JP2015073058A - 光発電素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】n型結晶半導体基板11と、n型結晶半導体基板11の一側にこの順で積層される第1の導電型非晶質系半導体層13及び第1の透明導電膜14と、n型結晶半導体基板11の他側にこの順で積層される第2の導電型非晶質系半導体層17及び第2の透明導電膜18とを備え、一側が光入射面として用いられる光発電素子10において、第1の透明導電膜14の一側に直接積層される透明絶縁膜15をさらに備える。
【選択図】図1
Description
前記第1の導電型非晶質系半導体層及び前記第2の導電型非晶質系半導体層のいずれか一方がn型非晶質系半導体層であり、他方がp型非晶質系半導体層であり、
一側が光入射面として用いられる光発電素子において、
前記第1の透明導電膜の一側に直接積層される透明絶縁膜をさらに備える。
(第1の実施の形態:フロントエミッタ型)
図1に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る光発電素子10は、板状の多層構造体である。光発電素子10は、n型結晶半導体基板11と、n型結晶半導体基板11の一側(図1における上側、多層構造体の第1の主面側)にこの順で積層される第1の真性非晶質系半導体層12、p型非晶質系半導体層13(第1の導電型非晶質系半導体層)、第1の透明導電膜14及び透明絶縁膜15と、n型結晶半導体基板11の他側(図1における下側、多層構造体の第2の主面側)にこの順で積層される第2の真性非晶質系半導体層16、n型非晶質系半導体層17(第2の導電型非晶質系半導体層)及び第2の透明導電膜18とを有する。さらに、光発電素子10は、第1の透明導電膜14の表面(一側)に部分的に配設される集電極19と、第2の透明導電膜18の裏面(他側)に部分的に配設される集電極20とを有する。なお、第1の透明導電膜14の一側表面においては、線状、格子状等の平面形状で部分的に積層されている集電極20の非積層部分に透明絶縁膜15が積層されている。光発電素子10は、一側(第1の主面側、n型結晶半導体基板11を基準にp型非晶質系半導体層13側)を光入射面として使用するフロントエミッタ型である。
図2に示すように、本発明の第2の実施の形態に係る光発電素子30は、板状の多層構造体である。光発電素子30は、n型結晶半導体基板31と、n型結晶半導体基板31の一側(図2における上側、多層構造体の第1の主面側)にこの順で積層される第1のn型非晶質系半導体層32a及び第2のn型非晶質系半導体層32b(第1の導電型非晶質系半導体層)、第1の透明導電膜33並びに透明絶縁膜34と、n型結晶半導体基板31の他側(図2における下側、多層構造体の第2の主面側)にこの順で積層される真性非晶質系半導体層35、p型非晶質系半導体層36(第2の導電型非晶質系半導体層)及び第2の透明導電膜37とを有する。さらに、光発電素子30は、第1の透明導電膜33の表面(一側)に配設される集電極38と、第2の透明導電膜37の裏面(他側)に配設される集電極39とを有する。なお、第1の透明導電膜33の一側表面においては、線状、格子状等の平面形状で部分的に積層されている集電極38の非積層部分に透明絶縁膜34が積層されている。光発電素子30は、一側(第1の主面側、n型結晶半導体基板31を基準にn型非晶質系半導体層32a、32b側)を光入射面として使用するリアエミッタ型である。
ピラミッド状凹凸加工を施したn型単結晶シリコン基板の一側に、第1の真性非晶質系シリコン層(7nm)、p型非晶質系シリコン層(5nm)、及び第1の透明導電膜(70nm)をこの順に積層した。第1の真性非晶質系シリコン層は化学気相成長法により、p型非晶質系シリコン層は化学気相成長法により、第1の透明導電膜はIWOを用いたイオンプレーティング法により成膜した。
次いで、n型単結晶シリコン基板の他側に、第2の真性非晶質系シリコン層(7nm)、n型非晶質系シリコン層(5nm)及び第2の透明導電膜(60nm)をこの順に積層した。第2の真性非晶質系シリコン層は化学気相成長法により、n型非晶質系シリコン層は化学気相成長法により、第2の透明導電膜はIWOを用いたイオンプレーティング法により成膜した。
得られた層構造体の両面にそれぞれ、集電極として、平行な複数のバスバー電極と、このバスバー電極にそれぞれ直交する複数のフィンガー電極を形成した。この集電極は、銀ペーストを用いて印刷により形成した。
