JP2015135988A - Solar cell and manufacturing method of solar cell - Google Patents

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Takenori Watabe
武紀 渡部
大塚 寛之
Hiroyuki Otsuka
寛之 大塚
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maximally suppress a decrease in generation efficiency caused when incident light intensity is biased by solving a problem that a power generation amount decreases due to a bias in the incident light intensity in a solar cell module more cheaply and easily.SOLUTION: A solar cell comprises at least: a semiconductor substrate of a first conductivity type; an emitter layer of a second conductivity type; a conductive layer of the first conductivity type located between the semiconductor substrate and the emitter layer; a light-receiving surface finger electrode electrically connected to the emitter layer; and a rear-surface finger electrode electrically connected to the semiconductor substrate. The conductive layer has a lower resistivity than the semiconductor substrate and coats 80% or more of the light-receiving surface of the semiconductor substrate. The conductive layer is a thin film which transmits incident light.

Description

本発明は、安価で安定的な電力供給をもたらす太陽電池、および太陽電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a solar cell that provides an inexpensive and stable power supply, and a method for manufacturing the solar cell.

図6は、従来より実用化されている太陽電池セル600(以降セルと略す場合がある)の断面構造の模式図である。基板601に対し、受光面側には基板の導電型と反対の導電型のエミッタ層602が設けられ、この上に受光面フィンガー電極603が設けられる。上記エミッタ層の形成方法としては、熱拡散法が広く用いられる。基板を熱処理炉に入れ、基板の導電型がn型の場合はB、Al、Ga、In等、基板の導電型がp型の場合はP、As、Sb等を拡散源とし、拡散源毎に所定の温度、時間滞留させて基板の表面から熱拡散させることでエミッタ層が形成される。
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。
FIG. 6 is a schematic view of a cross-sectional structure of a solar battery cell 600 (hereinafter sometimes abbreviated as a cell) that has been put into practical use. An emitter layer 602 having a conductivity type opposite to that of the substrate is provided on the light receiving surface side of the substrate 601, and a light receiving surface finger electrode 603 is provided thereon. As a method for forming the emitter layer, a thermal diffusion method is widely used. The substrate is put into a heat treatment furnace. When the substrate conductivity type is n-type, B, Al, Ga, In, etc., and when the substrate conductivity type is p-type, P, As, Sb, etc. are used as diffusion sources. The emitter layer is formed by allowing the substrate to stay at a predetermined temperature for a predetermined time and thermally diffusing from the surface of the substrate.
In order to reduce reflection loss, an antireflection film 604 is often provided in the light receiving region. Further, the back finger electrode 605 is also formed on the side opposite to the light receiving surface (back surface).

太陽電池セルは、通常0.5V程度の電圧しか発電できないため、一般に使用するためには、十分な発電力を得るために数十枚が直列に接続され、太陽電池モジュールに加工されて使用される。太陽電池セルは、基板面に光が照射された場合にのみ発電するから、モジュール内では太陽電池セルはタイル状に敷き詰められた構造をなす。   Since solar cells can usually generate only a voltage of about 0.5V, in order to use them in general, in order to obtain sufficient power generation, dozens of cells are connected in series and processed into a solar cell module. The Since the solar cells generate power only when the substrate surface is irradiated with light, the solar cells have a tiled structure in the module.

太陽電池モジュール全面に一様な強度の光が入射していれば、それぞれのセルで発生する電流量は同じであり、この電流が出力電流となる。しかし、モジュールは屋外で使用されることが多いため、モジュールの一部分への入射光強度が低下してしまうことや、一部分のみに光が全く入射しない(陰になる)ことが起こりうる。これらの場合、モジュールとしての発生電流は個々のセルの最も低い発生電流値に律速され、さらには、低出力セルは負荷となり、周囲のセルが発電した電力を消費してしまう。この結果、太陽電池モジュールとしての出力が大幅に低下してしまう問題が発生する。   If light of uniform intensity is incident on the entire surface of the solar cell module, the amount of current generated in each cell is the same, and this current becomes the output current. However, since the module is often used outdoors, the intensity of incident light on a part of the module may be reduced, or light may not enter at all (behind the shadows). In these cases, the generated current as a module is limited to the lowest generated current value of each cell, and furthermore, the low output cell becomes a load and consumes the electric power generated by the surrounding cells. As a result, there arises a problem that the output as the solar cell module is significantly reduced.

