JP2010153740A - 結晶太陽電池及び結晶太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶性基板の裏面に設けられた裏面電極に対してその設計の自由度を確保しつつ、結晶性基板の裏面から透過した光の再利用を可能にした結晶太陽電池及び結晶太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】光を受光する表面１１ｉと該表面１１ｉと対向する裏面１１ｒとの間で光電変換機能を発現する結晶性基板１１を具備する結晶太陽電池１０であって、結晶性基板１１の裏面１１ｒから透過する光を再び結晶性基板１１の中へ反射する白色塗膜１４が結晶性基板１１の裏面１１ｒの側に設けられた。
【選択図】図１

Description

本発明は、結晶太陽電池及び結晶太陽電池の製造方法に関するものであり、特に光電変換機能を発現する結晶性基板が透過する透過光を再利用する結晶太陽電池及び結晶太陽電池の製造方法に関するものである。

太陽光エネルギーを利用して発電する太陽電池は、化石燃料の代替技術として期待される発電システムであり、地球環境を保全できる観点からもその生産量を急速に増加させる傾向にある。こうした生産量の急増は、原料である半導体材料の不足、例えばシリコン系太陽電池におけるケイ素不足を深刻化させる虞がある。そこで、太陽電池の生産技術には、電力あたりの原料使用量を低減できる技術が要求されている。

ところで、シリコン太陽電池の形式は、光電変換素子の結晶性に基づいて３種類に分類される。まず第１には、光電変換素子に非晶質材料を用いた非晶質シリコン太陽電池がある。この非晶質シリコン太陽電池における光電変換素子の接合は、ｐ型の非晶質半導体膜やｎ型の非晶質半導体膜等が絶縁基板上に積層されることにより形成される。第２には、光電変換素子に単結晶材料を用いた単結晶シリコン太陽電池がある。この単結晶シリコン太陽電池における光電変換素子の接合は、インゴットから切り出された単結晶ウエハに対する不純物の拡散処理により形成される。そして第３には、光電変換素子に多結晶材料を用いた多結晶シリコン太陽電池がある。この多結晶太陽電池における光電変換素子の接合は、単結晶シリコン太陽電池と同じく、インゴットから切り出された多結晶ウエハに対する不純物の拡散処理により形成される。

非晶質シリコン太陽電池における非晶質膜は、結晶系のシリコン太陽電池に利用されるウエハに比べて薄く、それゆえ結晶系の太陽電池に比べれば少量の原料により構成することが可能である。だが、こうした非晶質膜の成膜工程では、高純度の原料ガスによる気相反応が一般に利用されており、成膜対象物の他にも成膜装置の内壁全体に大量の非晶質膜が成膜され、さらに成膜装置の外部へも大量の原料ガスが排気される。その結果、構成要素である非晶質膜そのものは少量の原料で構成可能であるものの、その生産過程で消費される原料ガスが多くなってしまい、結果的に結晶系太陽電池よりも原料消費量が高くなる場合さえある。これにくわえ、非晶質シリコン太陽電池の変換効率は、結晶系シリコン太陽電池のそれよりも一般に低くなる。そのため、こうした非晶質シリコン太陽電池の生産技術には、原料消費量の低減と変換効率の向上とを満たす技術が必要になる。

これに対して、結晶系シリコン太陽電池における光電変換素子の構造は、受光面に電極を有しないバックコンタクト構造、単結晶シリコンと非晶質シリコンとのヘテロ接合を利用したｐｉｎ構造等、各種の構造によって変換効率の向上が図れている。そのうえ、結晶系シリコン太陽電池に利用されるウエハは、上述するシリコン不足に対応することを目的として、その厚さが５０μｍ〜２００μｍにまで薄型化されている。そのため、結晶系シリコン太陽電池の生産技術は、上述する非晶質シリコン太陽電池よりも電力あたりの原料使用量を低減できる技術として期待されている。

ただし、上述する素子構造を採用した結晶系シリコン太陽電池であっても、光電変換素子の薄型化が進行すると、光電変換素子で吸収できない光が多くなってしまい、太陽光の利用効率そのものを向上させる技術が必要になる。太陽光の利用効率を向上させる構造の一例として、特許文献１に記載の太陽電池は、隣合う光電変換素子の間隙に光反射性の充填材を充填している。このような充填材を利用する太陽電池によれば、隣合う光電変換素
子間に入射した光が充填材により光電変換素子内へ反射されるため、光電変換素子間に入射した光までもが発電に寄与するようになる。したがって、太陽光の利用効率の低下に対して、その低下の一部を補償することが可能になる。
特開２００６−０７３７０７号公報

