JP2015095648A - ヘテロ接合型太陽電池の構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】ヘテロ接合型太陽電池の構造を提供する。【解決手段】受光面を有するｐ型結晶シリコン基板と、ｐ型結晶シリコン基板の受光面に形成された第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層と、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層に形成されたｎ型アモルファス酸化層と、ｎ型アモルファス酸化層に形成された第１の透明導電層とを備える。さらに、本発明に係るヘテロ接合型太陽電池の構造は、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層を選択的に形成せずに、ｎ型アモルファス酸化層を形成してもよく、形成されたｎ型アモルファス酸化層は、順次形成されたｎ−及びｎ＋アモルファス酸化層であってもよい。【選択図】図２
Description
本発明は、太陽電池の構造に関し、特にヘテロ接合型太陽電池の構造に関するものである。
図１は、従来のヘテロ接合型太陽電池の構造を示す。当該構造は、受光面１０２と背面１０１とを有するｐ型結晶シリコン基板（ｐ−ｔｙｐｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）１０を備える。受光面１０２及び背面１０１上には、ｉ型アモルファスシリコン薄膜層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｙｅｒ）１２、１１がそれぞれ形成されている。ｉ型アモルファスシリコン薄膜層１２、１１の上には、ｎ型アモルファスシリコン層１４及びｐ型アモルファスシリコン層１３がそれぞれ形成されている。ｎ型アモルファスシリコン層１４及びｐ型アモルファスシリコン層１３の上には、透明導電層１６、１５及び導電端子１８、電極層１７が形成されている。このような太陽電池の積層構造がシリコンヘテロ接合及びシリコン真性層を有しているため、ヘテロ接合型太陽電池（ＨＩＴ、Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）とも称される。
しかしながら、このようなヘテロ接合型太陽電池において、ｐ型結晶シリコン基板１０の受光面１０２にあるアモルファスシリコン層、例えばｉ型アモルファスシリコン薄膜層１２又はｎ型アモルファスシリコン層１４は、そのアモルファスシリコンの材料が受光した場合、光吸収率が高く光透過率が悪く、光が効果的に透過することができず、太陽電池が光エネルギーの励起によって生成された光生成キャリアの数量が減衰することがある。また、従来のＰＥＣＶＤプラズマ設備を利用した製造工程では、シリコン基板の表面にプラズマ損傷（ｐｌａｓｍａ ｄａｍａｇｅ）が生じやすいため、素子から発生されたショート電流が小さく、変換効率が低下する問題がある。
図４は、従来の他のヘテロ接合型太陽電池の構造を示す。当該構造は、受光面４０２と背面４０１とを有するｐ型ナノ結晶シリコン層（ｐ−ｔｙｐｅ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｙｅｒ ）４０を備え、背面４０１の方向に、ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｙｅｒ）４１ａ、ｎ型ナノ結晶シリコン層（ｎ−ｔｙｐｅ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｌａｙｅｒ）４１ｂ、第２の透明導電層４３、及び白金層４５がこの順に形成されている。受光面４０２の方向に、中間反射層（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ ｌａｙｅｒ）４２、ｎ型アモルファスシリコン層４４ａ、ｉ型アモルファスシリコン薄膜層４４ｂ、ｐ型アモルファスシリコン層４４ｃ、第１の透明導電層４６、及びガラス基板４８がこの順に形成されている。しかしながら、このようなヘテロ接合型太陽電池においては、ｎ型ナノ結晶シリコン層４１ｂ及び中間反射層４２にも、光透過率が悪いために光電変換効率の向上が必要となる問題がある。具体的には、トップセル（Ｔｏｐ ｃｅｌｌ、即ちアモルファスシリコン層）とボトムセル（Ｂｏｔｔｏｍ ｃｅｌｌ、即ちナノ結晶シリコン層）との電流整合を達成するために、光学的観点から、中間反射層を付加することで、光が反射しトップセルにフィードバックされるようにすることができる。しかしながら、電気的観点から考えた場合、トップ、ボトムセルの直列抵抗値が低下するように、比較的厚い中間反射層が必要となる。従って、トップセルは光反射によって電流が十分となり、ボトム電池は反射層が厚すぎることによって入射光量が低下することから、電流が整合しなくなるという現象が生じる問題がある。
さらに、図６は、ヘテロ接合型太陽電池のさらに他の構造を示す。この構造は、基板６０、金属バックコンタクト層（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｂａｃｋ ｃｏｎｔａｃｔ）６１、ｐ型吸収層（ｐ−ｔｙｐｅ ａｂｓｏｒｂｅｒ）６２、バッファー層（ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）６３、薄膜層６４、透明導電層６５、及び導電端子６６がこの順に形成されている。このようなヘテロ接合型太陽電池においても、光透過率が悪いために光電変換率が低下する問題がある。
