JP2011518422A - 裏面コンタクト太陽電池用の高光吸収層を有する反射防止膜 - Google Patents

Abstract

裏面コンタクト太陽電池（３００）用の多層反射防止構造（３１０）を開示する。反射防止構造（３１０）は、裏面コンタクト太陽電池（３００）の正面に形成されてよい。反射防止構造（３１０）は、パッシベーションレベル（３１２）、パッシベーションレベル（３１２）の上の高光吸収層（３１３）、および高光吸収層（３１３）の上の低光吸収層（３１４）を含んでよい。パッシベーションレベル（３１２）は、Ｎ型シリコン基板であってよい太陽電池基板（１０２）のテクスチャ加工された表面上に熱成長した二酸化シリコンを含むことができる。高光吸収層（３１３）は、基板に入射するＵＶ放射の少なくとも１０％を遮光するよう構成されてよい。高光吸収層（３１３）は、高ｋシリコン窒化物を含んでよく、低光吸収層（３１４）は低ｋシリコン窒化物を含んでよい。
【選択図】 図３

Description

本願は、２００７年１２月１４日出願の米国仮特許出願第６１／００７，７５８号明細書の利益を主張しており、その内容全体をここに参照として組み込む。

本発明は、概して太陽電池に係り、より詳しくは太陽電池製造プロセスおよび構造に係るが、これらに限定はされない。

太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換する公知のデバイスである。半導体プロセス技術を用いて半導体基板上に製造されうる。太陽電池はＰ型およびＮ型の複数の拡散領域を含む。太陽電池に入射する太陽放射は、拡散領域へと移動する電子および正孔を生成して、拡散領域間に電圧差を生成する。裏面コンタクト太陽電池では、拡散領域およびこれらに連結された金属接触フィンガーの両方が太陽電池の裏面に設けられる。接触フィンガーは、外部電気回路を太陽電池に連結させ、太陽電池による電力供給を受けさせる。

裏面コンタクト太陽電池は概して公知である。裏面コンタクト太陽電池の例としては、米国特許第５，０５３，０８３号明細書および米国特許第４，９２７，７７０号明細書が挙げられ、これらの全体をここに参照として組み込む。図１は、従来の裏面コンタクト太陽電池の別の例の概略図である。

図１の例を見ると、従来の裏面コンタクト太陽電池１００は、Ｎ型シリコン基板１０２を含む。太陽電池１００の正面は、概して１２０という参照番号を付され、正面とは反対側の裏面は、概して１２１という参照番号を付される。太陽電池の正面は、通常動作において太陽側を向き、太陽放射を収集する。正面には無作為に反射を低減させるテクスチャ加工を施すことで、基板１０２で収集される太陽放射量を増加させる。熱成長二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層１２２および窒化シリコン層１０３を含む多層反射防止構造１１０を、テクスチャ加工されたシリコン基板上に形成する。

太陽電池１００の裏面は、複数のＰ型拡散領域１０５および複数のＮ型拡散領域１０６を含む。これら拡散領域１０５および１０６は、裏面から適切なドーパントを拡散することにより形成されてよい。金属フィンガー１０９は、Ｐ型拡散領域１０５と電気的に接続しており、金属フィンガー１１０は、Ｎ型拡散領域１０６と電気的に接続している。金属フィンガー１０９および１１０によって、太陽電池１００で生成された電子が外部電気回路により利用可能となる。層１０７は、電気短絡を回避するべく絶縁を行う。

裏面コンタクト太陽電池の性能は、ＳｉＯ_２およびＳｉ間の界面準位密度が低減するにつれて向上する。従って二酸化シリコン層１２２と基板１０２の表面との間の界面は界面準位密度を低減するよう設計される。シリコン窒化物層１０３を利用することにより、ＳｉＯ_２／Ｓｉ界面準位が太陽電池１００の性能に対して及ぼす影響をさらに低減させることができる。ＳｉＯ_２／Ｓｉ界面準位密度およびこれが太陽電池の性能に及ぼす影響を低減させるプロセスは、「パッシベーション」とも称される。