ところで、上記特許文献１に記載の太陽電池は、光電変換素子の受光面及び裏面を透光板で覆う構造により、受光面及び裏面からの太陽光をそれぞれ発電に利用している。光電変換素子の裏面に対して十分な太陽光を供給できる環境であれば、このような構造は有益である。しかし、光電変換素子の裏面側に対して太陽光を供給できない環境では、太陽光の利用効率の向上を図るうえで、やはり光電変換素子そのものの透過光を光電変換素子に導く構造やプロセス技術が必要になる。

こうした要請に応えるものとして、例えば光電変換素子の裏面電極に高い光反射性を付与する構成が考えられる。だが、太陽電池の裏面電極の構成材料や設計ルールは、そもそも電力損失を抑えるために大幅に制約されている。そのため、こうした裏面電極に光反射性を付与するためには、金属材料の中でも高価な銀等を電極材料に選択せざる終えなくなる。しかも、裏面電極に光反射性を付与できる場合であっても、上述する制約のもとでは、十分な光反射性を発現するための電極膜厚を採用できない虞もある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、結晶性基板の裏面に設けられた裏面電極に対してその設計の自由度を確保しつつ、結晶性基板の裏面から透過した光の再利用を可能にした結晶太陽電池及び結晶太陽電池の製造方法を提供することである。

上記課題を解決するための手段及びその作用効果を以下に記載する。
請求項１に記載の結晶太陽電池は、光を受光する受光面とその受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶性基板を具備する結晶太陽電池であって、前記結晶性基板の前記裏面から透過した光を前記結晶性基板の中へ反射する白色塗膜が前記結晶性基板の前記裏面側に設けられた。

請求項１に記載の結晶太陽電池では、結晶性基板の裏面に設けられた白色塗膜が、結晶性基板を透過した光を、結晶性基板へ導くことになる。そのため、白色塗膜についての構成材料、膜厚、位置等を変更すれば、透過光の再利用が適切に実現可能になる。ゆえに、結晶性基板に設けられる裏面電極に対して、その構成材料や設計ルールの変更等を強いることがない。その結果、このような構成からなる結晶太陽電池は、結晶性基板の裏面に設けられた裏面電極についての設計の自由度を確保しつつ、そのうえで結晶性基板の裏面から透過した光の再利用を図ることができる。

請求項２に記載の結晶太陽電池は、請求項１に記載の結晶太陽電池において、前記結晶性基板がシリコン基板であり、前記シリコン基板の裏面がパッシベーション膜で覆われており、前記白色塗膜が前記パッシベーション膜に積層されてなる。

シリコン基板の裏面に形成されるパッシベーション膜は、シリコン基板で生成されるキャリアの裏面における再結合損失を低減させる。請求項２に記載の結晶太陽電池によれば、このような機能を発現するパッシベーション膜が基板裏面と白色塗膜との間に介在するため、光電変換効率の向上を図ることができるのは勿論のこと、白色塗膜とシリコン基板とが接触し難くなる分だけ、白色塗膜に適用できる材料の選択範囲が拡張可能になる。

そのうえ、結晶性基板を透過した光のうちで臨界角以上の光は、こうした光透過性のパッシベーション膜により、反射されることになる。また臨界角よりも小さい光だけは、パッシベーション膜を透過して白色塗膜に到達することになる。つまり、このような構成からなる結晶太陽電池によれば、白色塗膜に到達する光の方向が、シリコン基板及びパッシベーション膜の屈折率によって概ね規定される。ゆえに、白色塗膜そのものに要求される光学的な特性を、シリコン基板及びパッシベーション膜の光学的な特性に基づいて適切に把握することが可能となり、このような特性の下で白色塗膜の構成材料や膜厚が設計されることにより、光の利用効率そのものを大幅に向上させることが可能になる。

請求項３に記載の結晶太陽電池は、請求項２に記載の結晶太陽電池において、前記白色塗膜及び前記パッシベーション膜が前記裏面に沿うように形成されており、前記白色塗膜及び前記パッシベーション膜を貫通して前記裏面と電気的に接続された裏面電極を具備する。

請求項３に記載の結晶太陽電池によれば、白色塗膜及びパッシベーション膜が裏面に沿うように形成されることから、裏面電極の形状やサイズに拘わらず、光の利用効率を向上させることが可能になる。

請求項４に記載の結晶太陽電池は、前記白色塗膜における白色成分が、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び酸化チタンからなる群から選択される少なくとも一種からなる。
請求項４に記載の結晶太陽電池によれば、白色塗膜が、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び酸化チタンの少なくとも一種であるため、白色塗膜において高い反射率を実現することができ、その結果、光の利用効率をより向上させることが可能になる。