上記従来技術の欠点に鑑み、ヘテロ接合型太陽電池における光透過率の不良による欠点を解決することは、業界で解決すべき極めて重要な課題となっている。
そこで、以上のとおりの事情に鑑み、本発明は、光電変換効率を向上するための新規なヘテロ接合型太陽電池の構造を提供することを目的とする。
上記の目的またはその他の目的を達成するために、本発明は、受光面を有するｐ型結晶シリコン基板と、前記ｐ型結晶シリコン基板の受光面に形成された第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層と、前記第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層に形成されたｎ型アモルファス酸化層と、前記ｎ型アモルファス酸化層に形成された第１の透明導電層と、を備えることを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の構造を提供する。
また、本発明は、受光面を有するｐ型結晶シリコン基板と、前記ｐ型結晶シリコン基板の受光面に形成されたｎ型アモルファス酸化層と、前記ｎ型アモルファス酸化層に形成された第１の透明導電層と、を備えることを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の構造をさらに提供する。
また、本発明は、受光面と前記受光面に対向する背面とを有するｐ型ナノ結晶シリコン層と、前記ｐ型ナノ結晶シリコン層の受光面に形成された第１のナノ白金線層と、前記第１のナノ白金線層に形成された第１のｎ型アモルファス酸化層と、前記ｐ型ナノ結晶シリコン層の背面に形成されたｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層と、前記ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層に形成された第２のｎ型アモルファス酸化層と、前記第２のｎ型アモルファス酸化層に形成された第２のナノ白金線層と、を備えることを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の構造をさらに提供する。
また、本発明は、受光面を有するｎ型アモルファス酸化層と、前記ｎ型アモルファス酸化層の受光面に形成されたナノ白金線層と、を備えることを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の構造をさらに提供する。
従来の技術と比較すると、本発明は、ｎ型アモルファス酸化層を使用しており、ｎ型アモルファス酸化層の光透過性がよいため、従来のヘテロ接合型太陽電池に比べて、オープン電圧及び電流密度のいずれにおいても顕著な向上が見られ、光電変換効率に優れている。
本発明に開示された技術的特徴、内容、利点及びその達成できる効果を容易に理解できるように、図面を参照しながら、実施例を用いて本発明を詳しく説明する。明細書において言及された図面は、あくまで補足説明に用いるものに過ぎず、必ずしも本発明が実施された後の真の比例及び精確な配置を示すものではないため、図面における比例及び配置関係について解釈したり、それをもって本発明が実際に実施される権利範囲を限定してはならない。
本発明に係るヘテロ接合型太陽電池の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜第１の実施例＞
図２は、本発明に係るヘテロ接合型太陽電池構造２の断面を模式的に示した図である。ヘテロ接合型太陽電池構造２は、ｐ型結晶シリコン基板２０と、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２２と、ｎ型アモルファス酸化層２４と、第１の透明導電層２６とを備える。
図２は、本発明に係るヘテロ接合型太陽電池構造２の断面を模式的に示した図である。ヘテロ接合型太陽電池構造２は、ｐ型結晶シリコン基板２０と、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２２と、ｎ型アモルファス酸化層２４と、第１の透明導電層２６とを備える。
ｐ型結晶シリコン基板２０は、受光面２０２を有し、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２２は、ｐ型結晶シリコン基板２０の受光面２０２に形成され、ｎ型アモルファス酸化層２４は、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２２に形成され、第１の透明導電層２６は、ｎ型アモルファス酸化層２４に形成されている。
一つの実施例において、本発明は、導電端子２８が第１の透明導電層２６に形成され、第１の透明導電層２６の一部が露出することで受光領域が形成され、実際に作動した場合、光がこの受光領域から入射されるようにしてもよい。
さらに、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２２は、半導体表面保護（ｓｕｒｆａｃｅ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）の特性を向上させるために、形成時に水素ガスが流れる構造であるようにしてもよい。導電端子２８は、その構成材料として白金を選んで使用してもよい。
