JP2010283162A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010283162A JP2010283162A JP2009135397A JP2009135397A JP2010283162A JP 2010283162 A JP2010283162 A JP 2010283162A JP 2009135397 A JP2009135397 A JP 2009135397A JP 2009135397 A JP2009135397 A JP 2009135397A JP 2010283162 A JP2010283162 A JP 2010283162A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type
- amorphous silicon
- solar cell
- forming
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 90
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 46
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 17
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 32
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 16
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 8
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 5
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N dichlorosilicon Chemical compound Cl[Si]Cl BUMGIEFFCMBQDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- ZOCHARZZJNPSEU-UHFFFAOYSA-N diboron Chemical compound B#B ZOCHARZZJNPSEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/0248—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0392—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate
- H01L31/03921—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including thin films deposited on metallic or insulating substrates ; characterised by specific substrate materials or substrate features or by the presence of intermediate layers, e.g. barrier layers, on the substrate including only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/0248—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/036—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
- H01L31/0376—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors
- H01L31/03762—Semiconductor 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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/04—Semiconductor 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
- H01L31/06—Semiconductor 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
- H01L31/075—Semiconductor 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 PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
- H01L31/202—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials including only elements of Group IV of the Periodic Table
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】発電効率を向上させた太陽電池を提供する。
【解決手段】ｐ型層３０と、ｉ型層３２と、ｎ型層３４とを積層したアモルファスシリコン太陽電池ユニットを備え、ｐ型層３０は、ｐ型ドーパントが添加された高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａと、ｐ型ドーパントが実質的に添加されていないアモルファスシリコンバッファ層３０ｂとを含んだものとする。ここで、アモルファスシリコンバッファ層３０ｂのバンドギャップは１．６５ｅＶ以上とする。
【選択図】図２
【解決手段】ｐ型層３０と、ｉ型層３２と、ｎ型層３４とを積層したアモルファスシリコン太陽電池ユニットを備え、ｐ型層３０は、ｐ型ドーパントが添加された高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａと、ｐ型ドーパントが実質的に添加されていないアモルファスシリコンバッファ層３０ｂとを含んだものとする。ここで、アモルファスシリコンバッファ層３０ｂのバンドギャップは１．６５ｅＶ以上とする。
【選択図】図２
Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
多結晶、微結晶またはアモルファスシリコンを用いた太陽電池が知られている。特に、微結晶またはアモルファスシリコンの薄膜を積層した構造を有する太陽電池は、資源消費の観点、コストの低下の観点および効率化の観点から注目されている。
一般的に、薄膜太陽電池は、表面が絶縁性の基板上に第１電極、１以上の半導体薄膜光電変換セル及び第２電極を順に積層して形成される。それぞれの太陽電池ユニットは、光入射側からｐ型層、ｉ型層及びｎ型層を積層して構成される。
また、薄膜太陽電池の変換効率を向上させる方法として、２種以上の光電変換セルを光入射方向に積層することが知られている。薄膜太陽電池の光入射側にはバンドギャップが広い光電変換層を含む第１の太陽電池ユニットを配置し、その後に第１の太陽電池ユニットよりもバンドギャップの狭い光電変換層を含む第２の太陽電池ユニットを配置する。これにより、入射光の広い波長範囲に亘って光電変換を可能にし、装置全体として変換効率の向上を図ることができる。
例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池ユニットをトップセルとし、微結晶（μｃ−Ｓｉ）太陽電池ユニットをボトムセルとした構造が知られている（特許文献１，２等）。