請求項５に記載の結晶太陽電池は、前記結晶性基板がシリコン基板であり、前記白色塗膜が５００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長で９０％以上の反射率を有する。
請求項５に記載の結晶太陽電池によれば、シリコン基板の吸収波長に相当する光が、９０％以上の高い確率で白色塗膜に反射される。その結果、光の利用効率をより効果的に向上させることができる。

請求項６に記載の結晶太陽電池は、前記結晶性基板が５０μｍ〜２００μｍの厚さを有したシリコン基板である。
結晶性基板の薄型化が進行するにつれて、結晶性基板で吸収できない光の量が多くなる。請求項６に記載の結晶太陽電池によれば、５０μｍ〜２００μｍの厚さを有したシリコン基板の裏面に上述する白色塗膜が適用されることから、裏面から透過した光の再利用を図りつつ、結晶太陽電池における原料の使用量を確実に削減することもできる。

請求項７に記載の結晶太陽電池の製造方法は、光を受光する受光面とその受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶性基板を具備する結晶太陽電池の製造方法であって、前記結晶性基板の前記裏面から透過した光を前記結晶性基板の中へ反射する白色塗膜を前記裏面に形成する。

請求項７に記載の結晶太陽電池の製造方法では、結晶性基板の裏面に設けられた白色塗膜が、結晶性基板を透過した光を、再び結晶性基板へ導くことになる。そのため、白色塗膜についての構成材料、膜厚、位置等を変更すれば、透過光の再利用が適切に実現可能になる。ゆえに、結晶性基板に設けられる裏面電極に対して、その構成材料や設計ルールの変更等を強いることがない。その結果、このような構成からなる結晶太陽電池は、結晶性基板の裏面に設けられた裏面電極についての設計の自由度を確保しつつ、そのうえで結晶性基板の裏面から透過した光の再利用を図ることができる。

請求項８に記載の結晶太陽電池の製造方法は、請求項７に記載の結晶太陽電池の製造方法において、前記結晶性基板がシリコン基板であり、前記シリコン基板の前記裏面にパッシベーション膜を成膜して該パッシベーション膜に前記白色塗膜を積層する。

シリコン基板の裏面に形成されるパッシベーション膜は、シリコン基板で生成されるキャリアの裏面における再結合損失を低減させる。請求項８に記載の結晶太陽電池の製造方法によれば、このような機能を発現するパッシベーション膜が基板裏面と白色塗膜との間に介在するため、光電変換効率の向上を図ることができる。そのうえ、白色塗膜を形成する際には、シリコン基板の裏面がパッシベーション膜で保護されるため、白色塗膜に適用できる材料の選択範囲が拡張可能になる。

しかも、結晶性基板を透過した光のうちで臨界角以上の光は、こうした光透過性のパッシベーション膜により、反射されることになる。また臨界角よりも小さい光だけは、パッシベーション膜を透過して白色塗膜に到達することになる。つまり、このような構成からなる太陽電池の製造方法によれば、白色塗膜に到達する光の方向が、シリコン基板及びパッシベーション膜の屈折率によって概ね規定される。ゆえに、白色塗膜そのものに要求される光学的な特性を、シリコン基板及びパッシベーション膜の光学的な特性に基づいて適切に把握することが可能となり、このような特性の下で白色塗膜の材料や膜厚が設計されることにより、光の利用効率そのものを大幅に向上させることが可能になる。

上記したように、本発明によれば、結晶性基板の裏面に設けられた裏面電極に対してその設計の自由度を確保しつつ、結晶性基板の裏面から透過した光の再利用を可能にした結晶太陽電池及び結晶太陽電池の製造方法を提供することが可能になる。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した結晶太陽電池の第１実施形態について図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態にかかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図である。

図１に示されるように、結晶太陽電池１０は、結晶性基板１１、第１電極１２、第２電極１３、そして白色塗膜１４によって構成されている。結晶性基板１１は、結晶性を有する半導体基板であり、例えば５０μｍ〜２００μｍの厚さを有してｐ型の不純物を含有するｐ型シリコン基板を用いることができる。このようなシリコン基板には、引き上げ法により形成される単結晶シリコンのインゴットから切り出されたウエハ、鋳造技術により形成される多結晶シリコンのインゴットから切り出されたウエハ等を利用することができる。