ｎ型アモルファス酸化層２４は、その構造特性を向上させるために、熱アニール処理されてなるものとしてもよい。異なる技術的応用に対応するために、ｎ型アモルファス酸化層２４は、１００〜１０００℃で熱アニール処理されてなるものとしてもよい。具体的な応用において、熱アニール温度は、１００〜６００℃に設定可能である。さらに、異なる要求に対応するために、ｎ型アモルファス酸化層２４は、インジウム、ガリウム、亜鉛または酸素からなり、例えば、ａ−ＩＧＺＯである。当然ながら、異なる目的に応じて、インジウム、ガリウム、亜鉛または酸素の濃度の比例配分を変更することができる。例えば、ＩＧＺＯの組成がＩｎ1ＧａXＺｎYＯZとすると、その比例は、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦５、１≦Ｚ≦１０であってもよい。ｎ型アモルファス酸化層２４は、厚さが実質的に１〜３００ｎｍであり、エネルギーギャップ値が３．０ｅＶ〜４．０ｅＶであってもよい。また、ａ−ＩＧＺＯとして形成されたｎ型アモルファス酸化層２４は、光透過性をさらに向上させるために、粒子（ｐａｒｔｉｃａｌ）が内蔵されていない立方体結合であるようにしてもよい。
第１の透明導電層２６は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなるようにしてもよい。
また、この実施例に係るヘテロ接合型太陽電池構造２において、ｐ型結晶シリコン基板２０の受光面２０２に対向する他の一側は、背面２０１を有するように構成されてもよい。この場合、ヘテロ接合型太陽電池構造２は、第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２１と、ｐ型アモルファスシリコン層２３と、第２の透明導電層２５と、電極層２７とをさらに備えてもよい。
第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２１は、基板の背面２０１に形成され、ｐ型アモルファスシリコン層２３は、第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２１に形成され、第２の透明導電層２５は、ｐ型アモルファスシリコン層２３に形成され、電極層２７は、第２の透明導電層２５に形成されている。
第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２１及びｐ型アモルファスシリコン層２３は、いずれも形成時に水素ガスが流れる構造であってもよく、第２の透明導電層２５は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなり、電極層２７は、白金からなるようにしてもよい。言い換えれば、この実施例は、片面受光の形態を構成しているが、当然ながら両面受光の形態を構成することもできることは言うまでもない。
＜第２の実施例＞
図３は、本発明に係るヘテロ接合型太陽電池の構造の他の実施例の構造模式図を示す。この実施例において、ヘテロ接合型太陽電池構造３は、ｐ型結晶シリコン基板３０と、ｎ型アモルファス酸化層３４と、第１の透明導電層３６とを備える。
図３は、本発明に係るヘテロ接合型太陽電池の構造の他の実施例の構造模式図を示す。この実施例において、ヘテロ接合型太陽電池構造３は、ｐ型結晶シリコン基板３０と、ｎ型アモルファス酸化層３４と、第１の透明導電層３６とを備える。
ｐ型結晶シリコン基板３０は、受光面３０２を有し、ｎ型アモルファス酸化層３４は、ｐ型結晶シリコン基板３０の受光面３０２に形成され、ｎ型アモルファス酸化層３４の上には第１の透明導電層３６が形成されている。
一つの実施例において、ヘテロ接合型太陽電池構造３は、第１の透明導電層３６に形成され、受光領域が形成されるように第１の透明導電層３６の一部を露出する導電端子３８を備え、光が受光領域から入射されるようにしてもよい。導電端子３８は、その構成材料として白金を選んで使用してもよい。
前記第１の実施例と同様の点は、ｎ型アモルファス酸化層３４が、構造特性を向上させるために熱アニール処理されてなるものであり、異なる技術的応用に対応するために、ｎ型アモルファス酸化層３４は、１００〜１０００℃で熱アニール処理されてなるようにしてもよい点にある。具体的な応用において、アニール温度は、１００〜６００℃に設定可能である。異なる要求に対応するために、ｎ型アモルファス酸化層３４は、インジウム、ガリウム、亜鉛または酸素からなり、例えば、ａ−ＩＧＺＯであり、異なる目的に応じて濃度の比例配分を変更することができる。例えば、ＩＧＺＯの組成がＩｎ1ＧａXＺｎYＯZとすると、その比例は、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦５、１≦Ｚ≦１０であってもよい。ｎ型アモルファス酸化層３４は、厚さが実質的に１〜３００ｎｍであり、エネルギーギャップ値が３．０ｅＶ〜４．０ｅＶであってもよい。当然ながら、粒子が内蔵されていない立方体結合として構成してもよい。第１の透明導電層３６は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなるようにしてもよい。