ところで、薄膜太陽電池の変換効率を向上させるためには、太陽電池を構成する各薄膜の特性を最適化して、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ及びフィルファクタＦＦを向上させることが必要である。
本発明は、発電効率を向上させた太陽電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の１つの態様は、ｐ型層と、前記ｐ型層に積層されたｉ型アモルファスシリコン層と、前記ｉ型アモルファスシリコン層に積層されたｎ型シリコン層と、を備え、前記ｐ型層は、ｐ型ドーパントが添加された高濃度アモルファス炭化シリコン層と、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層より前記ｉ型アモルファスシリコン層側に形成されｐ型ドーパントが実質的に添加されていないアモルファスシリコンバッファ層と、を備え、前記アモルファスシリコンバッファ層のバンドギャップは１．６５ｅＶ以上であることを特徴とする太陽電池である。
また、ｐ型層を形成する第１の工程と、前記ｐ型層上にｉ型アモルファスシリコン層を積層して形成する第２の工程と、前記ｉ型アモルファスシリコン層上に、ｎ型ドーパントが添加されたｎ型シリコン層を積層して形成する第３の工程と、を備え、前記第１の工程は、ｐ型ドーパントが添加された高濃度アモルファス炭化シリコン層を形成する工程と、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層より前記ｉ型アモルファスシリコン層側に形成されｐ型ドーパントが実質的に添加されていないバンドギャップが１．６５ｅＶ以上のアモルファスシリコンバッファ層を形成する工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法である。
ここで、前記第１の工程及び前記第２の工程は、シリコン含有ガス及び水素ガスが用いられ、前記第１の工程に含まれる前記アモルファスシリコンバッファ層を形成する工程の際の前記シリコン含有ガス及び水素ガスの流量は、前記第２の工程の際より少ないことが好適である。
本発明によれば、発電効率を向上させた太陽電池及びその製造方法を提供することができる。
＜基本構成＞
図１は、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の構造を示す断面図である。本実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００は、透明絶縁基板１０を光入射側として、光入射側から、透明導電膜１２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）（光電変換）ユニット１０２、中間層１４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット１０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）（光電変換）ユニット１０４、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８、充填材２０及び保護膜２２を積層した構造を有している。
図１は、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の構造を示す断面図である。本実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００は、透明絶縁基板１０を光入射側として、光入射側から、透明導電膜１２、トップセルとして広いバンドギャップを有するアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）（光電変換）ユニット１０２、中間層１４、ボトムセルとしてａ−Ｓｉユニット１０２よりバンドギャップの狭い微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）（光電変換）ユニット１０４、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８、充填材２０及び保護膜２２を積層した構造を有している。
以下、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の構成及び製造方法について説明する。本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００は、ａ−Ｓｉユニット１０２に含まれるｐ型層に特徴を有しているので、ａ−Ｓｉユニット１０２に含まれるｐ型層について特に詳細に説明する。
透明絶縁基板１０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用することができる。透明絶縁基板１０上に透明導電膜１２が形成される。透明導電膜１２は、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。透明導電膜１２は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。透明導電膜１２の膜厚は０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲とすることが好適である。また、透明導電膜１２の表面には光閉じ込め効果を有する凹凸を設けることが好適である。
透明導電膜１２上に、ｐ型層３０、ｉ型層３２、ｎ型層３４のシリコン系薄膜を順に積層してａ−Ｓｉユニット１０２を形成する。図２に、ａ−Ｓｉユニット１０２部分の拡大断面図を示す。
ａ−Ｓｉユニット１０２は、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ４）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ３）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ２）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤにより形成することができる。
プラズマＣＶＤは、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤを適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤは平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち透明絶縁基板１０を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。
一般的に、ｐ型層３０、ｉ型層３２、ｎ型層３４はそれぞれ別の成膜チャンバにおいて成膜される。成膜チャンバは、真空ポンプによって真空排気可能であり、ＲＦプラズマＣＶＤのための電極が内蔵される。また、透明絶縁基板１０の搬送装置、ＲＦプラズマＣＶＤのための電源及びマッチング装置、ガス供給用の配管等が付設される。
ｐ型層３０は、透明導電膜１２上に形成される。まず、透明導電膜１２上に、ｐ型ドーパント（ボロン等）がドープされたアモルファス炭化シリコン層３０ａを成膜する。その後、アモルファス炭化シリコン層３０ａ上に、ｐ型ドーパント（ボロン等）がドーピングされていないアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを成膜する。具体的には、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスを混合した混合ガスのプラズマを発生させてｐ型ドーパント（ボロン等）がドープされたアモルファス炭化シリコン層３０ａを成膜する。その後、シリコン含有ガス及び希釈ガスを混合した混合ガスのプラズマを発生させてｐ型ドーパント（ボロン等）がドーピングされていないアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを成膜する。
