JP2014110432A

JP2014110432A - 太陽エネルギー電池構造

Info

Publication number: JP2014110432A
Application number: JP2013249385A
Authority: JP
Inventors: 志強 ▲黄▼; Chih-Chiang Huang; Chu Han Xu; 楚翰徐; Cheng-Yeh Yu; 承曄余
Original assignee: TSEC CORP
Current assignee: TSEC CORP
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-06-12
Also published as: TW201424014A

Abstract

【課題】本発明の目的は、ＰＩＤ現象を減少させることができる太陽エネルギー電池構造を提供することにある。
【解決手段】本発明は、基板と、前記基板の正面に位置している不純物エミッター層と、前記不純物エミッター層を覆う反射防止層とを含む太陽エネルギー電池構造に関する。前記反射防止層は、多層膜構造であり、且つ少なくとも１つのイオン拡散阻止層を具備する。例えば、直接に不純物エミッター層を覆うアモルファスシリコン、又はシリコンリッチ窒化ケイ素膜を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、太陽エネルギー電池技術に関し、特に電圧誘起出力低下現象を抑制することができる（ＰＩＤ−resistant）太陽エネルギー電池構造及びその製造方法に関する。

電圧誘起出力低下（Potential Induced Degradation、ＰＩＤ）現象は、高強度負電圧により誘起され、電池モジュールの機能が低下する現象である。ＰＩＤ現象は、発電所でよく見られる現象であり、著しい場合は発電能力が５０％以上低下し、従って発電所の発電能力が減少する。

現在、当業界ではＰＩＤ現象を検出する統一的な方法がないが、主に以下のような三種の方法を採用している。（１）温度が８５℃で、絶対的湿度が８５％である環境において、１０００Ｖの負電圧を印加して、９６時間観測すること。（２）常温環境において、１０００Ｖの負電圧を印加して、１６８時間観測すること。（３）温度が６０℃で、絶対的湿度が８５％である環境において、１０００Ｖの負電圧を印加して、１６８時間観測すること。

ＰＩＤ現象を解消する解決方法として、システム端と地面との間の電気経路を強化する（電位差を増加させる）ことと、モジュールの材料として抵抗値の高い実装材料を採用することがある。実験データによると、抵抗値がより高い実装材料を採用することによりＰＩＤ現象を有効に減少させることができるが、電池のコストが高くなる欠点がある。

従って、ＥＶＡ（ethylene−vinyl acetate copolymer、エチレン酢酸ビニルコポリマー）実装材料を採用しなくても、製造工程を増加せずに、電圧誘起出力低下を抑制することができる（ＰＩＤ−resistant）太陽エネルギー電池構造及びその製造方法を提供する必要がある。

本発明の目的は、ＰＩＤ現象を減少させるか、或いは解消することができる太陽エネルギー電池構造を提供することにある。それにより太陽エネルギー電池の効率を向上させるとともに、従来技術の問題点を解決することができる。

上述した目的を解決するため、本発明は、正面及び背面を含む基板と、前記正面上に位置している不純物エミッター層と、前記不純物エミッター層を覆い、且つ少なくとも１つのイオン拡散阻止層を具備する反射防止層とを含む太陽エネルギー電池構造を提供する。前記反射防止層は、多層膜構造であり、且つ少なくとも１つのイオン拡散阻止層を具備する。例えば、直接に不純物エミッター層を覆うアモルファスシリコン（amorphous silicon）、又はシリコンリッチ（silicon rich）窒化ケイ素膜を備える。

本発明の目的、特徴及び発明効果を詳しく説明するため、以下の好適な実施例とそれに添付されている図面を参照しながら、詳しく説明する。下述する好適な実施例とその図面は、本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。

本発明の実施例に係る太陽エネルギー電池の製造方法を示す図である。本発明の実施例に係る太陽エネルギー電池の製造方法を示す図である。本発明の実施例に係る太陽エネルギー電池の製造方法を示す図である。本発明の実施例に係る太陽エネルギー電池の製造方法を示す図である。本発明の実施例に係る太陽エネルギー電池の製造方法を示す図である。本発明の実施例に係る太陽エネルギー電池の製造方法を示す図である。多層膜構造の反射防止層を示す図である。実際のＰＩＤ測定実験データを比較する図である。

図１〜図６を参照すると、本発明の実施例に係る太陽エネルギー電池の製造方法が示されている。

まず、図１に示す通り、基板１１を提供する。この基板は、例えば、Ｐ型シリコン入りウェファーで、表面洗浄及び表面粗化処理を行った基板である。基板１１は、正面Ｓ１及び背面Ｓ２を含み、且つ正面Ｓ１を受光面とする。

次に、図２に示す通り、基板１１の正面Ｓ１上に不純物エミッター層１２を形成する。例えば、基板１１の正面Ｓ１にリンガラス層２２を形成した後、拡散工程により、例えばファーナス（furnace）工程により基板１１の正面Ｓ１上に不純物エミッター層１２を形成する。本発明の実施例において、不純物エミッター層１２は、Ｎ^＋不純物エミッター層である。前記拡散工程において、温度の範囲は８００〜８５０℃であり、濃度の範囲は１Ｅ２０〜４Ｅ２１atoms／cm^３であり（抵抗値は８５〜６５Ω／ｓｑである）、拡散時間は７〜１０分である。