本発明の実施形態は、裏面コンタクト太陽電池の正面のパッシベーションの劣化を防止する一助となる。

一実施形態では、裏面コンタクト太陽電池の反射防止構造が、太陽電池の正面に形成される。反射防止構造は、パッシベーションレベル、パッシベーションレベルの上の高光吸収層、および高光吸収層の上の低光吸収層を含んでよい。パッシベーションレベルは、Ｎ型シリコン基板であってよい太陽電池基板のテクスチャ加工された表面上に熱成長した二酸化シリコンを含むことができる。高光吸収層は、基板に入射するＵＶ放射の少なくとも１０％を遮光するよう構成されてよい。高光吸収層は、高ｋシリコン窒化物を含んでよく、低光吸収層は低ｋシリコン窒化物を含んでよい。

本発明の上述した特徴またはその他の特徴は、添付図面および請求項を含む本開示を読んだ当業者には明らかとなろう。

従来の裏面コンタクト太陽電池の概略図である。 従来の裏面コンタクト太陽電池の正面のバンド図を示し、正面パッシベーションの劣化を引き起こすメカニズムを示す。 本発明の一実施形態による裏面コンタクト太陽電池の概略図である。 本発明の一実施形態による裏面コンタクト太陽電池の概略図である。 光の波長の関数としてアモルファスシリコンの消衰係数（extinction coefficient）（ｋ）を示すプロットである。 光の波長の関数としてシリコン窒化物の消衰係数（ｋ）を示すプロットである。 アモルファスシリコンおよびシリコン窒化物の光特性および、それぞれが光強度に及ぼす影響を示す表である。 アモルファスシリコンを裏面コンタクト太陽電池の多層反射防止構造で利用した場合のＵＶ安定性の向上を示すプロットである。 アモルファスシリコンが量子効率に及ぼす影響を示すプロットである。 本発明の一実施形態による裏面コンタクト太陽電池の概略図である。 高ｋシリコン窒化物層および低ｋシリコン窒化物層の光の波長の関数として消衰係数を示すプロットである。 高ｋシリコン窒化物および低ｋシリコン窒化物の光特性および、それぞれが光強度に及ぼす影響を示す表である。 高ｋシリコン窒化物の利用が、裏面コンタクト太陽電池の効率に及ぼす影響を示す実験結果である。 高ｋシリコン窒化物の利用が、裏面コンタクト太陽電池のＵＶ安定性に及ぼす影響を示す実験結果である。 本発明の一実施形態による裏面コンタクト太陽電池に多層反射防止構造を形成する方法を示すフロー図である。

異なる図面間で同じ参照番号が付されている部材は、同じまたは類似していることを示す。図面は実寸に比例しては描かれていない。

本開示においては、材料、処理パラメータ、処理ステップ、および構造面での例示等、多くの詳細を提供して、本発明の実施形態の完全な理解を促す。しかし、当業者であれば、本発明がこれら特定の詳細の１以上がなくても実施可能であることを理解する。他の場合においては、公知の詳細を図示または記載から省略することで、本発明の側面を曖昧にしないよう心がけている箇所もある。

理論に制約されることなく、本願の発明者は、現在利用可能な裏面コンタクト太陽電池が、以下の分析に基づき向上させることが可能であることを信じている。

正面側のテクスチャ加工が施された表面のパッシベーションは、高効率の裏面コンタクト太陽電池の製造には重要である、というのも、収集された太陽放射により生成される電子および正孔の密度がシリコン基板の前表面に集中するからである。シリコン基板に光生成された電子および正孔の光強度および密度は、基板の前表面から裏表面にかけて指数関数的に低下する。正面に良好なパッシベーションが存在しないと、大量の電子および正孔がＳｉＯ_２／Ｓｉ界面で再結合して、太陽電池の効率低減を引き起こしうる。

ＵＶ放射は、裏面コンタクト太陽電池の正面パッシベーションを低下させることがあり、効率を低減させたり安定性において問題があったりする。図２は、従来の裏面コンタクト太陽電池の正面のバンド図を示し、正面パッシベーションの劣化を引き起こすメカニズムを示す。二酸化シリコンの伝導帯とシリコンの伝導帯との間のエネルギー差は３．１ｅＶである。このエネルギーは、波長が４００ｎｍの光子のエネルギーに相当する。波長が４００ｎｍ未満のＵＶ放射は、シリコン伝導帯から二酸化シリコン伝導帯へと電子を励起するのに足るエネルギーを有すると考えられ、これによりＳｉＯ_２／Ｓｉ欠陥準位密度（defect state density）が増加する。このプロセスにより、前表面において電子および正孔の再結合が促進され、太陽電池の効率が悪くなる。P. E. GruenbaumおよびR. R. King, R. M. Swanson著「Photoinjected hot-electron damage in silicon point-contact solar cells」Journal of Applied Physics、第66巻、p.6110-6114、1989年なる文献も参照のこと。