この問題を回避するため、電流バイパスのためのバイパスダイオードが設けられることが多い。図7に外付けのダイオードが設けられた太陽電池モジュール700の模式図を示す。数枚単位〜数十枚単位(ストリング)毎に、バイパスダイオード704が並列に設けられる。ストリングの一部への入射光強度が低下すると、ストリングの動作電圧は低下する。この場合、電流はバイパスダイオードを流れることとなるため、このストリングは他のストリングに対して負荷とはならないと共に、他のストリングで発電した電力の消費も回避できる。   In order to avoid this problem, a bypass diode for current bypass is often provided. FIG. 7 shows a schematic diagram of a solar cell module 700 provided with an external diode. A bypass diode 704 is provided in parallel for every several to several tens of sheets (string). As the incident light intensity on a portion of the string decreases, the operating voltage of the string decreases. In this case, since the current flows through the bypass diode, this string does not become a load with respect to the other strings, and consumption of the power generated by the other strings can be avoided.

上記構造のバイパスダイオードが動作すると、1ストリング内の全てのセルがバイパスされてしまう。そのため、1ストリング内のたった1枚のセルのみが動作しなくなった(陰になった)だけでも、得られたであろうセル数枚分〜数十枚分の発電量が、バイパスにより得られなくなってしまう。これを改善するために、1ストリング内の構成セル枚数を減らして、バイパスダイオードを多数設置する対応をとることができるものの、コスト高になるだけでなく、モジュール構造が煩雑になってしまう問題が生じてしまい、現実的でない。   When the bypass diode having the above structure operates, all the cells in one string are bypassed. Therefore, even if only one cell in one string stops operating (becomes shaded), the power generation amount for several to tens of cells that would have been obtained can be obtained by bypass. It will disappear. In order to improve this, it is possible to reduce the number of constituent cells in one string and install a large number of bypass diodes. However, not only the cost is increased, but also the module structure becomes complicated. It happens and is not realistic.

このモジュール構造が煩雑となってしまう問題に対して、特許文献1および2では、セルそのものにバイパスダイオードを内蔵させる構造を開示している。これは、イオンインプラ法によりエミッタ層の下に高濃度のp+n接合領域を点在させ、この接合領域をツエ
ナーダイオードとして利用するものである。この方法は、ツエナーダイオードが電流をバイパスする機能を示すことから、いわゆるバイパスダイオードを内蔵させる方法であるといえる。この方法によれば、バイパスダイオードを外付けする必要がないため、太陽電池モジュール作製が簡便になる優れた方法である。
With respect to the problem that the module structure becomes complicated, Patent Documents 1 and 2 disclose a structure in which a bypass diode is built in the cell itself. In this method, a high concentration p + n junction region is scattered under the emitter layer by an ion implantation method, and this junction region is used as a Zener diode. This method is a method of incorporating a so-called bypass diode because the Zener diode has a function of bypassing the current. According to this method, since it is not necessary to attach a bypass diode externally, it is an excellent method that facilitates the production of a solar cell module.

特開平5−110121号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-110121 特開2001−189483号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-189483

しかしながら、セル化工程に生産性の非常に悪いイオンインプラ法を用いることや、p+n接合しない領域にマスク処理をする工程が必要であることにより、セル化工程が高コ
ストとなってしまい現実的でない。さらには、電流バイパス用のp+n接合領域は点在し
ているため、セルをバイパスダイオードとしてみなした場合の飽和抵抗は、バイパスダイオードを内蔵しないセルと比べて必然的に大きくなる。従って、ひとたびこのバイパスダイオードが動作しても、このバイパスダイオードでの電力消費が発生してしまい、場合によっては、この消費電力により発熱や発火が生じる恐れもある。
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+
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+
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。
However, since the cell implantation process uses an ion implantation method with extremely poor productivity and requires a process of masking a region not having a p + n junction, the cell conversion process becomes expensive and in reality. Not right. Furthermore, since p + n junction regions for current bypass are scattered, the saturation resistance when a cell is regarded as a bypass diode is inevitably higher than that of a cell without a bypass diode. Therefore, even if the bypass diode is operated once, power consumption by the bypass diode occurs, and in some cases, the power consumption may cause heat generation or ignition.
Further, in order to p + n junction area is stably secured to bypass current as a Zener diode, a certain degree of cross-sectional area in the p + region of the p + n junction region is required. Therefore, p + n
In the case where the junction regions are scattered, a certain amount of film thickness is required for the p + region in order to ensure this stability, and the present inventor absorbs incident light by the film thickness of the p + region. It has been found that the intensity of incident light reaching the substrate is weakened. That is, incident light irradiated to the p + region is converted only to light that reaches the substrate, and as a result, if a bypass diode is built in, the power generation efficiency of the cell itself is reduced.
The present invention is intended to solve the problem of a decrease in the amount of power generation due to a bias in incident light intensity in a solar cell module at a lower cost and in a simple manner, and a decrease in power generation efficiency that occurs when the incident light intensity is biased. The aim is to suppress as much as possible.