結晶性基板１１の一つの主面である表面１１ｉには、該表面１１ｉと電気的に接続された第１電極１２が表面１１ｉの略全体にわたり形成されている。第１電極１２は、太陽光を透過する光透過性を有した導電材料により形成されている。この第１電極１２に向けて太陽光（図１の矢印）が照射されるとき、第１電極１２を透過した太陽光は表面１１ｉに到達し、結晶性基板１１の表面１１ｉは太陽光を受光する受光面として機能する。このような第１電極１２の構成材料としては、例えば、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化スズインジウム等の透明導電材料を用いることができる。

これに対して、表面１１ｉと対向する他の主面である裏面１１ｒには、該裏面１１ｒと電気的に接続された第２電極１３が裏面１１ｒの略全体にわたり形成されている。第２電極１３は、結晶太陽電池１０の構造やプロセス設計に応じて選択される導電材料により形成されている。このような第２電極１３の構成材料としては、例えば電力損失を抑えるべ
く選択されるアルミニウム等の低抵抗材料、さらには第１電極と同じく、光を透過する光透過性を有した透明導電材料等を用いることができる。

結晶性基板１１には、不純物が拡散されてなる半導体層が表面１１ｉの側に形成されており、結晶性基板１１の全体は、その厚み方向において、裏面１１ｒを構成する第１半導体層１１ａと、表面１１ｉを構成する第２半導体層１１ｂとに区画されている。これら第１半導体層１１ａと第２半導体層１１ｂとは、互いに逆導電性の関係であり、例えば結晶性基板１１にｐ型シリコン基板を用いる場合、第１半導体層１１ａはｐ型Ｓｉ膜であり、第２半導体層１１ｂはｎ型半導体層である。

この結晶性基板１１の表面１１ｉが太陽光を受けるとき、表面１１ｉから入射した太陽光は、第２半導体層１１ｂを透過して、さらにｐｎ接合部及び第１半導体層１１ａにも進入する。次いで、結晶性基板１１の各部に吸収された光は、キャリアである電子や正孔を生成する。そして、生成されたキャリアは、第１半導体層１１ａと第２半導体層１１ｂとの接合部であるｐｎ接合部の電位勾配に従って、第１半導体層１１ａと第２半導体層１１ｂとに分離される。このようにして分離されたキャリアは、第１電極１２及び第２電極１３から収集されることにより、電気エネルギーに変換される。すなわち、結晶性基板１１に吸収された光は、結晶性基板１１の光電変換機能によって、電気エネルギーに変換される。

なお、上述する第１半導体層１１ａの厚さ、及び第２半導体層１１ｂの厚さは、ｐ型Ｓｉ膜をなす層が相対的に厚く、ｎ型半導体層をなす層が相対的に薄い構成が好ましい。このような厚さの構成であれば、結晶性基板１１で生成されるキャリアの再結合が軽減されるかたちとなり、変換効率が向上される。

さらに、上述する第１半導体層１１ａの深さ方向における不純物濃度は、第２電極１３との界面近傍で相対的に高くなる分布が好ましい。このような濃度分布の構成であれば、濃度差に基づく内部電界が第１半導体層１１ａに形成されるため、第１半導体層１１ａで生成されたキャリアが、ｐｎ接合部の電位勾配に抗した方向、つまり結晶性基板１１と第２電極１３との接合面へ流れなくなり、さらに再結合が軽減されるようになる。

上述する第２電極１３には、光を反射する白色塗膜１４が裏面１１ｒと相対向するかたちで形成されている。白色塗膜１４は、結晶性基板１１の吸収波長の領域において高い反射率を有する白色の塗膜であり、その白色成分としては、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び酸化チタンからなる群から選択される少なくとも一種からなる化合物を用いることができる。白色塗膜１４は、上記白色成分の微粒子とバインダと溶剤とからなる白色塗料が裏面１１ｒに塗布されることにより形成されている。こうした構成からなる白色塗膜１４は、結晶性基板１１を透過した光である太陽光の一部を裏面１１ｒへ拡散反射する反射面として機能する。

上記結晶性基板１１の表面１１ｉが太陽光を受けるとき、表面１１ｉから入射した太陽光は、第１半導体層１１ａや第２半導体層１１ｂに吸収される。だが、結晶太陽電池１０に掛かる原料使用量を低減すべく結晶性基板１１の厚みが薄くなると、結晶性基板１１で吸収できない光量が高くなってしまい、表面１１ｉから入射した太陽光の一部が結晶性基板１１を透過するようになる。このようにして結晶性基板１１を透過した光の一部は、第２電極１３までも透過して白色塗膜１４に到達する。この際、白色塗膜１４に到達した光は、白色塗膜１４が有する光反射性により反射される。そして、白色塗膜１４で反射された光は、再び第２電極１３を透過して結晶性基板１１に吸収される。すなわち、結晶性基板１１を透過した光の一部は、白色塗膜１４の光反射機能によって、電気エネルギーに変換される。