図３は、本発明の一実施形態による裏面コンタクト太陽電池３００の概略図である。太陽電池３００は、１１０ではなくて反射防止構造３１０が利用されていることを除いて、図１の太陽電池１００と同じである。太陽電池１００と太陽電池３００とに共通のコンポーネントは、図１を参照して説明済みである。

一実施形態では、反射防止構造３１０は、パッシベーション層３１２、パッシベーション層３１２上に形成された高光吸収層３１３、および、高光吸収層３１３上に形成された低光吸収層３１４を含む。一実施形態では、パッシベーション層３１２は、約０．５ｎｍから１００ｎｍの厚みに熱成長させられた二酸化シリコンを含み、低光吸収層３１４は、ＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長法）または反応スパッタリングにより約５ｎｍから１００ｎｍの厚みに成膜されたシリコン窒化物を含む。

高光吸収層３１３という名称の所以は、低光吸収層３１４と比べて、通過する光の顕著な割合を吸収することにある。一実施形態では、高光吸収層３１３は、波長が４００ｎｍ以下の光の少なくとも１０パーセントを遮光するよう構成されている。高光吸収層は太陽電池基板に到達する光量を低減させうるので、多くの太陽電池設計においては、太陽電池の正面側に高光吸収層を用いることは一般に推奨されておらず太陽電池産業では実施されていない手法である。言い換えると、高光吸収層は、太陽電池効率に悪影響を及ぼしうる、ということである。これが一般的に太陽電池の正面側には低光吸収層が好んで利用されていることの理由である。しかし、以下の説明から明らかとなるように、裏面コンタクト太陽電池において高光吸収層を正面側に利用することで、高光吸収層が効率に悪影響を及ぼさずに太陽電池の安定性を向上させる、という予期せぬ利点を生じる。実際のところ、発明者の研究のなかには、裏面コンタクト太陽電池の正面に高光吸収層を設けたことで実際に効率向上に寄与したことを示したものがある。

ＵＶ安定性を向上させて経時的な性能劣化を最小限に抑えるべく、太陽電池３００のＳｉＯ_２／Ｓｉ界面（概して「１０４」という参照番号で示す）に衝突するＵＶ放射量を低減しつつ可視光のフィルタ効果は最小限に抑えるよう、高光吸収層３１３を構成する。例えば、高光吸収層３１３は、可視光に対して比較的透過性が高いが、ＵＶ放射（４００ｎｍ以下の範囲の波長の光）は大いに吸収する材料を含んでよい。高光吸収層３１３は、二酸化シリコンパッシベーション層３１２とシリコン基板１０２（一実施形態においてＮ型シリコンを含む）との間の界面におけるＵＶ放射によるダメージを低減させる。

図４は、本発明の一実施形態による裏面コンタクト太陽電池３００Ａの概略図である。太陽電池３００Ａは、太陽電池３００（図３参照）の特定の実施形態であり、ここでは、高光吸収層がアモルファスシリコン層４１３を含み、低光吸収層がシリコン窒化物層４１４を含む。太陽電池３００Ａの多層反射防止構造は、「３１０Ａ」として総称される。太陽電池３００Ａおよび３００はこの他の面においては同じである。

図５および図６は、光の波長の関数としてアモルファスシリコンおよびシリコン窒化物の消衰係数（ｋ）をそれぞれ示すプロットである。太陽電池の場合には、消衰係数は、材料がどのくらいよく光を吸収するかを示す測度である。従って、アモルファスシリコンまたはシリコン窒化物を反射防止被膜３１０Ａに利用したときの、裏面コンタクト太陽電池３００ＡのＳｉＯ_２／Ｓｉ界面１０４に到達する光の強度は、これら２つの材料の消衰係数を用いて評価することができる。

