JP2008172279A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2008172279A
JP2008172279A JP2008097001A JP2008097001A JP2008172279A JP 2008172279 A JP2008172279 A JP 2008172279A JP 2008097001 A JP2008097001 A JP 2008097001A JP 2008097001 A JP2008097001 A JP 2008097001A JP 2008172279 A JP2008172279 A JP 2008172279A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon nitride
nitride film
main surface
single crystal
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008097001A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5186673B2 (ja
Inventor
Takenori Watabe
武紀 渡部
Hiroyuki Otsuka
寛之 大塚
Masatoshi Takahashi
正俊 高橋
Satoyuki Ikushima
聡之 生島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd, Shin Etsu Handotai Co Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority to JP2008097001A priority Critical patent/JP5186673B2/ja
Publication of JP2008172279A publication Critical patent/JP2008172279A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5186673B2 publication Critical patent/JP5186673B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/068Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/056Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract


【課題】 裏面パッシベーション膜として形成する窒化シリコン膜の形成形態を、裏面金属電極層表面での反射光とシリコン単結晶基板/窒化シリコン膜境界での反射光との干渉を考慮に入れて工夫することにより、より高効率の太陽電池を具現する。
【解決手段】 太陽電池1の裏面構造において、シリコン単結晶基板3の裏面MPPと受光面MPSとのいずれにも{111}面を主体とするテクスチャが形成されていない場合、裏面側の窒化シリコン膜4の膜厚を40nm〜220nmとする。また、受光面MPS側にのみテクスチャ形成される場合、裏面側の窒化シリコン膜4の膜厚を100nm〜300nmとする。さらに、裏面MPPと受光面MPSとのいずれにもテクスチャ形成される場合、裏面側の窒化シリコン膜4の膜厚を40nm〜230nmとする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、シリコン単結晶を用いた太陽電池に関するものである。
シリコン単結晶を用いた太陽電池においては、照射された光エネルギーを如何に効率よく電気エネルギーに変換するかが重要な技術的課題の一つである。一般に研磨により平滑化されたシリコン単結晶基板の表面は、光の反射率が高く、光エネルギーの損失要因となる(以下、反射損失という)。他方、ドーパント濃度がそれほど高くないシリコン単結晶基板は光の透過率が比較的高く、受光面(本明細書では、基板の第二主表面としている)から基板内に入射した光が、裏面側(本明細書では、基板の第一主表面としている)透過してしまうと、これも光エネルギーの損失要因となる(以下、透過損失という)。
このうち、受光面側の反射損失を低減するための改良としては、該受光面側に反射防止膜を形成する方法もあるが、最近では、異方性エッチングを用いたシリコン単結晶基板の面粗し処理、いわゆるテクスチャ処理も用いられることが多い。これは、シリコン単結晶の(100)面を、ヒドラジン水溶液や水酸化ナトリウムなどのエッチング液を用いて異方性エッチングすることにより、種々の方位を持つ{111}面を優先的に露出させた面粗し構造(以下、テクスチャという)である。入射光は、このテクスチャの凹凸により乱反射され、受光面と全反射条件を満たす光束が減少する結果、基板内への光の入射効率が高められて受光面側での反射損失を低減できる。なお、テクスチャは裏面側にも形成することができ、これにより、裏面側での反射光を散乱させ、受光面側から再び電池外へ抜けることによる損失を抑制することができる。
