JP2011086902A - 結晶シリコン電池の表面構造及びその製作方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は結晶シリコン電池の表面構造及びその製作方法を提供する。
【解決手段】 本発明の結晶シリコン電池の表面構造は、表面微細構造及び裏面微細構造を有する主体を含む。また、主体の表面微細構造の粗度係数は裏面微細構造の粗度係数より大きく、表面微細構造の表面形態は複数の錐状体を含み、裏面微細構造の表面形態は複数の弧状体又は複数の多辺体を含む。
【選択図】図１
【解決手段】 本発明の結晶シリコン電池の表面構造は、表面微細構造及び裏面微細構造を有する主体を含む。また、主体の表面微細構造の粗度係数は裏面微細構造の粗度係数より大きく、表面微細構造の表面形態は複数の錐状体を含み、裏面微細構造の表面形態は複数の弧状体又は複数の多辺体を含む。
【選択図】図１
Description
本発明は、結晶シリコン電池に関し、特に、表面粗度係数が裏面粗度係数より大きい結晶シリコン電池の表面構造に関するものである。
現在、環境保護の意識が高まり、省エネ・二酸化炭素削減志向が主流の価値観になりつつある中で、石油エネルギーに代替するグリーンエネルギーを使用する潮流がますます強くなっている。このため、市場の需要に応じて太陽エネルギー等の関連産業が盛んに発展しており、その中でも太陽電池の需要の増加が更に顕著である。
又、シリコン太陽電池において、光電変換効率というパラメータは、太陽電池の優劣を評価するに当たって最も重要なパラメータの一つである。従来技術において、大多数の結晶シリコン太陽電池の表面には、単純に酸エッチング或いはアルカリエッチングでエッチングする方式を採用する。そのような二つのエッチングプロセスによって製造された結晶シリコン太陽電池の表面構造の大多数は、大きい粗度係数を有する。しかも、この二つのエッチングプロセスにおいて、製造される結晶シリコン太陽電池の厚さが薄いため、製作過程の中で破損して容易に破片になる虞がある。さらに、前述したプロセスにおいて、光電変換効率を高くすることは困難である。従って、明らかに従来の技術には改善すべきところが残されているだろう。
従来技術の問題を鑑み、本発明の目的は、一種の結晶シリコン電池の表面構造を提供することである。本発明の結晶シリコン電池の表面構造において、表面微細構造の粗度係数が裏面微細構造の粗度係数より大きいことを特徴とし、これにより光電変換効率を向上させ、破片率を低減することができる効果が得られる。
本発明の目的に基づいて、一種の結晶シリコン電池の表面構造を提供する。本発明の結晶シリコン電池の表面構造において、表面微細構造及び裏面微細構造を有する主体を含み、表面微細構造の粗度係数が裏面微細構造より大きいことを特徴とする。この表面微細構造の表面形態には、複数の錐状体を含み、また裏面微細構造の表面形態には、複数の弧状体又は複数の多辺体を含む。
また、主体は、反射防止コーティング層（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）、Ｎ型エミッタ（Ｎ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）及びＰ型エミッタ（Ｐ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）を更に含む。また、Ｎ型エミッタは、Ｐ型エミッタの上に設置し、反射防止コーティング層は、Ｎ型エミッタの上に設置する。
本発明の目的に基づいて、更に一種の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法を提供する。本発明の結晶シリコン電池の表面構造は、主体を含み、この主体は表面及び裏面を有し、この結晶シリコン電池の表面構造の製作方法は、以下のステップを含む。
水酸化カリウム（ＫＯＨ）の溶液、或いは硝酸（ＨＮＯ３）とフッ化水素酸（ＨＦ）の混合溶液で主体の表面及び裏面をエッチングするステップ。
障壁膜を設置して裏面を覆うステップ。
イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）の混合溶液、或いは六フッ化硫黄（ＳＦ６）で表面をエッチングすると同時に、裏面の障壁膜を除去するステップ。
以上に述べたように、本発明の結晶シリコン電池の表面構造は、一つ又は複数の以下の利点を有する。
イ、本発明に係る結晶シリコン電池の表面構造の裏面粗度係数は、表面粗度係数より小さいため、結晶シリコン電池の表面構造の裏面はその表面と比べれば、平坦である。
ロ、本発明に係る結晶シリコン電池の表面構造によれば、光電変換効率を向上させることができる。
ハ、本発明に係る結晶シリコン電池の表面構造によれば、製作過程で破損し破片になる確率を下げることに成功している。
本発明のさらに別の態様、目的、望ましい特徴、および利点は、添付の図面を参照して行う以下の説明から、より明確に理解できるであろう。なお、図面の説明において同一部材には同じ符号を付して説明する。
図１は、本発明の結晶シリコン電池の表面構造に係る実施態様を示す図であり、図２は、本発明の結晶シリコン電池の表面構造に係る別の実施態様を示す図である。図１と図２を参照して説明すると、図１において、本発明に係る結晶シリコン電池の表面構造は、表面微細構造１１０及び裏面微細構造１２０を有する主体１００を含み、表面微細構造１１０の粗度係数は、裏面微細構造１２０の粗度係数より大きい。また、表面微細構造１１０の表面形態は、複数の錐状体を含み、これらの錐状体の頂角方向は主体１００から離れた方向に向いている。その他、裏面微細構造１２０の表面形態は複数の弧状体を含む。図２においては、裏面微細構造１２０の表面形態は複数の多辺体構造を含むことを示している。