ここで、アモルファスシリコンバッファ層３０ｂは、バンドギャップが１．６５ｅＶ以上の層とすることが好適である。このようなアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを用いることにより、太陽電池における抵抗損失を低減することができ、フィルファクタＦＦを高めることができる。また、炭化シリコン層等をバッファ層として用いる場合より、光劣化の影響を受け難くすることができる。
この場合、プラズマＣＶＤにおいて、プラズマを発生させたままシリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整して、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａ及びアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを連続的に形成することができる。高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａとアモルファスシリコンバッファ層３０ｂとの界面に発電に悪影響を及ぼすプラズマ発生初期層が形成されることがなくなり、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃ及びフィルファクタＦＦを向上することができる。
もちろん、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａを形成した後、一旦プラズマを止め、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｐ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整した後に再度プラズマを発生させてアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを形成してもよい。この場合、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａ及びアモルファスシリコンバッファ層３０ｂの界面におけるドーピング濃度の変化を急峻にすることができる利点がある。特に、混合ガスの混合比の調整を行う前に成膜装置内を真空に排気することによって、成膜チャンバ内に残留するｐ型ドーパント含有ガスの影響を取り除くことができる。
また、アモルファスシリコンバッファ層３０ｂを形成する際、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａを形成した後、ｉ型層３２を成膜するための成膜チャンバに透明絶縁基板１０を移動させてアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを形成してもよい。このように、ｐ型ドーパント含有ガスが供給されない成膜チャンバにおいてアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを形成することによって、ドープされた高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａとドープされていないアモルファスシリコンバッファ層３０ｂとの間のドーピング濃度の変化を急峻にし、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａとアモルファスシリコンバッファ層３０ｂとの間の界面における欠陥密度を低減することができる。これにより、太陽電池の開放電圧Ｖｏｃを向上させることができる。
ｉ型層３２は、ｐ型層３０上に形成されたドープされていない膜厚５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下のアモルファスシリコン膜とする。ｉ型層３２の膜質は、シリコン含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。また、ｉ型層３２は、ａ−Ｓｉユニット１０２の発電層となる。ｎ型層３４は、ｉ型層３２上に形成されたｎ型ドーパント（リン等）をドープした膜厚１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のｎ型アモルファスシリコン層（ｎ型α−Ｓｉ：Ｈ）又はｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）とする。ｎ型層３４の膜質は、シリコン含有ガス、炭素含有ガス、ｎ型ドーパント含有ガス及び希釈ガスの混合比、圧力及びプラズマ発生用高周波パワーを調整することによって変化させることができる。
ａ−Ｓｉユニット１０２上に、中間層１４を形成する。中間層１４は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることが好適である。特に、マグネシウムＭｇがドープされた酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化シリコン（ＳｉＯｘ）を用いることが好適である。中間層１４は、例えば、スパッタリング等により形成することができる。中間層１４の膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲とすることが好適である。なお、中間層１４は、設けなくてもよい。
中間層１４上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層を順に積層したμｃ−Ｓｉユニット１０４を形成する。μｃ−Ｓｉユニット１０４は、シラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ４）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ３）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ２）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマＣＶＤにより形成することができる。
プラズマＣＶＤは、ａ−Ｓｉユニット１０２と同様に、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤを適用することが好適である。ＲＦプラズマＣＶＤは平行平板型とすることができる。平行平板型の電極のうち透明絶縁基板１０を配しない側には原料の混合ガスを供給するためのガスシャワー孔を設けた構成としてもよい。プラズマの投入電力密度は、５ｍＷ／ｃｍ２以上１００ｍＷ／ｃｍ２以下とすることが好ましい。
例えば、膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のボロンがドープされたｐ型微結晶シリコン層（ｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）、膜厚０．５μｍ以上５μｍ以下のドープされていないｉ型微結晶シリコン層（ｉ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）及び膜厚５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のリンがドープされたｎ型微結晶シリコン層（ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）を積層して構成される。
