JP2014239150A - 太陽電池および太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】
非受光面表面のキャリア再結合損失が抑制され、集電極と結晶シリコン基板間において良好な電気的接触を具備する裏面構造を有する太陽電池を提供する。
【解決手段】
第１の導電型を有する結晶シリコン基板と、結晶シリコン基板に形成される第２の導電型を有するエミッタ層と、結晶シリコン基板に形成される第１の導電型を有するベース層とを備え、基板に入射した光により励起された電荷を外部に取り出す電極がエミッタ層とベース層にそれぞれ形成された太陽電池において、非受光面の電極形成領域の少なくとも一部の領域に複数の凹凸を有する凹凸構造が具備されている。
【選択図】図３
非受光面表面のキャリア再結合損失が抑制され、集電極と結晶シリコン基板間において良好な電気的接触を具備する裏面構造を有する太陽電池を提供する。
【解決手段】
第１の導電型を有する結晶シリコン基板と、結晶シリコン基板に形成される第２の導電型を有するエミッタ層と、結晶シリコン基板に形成される第１の導電型を有するベース層とを備え、基板に入射した光により励起された電荷を外部に取り出す電極がエミッタ層とベース層にそれぞれ形成された太陽電池において、非受光面の電極形成領域の少なくとも一部の領域に複数の凹凸を有する凹凸構造が具備されている。
【選択図】図３
Description
本発明は、パッシベーションに優れ、集電極と結晶シリコン基板間において良好な電気的接触を具備する裏面構造を有する太陽電池に関する。
単結晶や多結晶シリコン基板を用いた一般的な太陽電池の模式図を図１に示す。第１の導電型を持つ結晶シリコン基板１０１の受光面には、光閉じ込めのための凹凸構造１０２が形成される。凹凸構造１０２は、基板１０１を酸性またはアルカリ溶液に一定時間浸漬することで得られる。酸性溶液には一般にフッ硝酸に酢酸、リン酸、硫酸、水などの混合酸溶液が用いられ、これに基板１０１を浸漬すると、基板加工時に荒れた表面の微細な溝が優先的にエッチングされるなどして、凹凸構造が形成される。またアルカリ溶液は、水酸化カリウムや水酸化ナトリウム水溶液、あるいは水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液が用いられる。アルカリエッチングはＳｉ−ＯＨ結合を形成する事でエッチングを進行させるためにエッチング速度が結晶面方位に依存するため、エッチング速度の遅い面が露出した凹凸構造が得られる。
また、基板１０１の受光面には、第１の導電型と反対の導電型を有するエミッタ層１０３が形成される。第１の導電型にはＢなどのＩＩＩ族元素が添加された、ｐ型シリコン基板が主に用いられ、一方のエミッタ層１０３はＰなどのＶ族元素を熱拡散させて形成される。
さらにエミッタ層１０３上には、エミッタ層１０３を覆うように保護膜１０４が形成されている。保護膜１０４には、以下のような２つの役割がある。
１つ目は、太陽電池に入射する光を最大限取り込むための反射防止膜としての役割であり、屈折率が結晶シリコンより小さく、空気よりも大きい誘電体が用いられる。具体的には酸化チタン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどが利用でき、また、これらの膜厚は、膜の屈折率により異なるが、窒化シリコン膜の場合は一般的に受光面で８０〜１００ｎｍ程度である。
２つ目の役割は、シリコン表面のキャリア再結合抑制である。光生成したキャリアを消滅させるシリコン基板表面の欠陥を終端させる、パッシベーションの役割がある。結晶内部のシリコン原子は隣接する原子同士で共有結合し安定な状態にある。しかしながら原子配列の末端である表面では結合すべき隣接原子が不在となることで、未結合手またはダングリングボンドといわれる不安定なエネルギー準位が出現する。ダングリングボンドは電気的に活性であるためシリコン内部で光生成された電荷を捕らえて消滅させてしまい、太陽電池の特性が損なわれる。この損失を抑制するため、太陽電池では何らかの表面終端化処理を施してダングリングボンドを低減するか、または反射防止膜に電荷を持たせることにより、表面における電子あるいは正孔のいずれかの濃度を大幅に低下させ電子と正孔の再結合を抑制する。特に後者は電界効果パッシベーションと呼ばれる。窒化シリコン膜などは正電荷を持つことが知られており、電界効果パッシベーションとしてよく知られている。
さらにエミッタ層１０３上には、光生成したキャリアを取り出すための電極１０５が、保護膜１０４を貫通して形成されている。この電極の形成方法としては、コストの面から銀などの金属微粒子を有機バインダーに混ぜた金属ペーストを、スクリーン版などを用いて印刷し、熱処理を行って基板と接着する方法が広く用いられている。電極形成は誘電体膜形成後に行うのが一般的である。そのため電極とシリコンを接触させるには、電極−シリコン間の誘電体膜を除去する必要があるが、金属ペースト中のガラス成分や添加物を調整することで、金属ペーストが保護膜１０４を貫通してシリコンに接触する、所謂ファイヤースルーが可能になっている。