図７は、アモルファスシリコンおよびシリコン窒化物の光特性および、それぞれが光強度に及ぼす影響を示す表である。図７の表は、光の波長、消衰係数（ｋ）、算出された吸光係数（absorption coefficient）（α）、光強度が６４％低下するのに必要な各材料の厚み（１／ｅ）、および、光強度が１０％低下するのに必要なアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）およびシリコン窒化物の厚みを含む。

消衰係数および吸光係数が比較的大きいことにより、顕著な強度の低下に必要となるアモルファスシリコンの厚みは、シリコン窒化物のものよりも薄い。４００ｎｍの波長（これは、ＳｉＯ_２／Ｓｉ界面に顕著なダメージを与えうるＵＶスペクトルの最長の波長に相当する）の光を例にとると、光の１０％をフィルタにより除去しようとすると、約１１ｎｍのアモルファスシリコンが必要となる。３５０ｎｍの波長においては、光の１０％をフィルタにより除去しようとすると、約１ｎｍのアモルファスシリコンが必要となる。これらの厚みは、シリコン窒化物のものとは大幅に異なっている。４００ｎｍでは、光の１０％をフィルタにより除去しようとすると、約１５４５ｎｍのシリコン窒化物が必要となる。太陽電池の通常の反射防止構造においては、シリコン窒化物の厚みは通常この値の１０分の１未満である。ＵＶ放射は、波長が４００ｎｍより短いので、原則としてフィルタにより除去されることなくシリコン窒化物を通過する。多層反射防止構造（例えば反射防止構造３１０Ａ）のシリコン窒化物と二酸化シリコンとの間に１１ｎｍを超えるアモルファスシリコンが形成されると、９０％未満のＵＶ放射がアモルファスシリコンを通過する。従ってアモルファスシリコンは、裏面コンタクト太陽電池のＳｉＯ_２／Ｓｉ界面を保護する良好なＵＶフィルタとして利用可能である。裏面コンタクト電池の多層反射防止構造の高光吸収層として利用されるときには、アモルファスシリコンは、太陽電池の正面から、またはそこへと入力される太陽放射の少なくとも２５％をフィルタにより除去または遮光するように設けられると好適である。

図８は、アモルファスシリコンを裏面コンタクト太陽電池（例えば図４の太陽電池３００Ａ）の多層反射防止構造で利用した場合のＵＶ安定性の向上を示すプロットである。図８のプロットは、裏面コンタクト太陽電池に関する実験により得られた。図８では、垂直軸は、実験で用いられた裏面コンタクト太陽電池の開回路電圧（Ｖｏｃ）の増減率を表し、水平軸は、太陽電池がＵＶ放射に曝された時間の量を時間単位で表している。プロット８０１は参照のみを目的としており、太陽電池がＵＶ放射に曝されていない間の経時的な開回路電圧の増減率を示す。プロット８０２は、１００ｎｍの厚みのシリコン窒化物層４１４と６０ｎｍの厚みのアモルファスシリコン層４１３とを有する太陽電池３００Ａ等の裏面コンタクト太陽電池のものであり、プロット８０３は、１００ｎｍの厚みのシリコン窒化物層４１４と３０ｎｍの厚みのアモルファスシリコン層４１３とを有する太陽電池３００Ａ等の裏面コンタクト太陽電池のものである。プロット８０４は、太陽電池１００等の裏面コンタクト太陽電池のものである（図１参照）。つまり、プロット８０４は、アモルファスシリコン層が反射防止構造に含まれていない従来の裏面コンタクト太陽電池のものである。

図８から明らかなように、シリコン窒化物のみを反射防止構造に利用した場合（プロット８０４）、太陽電池の開回路電圧は、ＵＶ放射に８０時間曝されると１．２％を超える劣化を示した。３０ｎｍ（１１ｎｍを超える範囲）のアモルファスシリコンを反射防止層に追加した場合には（プロット８０３）、太陽電池はＵＶによるダメージに対してロバストとなった。３０ｎｍの厚みのアモルファスシリコンでは、太陽電池の開回路電圧は、同じ８０時間の間に０．１％未満の低下を示した。６０ｎｍのアモルファスシリコンを利用した場合には、開回路電圧はさらに劣化が少なく（プロット８０２）、ＵＶ放射に曝されない太陽電池のものと類似したプロフィールを示した（プロット８０１）。よって、アモルファスシリコンを裏面コンタクト太陽電池の反射防止構造に追加することは、太陽電池のＵＶ安定性を向上させる効果的な方法であり、経時的なパッシベーションレベルの劣化を最小限に抑えることができる。

