JP2009170852A

JP2009170852A - 太陽電池

Info

Publication number: JP2009170852A
Application number: JP2008029646A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Hoshino; 政宏星野
Original assignee: JATTO CO Ltd; NIPPON SEC KK
Current assignee: JATTO CO Ltd; NIPPON SEC KK
Priority date: 2008-01-12
Filing date: 2008-01-12
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】入射した太陽光を、効率良く集光する事の出来る受光表面を有する太陽電池を提供する。
【解決の手段】Ｐ型及びＮ型を有するシリコンの受光表面に、多数の穿孔を施し、その仮想平面上に突出する様に、太陽光に対して透明物質及びシリコンの光電変換に寄与しない太陽光波長を寄与する波長に変換する材料を同時に当該穿孔に嵌め、刷り込む事によって、効率良く太陽光を集光出来る太陽電池。

Description

本発明は、太陽光を効率よく集光すると共に、波長を変換する事によって、シリコンの起電力を理論価よりも大きくする可能性を有する太陽電池に関する物である。

従来から太陽光を効率よく集光する為に、受光表面をアルカリ性エッチング液によって特異な粗化表面を形成する事が行われている。また集光された太陽光を外部に反射させない様に、反射防止皮膜を設ける事も行われている。また化学的手法に寄らず、機械的手法によって、規則正しい集光面を形成する事も実施されている。

太陽光発電の効率を高める為には、出来るだけ沢山の光を集光する事及びシリコン材料の本質的な問題である起電波長を、如何に損失を少なくして集光するかに掛かっている。

一方シリコン内部に取り込まれた太陽光を、如何に損失を少なくして起電するかが問題であり、例えば結晶欠陥の減少や不純物のゲッタリング等有効な対応が既にとられているが未だに完全ではない。

課題を解決する為の手段

本発明は、太陽光の集光効果を高める為に、太陽光を受光するシリコン表面に設けられた多数の穿孔に、太陽光を受光するシリコンの平面上に突出して、太陽光を通過出来る物質を埋め込み、同時に太陽光の内シリコンの光電起電に作用しない波長を、光電起電出来る様に、波長変換できる物質を接着剤或いは及び埋め込み物質に混錬する事によって、光電変換効率の向上を図った太陽電池である。