図１において、表面微細構造１１０の錐状体の高さ１１１は０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しい。隣接する錐状体の二つの頂点同士の間隔１１２は０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しい。錐状体の頂角の角度１１３は、１度より大きいか等しく且つ８９度より小さいか等しい。また、裏面微細構造１２０の弧状体の幅１２２と深さ１２１は、いずれも０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ１５マイクロメータより小さいか等しい。図２において、複数の多辺体構造は正台形体であっても良く、その高さ２２１は０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しく、また、正台形体の下底の幅２２２は、０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しい。
さらに、主体１００は、反射防止コーティング層１３０（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）、Ｎ型エミッタ１４０（Ｎ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）及びＰ型エミッタ１５０（Ｐ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）を更に含む。また、各層の間の関係については、Ｎ型エミッタ１４０（Ｎ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）は、Ｐ型エミッタ１５０（Ｐ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）の上に設置し、反射防止コーティング層１３０（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒは、Ｎ型エミッタ１４０（Ｎ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）の上に設置する。
図３は、本発明の主体の表面微細構造の表面形態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した画像であり、図４は、本発明の実施態様の主体の裏面微細構造の表面形態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した画像であり、図５は、本発明の別の実施態様の主体の裏面微細構造の表面形態を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した画像である。図３、図４及び図５を参照して説明すると、図３、図４及び図５のうち、図３は、表面微細構造の表面形態を１１０００倍に拡大した画像であり、この表面微細構造の表面形態は錐状体であり、更に多面錐状体（又はピラミッド形状体ともいう）であることが好ましい。図４は、裏面微細構造の表面形態を３０００倍に拡大した画像であり、この裏面微細構造の表面形態は弧状体である。図５は、裏面微細構造の表面形態を２０００倍に拡大した画像であり、この裏面微細構造の表面形態は正台形体である。
図６は、本発明の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法を示す図である。図６を参照して説明すると、この結晶シリコン電池の表面構造には一つの主体を含み、この主体は、表裏両面を有し、結晶シリコン電池の表面構造の製作方法は以下のステップを含む。
ステップＳ１１：まず、第１エッチング材料を使用して主体の表面と裏面を同時にエッチングする。この第１エッチング材料は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の溶液、或いは硝酸（ＨＮＯ３）とフッ化水素酸（ＨＦ）の混合溶液である。また、第１エッチング材料としては更に、（１）水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、（２）水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）の混合溶液、或いは（３）水酸化カリウム（ＫＯＨ）とケイ酸カリウム（Ｋ２ＳｉＯ３）の混合溶液を使用することが可能である。また、硝酸（ＨＮＯ３）とフッ化水素酸（ＨＦ）の混合溶液には、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、シュウ酸（Ｈ２Ｃ２Ｏ４）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）のいずれか又はその組合せを更に加えることが可能である。
ステップＳ１２：続いて、障壁膜を設置して主体の裏面を覆い、裏面のエッチングを防止する。
ステップＳ１３：更に、第２エッチング材料で主体の表面をエッチングする。第２エッチング材料としては、表面をウエットエッチングする場合、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）の混合溶液を使用することが可能であり、表面をドライエッチングする場合、六フッ化硫黄（ＳＦ６）を使用することが可能である。また、表面をウエットエッチングする場合、第２エッチング材料としては、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）の混合溶液に換えて、（１）イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とケイ酸カリウム（Ｋ２ＳｉＯ３）の混合溶液、（２）イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の混合溶液、または（３）イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とケイ酸ナトリウム（Ｋ２ＳｉＯ３）の混合溶液などを使用することが可能である。そして、表面をエッチングすると同時に、裏面を覆う障壁膜を除去する。また、表面を六フッ化硫黄（ＳＦ６）を使用してエッチングを行う場合は、ドライエッチングプロセスで行う。