一方、受光面の反対側である非受光面には、光生成したキャリアの再結合を抑制するために、基板１０１と同じ導電型を発現させる不純物を高濃度に拡散させたベース層１０６が形成され、さらにベース層１０６を覆うように電極１０７が形成されている。
ベース層１０６の形成方法としては、コストの面から、上記ｐ型シリコン基板に対してアルミニウム微粒子を有機バインダーに混ぜたアルミニウムペーストを、スクリーン版などを用いて印刷し、シリコンとアルミの共融点（５７７℃）以上の温度で熱処理を行う方法が一般的である。この温度で熱処理を行うと、冷却の過程でシリコンが多くのアルミニウムを取り込みながら再結晶化し、ベース層が形成される。また、上記熱処理と再結晶化の過程で、シリコンとの接触界面から離れたところの大部分のアルミニウムペーストはそのまま残り、電極１０７となる。
ところが一方で、アルミニウムを使ったベース層-電極構造は、太陽電池裏面におけるキャリア再結合抑制効果が限定的であり、さらに光の吸収係数が大きいため、光学的な損失が大きいという問題があった。
そこでこれらの問題を回避し、太陽電池を高効率化するために、図２に示すような、所謂ＰＲ（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｒｅａｒ）構造型太陽電池が提案されている。ＰＲ構造の特徴は、基板２０１の非受光面を平坦化し、さらにパッシベーション効果の高い保護膜２０７で覆い、さらにベース層２０６と電極２０８を局在化し、キャリアの表面再結合を低減している点である。
尚、２０１は基板、２０２はテクスチャ、２０３はエミッタ層、２０４は保護膜、２０５は電極である。
受光面に凹凸構造を形成し且つ非受光面を平滑化する方法としては、スライス加工後のシリコン基板をアルカリまたは酸溶液に浸してダメージエッチングを行い、その後受光面のみを反応性イオンやエッチングガスに曝して凹凸構造を形成する方法や、ダメージエッチング後の基板をさらにアルカリまたは酸溶液に浸して基板両面に凹凸構造を形成し、その後スピンエッチャーやコンベア型のエッチング装置を使って非受光面の凹凸構造をウェットエッチングする方法がある。
また、ベース層と電極を局所的に形成する方法としては、保護膜をフォトリソグラフィーやエッチングペーストなどでパターニングして開口を設け、熱拡散などで開口部に不純物を添加し、その後ＡｌやＡｇなどの金属を物理蒸着によりベース層上へ形成する方法が一般的に用いられる（非特許文献１）。
Ｊ． Ｋｎｏｂｌｏｃｈ，ｅｔ．ａｌ．，ＩＥＥＥ ＰＶＳＣ， ｐｐ．２７１〜２７６， １９９３．
しかし、上記のような物理蒸着による電極は高い導電性と密着性が得られ易い反面、生産性の面では原料利用率が低く、さらに工程が煩雑であることから、コストが高くなるという問題があった。そのためＰＲ構造の形成においても、図１の電極１０５と同様の金属ペーストなどを用いた電極形成により、低コスト化を図る必要があった。
本発明者らは上記を鑑み、鋭意検討を重ねた結果、本発明を成すに至った。即ち、本発明は、下記の太陽電池を提供する。
即ち本発明の実施形態に係る太陽電池は、第１の導電型を有する結晶シリコン基板と、結晶シリコン基板に形成される第２の導電型を有するエミッタ層と、結晶シリコン基板に形成される第１の導電型を有するベース層とを備え、基板に入射した光により励起された電荷を外部に取り出す電極がエミッタ層とベース層にそれぞれ形成された太陽電池であって、基板における電極が形成される領域の少なくとも一部に、複数の凹凸を有する凹凸構造が具備されている。
電極の少なくとも一つは基板の非受光面に形成され、非受光面は、電極が形成される領域を除く少なくとも一部の領域が、凹凸構造よりも平滑化されているとよい。また、凹凸構造における凹部と凸部の高低差が、０．５μｍ以上とするとよい。また、電極は、金属粒子とガラスの焼結体であるとよい。
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールは、上記の太陽電池を電気的に接続して成る。
本発明によれば、結晶シリコン太陽電池の裏面に高品質なＰＲ構造を容易且つ安価に形成することができ、太陽電池の高効率化とコスト削減に極めて有効である。
本発明の太陽電池の作製方法の一例を、図３をもとに以下に述べる。ただし、本発明はこの方法で作製された太陽電池に限られるものではない。
高純度シリコンにリンやヒ素またはアンチモンのようなＶ族元素をドープして抵抗率０．１〜５Ω・ｃｍとしたアズカットｎ型結晶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、フッ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチングする。結晶シリコン基板は、キャスト法、Ｃｚ法またはＦＺ法のどの方法によって作製されたものでもよい。