したがって、この白色塗膜１４の光反射機能によって、結晶太陽電池１０における光の利用効率を向上させることができる。そのうえ、白色塗膜１４の構成材料、膜厚、位置等は、他の構成要件である結晶性基板１１、第１電極１２及び第２電極１３の光学特性に応じて変更可能であり、このような白色塗膜１４の構成を適宜選択することにより、透過光の再利用がより適切に実現可能になる。ゆえに、結晶性基板１１、第１電極１２、及び第２電極１３に対して、その構成材料や設計ルールの変更等を強いることがなく、光の利用効率を向上することができる。

なお、結晶性基板１１としてシリコン基板を用いる場合、上述する白色塗膜１４は、特に５００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長領域で９０％以上の反射率を有する構成が好ましい。このような反射率を有する構成であれば、結晶性基板１１を透過した光の中から結晶性基板１１で吸収可能な光を効率よく反射することができる。

さらに、上述する第２電極１３の構成材料としては、上述する材料の中から、第１電極と同じく、光を透過する光透過性を有した透明導電材料を用いる構成が好ましい。このような材料であれば、結晶性基板１１を透過した光が第２電極１３で殆ど吸収されることなく、結晶性基板１１に再入射するかたちとなり、さらに光の利用効率を向上することができる。

上述する結晶太陽電池１０は、以下のような製造工程により形成される。まず、イオン注入法や熱拡散法を用いた拡散処理が結晶性基板１１の表面１１ｉに施されて、これにより不純物の拡散層である第２半導体層１１ｂが形成される。次いで、スパッタ法や印刷法あるいは塗布法を用いた成膜処理が結晶性基板１１の表面１１ｉに施されて、これにより第１電極１２が形成される。さらに、スパッタ法や印刷法あるいは塗布法を用いた成膜処理が結晶性基板１１の裏面１１ｒに施されて、これにより第２電極１３が形成される。

そして、白色塗料を利用する塗布法を用いた成膜処理が第２電極１３に施されて、これにより白色塗膜１４が形成される。白色塗膜１４の形成方法である塗布法は、上述する他の成膜方法に比べて、成膜対象である基板に対し、機械的及び熱的な歪を与え難い方法である。そのため、このような製造方法によれば、白色塗膜１４の製造工程が別途加わることに拘わらず、結晶性基板１１そのものの薄型化を阻害することがない。ゆえに、結晶太陽電池１０における原料使用量の低減に十分対応することもできる。

以上説明したように、上記第１実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）上記第１実施形態によれば、第２電極１３に設けられた白色塗膜１４が、結晶性基板１１を透過した光を、結晶性基板１１へ再び導くことになる。そのため、白色塗膜１４についての構成材料、膜厚、位置等を他の構成要件に応じて適宜変更するだけで、透過光の再利用が適切に実現可能になる。ゆえに、結晶性基板１１、第１電極１２及び第２電極１３に対して、その構成材料や設計ルールの変更等を強いることがない。その結果、結晶太陽電池１０は、結晶性基板１１や第１電極１２、そして裏面電極である第２電極１３ついての設計の自由度を確保しつつ、そのうえで結晶性基板１１を透過した光の再利用を図ることができる。

（２）上記第１実施形態によれば、白色塗膜１４の白色成分が、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び酸化チタンの少なくとも一種であるため、白色塗膜１４において高い太陽光の反射率を実現することができ、その結果、光の利用効率をより向上させることが可能になる。

（３）上記第１実施形態によれば、結晶性基板１１の吸収波長に相当する光が、９０％
以上の高い確率で白色塗膜１４に反射される。その結果、光の利用効率をより効果的に向上させることができる。

（４）上記第１実施形態によれば、結晶性基板１１に対して機械的及び熱的な歪を与え難い方法である塗布法によって、白色塗膜１４を形成する。そのため、白色塗膜１４の製造工程が別途加わることに拘わらず、結晶性基板１１そのものの薄型化を阻害することがない。ゆえに、結晶太陽電池１０における原料使用量の低減に十分対応することもできる。

（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した結晶太陽電池の第２実施形態について図２を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態に裏面パッシベーション膜１５を付加し、これにともない第２電極１３の構造を変更したものである。そのため、以下では、こうした変更点について詳しく説明する。図２は、第２実施形態にかかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図である。