前記第１の実施例と比較すると、第２の実施例に係るヘテロ接合型太陽電池構造３では、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２２の構造が省略されている。
当然ながら、ヘテロ接合型太陽電池構造３は、ｐ型結晶シリコン基板３０の他の一側に形成されると共に、受光面３０２に対向する背面３０１をさらに備えるようにしてもよい。ヘテロ接合型太陽電池構造３は、第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層３１と、ｐ型アモルファスシリコン層３３と、第２の透明導電層３５と、電極層３７とを備えるようにしてもよい。即ち、基板の背面３０１には第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層３１が形成され、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層３１にはｐ型アモルファスシリコン層３３が形成され、ｐ型アモルファスシリコン層３３には第２の透明導電層３５が形成され、第２の透明導電層３５には電極層３７が形成されるようにしてもよい。しかしながら、第２の実施例のヘテロ接合型太陽電池構造３は、両面受光の形態を構成するようにしてもよい。
さらに、第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層３１及びｐ型アモルファスシリコン層３３は、いずれも形成時に水素ガスが流れる構造であり、しかも、第２の透明導電層３５は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなり、電極層３７は、白金からなるようにしてもよい。
この実施例の他の実施形態において、ヘテロ接合型太陽電池構造３は、ｎ型アモルファス酸化層３４がさらにｎ-型アモルファス酸化層３４ａとｎ+型アモルファス酸化層３４ｂとに分けられてなり、ｎ-型アモルファス酸化層３４ａは、ｐ型結晶シリコン基板３０の受光面３０２に形成され、ｎ+型アモルファス酸化層３４ｂは、ｎ-型アモルファス酸化層３４ａに形成され、第１の透明導電層３６は、ｎ+型アモルファス酸化層３４ｂに形成されるようにしてもよい。ｎ-型アモルファス酸化層３４ａの組成は、Ｉｎ1ＧａXＺｎYＯZとし、そのうち、１≦Ｘ≦５、０≦Ｙ≦３、１≦Ｚ≦１０であるようにしてもよい。ｎ-型アモルファス酸化層３４ａは、厚さが実質的に１〜３００ｎｍであり、エネルギーギャップ値が２．０ｅＶ〜４．０ｅＶであってもよい。また、ｎ+型アモルファス酸化層３４ｂの組成は、Ｉｎ1ＧａXＺｎYＯZとし、そのうち、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦５、１≦Ｚ≦１０であるようにしてもよい。ｎ+型アモルファス酸化層３４ｂは、厚さが実質的に１〜３００ｎｍであり、エネルギーギャップ値が３．０ｅＶ〜４．０ｅＶであってもよい。さらに、ｎ-型アモルファス酸化層３４ａは、濃度が１０17ｃｍ-3以下であり、ｎ+型アモルファス酸化層３４ｂは、濃度が１０20ｃｍ-3以上であり、例えば、ｎ-型アモルファス酸化層３４ａは、ｎ+型アモルファス酸化層３４ｂよりも濃度を低くしてもよい。
異なる使用上の要求を満たすために、この実施形態では、ｎ-型アモルファス酸化層３４ａは、ｎ+型アモルファス酸化層３４ｂよりも厚さが薄い構成としてもよい。言い換えれば、この実施形態においては、ｎ-型アモルファス酸化層３４ａにより、前記第１の実施例に係る第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層２２の機能を提供している。
＜第３の実施例＞
図５は、本発明に係るヘテロ接合型太陽電池の構造の他の実施例の構造模式図を示す。この実施例において、ヘテロ接合型太陽電池構造５は、ｐ型ナノ結晶シリコン層５０と、第１のナノ白金線層５２と、第１のｎ型アモルファス酸化層５４ａと、ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層５１と、第２のｎ型アモルファス酸化層５３と、第２のナノ白金線層５５とを備える。
図５は、本発明に係るヘテロ接合型太陽電池の構造の他の実施例の構造模式図を示す。この実施例において、ヘテロ接合型太陽電池構造５は、ｐ型ナノ結晶シリコン層５０と、第１のナノ白金線層５２と、第１のｎ型アモルファス酸化層５４ａと、ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層５１と、第２のｎ型アモルファス酸化層５３と、第２のナノ白金線層５５とを備える。
ｐ型ナノ結晶シリコン層５０は、受光面５０２と前記受光面５０２に対向する背面５０１とを有し、第１のナノ白金線層５２は、ｐ型ナノ結晶シリコン層５０の受光面５０２に形成され、第１のｎ型アモルファス酸化層５４ａは、第１のナノ白金線層５２に形成されている。ｐ型ナノ結晶シリコン層５０の背面５０１にはｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層５１が形成されている。第２のｎ型アモルファス酸化層５３は、ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層５１に形成され、第２のナノ白金線層５５は、第２のｎ型アモルファス酸化層５３に形成されている。