上記の課題を解決するために、本発明者は、セル内に電流のバイパス機能を内蔵させても、入射光強度を低下させることなく効率的に電力へ変換することが可能であり、セルそのものの発電効率が低下しない太陽電池について、鋭意検討を行った。電流をバイパスさせる手段としてツエナーダイオードを採用し、断面積が与える電流バイパスの安定性と、膜厚が与える入射光強度への影響に着目した。
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。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor can efficiently convert power into power without reducing incident light intensity even if a current bypass function is built in the cell, and the cell itself. The solar cell in which the power generation efficiency does not decrease was studied earnestly. A Zener diode was adopted as a means for bypassing the current, and attention was paid to the effect of the cross-sectional area on the current bypass stability and the influence of the film thickness on the incident light intensity.
As a result, a configuration in which a thin-film conductive layer having the same conductivity type as the substrate and having a lower resistivity than the substrate is positioned between the substrate and the emitter layer so as to cover most of the light receiving surface of the substrate. If the conductive layer is thin, the incident light intensity is not reduced, and the conductive layer covers most of the light-receiving surface of the substrate. The inventors have found that a cross-sectional area that can bypass the above can be secured, and have arrived at the present invention.

すなわち、本発明は、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、である。
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。
That is, the present invention relates to a first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type emitter layer, a first conductivity type conductive layer located between the semiconductor substrate and the emitter layer, the emitter layer, A solar cell having at least a light receiving surface finger electrode to be electrically connected and a back finger electrode to be electrically connected to the semiconductor substrate, wherein the conductive layer has a lower resistivity than the semiconductor substrate, A solar cell that is a thin film that covers 80% or more of a light receiving surface of a semiconductor substrate and transmits incident light.
Further, the present invention is a thin film that has a resistivity lower than that of the semiconductor substrate on the light receiving surface of the first conductivity type semiconductor substrate, covers 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate, and transmits incident light. First
A step of forming a conductive layer of a conductive type; a step of forming an emitter layer on the light receiving surface of the semiconductor substrate not covered by the conductive layer; and a light receiving surface finger electrode electrically connected to the emitter layer And a step of forming a back finger electrode electrically connected to the semiconductor substrate, wherein the emitter layer is formed by epitaxial growth. It is a manufacturing method of a solar cell.
The present invention is a first thin film that has a resistivity lower than that of the semiconductor substrate on the light receiving surface of the first conductivity type semiconductor substrate, covers 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate, and transmits incident light. A step of forming a conductive layer of a conductive type; a step of forming an emitter layer on the light receiving surface of the semiconductor substrate not covered by the conductive layer; and a light receiving surface finger electrode electrically connected to the emitter layer And a step of forming a back surface finger electrode that is electrically connected to the semiconductor substrate, wherein a boron compound and a phosphorus compound are formed on the light receiving surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a solar cell, wherein the conductive layer and the emitter layer are formed simultaneously by gas-surface diffusion.
The present invention is a first thin film that has a resistivity lower than that of the semiconductor substrate on the light receiving surface of the first conductivity type semiconductor substrate, covers 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate, and transmits incident light. A step of forming a conductive layer of a conductive type; a step of forming an emitter layer on the light receiving surface of the semiconductor substrate not covered by the conductive layer; and a light receiving surface finger electrode electrically connected to the emitter layer And a step of forming a back surface finger electrode that is electrically connected to the semiconductor substrate, wherein the light receiving surface of the semiconductor substrate includes a material containing a boron compound and A material containing a phosphorus compound is applied, and the boron compound and the phosphorus compound are simultaneously thermally diffused to form the conductive layer and the emitter layer simultaneously. The method of manufacture is,.