他方、透過損失低減のための改良として、裏面側に反射膜を形成して、該裏面から抜けようとする光を逆反射させて基板内へ戻す方法が提案されている。このような反射膜として、裏面全面を覆う金属電極層(以下、裏面金属電極層という)が用いられる。ただし、シリコン単結晶基板の主表面に金属電極層を直接接触させた場合、光生成キャリアの表面再結合による損失が大きくなるので、金属電極層とシリコン単結晶基板との間には、パッシベーション膜として例えば窒化シリコン膜が形成される。この場合、金属電極層と、下地となるシリコン単結晶基板とのコンタクトは、窒化シリコン膜にフォトリソグラフィーあるいは機械的処理によりあけられた導通貫通部を介して確保される。
ここで、受光面側から入射した光は、裏面金属電極層と、シリコン単結晶基板/窒化シリコン膜境界との2つの面で反射されるが、このうち裏面金属電極層で反射される光は、境界で屈折した後、入射時に1回、反射時に1回の都合2回、窒化シリコン膜内を透過する結果、境界反射光との間に光路差を生じて干渉を起こす。そして、この干渉が太陽電池の変換効率に及ぼす影響については従来、何ら技術上の考慮が払われることがなかった。
本発明の課題は、裏面パッシベーション膜として形成する窒化シリコン膜の形成形態を、裏面金属電極層での反射光とシリコン単結晶基板/窒化シリコン膜境界での反射光との干渉を考慮に入れて工夫することにより、より高効率の太陽電池を具現することにある。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記課題を解決するために、本発明の太陽電池の第一の構成は、
結晶主軸方向が<100>であり、かつ、第一主表面と第二主表面とのいずれにも{111}面を主体とするテクスチャが形成されていないシリコン単結晶基板の、第二主表面を受光面とし、他方、裏面側となる第一主表面に、窒化シリコン膜が40〜220nmの厚さにて形成され、さらに、該窒化シリコン膜を覆う形で裏面金属電極層が形成されてなることを特徴とする。
また、第二の構成は、結晶主軸方向が<100>であり、かつ、第一主表面には{111}面を主体とするテクスチャが形成されず、第二主表面にはテクスチャの形成されたシリコン単結晶基板の、第二主表面を受光面とし、他方、裏面側となる第一主表面に、窒化シリコン膜が100nm〜300nmの厚さにて形成され、さらに、該窒化シリコン膜を覆う形で裏面金属電極層が形成されてなることを特徴とする。
さらに、第三の構成は、結晶主軸方向が<100>であり、かつ、第一主表面と第二主表面とのいずれにも{111}面を主体とするテクスチャが形成されたシリコン単結晶基板の、第二主表面を受光面とし、他方、裏面側となる第一主表面に、窒化シリコン膜が40nm〜230nmの厚さにて形成され、さらに、該窒化シリコン膜を覆う形で裏面金属電極層が形成されてなることを特徴とする。
結晶主軸方向が<100>であるシリコン単結晶基板を用いた太陽電池の場合、裏面に形成する窒化シリコン膜の膜厚は、パッシベーション膜としての機能確保を行なうのに十分な厚さを選択しなければならないのはもちろんである。この厚さの下限値は、トンネル電流による光生成キャリアの表面再結抑制の観点から、おおむね20nm程度と見積もることができる。しかし、本発明者らが詳細に検討したところ、該下限値とは無関係に定まる特有の膜厚範囲で窒化シリコン膜を形成することにより、裏面金属電極層による内部反射効率ひいては太陽電池の光/エネルギーの変換効率を向上できる事実を見出し、上記本発明を完成するに至ったのである。
そして、窒化シリコン膜の上記特有の膜厚範囲は、シリコン単結晶基板の第一主表面(裏面側)及び第二主表面(受光面側)にテクスチャを形成するか否かにより、異なるものとなる。第一の構成は第一主表面及び第二主表面のいずれにもテクスチャを形成しない場合であり、窒化シリコン膜の最適膜厚範囲は40〜220nmである。膜厚がこの範囲の上限値を超えても、下限値未満となっても、いずれも内部反射効率向上効果が見込めなくなる。
また、第二の構成では、第二主表面側にのみテクスチャが形成された場合であり、窒化シリコン膜の最適膜厚範囲は100〜300nmである。膜厚がこの範囲の下限値未満となった場合、内部反射効率向上効果が見込めなくなる。他方、上限値は、窒化シリコン膜の形成時間やコストの問題を考慮して定められたものである。
さらに第三の構成は、第一主表面と第二主表面との双方にテクスチャが形成された場合であり、窒化シリコン膜の最適膜厚範囲は40〜230nmである。膜厚がこの範囲の上限値を超えても、下限値未満となっても、いずれも内部反射効率向上効果が見込めなくなる。