また、この実施例に係るヘテロ接合型太陽電池構造５において、第１のｎ型アモルファス酸化層５４ａを搭載層としてその上にｉ型アモルファスシリコン薄膜層５４ｂが形成され、ｐ型アモルファスシリコン層５４ｃは、ｉ型アモルファスシリコン薄膜層５４ｂに形成され、透明導電層５６は、ｐ型アモルファスシリコン層５４ｃに形成され、ガラス基板５８は、透明導電層５６に形成されるようにしてもよい。
さらに、半導体移動度の特性を向上させるために、この実施例におけるすべての形態のアモルファス及びナノ結晶シリコン材質層は、形成時に水素ガスが流れる構造であり、第１のｎ型アモルファス酸化層５４ａ、第２のｎ型アモルファス酸化層５３は、その構造特性を向上させるために、熱アニール処理されてなるものとしてもよい。異なる技術的応用に対応するために、第１のｎ型アモルファス酸化層５４ａ、第２のｎ型アモルファス酸化層５３は、１００〜１０００℃で熱アニール処理されてなるものであり、一つの具体的な応用において、熱アニール温度は、１００〜６００℃に設定可能である。さらに、異なる要求に対応するために、第１のｎ型アモルファス酸化層５４ａ、第２のｎ型アモルファス酸化層５３は、インジウム、ガリウム、亜鉛または酸素からなるようにしてもよく、その詳細は、前記第１の実施例と同様であるため省略する。この実施例において使用される第１のナノ白金線層５２、第２のナノ白金線層５５に関する具体的な技術については、台湾特許公報第Ｉ４０２９９２号等の関連特許文献を参照することができる。透明導電層５６は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなるようにしてもよい。具体的には、第１ｎ型アモルファス酸化層５４ａ、第２のｎ型アモルファス酸化層５３及び第１のナノ白金線層５２、第２のナノ白金線層５５は、従来技術に比べて優れた光透過性、導電率及び反射率を有するため、光電変換及び単位コストにおいて極めて優れた優位性を獲得している。
＜第４の実施例＞
図７は、ヘテロ接合型太陽電池の構造の他の実施例の構造模式図を示す。この実施例において、ヘテロ接合型太陽電池構造７は、ｎ型アモルファス酸化層７３と、ナノ白金線層７４とを備える。
図７は、ヘテロ接合型太陽電池の構造の他の実施例の構造模式図を示す。この実施例において、ヘテロ接合型太陽電池構造７は、ｎ型アモルファス酸化層７３と、ナノ白金線層７４とを備える。
具体的には、ｎ型アモルファス酸化層７３は、受光面７０２を有し、ナノ白金線層７４は、ｎ型アモルファス酸化層７３の受光面７０２に形成されている。
一つの実施例において、導電端子７６がナノ白金線層７４に形成され、ナノ白金線層７４の一部が露出することで受光領域が形成され、実際に作動した場合、光がこの受光領域から入射されるようにしてもよい。
また、この実施例に係るヘテロ接合型太陽電池構造７において、ｎ型アモルファス酸化層７３は、受光面７０２に対向する背面７０１をさらに有し、ヘテロ接合型太陽電池構造７は、ｐ型吸収層（ｐ−ｔｙｐｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ）７２と、金属バックコンタクト層（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｂａｃｋ ｃｏｎｔａｃｔ）７１と、基板７０とをさらに備え、ｐ型吸収層７２は、ｎ型アモルファス酸化層７３の背面７０１に形成され、金属バックコンタクト層７１は、ｐ型吸収層７２を搭載するように形成され、基板７０は、金属バックコンタクト層７１を搭載するように形成されている。
この実施例において、ｎ型アモルファス酸化層７３は、インジウム、ガリウムまたは亜鉛の酸化物からなり、導電端子７６は、ニッケルまたはアルミニウムからなり、ｐ型吸収層７２は、銅、インジウム、ガリウムまたはセレンからなるようにしてもよい。この実施例において使用されるナノ白金線層７４の具体的な技術については、同様に台湾特許公報第Ｉ４０２９９２号等の関連特許文献を参照することができる。
ここで注意すべき点は、上記実施例において述べたｎ型アモルファス酸化層２４、３４、７３及び第２のｎ型アモルファス酸化層５３は、スパッタリング機器により形成されるようにしてもよいことである。従来技術におけるプラズマ製造工程機器を使用した製造プロセスと比較すると、本発明では、製造プロセスのコストが低くて済むため、スパッタリング機器によりｎ型アモルファス酸化層を形成することによって、コスト低減の効果を奏することができる。また、本発明に係るｎ型アモルファス酸化層は、従来技術のプラズマ製造工程機器により形成する必要がないため、プラズマ損傷が生じるという問題はない。
光電変換効率について、本発明に関わる実際の実験による効果を容易に理解できるように、下表の関連データを用いて説明する。表のデータから分かるように、第１の実施例及び第２の実施例のいずれも、たとえ厚さが従来技術よりも薄いｎ型アモルファス酸化層であったとしても、その変換効率は電流または電圧が従来技術よりも高いため、より優れた光電変換効率を提供している。具体的には、１０ｎｍのｎ型アモルファス酸化層の実験において、本発明に係る第１、第２の実施例の変換効率は、従来技術の１０ｎｍのｎ型アモルファスシリコン層よりも優れている。たとえ厚さがより薄い５ｎｍのｎ型アモルファス酸化層を採用したとしても、従来技術の１０ｎｍのｎ型アモルファスシリコン層よりも優れている。表４から分かるように、本発明に係る第２の実施例の第２の形態（即ち、ｎ-型アモルファス酸化層３４ａ及びｎ+型アモルファス酸化層３４ｂを採用した形態である）は、そのショート電流密度が第２の実施例の第１の形態（即ち、ｎ-型アモルファス酸化層３４ａ及びｎ+型アモルファス酸化層３４ｂがそれぞれ形成されていない形態である）よりも若干低いが、オープン電圧がさらに向上し、さらなる変換効率が提供されている。
