21…間での短絡を防止
するために、本実施形態の如く樹脂等の絶縁性を有する
ものから構成することが好ましい。
21…の背面側に反射膜27を設けることから、背面部
材24は必ずしも透光性を有する必要はない。
F、PET、PEN等の樹脂、或いはAg,Al等の金
属のような反射性を有する材料から構成することで、上
記反射膜27を備えずとも同様の効果を有することは言
うまでもない。
て使用する太陽電池素子は透光性を有する背面電極を備
えたものであれば良く、結晶系半導体以外にアモルファ
スシリコンに代表される非晶質半導体や、GaAs,I
nPなどの化合物半導体を用いたものであっても良い。
によれば、結晶系半導体基板を備えて成る太陽電池素子
の背面に透光性導電膜を備えたので、従来のように基板
の反りが発生することがなく歩留が向上する。
に、透光性を有する背面電極を備えた太陽電池素子を用
いた本発明太陽電池モジュールによれば、従来は利用で
きなかったモジュール表面での反射光の利用が可能な太
陽光発電システムを構築でき、また一端太陽電池素子を
透過した光をも利用できるようになる。
構造断面図である。
の、工程別素子構造図である。
素子構造断面図である。
素子の素子構造断面図である。
面図である。
システムの側面図である。
ールのモジュール構造断面図である。
膜、4…受光面電極 5…p型層、6…透光性導電膜、7…集電極 11…単結晶シリクン基板、12,16…i型非晶質シ
リコン層、 13…p型非晶質シリコン層、14…透光性導電膜、1
5…受光面電極 17…n型非晶質シリコン層、18…透光性導電膜、1
9…集電極 21…太陽電池素子、22…接続体、23…透光性部
材、24…背面部材 25…透光性充填材 101…単結晶シリコン基板、102…n型層、103
…反射防止膜 104…受光面電極、105…p型層、106…背面電
極
Claims (16)
- 【請求項1】 一導電型を有する結晶系半導体基板と、
前記基板の内部受光面側に形成された該基板とは逆導電
型を有する不純物層と、前記基板の内部背面側に形成さ
れ該基板と同導電型の不純物層が高濃度にドープされた
不純物層と、前記両不純物層上に夫々形成された透光性
導電膜と、を備えたことを特徴とする太陽電池素子。 - 【請求項2】 一導電型を有する結晶系半導体基板と、
前記基板の内部受光面側に形成された該基板とは逆導電
型を有する不純物層と、前記基板の背面に形成された該
基板と同導電型を有する非晶質半導体からなる不純物層
と、前記両不純物層上に夫々形成された透光性導電膜
と、を備えたことを特徴とする太陽電池素子。 - 【請求項3】 前記基板と非晶質半導体からなる不純物
層との間に、真性の非晶質半導体層を有する、請求項2
記載の太陽電池素子。 - 【請求項4】 一導電型を有する結晶系半導体基板と、
前記基板の受光面に形成された該基板とは逆導電型を有
する非晶質半導体からなる不純物層と、前記基板の背面
に形成された該基板と同導電型を有する非晶質半導体か
らなる不純物層と、前記両不純物層上に夫々形成された
透光性導電膜と、を備えたことを特徴とする太陽電池素
子。 - 【請求項5】 前記両不純物層が同程度の膜厚を有する
ことを特徴とする請求項4記載の太陽電池素子。 - 【請求項6】 前記両不純物層が、同じ材料から構成さ
れる、請求項4または5記載の太陽電池素子。 - 【請求項7】 前記基板と該基板の受光面に形成された
前記不純物層との間、及び前記基板と該基板の背面に形
成された前記不純物層との間に夫々真性の非晶質半導体
層を備え、前記基板の受光面に形成された前記真性の非
晶質半導体層及び不純物層の合計膜厚と、前記基板の背
面に形成された前記真性の非晶質半導体層及び不純物層
の合計膜厚とがほぼ等しいことを特徴とする、請求項4
乃至6のいずれかに記載の太陽電池素子。 - 【請求項8】 前記基板の受光面及び背面に形成された
真性の非晶質半導体層同士、及び前記基板の受光面及び
背面に形成された不純物層同士、がそれぞれ同じ材料か
ら構成されることを特徴とする、請求項7記載の太陽電
池素子。 - 【請求項9】 前記透光性導電膜上に、集電極を備えた
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の太
陽電池素子。 - 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれかに記載の太
陽電池素子を複数個備え、該複数個の太陽電池素子が、
透光性部材と背面部材との間に挟持されてなる太陽電池
モジュールであって、前記背面部材が透光性を有するこ
とを特徴とする太陽電池モジュール。 - 【請求項11】 前記太陽電池素子における背面側の前
記透光性導電膜の屈折率(n)と膜厚(d)との積(n
d)が、波長600〜700nmの光に対する反射率を
最小とすべく設定されていることを特徴とする請求項1
1記載の太陽電池素子。 - 【請求項12】 請求項1乃至9のいずれかに記載の太
陽電池素子を複数個備え、該複数個の太陽電池素子が、
透光性部材と背面部材との間に挟持されてなる太陽電池
モジュールであって、前記太陽電池素子と前記背面部材
との間に、反射膜を備えたことを特徴とする太陽電池モ
ジュール。 - 【請求項13】 前記太陽電池素子と、前記反射膜との
間に透光性充填層を備えたことを特徴とする請求項12
記載の太陽電池モジュール。 - 【請求項14】 前記反射膜が、白色の樹脂からなるこ
とを特徴とする請求項12または13記載の太陽電池モ
ジュール。 - 【請求項15】 請求項1乃至9のいずれかに記載の太
陽電池素子を複数個備え、該複数個の太陽電池素子が、
透光性部材と背面部材との間に挟持されてなる太陽電池
モジュールであって、前記背面部材が反射性を有する材
料からなることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 【請求項16】 前記透光性導電材の屈折率(n)と膜
厚(d)との積(nd)が、約1000nmの波長の光
に対する反射率を最小とすべく設定されていることを特
徴とする請求項13乃至15のいずれかに記載の太陽電
池モジュール。
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- 2002-12-05 JP JP2002353538A patent/JP2003197943A/ja active Pending
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