最後に、第1の透明導電膜の一側に透明絶縁膜(90nm)を積層した。この際、第1の透明導電膜上の集電極表面をマスクし、イオンプレーティング法により成膜した。具体的には、SiOタブレットを用い、プロセスチャンバー中にN2ガスを導入しながら成膜した。プロセスチャンバーのベース圧力は1×10−4Pa以下であり、N2の導入量を200〜400sccmの範囲とし、成膜圧力は0.8〜2.0Paの範囲内であった。成膜された透明絶縁膜の屈折率及び元素組成を測定したところ、屈折率は1.75、組成式がSiO0.5N0.5の酸窒化ケイ素であった。このようにして、図1のフロントエミッタ構造の光発電素子を得た。
ピラミッド状凹凸加工が施されたn型単結晶シリコン基板の一側に、第1のn型非晶質系シリコン層(3nm)、第2のn型非晶質系シリコン層(3nm)及び第1の透明導電膜(70nm)をこの順に積層した。次いで、n型単結晶シリコン基板の他側に、真性非晶質系シリコン層(7nm)、p型非晶質系シリコン層(5nm)及び第2の透明導電膜(60nm)をこの順に積層した。得られた層構造体の両面にそれぞれ、集電極として、平行な複数のバスバー電極と、このバスバー電極にそれぞれ直交する複数のフィンガー電極を形成した。最後に、第1の透明導電膜の一側に透明絶縁膜(90nm)を積層した。
第1のn型非晶質系シリコン層(ライトドープ)及び第2のn型非晶質系シリコン層(ハイドープ)の成膜条件は以下のとおりとした。他の層等の成膜方法は実施例1と同様とした。このようにして、図2のリアエミッタ構造の光発電素子を得た。
・第1のn型非晶質系シリコン層(ライトドープ)
基板温度200℃
原料ガスSiH4及びPH3
PH3の導入量800ppm
・第2のn型非晶質系シリコン層(ハイドープ)
基板温度200℃
原料ガスSiH4及びPH3
PH3の導入量8000ppm
透明絶縁膜をMgF2で成膜したこと以外は実施例2と同様にして、リアエミッタ構造の光発電素子を得た。
実施例1において、透明絶縁膜の積層前のものを比較例1とした。
実施例2において、透明絶縁膜の積層前のものを比較例2とした。
得られた各光発電素子の短絡電流Isc、開放電圧Voc、曲線因子(フィルファクター:FF)、変換効率(EFFICIENCY)を測定した。なお、一側を主たる光入射面とした。測定結果を表1に示す。
両面に集電極を形成せず、透明絶縁膜(酸窒化ケイ素:SiON)の膜厚を0nm、50nm、110nm及び150nmにそれぞれ変えたこと以外は、実施例1と同様にして層構造体(光発電素子)を得た。一側(透明絶縁膜側)を光入射面として、300〜1200nmの波長域における反射率を測定した。測定結果を図4に示す。(a)は膜厚0nm(透明絶縁膜を積層しなかった。)、(b)は膜厚50nm、(c)は膜厚110nm、(d)は膜厚150nmの測定結果である。図4に示されるように、SiON膜(透明絶縁膜)を設けることにより反射率は低減する。但し、SiON膜が100nmよりも厚くなると、干渉縞が現われて新たなピークが生じ、300〜1000nmの波長域の反射率は増大することがわかる。
Claims (6)
- n型結晶半導体基板と、該n型結晶半導体基板の一側にこの順で積層される第1の導電型非晶質系半導体層及び第1の透明導電膜と、前記n型結晶半導体基板の他側にこの順で積層される第2の導電型非晶質系半導体層及び第2の透明導電膜とを備え、
前記第1の導電型非晶質系半導体層及び前記第2の導電型非晶質系半導体層のいずれか一方がn型非晶質系半導体層であり、他方がp型非晶質系半導体層であり、
一側が光入射面として用いられる光発電素子において、
前記第1の透明導電膜の一側に直接積層される透明絶縁膜をさらに備えることを特徴とする光発電素子。 - 請求項1記載の光発電素子において、前記透明絶縁膜の屈折率が1.5以上2以下であることを特徴とする光発電素子。
- 請求項1又は2記載の光発電素子において、前記透明絶縁膜が窒化ケイ素、酸化ケイ素又は酸窒化ケイ素により形成されていることを特徴とする光発電素子。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の光発電素子において、前記透明絶縁膜の厚さが10nm以上500nm以下であることを特徴とする光発電素子。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光発電素子において、前記n型結晶半導体基板と前記p型非晶質系半導体層との間に積層される真性非晶質系半導体層をさらに備えることを特徴とする光発電素子。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の光発電素子において、前記第1の導電型非晶質系半導体層が前記n型非晶質系半導体層であり、前記第2の導電型非晶質系半導体層が前記p型非晶質系半導体層であることを特徴とする光発電素子。
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