従来の技術と比較すると、本発明において採用されたｎ型アモルファス酸化層は、光透過性がより優れているため、従来のヘテロ接合型太陽電池に比べて、オープン電圧及び電流密度のいずれにおいても顕著な向上が見られ、光電変換効率に優れている。さらに、本発明は、製造工程において水素ガスが流れ、スパッタリング製造工程及び熱アニール製造工程を選択的に組み合わせることができるため、プラズマ損傷の問題がなく、構造特性がさらに向上する。
上記の実施形態は本発明の原理および効果・機能を例示的に説明するものに過ぎず、本発明は、これらによって限定されるものではない。本発明に係る実質的な技術内容は、特許請求の範囲に定義される。本発明は、この技術分野に精通した者により本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に修正や変更を加えることが可能であり、そうした修正や変更は、本発明の特許請求の範囲に入るものである。
２、３、５、７ ヘテロ接合型太陽電池構造
１０、２０、３０ ｐ型結晶シリコン基板
１１、１２ ｉ型アモルファスシリコン薄膜層
１３、２３、３３、４４ｃ、５４ｃ ｐ型アモルファスシリコン層
１４、４４ａ ｎ型アモルファスシリコン層
１５、１６、５６、６５ 透明導電層
１７、２７、３７ 電極層
１８、２８、３８、６６、７６ 導電端子
２１ 第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層
２２、３１ 第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層
２４、３４、７３ ｎ型アモルファス酸化層
２５、３５、４３ 第２の透明導電層
２６、３６、４６ 第１の透明導電層
３４ａ ｎ-型アモルファス酸化層
３４ｂ ｎ+型アモルファス酸化層
４０、５０ ｐ型ナノ結晶シリコン層
４１ａ、５１ ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層
４１ｂ ｎ型ナノ結晶シリコン層
４２ 中間反射層
４４ｂ、５４ｂ ｉ型アモルファスシリコン薄膜層
４５ 白金層
４８、５８ ガラス基板
５２ 第１のナノ白金線層
５３ 第２のｎ型アモルファス酸化層
５４ａ 第１のｎ型アモルファス酸化層
５５ 第２のナノ白金線層
６０、７０ 基板
６１、７１ 金属バックコンタクト層
６２、７２ ｐ型吸収層
６３ バッファー層
６４ 薄膜層
７４ ナノ白金線層
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１ 背面
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、７０２ 受光面
１０、２０、３０ ｐ型結晶シリコン基板
１１、１２ ｉ型アモルファスシリコン薄膜層
１３、２３、３３、４４ｃ、５４ｃ ｐ型アモルファスシリコン層
１４、４４ａ ｎ型アモルファスシリコン層
１５、１６、５６、６５ 透明導電層
１７、２７、３７ 電極層
１８、２８、３８、６６、７６ 導電端子
２１ 第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層
２２、３１ 第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層
２４、３４、７３ ｎ型アモルファス酸化層
２５、３５、４３ 第２の透明導電層
２６、３６、４６ 第１の透明導電層
３４ａ ｎ-型アモルファス酸化層
３４ｂ ｎ+型アモルファス酸化層
４０、５０ ｐ型ナノ結晶シリコン層
４１ａ、５１ ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層
４１ｂ ｎ型ナノ結晶シリコン層
４２ 中間反射層
４４ｂ、５４ｂ ｉ型アモルファスシリコン薄膜層
４５ 白金層
４８、５８ ガラス基板
５２ 第１のナノ白金線層
５３ 第２のｎ型アモルファス酸化層
５４ａ 第１のｎ型アモルファス酸化層
５５ 第２のナノ白金線層
６０、７０ 基板
６１、７１ 金属バックコンタクト層
６２、７２ ｐ型吸収層
６３ バッファー層
６４ 薄膜層
７４ ナノ白金線層
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、７０１ 背面
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、７０２ 受光面
Claims (35)
- 受光面を有するｐ型結晶シリコン基板と、
前記ｐ型結晶シリコン基板の受光面に形成された第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層と、
前記第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層に形成されたｎ型アモルファス酸化層と、
前記ｎ型アモルファス酸化層に形成された第１の透明導電層と、