次に、図３に示す通り、エッチング工程を行う。例えば、ウエットエッチング、又はドライエッチングにより辺縁を絶縁させるとともに、リンガラス層２２を除去する。

次に、図４に示す通り、化学気相成長工程により、例えばプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）により、不純物エミッター層１２上に反射防止層１３を形成する。例えば、窒化ケイ素又は酸化ケイ素などで形成する。本発明の実施例において、反射防止層１３が直接に不純物エミッター層１２上に形成されている。前記反射防止層１３は、単層膜構造又は多層膜構造である。例えば、二層膜又は三層膜構造である。

本発明の実施例に係る反射防止層１３は、多層膜構造である。図７に示す通り、前記反射防止層１３は、少なくとも１つのイオン拡散阻止層１３１を含む。イオン拡散阻止層は、構造が緊密で、且つモジュールガラス中のナトリウムイオンが反射防止層１３と不純物エミッター層１２との間へ拡散されることを防ぐことができるので、ナトリウムイオンにより漏電経路が形成されることを避けることができる。

また、イオン拡散阻止層１３１は、多層膜構造の最低層に位置し、且つ直接に不純物エミッター層１２に接触することが好ましい。反射防止層１３は、上層膜１３３と中間膜１３２をさらに含み、中間膜１３２は、上層膜１３３とイオン拡散阻止層１３１との間に位置している。上層膜１３３は、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素を含み、且つその厚さが５０〜１５０ｎｍである。中間層は、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素を含み、且つその厚さが５０〜８０ｎｍである。

本発明の実施例において、イオン拡散阻止層１３１は、アモルファスシリコン（amorphous silicon）、シリコンリッチ（silicon rich）窒化ケイ素膜、シリコンリッチ酸化ケイ素膜、シリコンリッチ酸窒化ケイ素膜を含む。シリコンリッチ窒化ケイ素膜を例とするときのＣＶＤ工程のパラメーターは、工程の温度範囲が４００〜４５０℃であり、工程の電力範囲が６０００〜８０００Ｗであり、ＳｉＨ_４気体流量が６００〜２０００ｓｃｃｍであり、ＮＨ_３気体流量が７〜４ｓｌｍであり、Ｎ_２気体流量が５〜１０ｓｌｍである。その中において、ＳｉＨ４気体流量が総気体流量の１２〜１４％を占める。

本発明の実施例において、イオン拡散阻止層１３１の厚さが５〜５０ｎｍであり、その厚さが層膜１３３又は中間膜１３２より小さいことにより、反射防止層１３全体の光学特性を維持することができる。例えば、図７に示されている多層膜構造の反射防止層１３の屈折率（ｎ）が２．０６±０．０５であることにより、最適な反射率を獲得することができる。

図５に示す通り、スクリーン印刷技術により、基板１１の正面Ｓ１上に櫛形電極（図示せず）及び集電電極１４を形成するとともに、その背面に集電電極１５及び背面電極１６を形成する。前記集電電極１４、１５は、銀ペーストで形成し、背面電極１６は、アルミニウムペーストで形成することができる。

最後に、図６に示す通り、焼結を行うことにより、集電電極１４と不純物エミッター層１２を電気接続させ、且つ背面電極１６が電気接続されているＰ^＋背面電界層２５を形成する。

本発明の利点は、上記のように改善した工程により、モジュール中のＥＶＡ実装用材料を使わず、且つ製造工程及びステップを増加しなくても、ＰＩＤ実験に通過することができることにある。図８に示されている実際のＰＩＤ測定実験のデータからこのような相違点を見つけることができる（２つの実験では、両方ともＦｉｒｓｔ会社のＦ８０６型実装材料を使った）。

上述した内容は、本発明の最適な実施例に過ぎないものである。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても当然にこの発明に含まれる。

１１基板
１２不純物エミッター層
１３反射防止層
１４集電電極
１５集電電極
１６背面電極
２２リンガラス層
２５Ｐ^＋背面電界層
１３１イオン拡散阻止層
１３２中間膜
１３３上層膜
Ｓ１正面
Ｓ２背面

Claims

正面及び背面を含む基板と、
前記正面上に位置している不純物エミッター層と、
前記不純物エミッター層を覆い、且つ少なくとも１つのイオン拡散阻止層を備える反射防止層とを含むことを特徴とする太陽エネルギー電池構造。
前記反射防止層は多層膜構造であり、前記イオン拡散阻止層は、多層膜構造の最低層に位置し、且つ前記不純物エミッター層に直接接触していることを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記反射防止層は、上層膜と、前記上層膜と前記イオン拡散阻止層との間に位置している中間膜とをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記上層膜は、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記上層膜の厚さが５０〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項４に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記中間層は、窒化ケイ素又は酸窒化ケイ素を含むことを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記中間層の厚さが５０〜８０ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記イオン拡散阻止層は、アモルファスシリコンを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記イオン拡散阻止層は、シリコンリッチ窒化ケイ素膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記イオン拡散阻止層は、シリコンリッチ酸化ケイ素膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記イオン拡散阻止層は、シリコンリッチ酸窒化ケイ素膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記イオン拡散阻止層の厚さが５〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記反射防止層の屈折率（ｎ）が２．０６±０．０５であることを特徴とする請求項３に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記基板の正面に形成され、且つ前記不純物エミッター層に電気接続されている少なくとも１つの集電電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記背面に形成されている背面電極と、前記背面に形成され、且つ前記背面電極に電気接続されている背面電界層とさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記背面電界層がＰ^＋背面電界層であることを特徴とする請求項１５に記載の太陽エネルギー電池構造。
前記基板がＰ型シリコン入りウェファーであり、且つ前記不純物エミッター層がＮ^＋不純物エミッター層であることを特徴とする請求項１に記載の太陽エネルギー電池構造。