ただし、μｃ−Ｓｉユニット１０４に限定されるものではなく、発電層としてｉ型微結晶シリコン層（ｉ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ）が用いられるものであればよい。
μｃ−Ｓｉユニット１０４上に、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８として反射性金属と透明導電性酸化物（ＴＣＯ）との積層構造を形成する。第１裏面電極層１６としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が使用できる。また、第２裏面電極層１８としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）が用いられる。ＴＣＯは、例えば、スパッタリング等により形成することができる。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８は、合わせて１μｍ程度の膜厚とすることが好適である。第１裏面電極層１６及び第２裏面電極層１８の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸が設けることが好適である。
さらに、充填材２０によって第２裏面電極層１８の表面を保護膜２２で被う。充填材２０及び保護膜２２は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料とすることができる。これによって、タンデム型太陽電池１００の発電層への水分の侵入等を防ぐことができる。
なお、ＹＡＧレーザ（基本波１０６４ｎｍ、２倍波５３２ｎｍ）を用いて、透明導電膜１２、ａ−Ｓｉユニット１０２、中間層１４、μｃ−Ｓｉユニット１０４、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８の分離加工を行うことによって、複数のセルを直列に接続した構成にしてもよい。
以上が、本発明の実施の形態におけるタンデム型太陽電池１００の基本構成である。以下、各実施の形態におけるｐ型層３０の構成について説明する。
＜実施例＞
以下、上記実施の形態におけるｐ型層３０を適用したタンデム型太陽電池１００の実施例及び比較例を示す。
以下、上記実施の形態におけるｐ型層３０を適用したタンデム型太陽電池１００の実施例及び比較例を示す。
透明絶縁基板１０として、３３ｃｍ×４３ｃｍ角，４ｍｍ厚のガラス基板を用いた。透明絶縁基板１０上に、熱ＣＶＤにより透明導電膜１２として表面に凹凸形状を有する６００ｎｍ厚のＳｎＯ２を形成した。この後、透明導電膜１２をＹＡＧレーザにて短冊状にパターニングした。ＹＡＧレーザは、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いた。
次に、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａ及びアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを表１に示す成膜条件において形成した。なお、比較例１として、アモルファスシリコンバッファ層３０ｂの代わりに微結晶炭化シリコン層を形成した場合の条件も示している。ａ−Ｓｉユニット１０２のｉ型層３２及びｎ型層３４は、表２に示す成膜条件において形成し、μｃ−Ｓｉユニット１０４のｐ型層、ｉ型層及びｎ型層は、表３に示す条件で形成した。
この後、透明導電膜１２のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射し、ａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４を短冊状にパターニングした。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いた。
次に、第１裏面電極層１６としてＡｇ電極をスパッタリングにより形成し、第２裏面電極層１８としてＺｎＯ膜をスパッタリングにより形成した。この後、ａ−Ｓｉユニット１０２及びμｃ−Ｓｉユニット１０４のパターンニング位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射し、第１裏面電極層１６、第２裏面電極層１８を短冊状にパターニングした。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ３、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いた。
このとき、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａ及びアモルファスシリコンバッファ層３０ｂを表４に示す膜厚に成膜して実施例１とした。また、アモルファスシリコンバッファ層３０ｂを成膜せず、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａ上に微結晶炭化シリコン層を直接成膜したものを比較例１とした。
表５に、実施例１及び比較例１のタンデム型太陽電池１００の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、フィルファクタＦＦ及び効率の初期特性を示す。また、表６に、実施例１及び比較例１のタンデム型太陽電池１００を４８℃、５サン（５ｓｕｎ）の条件下で５時間使用して安定化させた後の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流密度Ｊｓｃ、フィルファクタＦＦ及び効率を示す。アモルファスシリコンバッファ層３０ｂのバンドギャップＥｏｐｔは、次の方法で求めることができる。例えば、「Japanese Journal of Applied Physics Vol.30, No.5,May, 1991, pp.1008-1014」に記載されているように、アモルファスシリコンバッファ層３０ｂの吸収係数スペクトルを求め、その吸収スペクトルから（αhν）1/3プロットにより光学的バンドギャップＥｏｐｔを求める。吸収スペクトルを求める際の透過率と反射率の測定については、例えば、日立ハイテクノロジーズ製Ｕ４１００で行うことができる。また、吸収係数スペクトルを求める際は、太陽電池素子として形成する条件と同じ条件で、ガラス基板上に１００ｎｍ−３００ｎｍの厚さで形成した膜を評価することが好適であり、この際に用いるガラス基板は、コーニング社♯７０５９ガラス、コーニング社♯１７３７ガラス、または、５ｍｍ厚以下の白板ガラスとすることができる。
実施例１のように、高濃度アモルファス炭化シリコン層３０ａとアモルファスシリコンバッファ層３０ｂとを積層したｐ型層３０を用いた場合、開放電圧Ｖｏｃは低下するものの、フィルファクタＦＦが向上して、タンデム型太陽電池１００全体の効率ηも比較例１に比べて向上した。これは、ｐ型層３０の抵抗ロスが低減されたことによるものと考えられる。
さらに、安定化後の特性では、比較例１では劣化が大きく、一方、実施例１では劣化が小さく、開放電圧Ｖｏｃの差も小さくなり、フィルファクタＦＦの向上率が増加して、タンデム型太陽電池１００全体の効率ηは比較例１に比べてさらに向上した。
１０ 透明絶縁基板、１２ 透明導電膜、１４ 中間層、１６ 第１裏面電極層、１８ 第２裏面電極層、２０ 充填材、２２ 保護膜、３０ ｐ型層、３０ａ 高濃度アモルファス炭化シリコン層、３０ｂ アモルファスシリコンバッファ層、３２ ｉ型層、３４ ｎ型層、１００ タンデム型太陽電池。
Claims (3)