を備えることを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記第１の透明導電層に形成され、受光領域が形成されるように前記第１の透明導電層の一部を露出する導電端子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層は、形成時に水素ガスが流れる構造であり、前記ｎ型アモルファス酸化層は、熱アニール処理されてなることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｎ型アモルファス酸化層は、１００℃〜１０００℃で熱アニール処理されてなることを特徴とする請求項３に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｎ型アモルファス酸化層は、インジウム、ガリウム、亜鉛または酸素からなることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記第１の透明導電層は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記導電端子は、白金からなることを特徴とする請求項２に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｐ型結晶シリコン基板は、前記受光面に対向する背面をさらに有し、前記ヘテロ接合型太陽電池の構造は、
前記基板の背面に形成された第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層と、
前記第２のｉ型シリコン薄膜層に形成されたｐ型アモルファスシリコン層と、
前記ｐ型アモルファスシリコン層に形成された第２の透明導電層と、
前記第２の透明導電層に形成された電極層と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記第２のｉ型アモルファスシリコン薄膜層は、形成時に水素ガスが流れる構造であり、前記ｐ型アモルファスシリコン層は、形成時に水素ガスが流れる構造であることを特徴とする請求項８に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記第２の透明導電層は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなり、前記電極層は、白金からなることを特徴とする請求項８に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 受光面を有するｐ型結晶シリコン基板と、
前記ｐ型結晶シリコン基板の受光面に形成されたｎ型アモルファス酸化層と、
前記ｎ型アモルファス酸化層に形成された第１の透明導電層と、
を備えることを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記第１の透明導電層に形成され、受光領域が形成されるように前記第１の透明導電層の一部を露出する導電端子をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｎ型アモルファス酸化層は、熱アニール処理されてなることを特徴とする請求項１１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｎ型アモルファス酸化層は、１００℃〜１０００℃で熱アニール処理されてなることを特徴とする請求項１３に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｎ型アモルファス酸化層は、インジウム、ガリウム、亜鉛または酸素からなることを特徴とする請求項１１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記第１の透明導電層は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記導電端子は、白金からなることを特徴とする請求項１２に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｎ-型アモルファス酸化層は、
前記ｐ型結晶シリコン基板の受光面に形成されたｎ-型アモルファス酸化層と、
前記ｎ-型アモルファス酸化層に形成されたｎ+型アモルファス酸化層と、を備え、
前記第１の透明導電層は、前記ｎ+型アモルファス酸化層に形成されることを特徴とする請求項１１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記ｎ-型アモルファス酸化層は、前記ｎ+型アモルファス酸化層よりも厚さが薄く、前記ｎ-型アモルファス酸化層は、前記ｎ+型アモルファス酸化層よりも濃度が低いことを特徴とする請求項１８に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｐ型結晶シリコン基板は、前記受光面に対向する背面をさらに有し、前記ヘテロ接合型太陽電池の構造は、
前記基板の背面に形成された第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層と、
前記第１のｉ型シリコン薄膜層に形成されたｐ型アモルファスシリコン層と、
前記ｐ型アモルファスシリコン層に形成された第２の透明導電層と、