確かにアモルファスシリコンは裏面コンタクト太陽電池のＵＶ安定性を向上させるが、可視光領域での高光吸収性を示すという課題を持つ。これは、アモルファスシリコンを反射防止構造の正面側に設けると、太陽電池の効率が落ちる可能性があることを示している。この現象を図９を参照しながら説明する。

図９は、アモルファスシリコンが量子効率に及ぼす影響を示すプロットである。太陽電池の場合、量子効率は、光子が太陽電池の表面に衝突して、電子‐正孔対を生成する割合で表される。S.M.Sze著、「Physics of Semiconductor Devices」第２版、1981年も参照のこと。図９の例では、水平軸が光の波長を表し、垂直軸が等価量子効率の割合を示す。プロット９０２は、１００ｎｍの厚みのシリコン窒化物層４１４と６０ｎｍの厚みのアモルファスシリコン層４１３とを有する太陽電池３００Ａ等の裏面コンタクト太陽電池のものであり、プロット９０３は、１００ｎｍの厚みのシリコン窒化物層４１４と３０ｎｍの厚みのアモルファスシリコン層４１３とを有する太陽電池３００Ａ等の裏面コンタクト太陽電池のものである。プロット９０４は、太陽電池１００等の、アモルファスシリコン層が反射防止構造に組み込まれていない裏面コンタクト太陽電池のものである（図１参照）。プロット９０４をプロット９０２および９０３と比較すると、アモルファスシリコンを裏面コンタクト太陽電池の正面に組み込むことにより、等価量子効率が悪くなっていることが明らかである。加えられるアモルファスシリコンの厚みが大きくなるほど、効率低下も大きくなる。

図１０を参照すると、本発明の一実施形態による裏面コンタクト太陽電池３００Ｂの概略図が示されている。太陽電池３００Ｂは、太陽電池３００（図３参照）の特定の実施形態であり、ここでは、高光吸収層が高ｋシリコン窒化物層５１３を含み、低光吸収層が低ｋシリコン窒化物層５１４を含む。太陽電池３００Ｂの多層反射防止構造は、「３１０Ｂ」として総称される。太陽電池３００Ｂおよび３００Ａはこの他の面においては同じである。

「高ｋシリコン窒化物」および「低ｋシリコン窒化物」は、それぞれ、高消衰係数及び低消衰係数を有するシリコン窒化物のことを示す。高ｋシリコン窒化物は、４００ｎｍ以下の光の波長において少なくとも０．０３の消衰係数を有するシリコン窒化物を含む。一実施形態では、高ｋシリコン窒化物は、ＰＥＣＶＤまたは反応スパッタリングにより形成されうる。低ｋシリコン窒化物は、４００ｎｍ以上の光の波長において多くとも０．０３の消衰係数を有するシリコン窒化物を含む。一実施形態では、低ｋシリコン窒化物は、ＰＥＣＶＤまたは反応スパッタリングにより形成されうる。

図１１は、高ｋシリコン窒化物層および低ｋシリコン窒化物層について、光の波長の関数として消衰係数を示すプロットである。図１１の例では、水平軸は光の波長を表し、垂直軸は消衰係数を表す。プロット９２１は高ｋシリコン窒化物のものであり、プロット９２２は低ｋシリコン窒化物のものである。図１１から明らかなように、波長が４００ｎｍ以下において、高ｋシリコン窒化物の消衰係数は低ｋシリコン窒化物のものより数オーダも大きい。

図１２は、高ｋシリコン窒化物および低ｋシリコン窒化物の光特性および、それぞれが光強度に及ぼす影響を示す表である。図１２において、低ｋシリコン窒化物は実質的にＵＶ放射に対する透過性を有する。他方で高ｋシリコン窒化物は、ＵＶ領域において光吸収性が高い（αを参照のこと）。４００ｎｍでは、高ｋシリコン窒化物により光の１０％を除去するには、約１０ｎｍの厚みが必要である。３５０ｎｍでは、同じことを行うのに約６ｎｍの厚みのみでよい。従って高ｋシリコン窒化物は非常に良好なＵＶ放射フィルタであり、太陽電池のＵＶ安定性を高めるのに利用可能である。