発明の効果

本発明は、従来シリコンで考えられて来た光電起電の理論値を上回る変換効率が得られる可能性を秘める、重大且つ画期的な発明である。

発明を実施する為の最良の形態

以下本発明の実施の形態を図及び実施例に基ずいて説明する。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。ここに対向面間隔４０ミクロンの多数の正八角形のパターンを、印刷手法によって図１に示すエッチングマスクを印刷した。マスクパターンを乾燥、硬化の後、硝酸、フッ酸、氷酢酸及び沃素との混合溶液に拠る等方性化学エッチングを２分間実施し、図２に示す様な深さ約２０ミクロンの孔を得た。その後エッチングマスクとして使用したレジストを剥離剤によって剥離し、更に洗浄液を用いて、表面を洗浄し、その後１０分間１０００回転で遠心乾燥を行い乾燥した。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、孔内部及びウエーハー全面をＮ型層を得た。別途平均直径３０ミクロンのガラスビーズ及びアクリル接着樹脂を準備し、これ等を充分に混錬、ペースト状とし、真空中にて空気気泡を除去した。本混錬ペーストを図２に示す穿孔を有するシリコン基盤に滴下し、ドクターブレード法によって、本ガラスビーズをアクリル接着剤と共に図３に示すように穿孔内に擦りこんだ。しかる後接着剤内に内包された空気気泡を除去する為に、真空中に保管し、紫外線の照射による硬化及び加熱硬化し接着した。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（１）を作成した。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。ここに対向面間隔４０ミクロンの多数の正八角形のパターンを、印刷手法によって図１に示すエッチングマスクを印刷した。マスクパターンを乾燥、硬化の後、硝酸、フッ酸、氷酢酸及び沃素との混合溶液に拠る等方性化学エッチングを２分間実施し、図２に示す様な深さ約２０ミクロンの孔を得た。その後エッチングマスクとして使用したレジストを剥離剤によって剥離し、更に洗浄液を用いて、表面を洗浄し、その後１０分間１０００回転で遠心乾燥を行い乾燥した。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、孔内部及びウエーハー全面をＮ型層を得た。別途平均直径３０ミクロンのガラスビーズに防汚効果及びセルフクリーニング効果を有するチタンを被覆した。更に穿孔シリコン部分と上記ガラスビーズとの接着の為にアクリル接着樹脂を準備し、これ等を充分に混錬、ペースト状とし、真空中にて空気気泡を除去した。本混錬ペーストを図２に示す穿孔を有するシリコン基盤に滴下し、ドクターブレード法によって、本ガラスビーズをアクリル接着剤と共に図３に示すように穿孔内に擦りこんだ。しかる後接着剤内に内包された空気気泡を除去する為に、真空中に保管し、紫外線の照射による硬化及び加熱硬化し接着した。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（２）を作成した。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。ここに対向面間隔４０ミクロンの多数の正八角形のパターンを、印刷手法によって図１に示すエッチングマスクを印刷した。マスクパターンを乾燥、硬化の後、硝酸、フッ酸、氷酢酸及び沃素との混合溶液に拠る等方性化学エッチングを２分間実施し、図２に示す様な深さ約２０ミクロンの孔を得た。その後エッチングマスクとして使用したレジストを剥離剤によって剥離し、更に洗浄液を用いて、表面を洗浄し、その後１０分間１０００回転で遠心乾燥を行い乾燥した。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、孔内部及びウエーハー全面をＮ型層を得た。別途平均直径３０ミクロンのガラスビーズ及びアクリル接着樹脂及び、シリコンの長波長光の透過を防止する為に、長波長光で励起し短波長発光する蛍光塗料を準備し、これ等を充分に混錬、ペースト状とし、真空中にて空気気泡を除去した。本混錬ペーストを図２に示す穿孔を有するシリコン基盤に滴下し、ドクターブレード法によって、本ガラスビーズをアクリル接着剤と共に図３に示すように穿孔内に擦りこんだ。しかる後接着剤内に内包された空気気泡を除去する為に、真空中に保管し、紫外線の照射による硬化及び加熱硬化し接着した。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（３）を作成した。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。ここに対向面間隔４０ミクロンの多数の正八角形のパターンを、印刷手法によって図１に示すエッチングマスクを印刷した。マスクパターンを乾燥、硬化の後、硝酸、フッ酸、氷酢酸及び沃素との混合溶液に拠る等方性化学エッチングを２分間実施し、図２に示す様な深さ約２０ミクロンの孔を得た。その後エッチングマスクとして使用したレジストを剥離剤によって剥離し、更に洗浄液を用いて、表面を洗浄し、その後１０分間１０００回転で遠心乾燥を行い乾燥した。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、孔内部及びウエーハー全面をＮ型層を得た。別途平均直径３０ミクロンのガラスビーズ及びアクリル接着樹脂及び、シリコンの短波長の損失を防止する為に、短波長光で励起しシリコンの最適起電域で発光する蛍光塗料を準備し、これ等を充分に混錬、ペースト状とし、真空中にて空気気泡を除去した。本混錬ペーストを図２に示す穿孔を有するシリコン基盤に滴下し、ドクターブレード法によって、本ガラスビーズをアクリル接着剤と共に図３に示すように穿孔内に擦りこんだ。しかる後接着剤内に内包された空気気泡を除去する為に、真空中に保管し、紫外線の照射による硬化及び加熱硬化し接着した。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（４）を作成した。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。ここに対向面間隔４０ミクロンの多数の正八角形のパターンを、印刷手法によって図１に示すエッチングマスクを印刷した。マスクパターンを乾燥、硬化の後、硝酸、フッ酸、氷酢酸及び沃素との混合溶液に拠る等方性化学エッチングを２分間実施し、図２に示す様な深さ約２０ミクロンの孔を得た。その後エッチングマスクとして使用したレジストを剥離剤によって剥離し、更に洗浄液を用いて、表面を洗浄し、その後１０分間１０００回転で遠心乾燥を行い乾燥した。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、孔内部及びウエーハー全面をＮ型層を得た。別途平均直径３０ミクロンに成型し紫外線硬化されたアクリルビーズ及びアクリル接着樹脂及び、シリコンの短波長の損失を防止する為に、短波長光で励起しシリコンの最適起電域で発光する蛍光塗料を準備し、これ等を充分に混錬、ペースト状とし、真空中にて空気気泡を除去した。本混錬ペーストを図２に示す穿孔を有するシリコン基盤に滴下し、ドクターブレード法によって、本ガラスビーズをアクリル接着剤と共に図３に示すように穿孔内に擦りこんだ。しかる後接着剤内に内包された空気気泡を除去する為に、真空中に保管し、紫外線の照射による硬化及び加熱硬化し接着した。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（５）を作成した。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。ここに対向面間隔４０ミクロンの多数の正八角形のパターンを、印刷手法によって図１に示すエッチングマスクを印刷した。マスクパターンを乾燥、硬化の後、硝酸、フッ酸、氷酢酸及び沃素との混合溶液に拠る等方性化学エッチングを２分間実施し、図２に示す様な深さ約２０ミクロンの孔を得た。その後エッチングマスクとして使用したレジストを剥離剤によって剥離し、更に洗浄液を用いて、表面を洗浄し、その後１０分間１０００回転で遠心乾燥を行い乾燥した。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、孔内部及びウエーハー全面をＮ型層を得た。別途シリコンの長波長光の透過を防止する為に、長波長光で励起しシリコンを起電する波長で発光する蛍光塗料を準備し、本塗料をアクリル樹脂と充分に混錬しペースと状とし、真空中にて内包気泡を除去し、これを平均直径３０ミクロンにて成型、紫外線で硬化されたアクリルビーズを作成した。ここに当該波長発光変換塗料とアクリル接着樹脂及び、上記アクリルビーズを充分に混錬、ペースト状とし、真空中にて空気気泡を除去した。本混錬ペーストを図２に示す穿孔を有するシリコン基盤に滴下し、ドクターブレード法によって、本アクリルビーズをアクリル接着剤と共に図３に示すように穿孔内に擦りこんだ。しかる後接着剤内に内包された空気気泡を除去する為に、真空中に保管し、紫外線の照射による硬化及び加熱硬化し接着した。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（６）を作成した。