図２に示されるように、結晶性基板１１の裏面１１ｒと第２電極１３との間には、光透過性を有する裏面パッシベーション膜１５が、裏面１１ｒの略全面にわたり形成されている。第２電極１３は、この裏面パッシベーション膜１５を膜厚方向に貫通するコンタクト１３ａを介して、裏面１１ｒと部分的に接続されている。裏面パッシベーション膜１５は、裏面１１ｒと第２電極１３との接触面積をその構造から制限し、また結晶性基板１１に含まれる結晶欠陥をその構成元素に基づいて低減する。こうした構成からなる裏面パッシベーション膜１５は、裏面１１ｒと第２電極１３との界面におけるキャリアの再結合、結晶欠陥によるキャリアの再結合等を低減させて、変換効率を向上させる。このような裏面パッシベーション膜１５としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜等を用いることができる。

なお、上述する裏面パッシベーション膜１５は、結晶性基板１１と共通する構成元素を有して、該構成元素の酸化物あるいは窒化物である構成が好ましい。このような構成元素であれば、結晶性基板１１の裏面１１ｒに対する酸化処理あるいは窒化処理により裏面パッシベーション膜１５を形成することができる。そのうえ、裏面パッシベーション膜１５の屈折率が結晶性基板１１よりも低くなることから、結晶性基板１１を透過した光のうちで臨界角以上の光は、こうした裏面パッシベーション膜１５により、反射されることになる。そして臨界角よりも小さい光だけが、裏面パッシベーション膜１５を透過して白色塗膜１４に到達することになる。

つまり、このような構成からなる結晶太陽電池１０によれば、白色塗膜１４に到達する光の方向が、結晶性基板１１及び裏面パッシベーション膜１５の屈折率によって概ね規定される。ゆえに、白色塗膜１４そのものに要求される光学的な特性を、結晶性基板１１及び裏面パッシベーション膜１５の光学的な特性に基づいて適切に把握することが可能となり、このような特性の下で白色塗膜１４の構成材料や膜厚が設計されることにより、光の利用効率そのものを大幅に向上させることが可能になる。

上述する結晶太陽電池１０は、以下のような製造工程により形成される。まず、第１実施形態と同じく、イオン注入法や熱拡散法を用いた拡散処理が結晶性基板１１の表面１１ｉに施されて、これにより不純物の拡散層である第２半導体層１１ｂが形成される。次いで、熱酸化法や熱窒化法あるいはＣＶＤ法等を用いた成膜処理が結晶性基板１１の裏面１１ｒに施されて、これにより裏面パッシベーション膜１５が形成される。さらに、フォトリソグラフィ法やレーザ加工法等を用いたパターニング処理が裏面パッシベーション膜１５に施されて、これによりコンタクト１３ａに対応する貫通孔（コンタクトホール）が形
成される。そして、スパッタ法や印刷法あるいは塗布法を用いた成膜処理が裏面パッシベーション膜１５に施されて、これにより第２電極１３が形成される。

以後、第１実施形態と同じく、スパッタ法や印刷法あるいは塗布法を用いた成膜処理が結晶性基板１１の表面１１ｉとに施されて、これにより第１電極１２が形成される。そして、白色塗料を利用する塗布法を用いた成膜処理が第２電極１３に施されて、これにより白色塗膜１４が形成される。

以上説明したように、上記第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（５）上記第２実施形態によれば、裏面パッシベーション膜１５が裏面１１ｒと白色塗膜１４との間に介在するため、変換効率の向上を図ることができる。そのうえ、白色塗膜１４そのものに要求される光学的な特性を、結晶性基板１１及び裏面パッシベーション膜１５の光学的な特性に基づいて適切に把握することが可能となる。そして、こうした把握された特性の下で白色塗膜１４の材料や膜厚が設計されることにより、光の利用効率そのものを大幅に向上させることが可能になる。

（６）上記第２実施形態によれば、裏面１１ｒと白色塗膜１４との間に裏面パッシベーション膜１５が介在する分だけ、白色塗膜１４と結晶性基板１１とが接触し難くなる。そのため、白色塗膜１４の構成材料やその形成過程にて発生し得る基板汚染を大幅に抑制できることから、白色塗膜１４に適用できる材料の選択範囲が拡張可能になる。

（第３実施形態）
以下、本発明を具体化した結晶太陽電池の第３実施形態について図３を参照して説明する。第２実施形態は、第１実施形態の結晶性基板における半導体層を変更したものである。そのため、以下では、こうした変更点について詳しく説明する。図３は、第３実施形態にかかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図である。