引き続き、基板３０１に光閉じ込めのためのテクスチャ３０２を形成する。テクスチャ３０２は、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムなどのアルカリ溶液（濃度１〜１０％、温度６０〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで容易に作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を制御することが多い。この方法を結晶面方位＜１００＞の単結晶シリコン基板に適用すると、面方位＜１１１＞がピラミッド型に多数露出した所謂ランダムピラミッド構造が得られる。一方、結晶面方位がランダムな多結晶シリコン基板の場合には、ランダムピラミッドを面内均一に形成できないので、例えばＨ２やＣＨＦ３、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＣｌＦ３などのガスを圧力１〜２０Ｐａ程度で高周波により励起した反応性イオンでシリコンをエッチングする方法や、より好ましくは、フッ化水素、硝酸、酢酸、リン酸などの酸性混合溶液に基板を浸漬させる方法が適用できる。後者の酸エッチングのより具体的な方法としては、たとえば、１５〜３１ｗｔ％濃度の硝酸と、１０〜２２ｗｔ％濃度のフッ酸との混合溶液を使用する。さらに好ましくは、前記混酸溶液にさらに酢酸を１０〜５０ｗ％混合させるとよい。液温を５〜３０℃としてシリコン基板を１０分から３０分程度浸漬することで円弧状の断面をもつ等方性テクスチャ構造が容易に得られる。
次にエミッタ層３０３を形成する。一般にボロンを含むガスであるＢＢｒ３が好適に用いられ、８００〜１０００℃で気相拡散法によりボロンを基板に拡散させる。またこれに限らずスクリーン印刷やスピンコートが可能なボロン化合物を用いてもよい。エミッタ層３０３は受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために非受光面を２枚向かい合わせて重ねた状態で拡散したり、非受光面に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、非受光面に添加不純物が拡散されないように工夫を施す必要がある。
エミッタ層３０３表面のボロン濃度は、１×１０１９以上３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にするのが良く、さらに好ましくは５×１０１９以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にするのがよい。１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると基板と電極の接触抵抗が大きくなり、また３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすると、エミッタ層中の欠陥とオージェ再結合による電荷キャリアの再結合が顕著になって太陽電池の出力が低下する。拡散後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。
次にベース層３０４を形成する。一般にＰＯＣｌ３が好適に用いられ、９００〜１１００℃で気相拡散法によりリンを基板中に拡散させる。またこれに限らずスクリーン印刷やスピンコートが可能なリン化合物を用いてもよい。一般的なシリコン太陽電池はベース層３０４を非受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板２枚の受光面を向かい合わせた状態で２枚重ね合わせて拡散したり、受光面側に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、受光面にリンが拡散しないような工夫を施す必要がある。
ベース層３０４の表面リン濃度は、基板と電極の良好な電気的接触を得るために、１×１０１９以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にするのが良く、さらに好ましくは５×１０１９以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下程度にするのがよい。１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると基板と電極の接触抵抗が大きくなり、太陽電池の出力が低下する。１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３は概ねシリコンに対するリンの固溶限である。拡散後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。