上記２種類の変換発光塗料を［００１２］に混合して、太陽電池（７）［００１１］に混合して、太陽電池（８）を作成した。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。ここに対向面間隔４０ミクロンの多数の正八角形のパターンを、印刷手法によって図１に示すエッチングマスクを印刷した。マスクパターンを乾燥、硬化の後、硝酸、フッ酸、氷酢酸及び沃素との混合溶液に拠る等方性化学エッチングを２分間実施し、図２に示す様な深さ約２０ミクロンの孔を得た。その後エッチングマスクとして使用したレジストを剥離剤によって剥離し、更に洗浄液を用いて、表面を洗浄し、その後１０分間１０００回転で遠心乾燥を行い乾燥した。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、孔内部及びウエーハー全面をＮ型層を得た。ここに上記波長変換発光塗料をアクリル接着樹脂とを充分に混錬、ペースト状とし、真空中にて空気気泡を除去した。本混錬ペーストを図２に示す穿孔を有するシリコン基盤に滴下し、ドクターブレード法によって、波長変換発光塗料を接着剤と共に図３に示すように穿孔内に擦りこんだ。しかる後接着剤内に内包された空気気泡を除去する為に、真空中に保管し、紫外線の照射による硬化及び加熱硬化し接着した。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（９）を作成した。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。ここに対向面間隔４０ミクロンの多数の正八角形のパターンを、印刷手法によって図１に示すエッチングマスクを印刷した。マスクパターンを乾燥、硬化の後、硝酸、フッ酸、氷酢酸及び沃素との混合溶液に拠る等方性化学エッチングを２分間実施し、図２に示す様な深さ約２０ミクロンの孔を得た。その後エッチングマスクとして使用したレジストを剥離剤によって剥離し、更に洗浄液を用いて、表面を洗浄し、その後１０分間１０００回転で遠心乾燥を行い乾燥した。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、孔内部及びウエーハー全面をＮ型層を得た。ここに上記波長変換発光塗料をアクリル接着樹脂とを充分に混錬、ペースト状とし、真空中にて空気気泡を除去した。本混錬ペーストを図２に示す穿孔を有するシリコン基盤に滴下し、ドクターブレード法によって、波長変換発光塗料を接着剤と共に図３に示すように穿孔内に擦りこんだ。そして気泡を含んだまま紫外線の照射による硬化及び加熱硬化し接着した。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（１０）を作成した。