良好なＵＶ放射フィルタであることに加えて、高ｋシリコン窒化物はさらに、可視領域で比較的透明である。これにより、高ｋシリコン窒化物は、多層反射防止構造における高光吸収層としてアモルファスシリコンよりも好適である。図１２において、５３５ｎｍの波長である光の１０％を除去するには約６６８ｎｍの高ｋシリコン窒化物が必要であるが、アモルファスシリコンは１５１ｎｍの厚みだけでよい（図７参照）。従って高ｋシリコン窒化物は比較的良好なＵＶフィルタとして利用可能であり、同時に、可視光の殆どを太陽電池のシリコン基板に入射させて、電気エネルギーへと変換することができる。

反射防止構造における高ｋシリコン窒化物は、ＵＶ安定性を向上させつつも少なくとも太陽電池効率を維持できる厚みを持つと好適である。高ｋシリコン窒化物の厚みは、裏面コンタクト太陽電池の仕様に応じて変化させてよい。一般的に、高ｋシリコン窒化物の厚みは、式１に応じて決定することができる。

式１：高光吸収層の厚み＞Ｉｎ（０．９）λ／（−４πｋ）
ここでλは光の波長を表しており、４００ｎｍ以下であり、ｋは消衰係数である。高ｋシリコン窒化物は、太陽電池が曝されるＵＶ放射（４００ｎｍ以下の波長）の少なくとも１０％をフィルタにより除去できるよう構成されると好適である。式１は、高ｋシリコン窒化物のみならず、一般的な高光吸収層の厚みを決定するのにも利用可能である。

図１３は、高ｋシリコン窒化物の利用が、裏面コンタクト太陽電池の全効率に及ぼす影響を示す実験結果である。図１３では、「高ｋＳｉＮにより」と記されたコラムは、裏面コンタクト太陽電池３００Ｂ（図１０）等の高ｋシリコン窒化物を有する裏面コンタクト太陽電池のものであり、「低ＫＳｉＮのみにより」と記されたコラムは、裏面コンタクト太陽電池１００（図１）等の高ｋシリコン窒化物を有さない裏面コンタクト太陽電池のものである。図１３から明らかなように、高ｋシリコン窒化物は、効率性に最小の影響しか与えず、サンプルによってはより高い効率を示したものもあった。高ｋシリコン窒化物を多層反射防止構造に組み込むことにより、効率面における悪影響はない。

図１４は、高ｋシリコン窒化物の利用が、裏面コンタクト太陽電池の開回路電圧の増減率に及ぼす影響を示す実験結果である。図１４では、「高ｋＳｉＮにより」と記されたコラムは、裏面コンタクト太陽電池３００Ｂ（図１０）等の高ｋシリコン窒化物を有する裏面コンタクト太陽電池のものであり、「低ＫＳｉＮのみにより」と記されたコラムは、裏面コンタクト太陽電池１００（図１）等の高ｋシリコン窒化物を有さない裏面コンタクト太陽電池のものである。「Ｒｅｆ」と記されたコラムは、参照のみを目的としており、ＵＶ放射に曝されなかった裏面コンタクト太陽電池１００のものである。これらコラムは、太陽電池がＵＶ放射下に曝された時間の量を時間単位で示している（ゼロから１８９．７時間）。図１４において、高ｋシリコン窒化物を多層反射防止構造に組み込むことにより、ＵＶに曝されることによる開回路電圧の劣化を最小限に抑えることによって太陽電池が安定化されたことがわかる。このように、高ｋシリコン窒化物の利用により、効率面に悪影響を出さずに裏面コンタクト太陽電池のＵＶ安定性を高めることができる。

図１５を参照すると、本発明の一実施形態による裏面コンタクト太陽電池に多層反射防止構造を形成する方法５００を示すフロー図が示されている。裏面コンタクト太陽電池の正面は通常動作において太陽側を向き、裏面は正面とは反対側にある。複数の拡散領域およびこれらに接触する複数の金属コンタクトは、全て太陽電池の裏面側に形成される。

