JP2013069760A - 太陽電池および太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1導電型の半導体基板と、第2導電型のエミッタ層と、前記半導体基板と前記エミッタ層との間に位置する第1導電型の導電層と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極と、を少なくとも有する太陽電池であって、前記導電層は、前記半導体基板よりも抵抗率が低く、前記半導体基板の受光面の80%以上を被覆し、入射光を透過する薄膜であることを特徴とする太陽電池。
【選択図】図2
Description
受光領域には、反射損失を低減する目的で、反射防止膜604が設けられることが多い。また、反受光面側(裏面)にも裏面フィンガー電極605が形成される。
また、p+n接合領域がツエナーダイオードとして電流のバイパスを安定的に確保するためには、p+n接合領域のp+領域にある程度の断面積が必要となる。そのため、p+n接合領域を点在させた場合には、この安定性を確保するためにある程度の膜厚がp+領域に必要となるところ、本発明者は、このp+領域の膜厚により入射光が吸収されてしまい、基板まで到達する入射光の強度が弱くなってしまうことを見出した。すなわち、p+領域に照射された入射光は、基板まで到達した光しか電力に変換されないため、結果としてバイパスダイオードを内蔵させると、セルそのものの発電効率を低下させてしまう。
本発明は、太陽電池モジュールにおける入射光強度の偏りによる発電量の低下といった問題点を、より安価かつ簡便に解決しようとするものであり、入射光強度が偏った場合に生じる発電効率の低下を、最大限抑制することを目的とする。
その結果、基板と同じ導電型であり、かつ基板よりも抵抗率が低い薄膜状の導電層が、基板の受光面の大部分を被覆するように、基板とエミッタ層との間に位置する構成をとれば、導電層が薄膜状であることにより入射光強度を低下させることがなく、かつ導電層が基板の受光面の大部分を被覆することにより、薄膜状であっても安定して電流をバイパスできる断面積を確保できることを見出し、本発明を想到するに至った。
また、本発明は、第1導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の80%以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第1導電型の導電層を形成する工程と、前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、前記エミッタ層は、エピタキシャル成長により形成することを特徴とする太陽電池の製造方法、である。
本発明は、第1導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の80%以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第1導電型の導電層を形成する工程と、前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、前記半導体基板の受光面に、ホウ素化合物およびリン化合物を同時に気層拡散させて、前記導電層および前記エミッタ層を同時に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法、である。
本発明は、第1導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の80%以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第1導電型の導電層を形成する工程と、前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、前記半導体基板の受光面に、ホウ素化合物を含む材料およびリン化合物を含む材料を塗布し、当該ホウ素化合物および当該リン化合物を同時に熱拡散させて、前記導電層および前記エミッタ層を同時に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法、である。
本発明にかかる太陽電池は、第1導電型の半導体基板と、半導体基板の受光面側に設けられた第2導電型のエミッタ層との間に、第1導電型の導電層を有する。第1導電型はP型又はN型を意味し、第2導電型は第1導電型と反対導電型のN型又はP型を意味する。例えば、第1導電型がn型の場合は、第2導電型はP型となる。
そして、本発明は、前記導電層の抵抗率が半導体基板の抵抗率よりも低く、かつ、前記導電層が半導体基板の受光面の80%以上を被覆する入射光を透過する薄膜であることを特徴とする。抵抗率が低いことにより、入射光強度が低下した際に、エミッタ層と導電層の接合が電流をバイパスするツエナーダイオードとしての機能を発揮することができる。また、半導体基板の受光面の80%以上を被覆することにより、薄膜であっても安定して電流をバイパスできる断面積を確保できる。さらに、入射光を透過する薄膜であれば、入射光強度が低下することがなく、太陽電池の発電性能が損なわれることがない。
図2は、本発明の一例の太陽電池セル100の断面構造を示すものであり、図1のAAで示す部分の断面構造である。受光面のエミッタ層(p+層)103とn型基板104の間に、基板の略全面に渡って薄膜状の導電層(n+層)105を有する。裏面の電界層(n+層)106や裏面のパッシベーション膜107は必ずしも必要ではないが、高い光電変換効率を得るためには備えている方が好ましい。
なお、基板の導電型がn型の場合は、受光面バスバー電極が正電極、裏面バスバー電極が負電極であり、基板の導電型がp型の場合はこの逆となる。
半導体基板は、例えばCZ法やFZ法といった方法によって作製された単結晶シリコン基板や、多結晶シリコン基板を用いることができる。そして、導電層は、例えば、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法により形成する方法や、五塩化リン、オキシ塩化リン(POCl3)、ホスフィン(PH3)等のリン化合物を拡散源とする塗布剤を半導体基板表面に刷毛で塗ったり、インクジェット、スクリーン印刷したり、スピン塗布したりしてから熱処理する方法を用いることができる。導電層は、受光面側だけでなく、半導体基板の裏面側にあってもよい。裏面側の導電層は裏面電界層(BSF)として働き、光電変換効率を上昇させる効果をもたらすことができる。
具体的には、テクスチャ形成および洗浄済みの半導体基板を、900℃〜1100℃程度の熱処理炉に入れ、キャリアガスとしてN2、Ar等を用いて、三塩化ホウ素、ボラン類(BH3、B2H6)、BHCl2、B(OEt)3、B(OMe)3等のホウ素化合物と、五塩化リン、オキシ塩化リン(POCl3)、ホスフィン(PH3)等のリン化合物を、混合して炉内に導入し、5分〜60分程度加熱条件下で気層拡散させる方法である。リン化合物はホウ素化合物より拡散係数が大きいため、半導体基板のより深くまで浸透するので、導電層は半導体基板とエミッタ層との間に形成されることとなる。リン化合物とホウ素化合物の拡散係数の違いに着目し、キャリアガス量や、拡散源の温度などを制御して、さらにリン化合物に対してホウ素化合物の導入量を多くすることで、表面近傍にエミッタ層、この直下に導電層を一度に形成することができる。また、片面のみにエミッタ層を形成するために、半導体基板の裏面同士を2枚重ね合わせた状態で拡散したり、拡散前に半導体基板の裏面にSiO2膜やSiNx膜などを拡散マスクとして形成して、裏面にPN接合ができないような工夫を施しておいてもよい。