図７は、本発明に係る６インチ結晶シリコン電池の表面構造の光電変換効率と従来技術の光電変換効率との比較を示す説明折れ線図であり、図８は、本発明に係る５インチ結晶シリコン電池の表面構造の光電変換効率と従来技術の光電変換効率との比較を示す説明折れ線図である。図７と図８を参照して説明すると、図７において、従来技術の光電変換効率は、元の平均値の１６．８８％から本発明の平均値１７．１２％までに向上されており、その向上率を計算すれば、１．４％である。図８において、本発明の光電変換効率は、更に１７．３１％まで向上している。このように、この実験データによれば、本発明が結晶シリコン電池の光電変換効率を向上させる効果が確実にあることを示している。
なお、発明を実施するための形態の項においてなした具体的な実施態様および実施態様は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、当業者は、本発明の精神および添付の特許請求の範囲内で変更して実施することができる。
１００：主体
１１０：表面微細構造
１１１：錐状体の高さ
１１２：錐状体の頂点の間隔
１１３：錐状体の頂角の角度
１２０：裏面微細構造
１２１：弧状体の深さ
１２２：弧状体の幅
１３０：反射防止コーティング層（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）
１４０：Ｎ型エミッタ（Ｎ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）
１５０：Ｐ型エミッタ（Ｐ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）
２２１：正台形体の高さ
２２２：正台形体の下底の幅
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３：製作方法のステップ
１１０：表面微細構造
１１１：錐状体の高さ
１１２：錐状体の頂点の間隔
１１３：錐状体の頂角の角度
１２０：裏面微細構造
１２１：弧状体の深さ
１２２：弧状体の幅
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１４０：Ｎ型エミッタ（Ｎ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）
１５０：Ｐ型エミッタ（Ｐ−ｔｙｐｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ）
２２１：正台形体の高さ
２２２：正台形体の下底の幅
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３：製作方法のステップ
Claims (21)
- 表面微細構造と裏面微細構造を有する主体を含む結晶シリコン電池の表面構造であって、
前記表面微細構造の表面形態は複数の錐状体を含み、前記裏面微細構造の表面形態は複数の弧状体を含み、前記表面微細構造の粗度係数は裏面微細構造の粗度係数より大きいことを特徴とする結晶シリコン電池の表面構造。 - 前記主体は、反射防止コーティング層、Ｎ型エミッタ及びＰ型エミッタを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 前記Ｎ型エミッタは、前記Ｐ型エミッタの上に設置し、前記反射防止コーティング層は、前記Ｎ型エミッタの上に設置することを特徴とする、請求項２に記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 前記複数の錐状体の高さは０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しく、前記複数の錐状体のうちの隣接する錐状体の二つの頂点同士の間隔は０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しいことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 前記複数の錐状体の頂角の角度は１度より大きいか等しく且つ８９度より小さいか等しいことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 前記複数の弧状体の幅と深さは０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ１５マイクロメータより小さいか等しいことを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 表面微細構造と裏面微細構造を有する主体を含む結晶シリコン電池の表面構造であって、