内部反射効率向上の観点において、裏面側の窒化シリコン膜に最適の膜厚範囲が存在する事実には、前記のとおり、裏面金属電極層と、シリコン単結晶基板/窒化シリコン膜境界との各面で反射する光(以下、金属面反射光及び膜境界反射光という)の干渉効果が関係している。すなわち、金属面反射光と膜境界反射光とが窒化シリコン膜内にて干渉を起こす場合、シリコン単結晶基板と窒化シリコン膜との屈折率の相違から、上記2つの光の干渉状態は窒化シリコン膜の膜厚によって変化する。そして、ある特定の膜厚範囲において、金属面反射光と膜境界反射光とが強め合う条件が成立し、内部反射効率が向上するものと考えられる。
本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図1は本発明の太陽電池の一実施例を示すものである。該太陽電池1は、結晶主軸が<100>のp型シリコン単結晶基板3の第二主表面MPSを受光面側として、ここにn型ドーパンを拡散させたエミッタ層42を形成することによりp−n接合部48が形成され、さらに、酸化膜43、電極44及び反射防止膜47がこの順序で形成されている。受光面側の電極44は、p−n接合部48への光の入射効率を高めるために、例えば図2に示すようなフィンガー電極とされ、さらに、内部抵抗低減のため適当な間隔で太いバスバー電極が設けられる。
他方、図3に示すように、裏面側となる第一主表面MPPには窒化シリコン膜4が形成され、さらに、該窒化シリコン膜4を覆う形で裏面金属電極層5が形成されている。裏面金属電極層5は第一主表面MPPの略全面を覆うもので、例えばアルミ蒸着層として構成される。裏面金属電極層5は、該窒化シリコン膜4を膜厚方向に貫通するコンタクト貫通部6を介して、下地となるシリコン単結晶基板3(シリコン半導体層)と導通させるようにしている。コンタクト貫通部6は、フォトリソグラフィーで形成してもよいが、本実施形態では、機械加工による溝部あるいはレーザー加工による孔とされている。
シリコン単結晶基板3の第一主表面MPP及び第二主表面MPSの一方又は双方には、反射防止用のテクスチャを形成することができる。該テクスチャは、例えば、図5に示すように、外面が(111)面の多数のピラミッド状突起からなるランダムテクスチャである。ただし、このテクスチャは省略することももちろん可能である。シリコン単結晶基板3の、テクスチャを形成した主表面の面粗さはJIS:B0601(1982)に規定された中心線平均粗さRaにて0.5〜50μm程度となる。他方、形成しない場合は、例えば化学研磨面であり、中心線平均粗さRaにて0.5μm以下となる。
そして、既に説明した通り、図1において第一主表面MPP及び第二主表面MPSのいずれにもテクスチャを形成しない場合、図3において、窒化シリコン膜の最適膜厚tの範囲は40〜220nmである。また、第二主表面MPS側にのみテクスチャが形成される場合、窒化シリコン膜3の最適膜厚範囲tは100〜300nmである。さらに、第一主表面MPPと第二主表面MPSとの双方にテクスチャが形成される場合、窒化シリコン膜の最適膜厚範囲は40〜230nmである。
以下、太陽電池1の製造工程を主に裏面側について説明する。ただし、本発明は、この方法で作製された太陽電池に限られるものではない。まず、図4(a)に示すように、高純度シリコンにホウ素あるいはガリウムのようなIII族元素をドープし、比抵抗0.5〜5Ω・cmとした、切断状態のシリコン単結晶基板3に対し、公知の方法により、水酸化カリウム水溶液、もしくは水酸化ナトリウム水溶液に一定時間浸漬し、ダメージ層を除去した後、テクスチャ形成を行なう。シリコン単結晶基板3は、CZ法、FZ法いずれの方法によって作製されてもよいが、機械的強度の面から、CZ法で作製されるのが望ましい。
テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中でシリコン単結晶基板3を洗浄するが、経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。場合により、このテクスチャ形成工程を省略してもよい。次に、図4(b)に示すように、基板3の第一主表面(以下、裏面と称する)上に、公知の方法により窒化シリコン膜4を形成する。窒化シリコン膜形成プロセスは、常圧熱CVD法、減圧熱CVD法、光CVD法等、いずれの方法も可能であるが、350〜400℃程度の低温プロセスで、かつ、小さな表面再結合速度を達成可能な、プラズマCVD法で作製するのが好ましい。
この窒化シリコン膜4は、リンの拡散マスクとしても効果的であることから、この段階で、この基板の第二主表面MPS上に、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法によりエミッタ層を形成してもよい。拡散マスクとしての効果を高めるため、2枚のシリコン単結晶基板3の窒化シリコン膜4を形成した面同士を重ねあわせ、2枚一組で拡散ボートに並べて気相拡散するのが好ましい。そして、オキシ塩化リン雰囲気中で、約850℃で熱処理し、第二主表面MPSにn型エミッタ層を形成する。形成したエミッタ層の深さは約0.5μmとし、シート抵抗は40〜100Ω/□とする。