次いで電極形成領域に凹凸構造３０５を形成する。凹凸構造３０５は、例えば受光面に形成したテクスチャ３０２と同様なものが適用できる。またこのとき、凹凸構造３０５は、生産性の面から、上記のウェット処理などによりテクスチャ３０２と同時に形成するのがよい。テクスチャ３０２と同時に形成する場合、ベース層３０４の形成前に凹凸構造３０５が形成されることになる。
この場合には、凹凸構造３０５を電極形成領域にのみ残し、他領域を平滑化する必要がある。平滑化には例えば市販のシリコン用エッチングペーストが好適に使用でき、これをスクリーン印刷塗布することでテクスチャがエッチングされ、平滑化された表面が得られる。また耐酸性のレジストやワックスで電極形成領域をコーティングした後、スピンエッチング装置やコンベア式のエッチング装置使用し、非受光面のテクスチャをフッ硝酸でエッチングしてもよい。またバッチ式の処理装置を使用する場合には、電極形成領域と受光面の両方をコーティングし、基板をフッ硝酸に浸漬してテクスチャをエッチングする。エッチングの後、アルカリ溶液など所定の薬液を使用し、コーティングを除去する。シリコンのエッチング量は特に限定されるものではないが、表面欠陥の低減効果および生産性を考慮すると、０．３〜１０μｍ、より好ましくは１〜５μｍとするのがよい。
一方、非受光面にテクスチャを形成しない場合には、上記ベース層またはベース層とエミッタ層形成の前に、非受光面の電極形成領域に別途凹凸構造を形成することで図４に示したような構造を得てもよい。この場合、フォトリソグラフィーとエッチングにより電極形成領域に凹凸を形成してもよいし、また電極形成領域をサンドブラストして凹凸を形成する方法や、あるいは特開２００３−２５８２８５号公報で公開されているような、シリコンのレーザーアブレーションを利用した方法が適用できる。
ベース層およびエミッタ層の形成は、先述した方法がそのまま適用できる。但しこの場合、図４に示したように、ベース層４０４は非受光面全面に形成される。電極形成領域以外の領域のリン濃度を抑制したい場合には、図３の非受光面を平滑化する手法を応用して、ベース層４０４をエッチングしても良いし、リン化合物をスクリーン印刷やインクジェット印刷の手法により凹凸構造４０５形成領域にのみ塗布して熱処理してもよい。
凹凸構造の凸部の底部における幅または直径は、電極とシリコンの良好な電気的接触と密着性を得るために電極の線幅より小さい必要がある。電極線幅は一般に３０μｍ〜３００μｍであるため、凹凸構造の幅はその１０分の１を上限の目安とするのがよい。
先述のように、焼結性の導電性ペーストでは、低融点ガラスが溶解し、沈降および凝固する過程でガラスとシリコンの接着が得られ、さらに凹凸がある事でガラスが凹部に沈降し、凸部が金属の接触面積拡大に寄与する。このことから、凹凸構造の高低差は、一般に０．５μｍ以上より好ましくは１μｍ以上にするのがよい。０．５μｍ以下の微細な凹凸では、凸部がガラスに覆われてくるため、電極の接触抵抗が大きくなる。一方で高低差上限は、電極の厚みや製法などにより異なるが、例えばスクリーン印刷を用いる一般的な太陽電池場合は、２０μｍ以下程度、より好ましくは１５μｍ以下程度とするのがよい。２０μｍ以上の高低差に対しては、凹部への導電性ペースト充填が不十分になったり、また凸部の形状によっては、電極の焼成時に凹部にガラスが十分沈降せずにシリコン表面の多くがガラスに覆われて接触抵抗が大きくなったりする。
上記工程により形成された電極形成領域の幅Ｗｔは、太陽電池の設計にもよるが、一般に電極３０８の幅Ｗｍの０．８〜１．５倍、より好ましくは１．０〜１．３倍にするのがよい。０．８倍未満では電極が平滑部にかかるために基板との接着がと電気的接触が不十分になり、また１．５倍より大きいと、キャリアの表面再結合損失が顕在化してくる。
尚、上記エミッタ層形成はベース層形成の後に行ってもよい。この場合、ベース層の平滑化工程は、ベース層形成後に行ってもよいし、ベース層とエミッタ層の両方を形成した後に行ってもよい。
次に、基板３０１の受光面と非受光面にそれぞれ保護膜３０６、３０７として、窒化シリコン膜などを約１００ｎｍ程度成膜する。成膜には化学気相堆積装置を用い反応ガスとして、モノシランおよびアンモニアを混合して用いることが多いが、ＮＨ３の代わりに窒素を用いることも可能であり、また、Ｈ２ガスによる成膜種の希釈やプロセス圧力の調整、反応ガスの希釈を行い所望の屈折率を実現する。光学的な特性を高めるため、屈折率は１．５〜２．２程度にするのがよい。また、窒化シリコン膜に限らず、酸化シリコン、炭化シリコン、非晶質シリコン、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛などの単層膜またはこれらを組み合わせた積層膜を用いてもよい。また受光面と非受光面で異なる膜種を適用してもよい。
