JP2013026269A - 太陽電池及び太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供する。
【解決手段】太陽電池1は、光電変換部10と、第1及び第2の電極14,15と、反射抑制層16と、保護層19aとを備える。光電変換部10は、第1の主面10aと、第2の主面10bとを有する。第1の主面10aは、受光面を構成している。第1及び第2の電極14,15は、光電変換部10の上に配されている。反射抑制層16は、第1の主面10aの上に配されている。保護層19aは、反射抑制層16の上に配されている。保護層19aは、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む。
【選択図】図2
【解決手段】太陽電池1は、光電変換部10と、第1及び第2の電極14,15と、反射抑制層16と、保護層19aとを備える。光電変換部10は、第1の主面10aと、第2の主面10bとを有する。第1の主面10aは、受光面を構成している。第1及び第2の電極14,15は、光電変換部10の上に配されている。反射抑制層16は、第1の主面10aの上に配されている。保護層19aは、反射抑制層16の上に配されている。保護層19aは、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む。
【選択図】図2
Description
本発明は、太陽電池及び太陽電池の製造方法に関する。
従来、裏面接合型の太陽電池が知られている(例えば、下記の特許文献1)。この裏面接合型の太陽電池では、受光面側に電極を設ける必要がない。このため、裏面接合型の太陽電池では、光の受光効率を高めることができる。従って、より改善された光電変換効率を実現し得る。
裏面接合型の太陽電池の光電変換効率をさらに高めたいという要望がある。
本発明は、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することを主な目的とする。
本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、第1及び第2の電極と、反射抑制層と、保護層とを備える。光電変換部は、第1の主面と、第2の主面とを有する。第1の主面は、受光面を構成している。第1及び第2の電極は、光電変換部の上に配されている。反射抑制層は、第1の主面の上に配されている。保護層は、反射抑制層の上に配されている。保護層は、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む。
本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる一例である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態などにおいて参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率などは、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
《第1の実施形態》
(太陽電池1の構成)
図1は、第1の実施形態における太陽電池の裏面側の略図的平面図である。図2は、図1の線II−IIにおける略図的断面図である。
(太陽電池1の構成)
図1は、第1の実施形態における太陽電池の裏面側の略図的平面図である。図2は、図1の線II−IIにおける略図的断面図である。
図2に示すように、太陽電池1は、光電変換部10を有する。光電変換部10は、受光した際に電子や正孔などのキャリアを発生させるものである。光電変換部10は、第1及び第2の主面10a、10bを有する。第1の主面10aは受光面であって、太陽電池1は、主として第1の主面10aにおいて受光する。このため、第1の主面10aが受光面を構成している。なお、太陽電池1は、受光面を構成している第1の主面10aにおいて受光した際にのみ発電するものであってもよいし、第1の主面10aにおいて受光した際のみならず、第2の主面10bにおいて受光した際にも発電する両面受光型の太陽電池であってもよい。
光電変換部10は、一の導電型を有する半導体基板11を有する。具体的には、本実施形態では、半導体基板11は、n型の結晶性シリコン基板により構成されている。ここで、「結晶性シリコン」には、単結晶シリコンと、多結晶シリコンとが含まれるものとする。
半導体基板11は、第1及び第2の主面11a、11bを有する。半導体基板11は、第1の主面11aが第1の主面10a側を向き、第2の主面11bが第2の主面10b側を向くように配されている。
第1の主面11aの上には、半導体基板11と同じ導電型であるn型の半導体層17nが配されている。第1の主面10aは、半導体層17nの表面である。この半導体層17nの表面によって、光電変換部10の第1の主面10aが構成されている。n型半導体層17nは、n型のドーパントを含む半導体層である。n型半導体層17nは、例えば、n型ドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。なお、n型半導体層17nの厚みは、2nm〜50nmであることが好ましく、5nm〜30nmであることがより好ましい。