そして、図4(c)に示すように、この基板3の裏面にコンタクト貫通部としての溝もしくは孔を形成する。例えば溝6を形成する場合は、高速回転刃13を用いて刻設される。高速回転刃は、直径103mm、長さ165mmの円筒部に100〜200本の凹凸形成刃が取り付けられている。刃の高さは例えば50〜100μm、刃の幅及び刃の間隔は数百μm程度とする。刃の表面には、直径5μm〜10μmのダイヤモンド砥粒が満遍なく電着されている。この高速回転刃13を用い、切削液を噴射しながら1秒間に約1〜4cmの速度で基板に溝入れ加工を行なう。高速回転刃13は、ダイサーもしくはワイヤーソーでも代用が可能である。溝6の深さが略5〜50μmとなるよう回転刃装置を微調整する。
他方、溝6に代えて孔を形成する場合は、レーザービームが好適に用いられる。レーザーとしては炭酸ガスレーザー、アルゴンレーザー、YAGレーザー、ルビーレーザー、エキシマレーザー等が容易に用いられる。中でも、KrF等のエキシマレーザーやNd:YAGレーザーが最適である。孔の平面形状は、円形、楕円形あるいは矩形等を採用できる。なお、開口部を設ける際のレーザーの照射条件は、レーザーの種類や絶縁層の膜厚、さらに開口部の径等によって適宜決められる。例えば、パルス発振を利用する場合、周波数は1Hz〜100kHzが好ましく、レーザーの平均出力としては10mW〜1kWの範囲とするのが好ましい。
溝6や孔等のコンタクト貫通部を形成後、図4(d)に示すように、同一面(第一主表面側)に裏面金属電極層5を例えば0.5〜2μm形成する。電極には銀や銅等の金属を用いることもできるが、経済性、加工性の観点からアルミが最も好ましい。金属層の堆積は、スパッタ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法等いずれの方法でも可能である。裏面金属電極層5はコンタクト貫通部を充填しつつ第一主表面MPPに一様に堆積される。
この後、公知の方法により、図1の第二主表面MPS(受光面)側の反射防止膜47及び電極44の形成を行なう。反射防止膜47には、酸化シリコン、窒化シリコンをはじめ、酸化セリウム、アルミナ、二酸化錫、二酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化タンタル等、及びこれらを二種組み合わせた二層膜が使用され、いずれを用いても問題ない。その成膜には、PVD法、CVD法等が用いられ、いずれの方法でも可能である。高効率太陽電池作製のためには、窒化シリコンをリモートプラズマCVD法で形成したものが、小さな表面再結合速度が達成可能であり、好ましい。他方、電極44は蒸着法、メッキ法、印刷法等で作製される。いずれの方法を用いても構わないが、低コストで高スループットのためには、印刷法が好ましい。例えば、銀粉末及びガラスフリットを有機物バインダと混合した銀ペーストを用いて電極パターンをスクリーン印刷した後、熱処理して電極とする。なお、第一主表面MPP側の処理と第二主表面MPS側の処理の順序は逆であっても、何ら問題はない。
第一主表面MPP側の窒化シリコン膜4の厚さは、シリコン単結晶基板3へのテクスチャ形成の有無により、前記の各最適膜厚範囲に調整されている。この膜厚範囲の妥当性は後述の実験結果のみならず、以下のような屈折・反射理論に基づく計算結果からも支持されるものである。まず、第二主表面MPS側から入射した光の、第一主表面MPP側での反射率を、屈折・反射理論により計算する。概要は以下の通りである。まず、2つの異なる媒質中を伝播する光、すなわち電磁波の反射の法則及び屈折の法則は、マクスウェルの方程式が媒質の境界にて満たすべき電束密度、磁束密度、電場及び磁場の各境界条件から一義的に導き出すことができる。その導出過程は一般的な光学あるいは電磁気学の教科書に示されているものであって、極めて周知であるから、詳細な説明は省略する(例えば、朝倉現代物理講座2:電磁気学I(松田 久著:1980年:朝倉書店)63〜68頁参照)。その結果を示せば、光の入射角、屈折角及び反射角をそれぞれθ、β及びγとすれば、反射の法則は、
θ=γ ‥‥(1)
であり、屈折の法則(いわゆるスネルの法則)は、
sinθ/sinβ=n2/n1 ‥‥(2)
である。なお、境界を挟んで光の入射側にある媒質(この場合、シリコン単結晶)を媒質1、透過側にある媒質(この場合、窒化シリコン)を媒質2として、n1及びn2は、媒質1及び媒質2の屈折率である。シリコン単結晶の屈折率n1は3.52を採用し、窒化シリコンの屈折率n2は2.00を採用する。