次いで上記基板３０１の受光面に電極３０８をスクリーン印刷する。Ａｇ粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合したＡｇペーストを印刷および乾燥の後、熱処理により保護膜３０６にＡｇ粉末を貫通させ、電極とシリコンを導通させる。
さらに非受光面のベース層上にも同様に、電極３０９をスクリーン印刷し、Ａｇ粉末とガラスフリットを有機バインダーと混合したＡｇペーストを印刷および乾燥の後、７００〜８６０℃の熱処理を１秒〜５分程度行い、により保護膜３０６および３０７にＡｇ粉末を貫通させ、電極とシリコンを導通させる。なお、電極３０７と電極３０８は、形成工程の順番を入れ替えてもよいし、焼成を一度に行ってもよい。
上記はｎ型シリコン基板を用いた場合の太陽電池についての実施形態の例であるが、以下に記載するように、本発明はｐ型シリコン基板を用いた太陽電池に適用することもできる。ｐ型シリコン太陽電池は、上記ｎ型シリコン太陽電池と同様に作製することが可能であり、この場合基板３０１は、高純度シリコンにボロンやアルミニウム、ガリウムまたはインジウムのようなＩＩＩ族元素をドープして得られ、一般には、抵抗率が０．１〜５Ω・ｃｍに調整されたものが用いられる。
次にベース層３０４を形成する。一般にＢＢｒ３が好適に用いられ、９００〜１１００℃で気相拡散法によりボロンを基板に拡散させる。またこれに限らずスクリーン印刷やスピンコートが可能なボロン化合物を用いてもよい。ベース層３０４は非受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために受光面を２枚向かい合わせて重ねた状態で拡散したり、受光面に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、受光面に添加不純物が拡散されないように工夫を施す必要がある。
ベース層３０４の表面ボロン濃度は、基板と電極の良好な電気的接触を得るために、１×１０１９以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にするのが良く、さらに好ましくは５×１０１９以上１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下程度するのがよい。１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると基板と電極の接触抵抗が大きくなり、太陽電池の出力が低下する。１×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３は概ねシリコンに対するボロンの固溶限である。拡散後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。
次いでボロン拡散面の電極形成領域を除く領域を平滑化する。平滑には例えば市販のシリコン用エッチングペーストが好適に使用でき、これをスクリーン印刷塗布することで凹凸構造がエッチングされ、平滑化された表面が得られる。また耐酸性のレジストやワックスで電極形成領域をコーティングし、スピンエッチング装置やコンベア式のエッチング装置使用し、非受光面の凹凸構造をフッ硝酸でエッチングしてもよい。またバッチ式の処理装置を使用する場合には、電極形成領域と受光面の両方をコーティングし、基板をフッ硝酸に浸漬して凹凸構造をエッチングする。エッチングの後、アルカリ溶液など所定の薬液を使用し、コーティングを除去する。
次にエミッタ層３０３を形成する。一般にＰＯＣｌ３が好適に用いられ、８００〜１０００℃で気相拡散法によりリンを基板中に拡散させる。またこれに限らずスクリーン印刷やスピンコートが可能なリン化合物を用いてもよい。一般的なシリコン太陽電池はベース層３０４を受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板２枚の非受光面を向かい合わせた状態で２枚重ね合わせて拡散したり、非受光面側に窒化シリコンなどの拡散バリアを形成したりして、非受光面にリンが拡散しないような工夫を施す必要がある。
エミッタ層３０３表面のリン濃度は、１×１０１９以上３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３にするのが良く、さらに好ましくは５×１０１９以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度にするのがよい。１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であると基板と電極の接触抵抗が大きくなり、また３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすると、エミッタ層中の欠陥とオージェ再結合による電荷キャリアの再結合が顕著になって太陽電池の出力が低下する。拡散後、表面にできたガラスをフッ酸などで除去する。尚、上記ベース層形成はエミッタ層形成の後に行ってもよい。またベース層の平滑化工程は、ベース層とエミッタ層の両方を形成した後に行ってもよい。以降の工程では、ｎ型シリコン基板を用いる場合と同様の方法が適用できる。