本発明の太陽電池によれば、入射光強度が偏った場合に生じる発電効率の低下を、大幅に抑制することができる。また、本発明の太陽電池の製造方法によれば、太陽電池の発電性能を損なうことのない電流バイパス機能を、個々のセルに簡便に内蔵することが可能となる。   According to the solar cell of the present invention, it is possible to greatly suppress the decrease in power generation efficiency that occurs when the incident light intensity is biased. Moreover, according to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, a current bypass function that does not impair the power generation performance of the solar cell can be easily incorporated in each cell.

本発明に係る太陽電池の一例の電極の配置図である。It is an arrangement view of an example of a solar cell according to the present invention. 本発明に係る太陽電池の一例の断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of an example of the solar cell concerning this invention. 太陽電池モジュールの構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a solar cell module. 太陽電池モジュールの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of a solar cell module. 本発明に係る太陽電池の製造工程の一例を概略的に説明するフロー図である。It is a flowchart which illustrates roughly an example of the manufacturing process of the solar cell which concerns on this invention. 一般的な太陽電池の断面の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cross section of a common solar cell. 太陽電池モジュールにおけるバイパスダイオードの配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the bypass diode in a solar cell module.

以下、本発明について説明する。
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。
The present invention will be described below.
The solar cell according to the present invention has a first conductive type conductive layer between a first conductive type semiconductor substrate and a second conductive type emitter layer provided on the light receiving surface side of the semiconductor substrate. The first conductivity type means P type or N type, and the second conductivity type means N type or P type opposite to the first conductivity type. For example, when the first conductivity type is n-type, the second conductivity type is P-type.
In the present invention, the resistivity of the conductive layer is lower than the resistivity of the semiconductor substrate, and the conductive layer is a thin film that transmits incident light covering 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate. Features. Due to the low resistivity, when the incident light intensity is reduced, the junction between the emitter layer and the conductive layer can function as a Zener diode that bypasses the current. Further, by covering 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate, a cross-sectional area capable of stably bypassing current can be secured even for a thin film. Furthermore, if it is a thin film which permeate | transmits incident light, incident light intensity will not fall and the power generation performance of a solar cell will not be impaired.

前記導電層のドーパント濃度は、1×1017/cm〜1×1020/cmであることが好ましい。濃度が1×1017/cmより低いと、ツエナーダイオードとしたときの動作電圧が高くなりすぎるからであり、また、1×1020/cmより高いと、基板の結晶格子の歪が大きくなり、光電変換効率が低下してしまうからである。上記範囲内のドーパント濃度であれば、動作電圧や光電変換効率の問題が生じることがない。 It is preferable that the dopant concentration of the conductive layer is 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 . This is because if the concentration is lower than 1 × 10 17 / cm 3 , the operating voltage when the Zener diode is formed becomes too high, and if it is higher than 1 × 10 20 / cm 3 , the distortion of the crystal lattice of the substrate becomes large. This is because the photoelectric conversion efficiency is lowered. If the dopant concentration is within the above range, problems of operating voltage and photoelectric conversion efficiency do not occur.

前記導電層の厚みは、0.01μm〜2μmであることが好ましい。0.01μmより薄いと、十分に断面積を確保することができず、電流をバイパスするツエナーダイオードとしての安定性が損なわれるからである。また、2μmより厚いと、導電層による入射光の吸収量が大きくなりすぎて、発電性能を損なうおそれがあるからである。電流をバイパスする機能と発電性能を考慮すると、導電層の厚みが0.1μm〜1μmであることが、より好ましい。   The conductive layer preferably has a thickness of 0.01 μm to 2 μm. If the thickness is less than 0.01 μm, a sufficient cross-sectional area cannot be secured, and stability as a Zener diode that bypasses the current is impaired. On the other hand, if the thickness is larger than 2 μm, the amount of incident light absorbed by the conductive layer becomes too large, which may impair the power generation performance. In consideration of the function of bypassing current and the power generation performance, the thickness of the conductive layer is more preferably 0.1 μm to 1 μm.