周知のフレネルの公式に上記スネルの法則を適用して、入射光と反射光の強度(電場又は磁場のいずれかの強度として表すことができる)を計算すればシリコン単結晶基板3と窒化シリコン膜4との境界反射の反射率を求めることができる。他方、裏面金属電極層5と窒化シリコン膜4との境界での、裏面金属電極層5側への光の浸透及び屈折の影響は小さいと考えられるが、ここでは複素屈折率(吸収係数)を導入して微調整した。
図6は、入射角θをパラメータとして、シリコン単結晶基板3と窒化シリコン膜4との境界反射の反射率が、窒化シリコン膜の厚さに応じてどのように変化するかを計算した結果である(入射波長は1200nmとしている)。θが全反射の臨界角34.6°以下であれば、金属面からの反射光との干渉効果により、反射率に極大値が生ずる。そして、第二主表面MPSに到達する長波長光の一部はこの反射率でシリコン単結晶基板3の内部に再び戻される。次に、光キャリア生成割合の内部反射率依存性を、シリコン単結晶基板3の厚さをパラメータとして計算した結果を図7に示す。基板厚さが小さいほど内部反射率の効果は顕著であり、内部反射率が93%を超えると光キャリア生成割合は急増する。すなわち、高出力太陽電池のためには、93%以上の内部反射率を有する構造を太陽電池の裏面に施せばよく、これに対応する窒化シリコン膜厚は図6より求めることが可能である。つまり、テクスチャを有さないシリコン太陽電池の場合は、図6のθ=0°に対応し、窒化シリコン膜厚が40〜220nmの範囲であればよいことがわかる。
次に、第二主表面(受光面)MPS側にテクスチャがある場合を考える。テクスチャは、シリコン単結晶の{100}面及び{111}面のエッチング速度の違いを利用して形成されるもので、図5に示すように、大きさ数μm〜数十μm程度の正ピラミッド構造をランダムに形成したものである。この構造はシリコン単結晶の等価な{111}面で構成されるため、ピラミッドの斜面が第二主表面MPSと成す角αは54.7°となる。一方、シリコンの屈折率は、長波長で3.52であるから、前記スネルの法則を用いれば、入射角θ=41.3°の角度で裏面に入射することが、簡単な計算から導き出される。従って、第二主表面(受光面)MPSにテクスチャを有し、第一主表面(裏面)MPPが平坦な太陽電池の、最適窒化シリコン膜厚範囲は、図6のθ=41.3°に対応し、略100nm以上であればよいことがわかる。
最後に、両面にテクスチャを有する場合は、第二主表面(受光面)MPSのテクスチャのピラミッドがランダムに配列していることにより均一に分散され、光が第一主表面(裏面)MPPに入射角41.3°で一様に入射すると仮定する。第一主表面MPPのテクスチャのピラミッド各面には、入射光の55.4%が入射角13.4°で、44.6%が64.3°で入射することが、第一主表面MPP上に直立する単純な正四角錘を考えることで算出できる。図6から、θ=13.4°およびθ=64.3°がともに93%を超える窒化シリコン膜厚は略40〜230nmの範囲であることがわかる。
(実施例1)
厚さ150μmの、ホウ素をドーパントとしたp型シリコン単結晶基板(結晶主軸方向<100>:切断上がり状態:比抵抗1Ω・cm)を2枚、水酸化カリウム水溶液に浸漬し、両面にテクスチャを形成した。次に、第一主表面(裏面)上に、窒化シリコン膜を各々150、300nm成膜後、市販のダイサーを用いて、コンタクト貫通部としての平行溝を形成した。この上に全面にアルミを堆積して裏面金属電極層とした。他方、第二主表面(受光面)には、前記の方法により、エミッタ層、反射防止膜、フィンガー電極、バスバー電極を順次形成し、太陽電池試験品を作製した。
得られた太陽電池試験品は、山下電装社製のソーラーシミュレータ(YSS−80)を用い、標準条件下でこれら太陽電池のI−V特性を測定し、変換効率を求めた。結果を表1に示す。
Figure 2008172279
窒化シリコン膜厚150nmの太陽電池においては、300nmの場合に比べ、短絡電流が増加し、変換効率が高くなっていることがわかる。
(実施例2)
両面にテクスチャを有しないシリコン単結晶基板を用いた以外は、実施例1と全く同様に作製した太陽電池試験品を用意し、同様の測定を行なった。結果を表2に示す。
Figure 2008172279
窒化シリコン厚150nmの太陽電池は、300nmの場合に比べて高い変換効率を示すことがわかる。
本発明の太陽電池の一例を示す断面模式図。 受光面側の電極形成形態の一例を示す斜視図。 図1の太陽電池の裏面側の構造を拡大して示す断面模式図。 図3の裏面構造の形成工程を示す説明図。 テクスチャの形態の一例を示す斜視図。 各種入射角における裏面内部反射率と、窒化シリコン膜厚と関係を計算した結果を示す図。 裏面内部反射率と光キャリア生成割合との関係を、シリコン単結晶基板の種々の厚さについて計算した結果を示す図。
符号の説明
1 太陽電池
MPP 第一主表面
MPS 第二主表面
4 窒化シリコン膜
5 裏面金属電極層