約１オームの比抵抗を持つｐ型シリコンウエーハーを、ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、高さが１０ミクロン程度の凹凸の表面を得た。そして本ウエーハーを摂氏９００度にて、ＰＯＣ１３を拡散源とした燐拡散を１５分行い、ウエーハー全面をＮ型層を得た。その後レーザーを用いて周辺の燐による短絡層を除去し、通常の方法で反射防止膜、導電皮膜、金属電極を形成して、太陽電池（１１）を作成した。

なお上記［００１６］を除いて穿孔の形状は、ここでは例として８角形としたが、形状は特に制限は無い。また穿孔の大きさ、深さ、間隔に関しても同様である。

太陽電池（１）から（１１）までの測定結果を要約して、表１に示す。本結果から本発明が極めて有効で有る事が理解される。

穿孔形状の例。穿孔の断面。穿孔にガラスビーズ或いは及びアクリルビーズが接着剤と共に刷り込まれた状態。

符号の説明

ａ）ガラス或いは及びアクリルビーズ
ｂ）接着剤

Claims

シリコンを材料とする太陽電池に於いて、太陽光受光面に多数の穿孔を施し、当該穿孔に太陽光を通過出来るガラス物質を埋め込んだ太陽電池。
シリコンを材料とする太陽電池に於いて、太陽光受光面に多数の穿孔を施し、当該穿孔に太陽光を通過出来るガラス物質を、仮想受光平面上に突出させる様に埋め込んだ太陽電池。
シリコンを材料とする太陽電池に於いて、太陽光受光面に多数の穿孔を施し、当該穿孔に太陽光を通過出来るガラス物質を、同様な特性を有する接着剤と共に埋め込んだ太陽電池。
シリコンを材料とする太陽電池に於いて、太陽光受光面に多数の穿孔を施し、当該穿孔に太陽光を通過出来るガラス物質を、仮想受光平面状に突出出来る様に、同様な特性を有する接着剤と共に埋め込んだ太陽電池。
上記ガラス物質をプラスチックに置き換えた太陽電池。
上記接着剤に太陽光波長をシリコン光発電に適用出来る様に波長変換が出来る物質を混錬させた太陽電池。
上記ガラス物質或いは及びプラスチックに予め太陽光波長をシリコン光発電に適用出来る様な波長変換が出来る物質を混合、混錬、溶融或いはこれ等の手法を単独或いは複数を組み合わせて形成された物質を、穿孔内に上記接着剤と共に埋め込んだ太陽電池。
上記埋め込む手法として、ドクターブレード手法或いは及びスクリーン手法によって、刷り込む手法を適用した太陽電池。
埋め込まれるガラスビーズ及びプラスチックの表面に、予め防汚効果を有する材料を被覆された太陽電池。