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)であることが好ましい。それは、他のドーパントに比べ安価であること、環境汚染への影響度が小さい、等の理由からである。   Preferably, the first conductivity type and the second conductivity type are n-type and p-type, respectively, the dopant of the emitter layer is boron (B), and the dopant of the conductive layer is phosphorus (P). . This is because it is cheaper than other dopants and has a small influence on environmental pollution.

図1は、上記で説明した本発明の太陽電池セル100の概観を示すものである。受光面の集電電極として、受光面フィンガー電極101と呼ばれる数百μm〜数十μm幅の電極を多数有し、また、太陽電池セルを連結するための集電電極として受光面バスバー電極102を数本有する。
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。
FIG. 1 shows an overview of the solar battery cell 100 of the present invention described above. As the current collecting electrode on the light receiving surface, there are many electrodes having a width of several hundred μm to several tens μm called light receiving surface finger electrodes 101, and the light receiving surface bus bar electrode 102 is used as a current collecting electrode for connecting solar cells. Have a few.
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of a solar battery cell 100 according to an example of the present invention, and is a cross-sectional structure of a portion indicated by AA in FIG. Between the emitter layer (p + layer) 103 on the light receiving surface and the n-type substrate 104, a thin conductive layer (n + layer) 105 is provided over substantially the entire surface of the substrate. The back surface electric field layer (n + layer) 106 and the back surface passivation film 107 are not necessarily required, but are preferably provided in order to obtain high photoelectric conversion efficiency.

図3は、本発明の太陽電池セルを直列に接続して加工した太陽電池モジュール300の概観を示すものである。太陽電池セル100は、太陽電池モジュール内でタイル状に敷き詰められた構造をなし、基板の受光面に光が照射された場合にのみ発電する。太陽電池セル内に電流のバイパス機能を内蔵させていることから、従来の太陽電池モジュール(図7)とは異なり、外付けのバイパスダイオードを備える必要はない。   FIG. 3 shows an overview of a solar cell module 300 processed by connecting the solar cells of the present invention in series. The solar battery cell 100 has a tiled structure in the solar battery module, and generates power only when light is applied to the light receiving surface of the substrate. Unlike the conventional solar cell module (FIG. 7), it is not necessary to provide an external bypass diode because the current bypass function is built in the solar cell.

図4は、太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュール300の断面模式図である。外付けのバイパスダイオードを備える必要はなく、各太陽電池セルの受光面バスバー電極102と裏面バスバー電極304とを、リボン線301で接続して、直列回路を形成すればよい。
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。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a solar cell module 300 in which solar cells are connected in series. It is not necessary to provide an external bypass diode, and the light receiving surface bus bar electrode 102 and the back surface bus bar electrode 304 of each solar battery cell may be connected by a ribbon wire 301 to form a series circuit.
When the conductivity type of the substrate is n-type, the light-receiving surface bus bar electrode is a positive electrode and the back surface bus bar electrode is a negative electrode, and vice versa when the conductivity type of the substrate is p-type.

次に、本発明にかかる太陽電池の製造方法について説明する。
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(POCl)、ホスフィン(PH)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。
Next, the manufacturing method of the solar cell concerning this invention is demonstrated.
As the semiconductor substrate, for example, a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate manufactured by a method such as CZ method or FZ method can be used. For example, the conductive layer is formed by a vapor phase diffusion method using phosphorus oxychloride, or a phosphorus compound such as phosphorus pentachloride, phosphorus oxychloride (POCl 3 ), or phosphine (PH 3 ) as a diffusion source. It is possible to use a method in which the coating agent is applied to the surface of the semiconductor substrate with a brush, ink-jet, screen-printed or spin-coated and then heat-treated. The conductive layer may be provided not only on the light receiving surface side but also on the back surface side of the semiconductor substrate. The conductive layer on the back side can serve as a back surface field layer (BSF) and can increase the photoelectric conversion efficiency.