Claims (3)

  1. 結晶主軸方向が<100>であり、かつ、第一主表面と第二主表面とのいずれにも{111}面を主体とするテクスチャが形成されていないシリコン単結晶基板の、前記第二主表面を受光面とし、他方、裏面側となる前記第一主表面に窒化シリコン膜が形成され、さらに、該窒化シリコン膜を覆う形で裏面金属電極層が形成され、
    前記窒化シリコン膜は、前記裏面金属電極層で反射する金属面反射光と、前記シリコン単結晶基板と前記窒化シリコン膜との境界で反射する境界反射光とが干渉により互いに強め合うよう、40〜220nm(ただし、50〜100nmを除く)の厚さにて形成されてなることを特徴とする太陽電池。
  2. 結晶主軸方向が<100>であり、かつ、第一主表面には{111}面を主体とするテクスチャが形成されず、第二主表面には前記テクスチャの形成されたシリコン単結晶基板の、前記第二主表面を受光面とし、他方、裏面側となる前記第一主表面に窒化シリコン膜が形成され、さらに、該窒化シリコン膜を覆う形で裏面金属電極層が形成され、
    前記窒化シリコン膜は、前記裏面金属電極層で反射する金属面反射光と、前記シリコン単結晶基板と前記窒化シリコン膜との境界で反射する境界反射光とが干渉により互いに強め合うよう、100nm〜300nm(ただし、200nmを除く)の厚さにて形成されてなることを特徴とする太陽電池。
  3. 結晶主軸方向が<100>であり、かつ、第一主表面と第二主表面とのいずれにも{111}面を主体とするテクスチャが形成されたシリコン単結晶基板の、前記第二主表面を受光面とし、他方、裏面側となる前記第一主表面に窒化シリコン膜が形成され、さらに、該窒化シリコン膜を覆う形で裏面金属電極層が形成され、
    前記窒化シリコン膜は、前記裏面金属電極層で反射する金属面反射光と、前記シリコン単結晶基板と前記窒化シリコン膜との境界で反射する境界反射光とが干渉により互いに強め合うよう、40nm〜230nmの厚さにて形成されてなることを特徴とする太陽電池。
JP2008097001A 2008-04-03 2008-04-03 太陽電池の製造方法 Expired - Lifetime JP5186673B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008097001A JP5186673B2 (ja) 2008-04-03 2008-04-03 太陽電池の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008097001A JP5186673B2 (ja) 2008-04-03 2008-04-03 太陽電池の製造方法