高純度シリコン基板にP、AsあるいはSbのようなV族元素をドープし、比抵抗0.1Ω・cm〜5Ω・cmとしたアズカット単結晶{100}n型シリコン基板表面のスライスダメージを、濃度5%〜60%の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、ふっ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチングする。
また、反射防止膜の形成と同様の条件で、裏面にもSiNx膜を形成し、裏面パッシベーション膜107としてもよい(図5(d))。
本発明の有効性を確認するため、導電層を形成後にエミッタ層をエピタキシャル成長により形成する方法(実施例1)と、オキシ塩化リン(POCl3)と三臭化ホウ素(BBr3)の混合ガスを気層拡散して導電層とエミッタ層を同時に形成する方法(実施例2)により、太陽電池セル作製を行い、該セルを直列接続し、太陽電池モジュールとして性能評価を行った。比較例として、三臭化ホウ素(BBr3)ガスのみで気層拡散を行い、導電層を形成せずにエミッタ層のみを形成する方法により作製した太陽電池セル(比較例1)も、直列接続して太陽電池モジュールとして性能評価した。
〈実施例1〉
上記基板20枚に対し、オキシ塩化リンガス雰囲気下、870℃で40分間熱処理して気層拡散により導電層のみの形成を行った。導電層のドーパント濃度は1×1018/cm3で、導電層の厚みは1μmであり、シート抵抗は約31Ωとなった。裏面へのまわりこみ防止措置はとらなかったため、裏面にも厚み1μmの導電層が形成された。気層拡散後、ふっ酸にてガラスを除去し、洗浄、乾燥させた。
テクスチャ形成済みの上記基板20枚に対し、三臭化ホウ素およびオキシ塩化リン混合ガス雰囲気下、980℃で40分間熱処理して気層拡散を行い、導電層とエミッタ層を同時に形成した。裏面への三臭化ホウ素およびオキシ塩化リンのまわりこみを防止するため、基板の裏面を背中合わせで2枚重ねた状態で熱処理を行った。三臭化ホウ素のキャリアガス流量は毎分200ml、オキシ塩化リンのキャリアガス流量を毎分25mlとした。導電層のドーパント濃度は1×1018/cm3で、導電層の厚みは1μmであり、受光面のシート抵抗は約38Ωとなった。拡散後、ふっ酸にてガラスを除去し、洗浄、乾燥させた。
テクスチャ形成済みの上記基板20枚に対し、三臭化ホウ素ガス雰囲気下、980℃で40分間熱処理して気層拡散を行い、エミッタ層を形成した。裏面への三臭化ホウ素のまわりこみを防止するため、実施例2と同様に基板の裏面を背中合わせで2枚重ねた状態で、熱処理を行った。三臭化ホウ素のキャリアガス流量は毎分200mlとした。受光面のシート抵抗は約32Ωとなった。拡散後、ふっ酸にてガラスを除去し、洗浄、乾燥させた。
300 太陽電池モジュール
600 太陽電池セル
700 太陽電池モジュール
104、601 基板
102 受光面バスバー電極
101、603 受光面フィンガー電極
108、604 反射防止膜
103、602 エミッタ層
109、605 裏面フィンガー電極
304 裏面バスバー電極
107 裏面パッシベーション膜
106 裏面電界(BSF)層
105 導電層
301、701 リボン線
302、702 モジュールの負電極
303、703 モジュールの正電極
704 バイパスダイオード
Claims (7)
- 第1導電型の半導体基板と、
第2導電型のエミッタ層と、
前記半導体基板と前記エミッタ層との間に位置する第1導電型の導電層と、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極と、
を少なくとも有する太陽電池であって、
前記導電層は、前記半導体基板よりも抵抗率が低く、前記半導体基板の受光面の80%以上を被覆し、入射光を透過する薄膜であることを特徴とする太陽電池。 - 前記導電層のドーパント濃度が、1×1017〜1×1020/cm3である請求項1記載の太陽電池。
- 前記導電層の厚みが、0.01〜2μmである請求項1または請求項2記載の太陽電池。
- 前記第1導電型および前記第2導電型が、それぞれn型およびp型であり、前記エミッタ層のドーパントがホウ素(B)であり、前記導電層のドーパントがリン(P)である請求項1〜3のいずれかに記載の太陽電池。
- 第1導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の80%以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第1導電型の導電層を形成する工程と、
前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、
を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、
前記エミッタ層は、エピタキシャル成長により形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 第1導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の80%以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第1導電型の導電層を形成する工程と、
前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、
を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の受光面に、ホウ素化合物およびリン化合物を同時に気層拡散させて、前記導電層および前記エミッタ層を同時に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。 - 第1導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の80%以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第1導電型の導電層を形成する工程と、
前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、
を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の受光面に、ホウ素化合物を含む材料およびリン化合物を含む材料を塗布し、当該ホウ素化合物および当該リン化合物を同時に熱拡散させて、前記導電層および前記エミッタ層を同時に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
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