本発明の製造方法は、導電層を形成後、表面にできたガラスをふっ酸などで除去した導電層表面にエミッタ層をエピタキシャル成長により形成することを特徴とする。具体的なエピタキシャル成長方法としては、導電層形成後の半導体基板を真空チャンバーに入れ900℃〜1200℃に加熱し、SiH、SiHCl、SiHCl、SiHCl、SiCl等のいずれかとHを反応ガスとし、B、BCl、BBr等をドーパントガスとして反応させ、厚さ0.1μm〜1μm程度のエミッタ層を形成する方法が挙げられる。シート抵抗としては25Ω〜300Ω程度が好ましい。 The manufacturing method of the present invention is characterized in that after forming a conductive layer, an emitter layer is formed by epitaxial growth on the surface of the conductive layer from which glass formed on the surface is removed with hydrofluoric acid or the like. As a specific epitaxial growth method, the semiconductor substrate after the formation of the conductive layer is placed in a vacuum chamber and heated to 900 ° C. to 1200 ° C., and any of SiH 4 , SiH 3 Cl, SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , There is a method in which H 2 is used as a reaction gas and B 2 H 6 , BCl 3 , BBr 3 or the like is used as a dopant gas to form an emitter layer having a thickness of about 0.1 μm to 1 μm. The sheet resistance is preferably about 25Ω to 300Ω.

また、本発明の製造方法としては、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相拡散させて、導電層およびエミッタ層を同時に形成することができる。ホウ素化合物としては、三塩化ホウ素、ボラン類(BH、B)、BHCl、B(OEt)およびB(OMe)等を用いることができる。
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N、Ar等を用いて、三塩化ホウ素、ボラン類(BH、B)、BHCl、B(OEt)、B(OMe)等のホウ素化合物と、五塩化リン、オキシ塩化リン(POCl)、ホスフィン(PH)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SiO膜やSiN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。
In the manufacturing method of the present invention, the conductive layer and the emitter layer can be formed simultaneously by simultaneously vapor-diffusing a boron compound and a phosphorus compound on the light receiving surface of the semiconductor substrate. As the boron compound, boron trichloride, boranes (BH 3 , B 2 H 6 ), BHCl 2 , B (OEt) 3 and B (OMe) 3 can be used.
Specifically, the textured and cleaned semiconductor substrate is placed in a heat treatment furnace at about 900 ° C. to 1100 ° C., and boron trichloride, boranes (BH 3 , B, etc.) are used using N 2 , Ar or the like as a carrier gas. 2 H 6 ), BHCl 2 , B (OEt) 3 , B (OMe) 3 and the like boron compound and phosphorus pentachloride, phosphorus oxychloride (POCl 3 ), phosphine (PH 3 ) and other phosphorus compounds are mixed. Then, it is introduced into the furnace and diffused in the gas phase under heating conditions for about 5 to 60 minutes. Since the phosphorus compound has a larger diffusion coefficient than the boron compound, it penetrates deeper into the semiconductor substrate, so that the conductive layer is formed between the semiconductor substrate and the emitter layer. Focusing on the difference in diffusion coefficient between phosphorus compounds and boron compounds, controlling the amount of carrier gas, the temperature of the diffusion source, etc., and increasing the amount of boron compound introduced relative to the phosphorus compound, the emitter near the surface A conductive layer can be formed immediately below the layer. In addition, in order to form the emitter layer only on one side, diffusion is performed with the back surfaces of the semiconductor substrates being overlapped with each other, or a SiO 2 film or SiN x film is used as a diffusion mask on the back surface of the semiconductor substrate before diffusion. It may be formed and devised so that a PN junction cannot be formed on the back surface.

また、本発明の製造方法としては、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、ホウ素化合物およびリン化合物を同時に熱拡散させて、導電層およびエミッタ層を同時に形成することができる。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に、ホウ素化合物とリン化合物を含む塗布剤を刷毛で塗ったり、インクジェット、スクリーン印刷したり、スピン塗布したりする等の方法で塗布した後、塗布基板を900℃〜1100℃で5分〜60分間熱処理して、導電層およびエミッタ層を形成する方法である。前記気層拡散法の場合と同様に、リン化合物とホウ素化合物の拡散係数の違いにより、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。ホウ素化合物塗布剤とリン化合物塗布剤の塗布順序は、どちらが先でもよく、多層塗布としてもかまわないし、予めこれら塗布剤を混合しておいてから塗布してもよい。この方法は、気相拡散法とは異なり、半導体基板の片面のみ選択的に拡散層を形成することができる。   Further, as a manufacturing method of the present invention, a conductive layer and an emitter layer are formed by applying a material containing a boron compound and a material containing a phosphorus compound to the light receiving surface of a semiconductor substrate, and simultaneously thermally diffusing the boron compound and the phosphorus compound. They can be formed simultaneously. Specifically, after applying a coating agent containing a boron compound and a phosphorus compound to a textured and cleaned semiconductor substrate with a brush, inkjet, screen printing, spin coating, or the like, In this method, the coated substrate is heat-treated at 900 ° C. to 1100 ° C. for 5 to 60 minutes to form a conductive layer and an emitter layer. As in the case of the air-layer diffusion method, the conductive layer is formed between the semiconductor substrate and the emitter layer due to the difference in the diffusion coefficient between the phosphorus compound and the boron compound. Either the boron compound coating agent or the phosphorus compound coating agent may be applied first, or may be a multi-layer coating, or these coating agents may be mixed before application. Unlike the vapor phase diffusion method, this method can selectively form a diffusion layer only on one side of a semiconductor substrate.