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001069088A Division JP2002270869A (ja) 2001-03-12 2001-03-12 太陽電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008172279A true JP2008172279A (ja) 2008-07-24
JP5186673B2 JP5186673B2 (ja) 2013-04-17

Family

ID=39700004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008097001A Expired - Lifetime JP5186673B2 (ja) 2008-04-03 2008-04-03 太陽電池の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5186673B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011002130A1 (en) * 2009-06-29 2011-01-06 Lg Electronics Inc. Solar cell and method of manufacturing the same
KR101085382B1 (ko) 2009-11-30 2011-11-21 주식회사 테스 선택적 에미터를 포함하는 태양 전지 제조 방법
JP2012502498A (ja) * 2008-09-12 2012-01-26 エルジー・ケム・リミテッド 電力損失を最少に抑えた太陽電池用前面電極及びそれを含む太陽電池
WO2012039388A1 (ja) 2010-09-21 2012-03-29 株式会社ピーアイ技術研究所 太陽電池の裏面反射層形成用ポリイミド樹脂組成物及びそれを用いた太陽電池の裏面反射層形成方法
CN102804392A (zh) * 2009-06-22 2012-11-28 国际商业机器公司 半导体光学检测器结构
US9397242B2 (en) 2011-03-30 2016-07-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Silicon substrate having textured surface, and process for producing same
KR20200053655A (ko) * 2009-09-18 2020-05-18 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 태양전지, 그 제조방법 및 태양전지 모듈

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6193678A (ja) * 1984-10-15 1986-05-12 Sharp Corp 光電変換装置
JPS61222282A (ja) * 1985-03-28 1986-10-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd アモルフアスシリコン太陽電池
JPS6377167A (ja) * 1986-09-19 1988-04-07 Sanyo Electric Co Ltd 積層型光起電力装置
JPH06244444A (ja) * 1993-02-18 1994-09-02 Hitachi Ltd 光閉込め構造及びそれを用いた受光素子
JPH06310740A (ja) * 1993-04-21 1994-11-04 Sharp Corp 太陽電池及びその製造方法
JPH0945945A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Kyocera Corp 太陽電池素子およびその製造方法
JPH0969643A (ja) * 1995-06-21 1997-03-11 Sharp Corp 太陽電池及びその製造方法
JPH09219531A (ja) * 1996-02-08 1997-08-19 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池の製造方法および太陽電池構造

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6193678A (ja) * 1984-10-15 1986-05-12 Sharp Corp 光電変換装置
JPS61222282A (ja) * 1985-03-28 1986-10-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd アモルフアスシリコン太陽電池
JPS6377167A (ja) * 1986-09-19 1988-04-07 Sanyo Electric Co Ltd 積層型光起電力装置
JPH06244444A (ja) * 1993-02-18 1994-09-02 Hitachi Ltd 光閉込め構造及びそれを用いた受光素子
JPH06310740A (ja) * 1993-04-21 1994-11-04 Sharp Corp 太陽電池及びその製造方法
JPH0969643A (ja) * 1995-06-21 1997-03-11 Sharp Corp 太陽電池及びその製造方法
JPH0945945A (ja) * 1995-07-28 1997-02-14 Kyocera Corp 太陽電池素子およびその製造方法
JPH09219531A (ja) * 1996-02-08 1997-08-19 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池の製造方法および太陽電池構造