n型半導体層17nと半導体基板11との間には、実質的に真性なi型の半導体層17iが配されている。i型半導体層17iは、例えば、i型アモルファスシリコンにより構成することができる。i型半導体層17iの厚みは、例えば数Å〜250Å程度の発電に実質的に寄与しない程度の厚みであることが好ましい。
n型半導体層17nの上には、反射抑制層16が配されている。反射抑制層16は、光電変換部10の第1の主面10aにおける光の反射を抑制し、光電変換部10への光の入射効率を高める機能を有する。反射抑制層16は、例えば、SiO2などの酸化ケイ素、SiNなどの窒化ケイ素、SiONなどの酸窒化ケイ素により構成することができる。反射抑制層16の厚みは、反射抑制特性に応じて設定され、例えば、80nm〜1μm程度の範囲で設定される。
反射抑制層16の上には、保護層19aが形成されている。保護層19aは、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む。好ましく用いられるポリパラキシリレンまたはその誘導体の具体例としては、例えば下記一般式(1)で表される繰り返し単位を有するポリマーが挙げられる。
[式中、R1〜R4は、同一または異なって、水素原子またはハロゲン原子を示す。R5〜R8は、同一または異なって、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基を示す。]
一般式(1)において、R1〜R4は、同一または異なって、水素原子またはフッ素原子であることが好ましい。また、R5〜R8は、同一または異なって、水素原子、塩素原子またはフッ素原子であることが好ましい。一般式(1)で表されるポリマーは、2種類以上の繰り返し単位を有する共重合体であってもよい。
より好ましいポリパラキシリレンまたはその誘導体の具体例としては、下記一般式(1A)〜(1D)で表される繰り返し単位を有するポリマーが挙げられる。
ポリパラキシリレンまたはその誘導体は、上記一般式(1A)〜(1D)で表される繰り返し単位を2種類以上有する共重合体であってもよい。
なお、保護層19aの厚みは、10nm〜3000nmであることが好ましく、30nm〜1000nmであることがより好ましい。
半導体基板11の第2の主面11bの上には、半導体層12n、13pが配されている。半導体層12nは、第2の主面11bの一部の上に配されており、半導体層13pは、第2の主面11bの他の一部の上に配されている。本実施形態では、これら半導体層12n、13pにより第2の主面11bの実質的に全体が覆われている。
半導体層12nは、半導体基板11と同じ導電型であるn型を有する。第2の主面10bは、半導体層12nの表面を含む。半導体層12nは、n型のドーパントを含む半導体層である。半導体層12nは、例えば、n型ドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層12nは、水素を含むことが好ましい。半導体層12nの厚みは、2nm〜50nmであることが好ましく、4nm〜30nmであることがより好ましい。
半導体層12nと半導体基板11との間には、実質的に真性なi型の半導体層12iが配されている。半導体層12iは、例えば、i型アモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層12iは、水素を含むことが好ましい。半導体層12iの厚みは、例えば数Å〜250Å程度の発電に実質的に寄与しない程度の厚みであることが好ましい。
半導体層13pは、半導体基板11と異なる導電型であるp型を有する。第2の主面10bは、半導体層13pの表面を含む。半導体層13pは、光電変換部10の第2の主面10bのp型表面を構成している。半導体層13pは、p型のドーパントを含む半導体層である。半導体層13pは、例えば、p型ドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層13pは、水素を含むことが好ましい。半導体層13pの厚みは、半導体層13pの厚みは、1nm〜40nmであることが好ましく、2nm〜20nmであることがより好ましい。
半導体層13pと半導体基板11との間には、実質的に真性なi型の半導体層13iが配されている。半導体層13iは、例えば、i型アモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層13iは、水素を含むことが好ましい。半導体層13iの厚みは、例えば数Å〜250Å程度の発電に実質的に寄与しない程度の厚みであることが好ましい。
半導体層12nの一部と半導体層13pの一部とは、厚み方向zにおいて重なっている。具体的には、半導体層12nのx方向における両端部の上に、半導体層13pのx方向における両端部が位置している。この厚み方向zにおいて重なっている半導体層12nの一部と半導体層13pの一部との間には、無機絶縁層18と、保護層19bとの積層体が配されている。
無機絶縁層18は、半導体層12nの上に配されている。具体的には、無機絶縁層18は、半導体層12nのx方向における両側の上に配されている。無機絶縁層18は、半導体層12nのx方向における中央部に設けられない。
無機絶縁層18は、例えば、SiO2などの酸化ケイ素、SiNなどの窒化ケイ素、SiONなどの酸窒化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタルなどの無機絶縁材料からなる。無機絶縁層18の厚みは、例えば、10nm〜500nmであることが好ましく、20nm〜200nmであることがより好ましい。