前記表面微細構造の表面形態は複数の錐状体を含み、前記裏面微細構造の表面形態は複数の多辺体を含み、前記表面微細構造の粗度係数は裏面微細構造の粗度係数より大きいことを特徴とする結晶シリコン電池の表面構造。 - 前記主体は、反射防止コーティング層、Ｎ型エミッタ及びＰ型エミッタを更に含むことを特徴とする、請求項７に記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 前記Ｎ型エミッタは、前記Ｐ型エミッタの上に設置し、前記反射防止コーティング層は、前記Ｎ型エミッタの上に設置することを特徴とする、請求項８に記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 前記複数の錐状体の高さは０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しく、前記複数の錐状体のうちの隣接する錐状体の二つの頂点同士の間隔は０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しいことを特徴とする、請求項７ないし９のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 前記複数の錐状体の頂角の角度は１度より大きいか等しく且つ８９度より小さいか等しいことを特徴とする、請求項７ないし１０のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 前記複数の多辺体は正台形体であり、前記複数の正台形体の高さは０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しく、また、前記複数の正台形体の下底の幅は０．１マイクロメータより大きいか等しく且つ３０マイクロメータより小さいか等しいことを特徴とする、請求項７ないし１１のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造。
- 表面及び裏面を有する主体を含む結晶シリコン電池の表面構造の製作方法であって、
第１エッチング材料を使用して前記主体の前記表面及び前記裏面をエッチングするステップ（１）と、
障壁膜で前記裏面を覆うステップ（２）と
第２エッチング材料を使用して前記主体の前記表面をエッチングするステップ（３）と、
を含み、
前記表面の構造の粗度係数は前記裏面の結構の粗度係数より大きいことを特徴とする、結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。 - 前記ステップ（３）を実施した後、前記裏面を覆う障壁膜を除去するステップを更に含むことを特徴とする、請求項１３に記載の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。
- 前記第１エッチング材料は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）の溶液、硝酸（ＨＮＯ３）とフッ化水素酸（ＨＦ）の混合溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）の混合溶液、水酸化カリウム（ＫＯＨ）とケイ酸カリウム（Ｋ２ＳｉＯ３）の混合溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液のいずれかであることを特徴とする、請求項１３または１４に記載の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。
- 前記硝酸（ＨＮＯ３）とフッ化水素酸（ＨＦ）の混合溶液は、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）、シュウ酸（Ｈ２Ｃ２Ｏ４）、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）のいずれか又はその組合せを更に加えることを特徴とする、請求項１５に記載の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。
- 前記第２エッチング材料は、六フッ化硫黄（ＳＦ６）であることを特徴とする、請求項１３ないし１６のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。
- 前記第２エッチング材料は、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）の混合溶液、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とケイ酸カリウム（Ｋ２ＳｉＯ３）の混合溶液、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の混合溶液、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）とケイ酸ナトリウム（Ｎａ２ＳｉＯ３）の混合溶液のいずれかであることを特徴とする、請求項１３ないし１６のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。
- 前記表面のエッチングが完成した後、前記主体の前記表面の表面形態は複数の錐状体を含むことを特徴とする、請求項１３ないし１８のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。
- 前記裏面のエッチングが完成した後、前記主体の前記裏面の表面形態は複数の弧状体を含むことを特徴とする、請求項１３ないし１９のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。
- 前記裏面のエッチングが完成した後、前記主体の前記裏面の表面形態は複数の多辺体を含むことを特徴とする、請求項１３ないし１９のいずれかに記載の結晶シリコン電池の表面構造の製作方法。
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