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012502498A (ja) * 2008-09-12 2012-01-26 エルジー・ケム・リミテッド 電力損失を最少に抑えた太陽電池用前面電極及びそれを含む太陽電池
CN102804392A (zh) * 2009-06-22 2012-11-28 国际商业机器公司 半导体光学检测器结构
JP2012531048A (ja) * 2009-06-22 2012-12-06 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 半導体光検出構造体
EP3379583A1 (en) * 2009-06-29 2018-09-26 LG Electronics Inc. Solar cell and method of manufacturing the same
US8723018B2 (en) 2009-06-29 2014-05-13 Lg Electronics Inc. Solar cell and method of manufacturing the same
WO2011002130A1 (en) * 2009-06-29 2011-01-06 Lg Electronics Inc. Solar cell and method of manufacturing the same
KR20200053655A (ko) * 2009-09-18 2020-05-18 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 태양전지, 그 제조방법 및 태양전지 모듈
KR20200144589A (ko) * 2009-09-18 2020-12-29 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 태양전지, 그 제조방법 및 태양전지 모듈
KR102247785B1 (ko) 2009-09-18 2021-05-20 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 태양전지, 그 제조방법 및 태양전지 모듈
KR102340522B1 (ko) 2009-09-18 2021-12-21 신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤 태양전지, 그 제조방법 및 태양전지 모듈
KR101085382B1 (ko) 2009-11-30 2011-11-21 주식회사 테스 선택적 에미터를 포함하는 태양 전지 제조 방법
WO2012039388A1 (ja) 2010-09-21 2012-03-29 株式会社ピーアイ技術研究所 太陽電池の裏面反射層形成用ポリイミド樹脂組成物及びそれを用いた太陽電池の裏面反射層形成方法
US9287424B2 (en) 2010-09-21 2016-03-15 Pi R&D Co., Ltd. Polyimide resin composition for use in forming reverse reflecting layer in photovoltaic cell and method of forming reverse reflecting layer in photovoltaic cell used therewith
US9397242B2 (en) 2011-03-30 2016-07-19 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Silicon substrate having textured surface, and process for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
JP5186673B2 (ja) 2013-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5186673B2 (ja) 太陽電池の製造方法
JP5868503B2 (ja) 太陽電池およびその製造方法
TWI520363B (zh) 太陽電池及製造太陽電池的方法
WO2002061851A1 (en) Solar cell and method for producing the same
JP2002270869A (ja) 太陽電池
CN104752562A (zh) 一种局部硼背场背钝化太阳能电池的制备方法
JP6107830B2 (ja) 太陽電池セルの製造方法
JP5737204B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP6091458B2 (ja) 光電変換装置およびその製造方法
US9018520B2 (en) Solar cell and manufacturing method thereof
JP2007299844A (ja) 光電変換素子の製造方法
JP2016122749A (ja) 太陽電池素子および太陽電池モジュール
CN105957921B (zh) 一种利用印刷技术制备n型硅ibc太阳电池的方法
JP5830147B1 (ja) 太陽電池及び太陽電池の製造方法
JP2011228529A (ja) 太陽電池セル及びその製造方法
JP5375414B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP6529743B2 (ja) 光電変換素子
JP5426846B2 (ja) 基板の拡散層形成方法
JP5664738B2 (ja) 半導体デバイスの製造方法
JP2013119512A (ja) ガラス基板および太陽電池の製造方法
JP5430751B2 (ja) 低反射基板の製造方法、および光起電力装置の製造方法
JP5434806B2 (ja) 半導体デバイスの製造方法
WO2011048656A1 (ja) 基板の粗面化方法、光起電力装置の製造方法
JP2005327871A (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP2012049190A (ja) 光電変換装置用基板の製造方法および光電変換装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110311

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110506

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120202

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120323

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20120409

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121002

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20121018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121126

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121211

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20121226

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20121226

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160201

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5186673

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term