ステップ５０１で、太陽電池の正面に対して無作為にテクスチャ加工を施す。無作為のテクスチャ加工は、Ｎ型シリコン基板の正面側の表面に対して行われてよい。基板の正面側の表面は、例えば水酸化カリウム、水、およびイソプロピルアルコールを含むウェットエッチングプロセスによりテクスチャ加工を施されてよい。ウェットエッチングプロセスによるテクスチャ加工により、無作為なピラミッド状に正面が加工され、これにより太陽放射の収集効率が高まり好適である。

ステップ５０２で、パッシベーションレベルが、テクスチャ加工された正面側の表面上に形成される。一実施形態では、パッシベーションレベルは、テクスチャ加工された正面側の表面上に約０．５ｎｍから１００ｎｍの厚みに（好適には約５０ｎｍの厚みに）熱成長させられた二酸化シリコン層を含む。

ステップ５０３で、ＵＶ放射を遮光する高光吸収層がパッシベーションレベル上に形成される。高光吸収層は、正面側からシリコン基板に入射する４００ｎｍ以下の波長の光の少なくとも１０％を遮光するよう構成されると好適である。高光吸収層の厚みは、用途に応じて変化させてよい。上で高ｋシリコン窒化物用に示した式１は、他の材料の高光吸収層の厚みを算出する目的にも利用可能である。高光吸収層は、ＰＥＣＶＤまたは反応スパッタリングにより約１ｎｍから１００ｎｍの厚みに（好適には約１２ｎｍに）形成された高ｋシリコン窒化物を含む。

ステップ５０４で、低光吸収層が高光吸収層の上に形成される。低光吸収層は、ＰＥＣＶＤ、反応スパッタリング、その他の適切なプロセスにより、２０ｎｍから１００ｎｍの厚みに（好適には、約６０ｎｍの厚みに）成膜された低ｋシリコン窒化物を含んでよい。

裏面コンタクト太陽電池用の向上した多層反射防止構造およびその製造プロセスについて説明してきた。本発明の特定の実施形態を示したが、これら実施形態は例示を目的としており、限定を目的としていない。多くのさらなる実施形態がこの開示を読んだ当業者には明らかである。

Claims (25)