保護層19bは、無機絶縁層18の上に配されている。保護層19bは、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む。保護層19bに含まれるポリパラキシリレンまたはその誘導体としては、上記保護層19aに含まれるポリパラキシリレンまたはその誘導体と同じものが挙げられる。なお、保護層19bに含まれるポリパラキシリレンまたはその誘導体は、保護層19aに含まれるものと同一であってもよいし、異なってもよい。保護層19bの厚みは、10nm〜3000nmであることが好ましく、30nm〜1000nmであることがより好ましい。
半導体層12nの上には、n側電極14が配されている。n側電極14は、半導体層12nに電気的に接続されている。一方、半導体層13pの上には、p側電極15が配されている。p側電極15は、半導体層13pに電気的に接続されている。
電極14,15は、例えば、Cu,Agなどの金属、それらの金属のうちの一種以上を含む合金などにより形成することができる。また、電極14,15は、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)などのTCO(Transparent Conductive Oxide:透光性導電酸化物)などにより形成することもできる。電極14,15は、上記金属、合金またはTCOからなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。電極14,15がTCO層を含む場合、TCO層は半導体層12n,13pと接触して設けることが好ましい。
次に、図3〜図11を主として参照しながら、本実施形態の太陽電池1の製造方法について説明する。
まず、半導体基板11を用意する。次に、ステップS1において、半導体基板11の第1の主面11a及び第2の主面11bの洗浄を行う。半導体基板11の洗浄は、例えば、HF水溶液などを用いて行うことができる。
次に、ステップS2において、半導体基板11の第1の主面11aの上に半導体層17iと半導体層17nとを形成すると共に、第2の主面11bの上にi型半導体膜21とn型半導体膜22とを形成する。
半導体層17i,17n及び半導体膜21,22のそれぞれの形成方法は、特に限定されない。半導体層17i,17n及び半導体膜21,22は、例えば、プラズマCVD法などのCVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタリング法などの薄膜形成法により形成することができる。
次に、ステップS3において、半導体層17nの上に反射抑制層16を形成すると共に、半導体膜22の上に絶縁層23を形成する。なお、反射抑制層16及び絶縁層23の形成方法は特に限定されない。反射抑制層16及び絶縁層23は、例えば、スパッタリング法、CVD法などの薄膜形成法などにより形成することができる。
次に、ステップS4において、反射抑制層16の上にポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む保護層19aを形成すると共に、絶縁層23の上にポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む保護膜26を形成する。保護層19aと保護膜26は、例えば、ジパラキシリレンまたはその誘導体を用いて気相成膜法により形成することができる。より具体的には、例えば、ジパラキシリレンまたはその誘導体を減圧下で加熱し、ポリパリキシリレンまたはその誘導体のモノマーのラジカルとし、これを反射抑制層16、絶縁層23の上に蒸着させることにより保護層19a、保護膜26を形成することができる。
ジパラキシリレンまたはその誘導体としては、例えば下記一般式(2)で表される化合物が使用できる。
[一般式(2)において、R1〜R8は、上記一般式(1)と同じである。]
ジパラキシリレンまたはその誘導体としては、公知の化合物が使用できる。ジパラキシリレンまたはその誘導体は、市販品も容易に入手可能である。ジパラキシリレンまたはその誘導体の市販品としては、例えば、パリレンN、パリレンC、パリレンD、パリレンHT(以上、日本パリレン合同会社の商品名)などが挙げられる。
次に、ステップS5において、保護膜26と絶縁層23をエッチングすることにより、保護膜26と絶縁層23の一部分を除去することにより、半導体層22の一部を露出させると共に保護層19bと絶縁層23aを形成する。なお、保護膜26のエッチングは、YAG−FHGレーザーなどを用いて行うことができる。また、絶縁層23のエッチングは、絶縁層23が酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる場合は、例えば、HF水溶液等の酸性のエッチング液を用いて行うことができる。
次に、ステップS6において、保護層19bをマスクとして用いて、半導体膜21と半導体膜22とを、エッチングする。エッチングにより、半導体膜21及び半導体膜22の、保護層19bと絶縁層23aとにより覆われている部分以外の部分を除去する。これにより、半導体層11の第2の主面11bのうち、上方に保護層19bと絶縁層23aとが位置していない部分を露出させると共に、半導体膜21,22から、半導体層12i,12nを形成する。半導体膜21と半導体膜22のエッチングは、例えばアルカリ性のエッチング液を用いて行うことができる。