以上の実施形態はいずれも非受光面にベース層を形成する太陽電池について述べたものであるが、太陽電池の形式はこれに限らず、本発明は非受光面にエミッタ層が形成され、受光面にベース層が形成された太陽電池にも適用可能であるし、さらにはエミッタ層とベース層が何れも非受光面に形成された、全電極裏面配置型の太陽電池にも適用可能である。
［実施例１］
１５０ｍｍ角、厚さ２５０μｍおよび比抵抗１Ω・ｃｍのボロンドープ＜１００＞ｐ型アズカットシリコン基板において、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、８０℃の５％水酸化カリウム水溶液と２−プロパノールの混合溶液中に２０分間浸漬し、ランダムピラミッド状のテクスチャを形成し、引き続き塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。
１５０ｍｍ角、厚さ２５０μｍおよび比抵抗１Ω・ｃｍのボロンドープ＜１００＞ｐ型アズカットシリコン基板において、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、８０℃の５％水酸化カリウム水溶液と２−プロパノールの混合溶液中に２０分間浸漬し、ランダムピラミッド状のテクスチャを形成し、引き続き塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。
次にスピンエッチャー（三益半導体工業製ＭＳＥ２０００）を用い、混合酸溶液（日本化成製ＭＨ−１）で拡散面をエッチングした。混合酸溶液の吐出時間と基板の回転数を調整し、テクスチャを段階的にエッチングした試料を作製した。
次にＰＯＣｌ３雰囲気下、８５０℃で３０分間熱処理し、エミッタ層を形成した。拡散後、フッ酸にてガラス層を除去し、純水洗浄の後、乾燥させた。さらにテクスチャエッチング面にＡｇペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥の後、ベルト炉で８２０℃の熱処理により、平均線幅９０μｍのくし型電極を形成した。
上記試料の電極形成面における５箇所の凹凸構造を走査型電子顕微鏡で計測して凹凸の平均高低差を算出し、さらに電極の接触抵抗をラダー法により測定した。またＪＩＳ Ｋ６８５４によるテープテストを行い、電極剥離の有無を評価した。
図５に示す接触抵抗の相対値は平均凹凸高低差が０．５μｍを付近から下回ると急激に上昇する結果を得た。表１はテープテストの結果である。平均凹凸高低差０．３μｍ以下の場合に電極剥離が発生した。
［実施例２］
１５０ｍｍ角、厚さ２５０μｍおよび比抵抗１Ω・ｃｍのボロンドープ＜１００＞ｐ型アズカットシリコン基板において、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、８０℃の５％水酸化カリウム水溶液と２−プロパノールの混合溶液中に２０分間浸漬し、ランダムピラミッド状のテクスチャを形成し、引き続き塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。このときの平均凹凸高低差は約２μｍであった。
１５０ｍｍ角、厚さ２５０μｍおよび比抵抗１Ω・ｃｍのボロンドープ＜１００＞ｐ型アズカットシリコン基板において、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、８０℃の５％水酸化カリウム水溶液と２−プロパノールの混合溶液中に２０分間浸漬し、ランダムピラミッド状のテクスチャを形成し、引き続き塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。このときの平均凹凸高低差は約２μｍであった。
次に受光面を向かい合わせて重ねた状態で、ＢＢｒ３雰囲気下、９８０℃で３０分間熱処理し、ベース層を形成した。続いて非受光面を向かい合わせて重ねた状態で、ＰＯＣｌ３雰囲気下、８３０℃で３０分間熱処理し、エミッタ層を形成した。拡散後、フッ酸にてガラス層を除去し、純水洗浄の後、乾燥させた。
次に、非受光面の非電極形成領域に、エッチングペースト(メルク社製 ｉｓｉｓｈａｐｅ ＳｏｌａｒＥｔｃｈ（Ｒ） ＳｉＳ)をスクリーン印刷し、１７０℃で１００秒間保持して、テクスチャをエッチング除去した後、純水でリンス洗浄した。
次に、膜厚約１００ｎｍの窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤで受光面と非受光面全面に形成した。さらに受光面と非受光面にＡｇペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥の後、ベルト炉で８２０℃の熱処理により電極を形成した。
［比較例１］