結晶太陽電池１０は、逆導電型の関係をなす結晶性基板と非晶質半導体膜との間にｉ型の半導体膜を介在させたｐｉｎ構造を基本構造としている。具体的には、図３に示されるように、結晶性基板１１がｎ型のシリコン（Ｓｉ）基板であり、この結晶性基板１１の表面１１ｉにはｉ型のアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）膜であるｉ型表面Ｓｉ膜１１ｂｉが積層されて、裏面１１ｒには、これもまたｉ型のａ−Ｓｉ膜であるｉ型裏面Ｓｉ膜１１ｃｉが形成されている。さらに、ｉ型表面Ｓｉ膜１１ｂｉには、ｐ型のａ−Ｓｉ膜であるｐ型Ｓｉ膜１１ｂｐが積層されており、ｉ型裏面Ｓｉ膜１１ｃｉには、ｎ型のａ−Ｓｉ膜であるｎ型Ｓｉ膜１１ｃｎが積層されている。

こうした構成においては、ｉ型表面Ｓｉ膜１１ｂｉとｉ型裏面Ｓｉ膜１１ｃｉとが空乏化する。そして、太陽光によって励起されたキャリアの殆どがｉ型表面Ｓｉ膜１１ｂｉ及びｉ型裏面Ｓｉ膜１１ｃｉで生成されて、ｉ型表面Ｓｉ膜１１ｂｉとｉ型裏面Ｓｉ膜１１ｃｉとに加わる内部電界により、対応する第１電極１２あるいは第２電極１３へ輸送される。これにより、変換効率の増大が図られる。

上述する結晶太陽電池１０は、以下のような製造工程により形成される。まず、ＣＶＤ法を用いた成膜処理が結晶性基板１１の表面１１ｉに施されて、これによりｉ型表面Ｓｉ膜１１ｂｉとｐ型Ｓｉ膜１１ｂｐとが順に積層される。次いで、ＣＶＤ法を用いた成膜処理が結晶性基板１１の裏面１１ｒに施されて、これによりｉ型裏面Ｓｉ膜１１ｃｉとｎ型Ｓｉ膜１１ｃｎとが順に積層される。そして、第１実施形態と同じく、スパッタ法や印刷法あるいは塗布法を用いた成膜処理がｐ型Ｓｉ膜ｂｐとｎ型Ｓｉ膜ｃｎとに施されて、これにより第１電極１２と第２電極１３とが形成される。そして、白色塗料を利用する塗布
法を用いた成膜処理が第２電極１３に施されて、これにより白色塗膜１４が形成される。

以上説明したように、上記第３実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（７）上記第３実施形態によれば、結晶性基板と非晶質半導体膜とを利用したｐｉｎ構造を基本構造とするため、白色塗膜１４による利用効率の向上に加えて、変換効率を向上させることもできる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記第２実施形態では、結晶性基板１１と白色塗膜１４との間に、第２電極１３が介在する構成を説明した。これを変更して、結晶性基板１１と白色塗膜１４との間に、第２電極１３が介在しない構成であってもよい。具体的には、図４に示されるように、結晶性基板１１の裏面１１ｒから順に、裏面パッシベーション膜１５、白色塗膜１４、そして第２電極１３が積層される構成であってもよい。こうした構成によれば、結晶性基板１１を透過した光が第２電極１３で吸収されなくなる。したがって、結晶性基板１１と白色塗膜１４との間に第２電極１３が介在しない分だけ、より効果的に利用効率を向上することができる。

・上記第２実施形態では、結晶性基板１１の表面１１ｉに第１電極１２が形成されて、そして結晶性基板１１の裏面１１ｒに第２電極１３が形成される構成を説明した。これを変更して、第１電極１２及び第２電極１３が、共通する裏面１１ｒに形成される構成であってもよい。具体的には、図５に示されるように、互いに逆導電性の関係にある第２半導体層１１ｂと第３半導体層１１ｃとが、それぞれ裏面１１ｒから露出するかたちで形成されて、第１電極１２及び第２電極１３が、裏面パッシベーション膜１５をその膜方向に貫通するかたちで、それぞれ上記第３半導体層１１ｃ及び第２半導体層１１ｂに電気的に接続される。そして、これら第１電極１２、第２電極１３、及び裏面パッシベーション膜１５を覆うように、白色塗膜１４が積層される構成に具体化することもできる。こうした構成によれば、受光面である表面１１ｉから第１電極１２を割愛できる分だけ、太陽光をより効果的に受光することができる。なおこの際、光透過性を有する表面パッシベーション膜１６が表面１１ｉの略全面にわたり形成される構成、すなわちパッシベーション膜が表面１１ｉ及び裏面１１ｒの双方に設けられた構成が好ましい。こうした構成によれば、裏面パッシベーション膜１５により得られる変換効率の向上効果を、さらに表面パッシベーション膜１６によっても得られることができる。