1. 裏面コンタクト太陽電池を製造する方法であって、
   前記裏面コンタクト太陽電池の正面側のシリコン基板の表面にテクスチャ加工を施してテクスチャ加工された正面側の表面を生成する工程と、
   前記テクスチャ加工された正面側の表面の上に、二酸化シリコンを含むパッシベーションレベルを形成する工程と、
   前記パッシベーションレベルの上に高ｋシリコン窒化物層を形成する工程と、
   前記高ｋシリコン窒化物層の上に低ｋシリコン窒化物層を形成する工程とを備え、
   前記裏面コンタクト太陽電池は前記正面とは反対の裏面上に、複数の拡散領域と、前記複数の拡散領域に電気的に連結された複数の金属コンタクトとを含み、前記正面は通常動作において太陽側を向き、太陽放射を収集し、
   前記高ｋシリコン窒化物層は、前記正面から前記シリコン基板へ入射するＵＶ放射の少なくとも１０％を遮光する方法。
2. 前記高ｋシリコン窒化物層は、４００ｎｍ以下の波長の光に対して少なくとも０．０３の消衰係数を有し、前記低ｋシリコン窒化物層は、４００ｎｍ以上の波長の光に対して多くとも０．０３の消衰係数を有する請求項１に記載の方法。
3. 前記シリコン基板は、Ｎ型シリコン基板を含む請求項１に記載の方法。
4. 前記パッシベーションレベルは、熱成長した二酸化シリコンを含む請求項１に記載の方法。
5. 前記高ｋシリコン窒化物は、１ｎｍから１００ｎｍの範囲の厚みを有する請求項１に記載の方法。
6. 裏面コンタクト太陽電池であって、
   前記裏面コンタクト太陽電池の正面側のシリコン基板上のテクスチャ加工された表面と、
   前記テクスチャ加工された表面上に形成されたパッシベーションレベルと、
   前記パッシベーションレベル上に形成された高光吸収層と、
   前記高光吸収層上に形成された低光吸収層とを備え、
   前記正面は通常動作において太陽側を向き、太陽放射を収集し、
   前記高光吸収層は、前記正面から前記シリコン基板へ入射するＵＶ放射の少なくとも１０％を遮光する裏面コンタクト太陽電池。
7. 前記高光吸収層は、４００ｎｍ以下の波長の光に対して少なくとも０．０３の消衰係数を有し、前記低光吸収層は、４００ｎｍ以上の波長の光に対して多くとも０．０３の消衰係数を有する請求項６に記載の裏面コンタクト太陽電池。
8. 前記高光吸収層は、高ｋシリコン窒化物を有する請求項６に記載の裏面コンタクト太陽電池。
9. 前記低光吸収層は低ｋシリコン窒化物を有し、前記高光吸収層は高ｋシリコン窒化物を有する請求項６に記載の裏面コンタクト太陽電池。
10. 前記パッシベーションレベルは、二酸化シリコンを有する請求項６に記載の裏面コンタクト太陽電池。
11. 前記シリコン基板は、Ｎ型シリコンを含む請求項６に記載の裏面コンタクト太陽電池。
12. 前記高光吸収層は、４００ｎｍ以下の波長の光に対して少なくとも０．０３の消衰係数を有する高ｋシリコン窒化物を有する請求項６に記載の裏面コンタクト太陽電池。
13. 前記高光吸収層は、１ｎｍから１００ｎｍの範囲の厚みに形成された高ｋシリコン窒化物を有する請求項６に記載の裏面コンタクト太陽電池。
14. 裏面コンタクト太陽電池を製造する方法であって、
    前記裏面コンタクト太陽電池の太陽電池基板の正面側の表面にテクスチャ加工を施してテクスチャ加工された正面側の表面を生成する工程と、
    前記テクスチャ加工された正面側の表面の上に、パッシベーションレベルを形成する工程と、
    前記パッシベーションレベルの上に高光吸収層を形成する工程と、
    前記高光吸収層の上に低光吸収層を形成する工程とを備え、
    前記正面は通常動作において太陽側を向き、太陽放射を収集し、
    前記高光吸収層は、前記正面から前記基板へ入射するＵＶ放射の少なくとも１０％を遮光する方法。
15. 前記パッシベーションレベルは、熱成長した二酸化シリコンを含む請求項１４に記載の方法。
16. 前記低光吸収層は、４００ｎｍ以下の波長の光に対して多くとも０．０３の消衰係数を有する低ｋシリコン窒化物を有する請求項１４に記載の方法。
17. 前記高光吸収層は、４００ｎｍ以下の波長の光に対して少なくとも０．０３の消衰係数を有する高ｋシリコン窒化物を有する請求項１４に記載の方法。
18. 前記基板はＮ型シリコンを含む請求項１４に記載の方法。
19. 前記基板はＮ型シリコンを含み、前記パッシベーションレベルは前記Ｎ型シリコンの表面上に熱成長した二酸化シリコンを含む請求項１４に記載の方法。
20. 前記高光吸収層は、１ｎｍから１００ｎｍの範囲の厚みに形成された高ｋシリコン窒化物を有する請求項１４に記載の方法。
21. 裏面コンタクト太陽電池であって、
    裏面コンタクト太陽電池の基板の正面に形成されたパッシベーションレベルと、
    前記パッシベーションレベル上に形成され、前記正面から前記基板へと入射するＵＶ放射を遮光する高光吸収層と、
    前記高光吸収層上に形成されて、前記高光吸収層と前記パッシベーションレベルとともに多層反射防止構造を形成する低光吸収層とを備える裏面コンタクト太陽電池。
22. 前記高光吸収層は、４００ｎｍ以下の波長の光に対して少なくとも０．０３の消衰係数を有する請求項２１に記載の裏面コンタクト太陽電池。
23. 前記高光吸収層は、高ｋシリコン窒化物を有する請求項２１に記載の裏面コンタクト太陽電池。
24. 前記パッシベーションレベルは、前記基板のテクスチャ加工された表面上に形成される請求項２１に記載の裏面コンタクト太陽電池。
25. 前記パッシベーションレベルは二酸化シリコンを有する請求項２１に記載の裏面コンタクト太陽電池。

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