実施例１と同様にテクスチャ形成と、エミッタおよびベース層を形成した基板に対し、膜厚約１００ｎｍ窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤで受光面と非受光面全面に形成した。さらに受光面と非受光面にＡｇペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥の後、ベルト炉で８２０℃の熱処理により電極を形成した。
実施例１と同様にテクスチャ形成と、エミッタおよびベース層を形成した基板に対し、膜厚約１００ｎｍ窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤで受光面と非受光面全面に形成した。さらに受光面と非受光面にＡｇペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥の後、ベルト炉で８２０℃の熱処理により電極を形成した。
［比較例２］
実施例１および比較例１と同様にテクスチャを形成した基板に対し、非受光面全面に、エッチングペーストをスクリーン印刷し、１７０℃で１００秒間保持して、テクスチャをエッチング除去した後、純水でリンス洗浄した。
実施例１および比較例１と同様にテクスチャを形成した基板に対し、非受光面全面に、エッチングペーストをスクリーン印刷し、１７０℃で１００秒間保持して、テクスチャをエッチング除去した後、純水でリンス洗浄した。
次に受光面を向かい合わせて重ねた状態で、ＢＢｒ３雰囲気下、９８０℃で３０分間熱処理し、ベース層を形成した。続いて非受光面を向かい合わせて重ねた状態で、ＰＯＣｌ３雰囲気下、８３０℃で３０分間熱処理し、エミッタ層を形成した。拡散後、フッ酸にてガラス層を除去し、純水洗浄の後、乾燥させた。
次に、膜厚約１００ｎｍ窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤで受光面と非受光面全面に形成した。さらに受光面と非受光面にＡｇペーストをスクリーン印刷により塗布し、乾燥の後、ベルト炉で８２０℃の熱処理により電極を形成した。
実施例１と比較例１および比較例２の暗状態およびエアマス１．５ｇの擬似太陽光照射下において電流電圧特性を測定した。表２に示すように、実施例１では開放電圧と曲線因子が同時に改善され、最も高い変換効率を示した。
本願発明は、結晶シリコン太陽電池の裏面に高品質なＰＲ構造を容易且つ安価に形成することができ、太陽電池の高効率化とコスト削減に極めて有効である。
１０１、２０１、３０１、４０１・・・基板
１０２、２０２、３０２、４０２・・・テクスチャ
１０３、２０３、３０３、４０３・・・エミッタ層
３０５、４０５・・・凹凸構造
１０４、２０４、２０７、３０６、３０７、４０６、４０７・・・保護膜
１０５、１０７、２０５，２０８、３０８、３０９、４０８、４０９・・・電極
１０６、２０６、３０４、４０４・・・ベース層
１０２、２０２、３０２、４０２・・・テクスチャ
１０３、２０３、３０３、４０３・・・エミッタ層
３０５、４０５・・・凹凸構造
１０４、２０４、２０７、３０６、３０７、４０６、４０７・・・保護膜
１０５、１０７、２０５，２０８、３０８、３０９、４０８、４０９・・・電極
１０６、２０６、３０４、４０４・・・ベース層
Claims (5)
- 第１の導電型を有する結晶シリコン基板と、
前記結晶シリコン基板に形成される第２の導電型を有するエミッタ層と、
前記結晶シリコン基板に形成される第１の導電型を有するベース層と
を備え、
前記基板に入射した光により励起された電荷を外部に取り出す電極が前記エミッタ層と前記ベース層にそれぞれ形成された太陽電池であって、前記基板における前記電極が形成される領域の少なくとも一部に、複数の凹凸を有する凹凸構造が具備されていることを特徴とする太陽電池。 - 前記電極の少なくとも一つは前記基板の非受光面に形成され、
前記非受光面は、前記電極が形成される領域を除く少なくとも一部の領域が、前記凹凸構造よりも平滑化されている事を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。 - 前記凹凸構造における凹部と凸部の高低差が、０．５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
- 前記電極が、金属粒子とガラスの焼結体であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池。
- 請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池を電気的に接続して成る太陽電池モジュール。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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