図5に示すフロー図を用いて、本発明にかかる太陽電池の製造方法の一例を以下に述べる。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。
An example of the manufacturing method of the solar cell concerning this invention is described below using the flowchart shown in FIG. However, the present invention is not limited to the solar cell manufactured by this method.
A high-purity silicon substrate is doped with a group V element such as P, As, or Sb, and the slice damage on the surface of an as-cut single crystal {100} n-type silicon substrate having a specific resistance of 0.1 Ω · cm to 5 Ω · cm Etching is performed using a high concentration alkali such as 5% to 60% sodium hydroxide or potassium hydroxide, or a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid.

引き続き、基板表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行う。テクスチャは太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、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、反応を促進させることが多い。   Subsequently, minute unevenness called texture is formed on the substrate surface. Texture is an effective way to reduce solar cell reflectivity. The texture is immersed for about 10 to 30 minutes in an alkali solution (concentration 1% to 10%, temperature 60 ° C. to 100 ° C.) such as heated sodium hydroxide, potassium hydroxide, potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate. It is produced by. In many cases, a predetermined amount of 2-propanol is dissolved in the solution to promote the reaction.

テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄する。経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に、0.5%〜5%の過酸化水素を混合させ、60℃〜90℃に加温して洗浄してもよい。このようにして準備した基板104(図5(a))に対し、導電層105およびエミッタ層103を形成する(図5(b)、(c))。なお、導電層およびエミッタ層の形成方法は、上記したとおりである。   After texture formation, washing is performed in an acidic aqueous solution of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, or the like, or a mixture thereof. From an economic and efficient standpoint, washing in hydrochloric acid is preferred. In order to improve the cleanliness, 0.5% to 5% hydrogen peroxide may be mixed in a hydrochloric acid solution and heated to 60 ° C. to 90 ° C. for washing. A conductive layer 105 and an emitter layer 103 are formed on the substrate 104 thus prepared (FIG. 5A) (FIGS. 5B and 5C). The method for forming the conductive layer and the emitter layer is as described above.

導電層はまた、ゲッタリング層としても機能するし、光電変換効率の向上にも寄与する。すなわち、上記拡散工程などの熱処理工程で生じるライフタイム低下を緩和する役割も果たす。導電層は、受光面側だけでなく、半導体基板の裏面側にも裏面電解層106として形成することができる(図5(b))。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。   The conductive layer also functions as a gettering layer and contributes to improvement in photoelectric conversion efficiency. That is, it also serves to alleviate the lifetime reduction that occurs in the heat treatment process such as the diffusion process. The conductive layer can be formed as the back electrolysis layer 106 not only on the light receiving surface side but also on the back surface side of the semiconductor substrate (FIG. 5B). The conductive layer on the back side can serve as a back surface field layer (BSF) and can increase the photoelectric conversion efficiency.

導電層とエミッタ層を形成後、受光面の反射防止膜108の形成を行う(図5(d))。製膜にはプラズマCVD装置などを用いSiN膜を約100nm製膜する。反応ガスとして、モノシラン(SiH)およびアンモニア(NH)を混合して用いることが多いが、NHの代わりに窒素を用いることも可能であり、また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、さらには、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。CVDの反応ガスの励起方法としては、前述のプラズマによるもののほか、熱CVDや光CVDなどを用いてもよい。
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))。
After forming the conductive layer and the emitter layer, the antireflection film 108 on the light receiving surface is formed (FIG. 5D). For film formation, a SiN x film is formed to a thickness of about 100 nm using a plasma CVD apparatus or the like. As the reaction gas, monosilane (SiH 4 ) and ammonia (NH 3 ) are often mixed and used. However, nitrogen can be used instead of NH 3 , and the process pressure can be adjusted and the reaction gas diluted. Furthermore, when polycrystalline silicon is used for the substrate, hydrogen may be mixed into the reaction gas in order to promote the bulk passivation effect of the substrate. As a method for exciting the reactive gas in CVD, thermal CVD, photo-CVD, or the like may be used in addition to the above-described plasma.
Further, under the same conditions as the formation of the antireflection film, a SiNx film may be formed on the back surface to form the back surface passivation film 107 (FIG. 5D).