- ｐ型層と、前記ｐ型層に積層されたｉ型アモルファスシリコン層と、前記ｉ型アモルファスシリコン層に積層されたｎ型シリコン層と、を備え、
前記ｐ型層は、ｐ型ドーパントが添加された高濃度アモルファス炭化シリコン層と、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層より前記ｉ型アモルファスシリコン層側に形成されｐ型ドーパントが実質的に添加されていないアモルファスシリコンバッファ層と、を備え、前記アモルファスシリコンバッファ層のバンドギャップは１．６５ｅＶ以上であることを特徴とする太陽電池。 - ｐ型層を形成する第１の工程と、
前記ｐ型層上にｉ型アモルファスシリコン層を積層して形成する第２の工程と、
前記ｉ型アモルファスシリコン層上に、ｎ型ドーパントが添加されたｎ型シリコン層を積層して形成する第３の工程と、を備え、
前記第１の工程は、ｐ型ドーパントが添加された高濃度アモルファス炭化シリコン層を形成する工程と、前記高濃度アモルファス炭化シリコン層より前記ｉ型アモルファスシリコン層側に形成されｐ型ドーパントが実質的に添加されていないバンドギャップが１．６５ｅＶ以上のアモルファスシリコンバッファ層を形成する工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 請求項２に記載の太陽電池の製造方法において、
前記第１の工程及び前記第２の工程は、シリコン含有ガス及び水素ガスが用いられ、
前記第１の工程に含まれる前記アモルファスシリコンバッファ層を形成する工程の際の前記シリコン含有ガス及び水素ガスの流量は、前記第２の工程の際より少ないことを特徴とする太陽電池の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009135397A JP2010283162A (ja) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | 太陽電池及びその製造方法 |
| US12/750,183 US20100307583A1 (en) | 2009-06-04 | 2010-03-30 | Solar cell and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009135397A JP2010283162A (ja) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | 太陽電池及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010283162A true JP2010283162A (ja) | 2010-12-16 |
Family
ID=43299873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009135397A Withdrawn JP2010283162A (ja) | 2009-06-04 | 2009-06-04 | 太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20100307583A1 (ja) |
| JP (1) | JP2010283162A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012110799A1 (de) * | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Masdar Pv Gmbh | Solarmodul, Satz Solarmodule und entsprechendes Verfahren |
| CN106252463B (zh) * | 2016-09-05 | 2018-01-19 | 上海空间电源研究所 | 一种采用数字‑指数混合方式掺杂功能区的太阳电池及其制备方法 |
-
2009
- 2009-06-04 JP JP2009135397A patent/JP2010283162A/ja not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-03-30 US US12/750,183 patent/US20100307583A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20100307583A1 (en) | 2010-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4940290B2 (ja) | 光電変換装置及びその製造方法 | |
| JP4902779B2 (ja) | 光電変換装置及びその製造方法 | |
| JP2010283161A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| JP2004260014A (ja) | 多層型薄膜光電変換装置 | |
| US8759667B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
| JP5232362B2 (ja) | 集積化薄膜光電変換装置の製造方法および、その製造方法で得られうる集積化薄膜光電変換装置。 | |
| JP4712127B2 (ja) | 太陽電池の製造方法及び製造装置 | |
| JP2011014619A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| JP2008283075A (ja) | 光電変換装置の製造方法 | |
| JP2011014618A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| JP2010283162A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| WO2011105166A1 (ja) | 光電変換モジュール及びその製造方法 | |
| US20100307573A1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP5373045B2 (ja) | 光電変換装置 | |
| WO2006049003A1 (ja) | 薄膜光電変換装置の製造方法 | |
| JP2011216586A (ja) | 積層型光電変換装置および積層型光電変換装置の製造方法 | |
| JP2011077220A (ja) | 太陽電池 | |
| JP5763411B2 (ja) | 積層型光電変換装置 | |
| WO2011148724A1 (ja) | 積層型光電変換装置用中間層、積層型光電変換装置および積層型光電変換装置の製造方法 | |
| US20100330734A1 (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| JP2010283160A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| JP2010283159A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
| WO2010146846A1 (ja) | 光電変換装置及び光電変換装置の製造方法 | |
| WO2013080803A1 (ja) | 光起電力装置 | |
| JP2011014617A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120328 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20120625 |