・上記２実施形態では、パッシベーション膜が、結晶性基板１１の裏面側に形成される構成を説明した。これを変更して、パッシベーション膜が、結晶性基板１１の表面１１ｉ及び裏面１１ｒに形成される構成でもよい。具体的には、図６に示されるように、光透過性を有する表面パッシベーション膜１６が表面１１ｉの略全面にわたり形成されて、第１電極１２が表面パッシベーション膜１６を膜厚方向に貫通するかたちで表面１１ｉと部分的に接続される。こうした構成によれば、裏面パッシベーション膜１５により得られる変換効率の向上効果を、さらに表面パッシベーション膜１６によっても得られることができる。

・また、図６に示されるように、太陽光の反射損失を表面で抑えるべく、表面パッシベーション膜１６あるいは表面１１ｉに反射防止膜１７が積層される構成でもよい。反射防止膜１７の構成材料には、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化セリウム、酸化アルミニウム、二酸化スズ、二酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化タンタルを用いることができる。

・上記実施形態では、表面１１ｉ及び裏面１１ｒが平坦面である構成を説明した。この
ような構成に限らず、表面１１ｉ及び裏面１１ｒの少なくとも一方は、太陽光を結晶性基板に閉じ込めるためのテクスチャーを具備することもできる。こうしたテクスチャーは、例えば、四角錘状をなす多数の突起により具現化できる。また、こうしたテクスチャーは、例えば対象面である表面１１ｉあるいは裏面１１ｒを水酸化カリウム水溶液に浸漬させる方法により具現化できる。このような構成によれば、白色塗膜１４とテクスチャーとが、太陽光を結晶性基板１１内に閉じ込めるように協働し、その結果、太陽光の利用効率がさらに向上される。

第１実施形態かかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図。 第２実施形態かかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図。 第３実施形態かかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図。 変更例かかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図。 変更例かかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図。 変更例かかる結晶太陽電池の断面斜視構造を示す斜視図。

符号の説明

１０…結晶太陽電池、１１…結晶性基板、１１ａ…第１半導体層、１１ｂ…第２半導体層、１１ｉ…受光面、１１ｒ…裏面、１２…第１電極、１３…第２電極、１４…白色塗膜、１５…裏面パッシベーション膜、１６…表面パッシベーション膜、１７…反射防止膜。

Claims (8)

1. 光を受光する受光面と該受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶性基板を具備する結晶太陽電池であって、
   前記結晶性基板の前記裏面から透過する光を前記結晶性基板の中へ反射する白色塗膜が前記結晶性基板の前記裏面側に設けられたことを特徴とする結晶太陽電池。
2. 請求項１に記載の結晶太陽電池において、
   前記結晶性基板がシリコン基板であり、
   前記シリコン基板の裏面がパッシベーション膜で覆われており、
   前記白色塗膜が前記パッシベーション膜に積層されてなることを特徴とする結晶太陽電池。
3. 請求項２に記載の結晶太陽電池において、
   前記白色塗膜及び前記パッシベーション膜が前記裏面に沿うかたちで形成されており、
   前記白色塗膜及び前記パッシベーション膜を貫通して前記裏面と電気的に接続された裏面電極を具備することを特徴とする結晶太陽電池。
4. 前記白色塗膜における白色成分が、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び酸化チタンからなる群から選択される少なくとも一種からなる
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の結晶太陽電池。
5. 前記結晶性基板がシリコン基板であり、
   前記白色塗膜が５００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長で９０％以上の反射率を有する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の結晶太陽電池。
6. 前記結晶性基板が５０μｍ〜２００μｍの厚さを有したシリコン基板である
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の結晶太陽電池。
7. 光を受光する受光面とその受光面と対向する裏面との間で光電変換機能を発現する結晶性基板を具備する結晶太陽電池の製造方法であって、
   前記結晶性基板の前記裏面から透過した光を前記結晶性基板の中へ反射する白色塗膜を前記裏面に形成することを特徴とする結晶太陽電池の製造方法。
8. 請求項７に記載の結晶太陽電池の製造方法において、
   前記結晶性基板がシリコン基板であり、
   前記シリコン基板の前記裏面にパッシベーション膜を成膜して該パッシベーション膜に前記白色塗膜を積層することを特徴とする結晶太陽電池の製造方法。

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