次に、ステップS7において、n型半導体層12nの上を含み、半導体基板11の第2の主面11bを覆うように、i型半導体膜24とp型半導体膜25とをこの順番で順次形成する。半導体膜24,25の形成方法は特に限定されない。半導体膜24,25は、例えば、スパッタリング法やCVD法などの薄膜形成法により形成することができる。
次に、ステップS8において、半導体膜24,25の保護層19bと絶縁層23aの上に位置している部分の一部分をエッチングする。これにより、半導体膜24,25から半導体層13i,13pを形成する。半導体膜24,25のエッチングは、例えば、NaOH水溶液などを用いて行うことができる。
次に、ステップS9において、保護層19bと絶縁層23aの一部のエッチングを行う。具体的には、半導体層12i,12nの上からエッチングすることにより、保護層19bの露出部とその下に位置する絶縁層23aを除去する。これにより、半導体層12nを露出させると共に、絶縁層23aから絶縁層18を形成する。保護層19bのエッチングは、例えばYAG−FHGレーザーなどを用いて行うことができる。また、絶縁層23aのエッチングは、例えば、HF水溶液などを用いて行うことができる。
次に、ステップS10において、半導体層12n及び半導体層13pのそれぞれの上に電極14,15を形成する電極形成工程を行うことにより、太陽電池1を完成させることができる。
上述の通り、第1の主面10aにおける反射を好適に抑制し、光電変換部10への光の入射効率を高める観点からは、反射抑制層16を高い厚み精度で形成することが重要になる。反射抑制層16の厚みが所望の厚みと異なると、十分な反射抑制機能が得られなくなるためである。ここで、例えば、保護層19aを設けなかった場合は、光電変換部や電極を形成する工程などにおけるエッチングにより、反射抑制層もエッチングされてしまい、反射抑制層の厚みが所望の厚みからずれてしまうことがある。そうすると、反射抑制層による反射抑制効果が十分に得られなくなるため、光電変換効率が低くなる。
それに対して本実施形態では、反射抑制層16の上に、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む保護層19aが配されている。このため、反射抑制層16を、光電変換部10や電極14,15を形成するためのエッチング工程において用いられるエッチング液から好適に保護することができる。従って、反射抑制層16を高い厚み精度で形成することができる。その結果、十分な反射抑制効果が得られ、よって、改善された光電変換効率が実現される。
特に、本実施形態のように、n型の半導体層12nとp型の半導体層13pとの両方が半導体基板11のひとつの主面11bの上に設けられている裏面接合型の太陽電池1においては、半導体層12n、13pのパターニング工程が必須となるため、エッチングから反射抑制層16を好適に保護できる本実施形態の技術が特に好適である。
《第1の実施形態の変形例》
図12〜16は、第1の実施形態の変形例における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。第1の実施形態では、半導体基板11にテクスチャ構造を設けていない例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
図12〜16は、第1の実施形態の変形例における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。第1の実施形態では、半導体基板11にテクスチャ構造を設けていない例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
以下、図12〜16を参照しながら、第1の実施形態の変形例について説明する。図12に示すように、本変形例では、半導体基板11の第2の主面11bの上に実質的に真性なi型の半導体膜21と、n型半導体膜22とを形成する。次に、半導体膜22の上に絶縁層23を形成する。次に、絶縁層23の上にポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む保護膜26を形成する。次に、半導体基板11の第1の主面11aにテクスチャ構造を形成する。テクスチャ構造の形成は、アルカリエッチング、酸エッチングなどの方法により形成することができる。
次に、図13に示すように、保護膜26と絶縁層23をエッチングすることにより、保護膜26と絶縁層23の一部分を除去し、半導体層22の一部を露出させると共に保護層19bと絶縁層23aを形成する。さらに、保護層19bをマスクとして用いて、半導体膜21と半導体膜22とを、エッチングする。エッチングにより、半導体膜21及び半導体膜22の、保護層19bと絶縁層23aとにより覆われている部分以外の部分を除去する。これにより、半導体膜21,22から、半導体層12i,12nを形成する。
次に、図14に示すように、n型半導体層12nの上を含み、半導体基板11の第2の主面11bを覆うように、実質的に真性なi型半導体膜24とp型半導体膜25とをこの順番で順次形成すると共に半導体基板11の第1の主面11aの上に実質的に真性な半導体層17iとn型半導体層17nとをこの順番で順次形成する。
次に、図15に示すように、半導体層17nの上に反射抑制層16を形成する。