前記第２の透明導電層に形成された電極層と、
を備えることを特徴とする請求項１１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記第１のｉ型アモルファスシリコン薄膜層は、形成時に水素ガスが流れる構造であり、前記ｐ型アモルファスシリコン層は、形成時に水素ガスが流れる構造であることを特徴とする請求項２０に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記第２の透明導電層は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなり、前記電極層は、白金からなることを特徴とする請求項２０に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 受光面と前記受光面に対向する背面とを有するｐ型ナノ結晶シリコン層と、
前記ｐ型ナノ結晶シリコン層の受光面に形成された第１のナノ白金線層と、
前記第１のナノ白金線層に形成された第１のｎ型アモルファス酸化層と、
前記ナノ結晶シリコン層の背面に形成されたｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層と、
前記ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層に形成された第２のｎ型アモルファス酸化層と、
前記第２のｎ型アモルファス酸化層に形成された第２のナノ白金線層と、
を備えることを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記第１のｎ型アモルファス酸化層に形成されたｉ型アモルファスシリコン薄膜層と、
前記ｉ型アモルファスシリコン薄膜層に形成されたｐ型アモルファスシリコン層と、
前記ｐ型アモルファスシリコン層に形成された透明導電層と、
前記透明導電層に形成されたガラス基板と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２３に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記ｉ型ナノ結晶シリコン薄膜層及びｐ型ナノ結晶シリコン層は、形成時に水素ガスが流れる構造であり、前記第１のｎ型アモルファス酸化層及び第２のｎ型アモルファス酸化層は、熱アニール処理されてなることを特徴とする請求項２３に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記第１のｎ型アモルファス酸化層及び第２のｎ型アモルファス酸化層は、１００℃〜１０００℃で熱アニール処理されてなることを特徴とする請求項２３に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記第１のｎ型アモルファス酸化層及び第２のｎ型アモルファス酸化層は、インジウム、ガリウム、亜鉛または酸素からなることを特徴とする請求項２３に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記透明導電層は、窒化シリコン、二酸化シリコン、インジウムスズ酸化物または酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項２４に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｉ型アモルファスシリコン薄膜層及びｐ型アモルファスシリコン層は、形成時に水素ガスが流れる構造であることを特徴とする請求項２４に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 受光面を有するｎ型アモルファス酸化層と、
前記ｎ型アモルファス酸化層の受光面に形成されたナノ白金線層と、
を備えることを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記ナノ白金線層に形成され、受光領域が形成されるように前記ナノ白金線層の一部を露出する導電端子をさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｎ型アモルファス酸化層は、前記受光面に対向する背面をさらに有し、前記ヘテロ接合型太陽電池の構造は、
前記ｎ型アモルファス酸化層の背面に形成されたｐ型吸収層と、
前記ｐ型吸収層を搭載するように形成された金属バックコンタクト層と、
前記金属バックコンタクト層を搭載するように形成された基板と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。 - 前記ｎ型アモルファス酸化層は、インジウム、ガリウム、亜鉛または酸素からなることを特徴とする請求項３０に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記導電端子は、ニッケルまたはアルミニウムからなることを特徴とする請求項３１に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
- 前記ｐ型吸収層は、銅、インジウム、ガリウムまたはセレンからなることを特徴とする請求項３２に記載のヘテロ接合型太陽電池の構造。
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