次に、図16に示すように、反射抑制層16の上にポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む保護層19aを形成する。
その後、第1の実施形態における図10で示したように、半導体膜24,25の保護層19bと絶縁層23aの上に位置している部分の一部分をエッチングして、半導体膜24,25から半導体層13i,13pを形成する。次に、図11で示したように、半導体層12i,12nの上からエッチングすることにより、保護層19bの露出部とその下に位置する絶縁層23aを除去する。これにより、半導体層12nを露出させると共に、絶縁層23aから絶縁層18を形成する。そして、半導体層12n及び半導体層13pのそれぞれの上に電極14,15を形成する電極形成工程を行うことにより、半導体基板11の第1の主面11aにテクスチャ構造を有する太陽電池1を完成させることができる。
本変形例においても、第1の実施形態と同様の効果が奏される。
また、本変形例において、保護膜26を設けない場合、テクスチャ構造を形成する工程におけるエッチングにより、絶縁層23や半導体膜21、22にピンホールが形成され、光電変換効率が低くなる。
それに対して本変形例では、絶縁層23の上に、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む保護層26が配されている。このため、テクスチャ構造を形成するためのエッチング工程において用いられるエッチング液から絶縁層23などを好適に保護することができる。従って、絶縁層23などのピンホールの形成を防ぐことができ、改善された光電変換効率が実現される。
さらに、第1の実施形態の別の変形例では、半導体基板11の第1の主面11aと第2の主面11bとの両面にテクスチャ構造を形成してもよい。この変形例においても、第1の実施形態及び上記変形例と同様の効果が奏される。
《第2の実施形態》
図17は、第2の実施形態における太陽電池2の略図的断面図である。
図17は、第2の実施形態における太陽電池2の略図的断面図である。
第1の実施形態では、光電変換部10が、半導体基板11と、半導体層12i,12p,13i,13p,17i,17nとを備えている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
例えば図17に示すように、光電変換部10は、一の導電型を有し、裏面側に、p型ドーパントが拡散したp型ドーパント拡散領域20p及びn型ドーパントが拡散したn型ドーパント拡散領域20nが設けられている半導体基板20により構成されていてもよい。この場合であっても第1の実施形態と同様の効果が奏される。
1…太陽電池
10…光電変換部
10a,10b…光電変換部の主面
11…半導体基板
11a,11b…半導体基板の主面
12i,13i…i型半導体層
12n…n型半導体層
13p…p型半導体層
14…n側電極
15…p側電極
16…反射抑制層
19a,19b…保護層
21,22,24,25…半導体膜
10…光電変換部
10a,10b…光電変換部の主面
11…半導体基板
11a,11b…半導体基板の主面
12i,13i…i型半導体層
12n…n型半導体層
13p…p型半導体層
14…n側電極
15…p側電極
16…反射抑制層
19a,19b…保護層
21,22,24,25…半導体膜
Claims (5)
- 受光面を構成している第1の主面と、第2の主面とを有する光電変換部と、
前記光電変換部の上に配された第1及び第2の電極と、
前記第1の主面の上に配された反射抑制層と、
前記反射抑制層の上に配されており、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む保護層と、
を備える、太陽電池。 - 前記第1及び第2の電極は、前記第2の主面上に配されている、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記光電変換部は、
一の導電型を有する半導体基板と、
前記半導体基板の一主面の一部の上に配されており、他の導電型を有する第1の半導体層と、
前記半導体基板の一主面の他の一部の上に配されており、一の導電型を有する第2の半導体層と、
を備える、請求項1または2に記載の太陽電池。 - 前記第1の半導体層の一部と前記第2の半導体層の一部とが厚み方向において重なっており、
前記厚み方向において重なっている前記第1の半導体層の一部と前記第2の半導体層の一部との間に配されており、ポリパラキシリレンまたはその誘導体を含む他の保護層をさらに備える、請求項3に記載の太陽電池。 - 請求項3または4に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記反射抑制層の上に前記保護層を形成する工程と、
前記半導体基板の他主面の上に第1の半導体膜を形成し、前記第1の半導体膜の一部をエッチングにより除去することにより前記第1の半導体層を形成する工程と、
前記半導体基板の他主面の上に第2の半導体膜を形成し、前記第2の半導体膜の一部をエッチングにより除去することにより前記第2の半導体層を形成する工程と、
を備え、
前記第1及び第2の半導体膜のエッチングに先だって前記保護膜の形成を行う、太陽電池の製造方法。
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