次いで、裏面フィンガー電極109および受光面フィンガー電極101を形成する(図5(e))。形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、印刷法などがある。経済的観点から、インクジェットやスクリーン印刷などの印刷法を用いるのが好ましい。基板裏面ならびに受光面に、Agなどの金属微粒子を有機溶媒中に分散させた導電性ペーストを電極パターン状に印刷し乾燥する。受光面電極は図1に示すような櫛歯型をとることが多い。裏面電極は基板全面を覆ってもよいし、受光面と同じ櫛歯型としてもよいし、格子状など様々な形態が可能である。これらの印刷の後、600℃〜900℃程度の熱処理により、Agの焼結ならびに、SiN膜に銀粉末を貫通(ファイアースルー)させ電極とシリコンを導通させる。なお、裏面電極および受光面電極の焼成は別々に行ってもよいし、一度に行うことも可能である。 Next, the back surface finger electrode 109 and the light receiving surface finger electrode 101 are formed (FIG. 5E). Examples of the forming method include a vapor deposition method, a sputtering method, and a printing method. From an economical point of view, it is preferable to use a printing method such as inkjet or screen printing. A conductive paste in which metal fine particles such as Ag are dispersed in an organic solvent is printed in an electrode pattern on the back surface and the light receiving surface of the substrate and dried. The light-receiving surface electrode often takes a comb-teeth shape as shown in FIG. The back electrode may cover the entire surface of the substrate, may have the same comb-teeth shape as the light receiving surface, or may take various forms such as a lattice shape. After these printings, heat treatment at about 600 ° C. to 900 ° C. causes Ag to be sintered and silver powder to penetrate through the SiN x film (fire-through) to make the electrode and silicon conductive. The back electrode and the light receiving surface electrode may be fired separately or at a time.

以下、本発明を実施例及び比較例に基づき説明するが、本発明は実施例及び比較例に限定されるものではない。
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(POCl)と三臭化ホウ素(BBr)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(BBr)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。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to an Example and a comparative example.
In order to confirm the effectiveness of the present invention, a method of forming an emitter layer by epitaxial growth after forming a conductive layer (Example 1), a mixed gas of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) and boron tribromide (BBr 3 ) A solar cell was manufactured by a method (Example 2) in which a conductive layer and an emitter layer were formed simultaneously by gas-phase diffusion, and the cells were connected in series to evaluate performance as a solar cell module. As a comparative example, a solar cell (Comparative Example 1) manufactured by a method in which gas diffusion is performed only with boron tribromide (BBr 3 ) gas and only an emitter layer is formed without forming a conductive layer is also connected in series. The performance of the solar cell module was evaluated.

100×100mm、厚さ250μm、比抵抗1Ω・cmの、リンドープ{100}n型アズカットシリコン基板60枚に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、水酸化カリウム/2−プロパノール水溶液中に浸漬しテクスチャ形成を行い、引き続き塩酸/過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。 A 60 × 100 mm 2 , 250 μm thick, specific resistance 1 Ω · cm, phosphorus-doped {100} n-type as-cut silicon substrate with 60 layers removed with a hot concentrated aqueous solution of potassium hydroxide, potassium hydroxide / 2- It was immersed in a propanol aqueous solution to form a texture, and subsequently washed in a hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixed solution.

続いて、以下の方法で導電層およびエミッタ層の形成を行った。
〈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/cm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。
Subsequently, a conductive layer and an emitter layer were formed by the following method.
<Example 1>
The 20 substrates were heat-treated at 870 ° C. for 40 minutes in a phosphorus oxychloride gas atmosphere, and only the conductive layer was formed by gas layer diffusion. The dopant concentration of the conductive layer was 1 × 10 18 / cm 3 , the thickness of the conductive layer was 1 μm, and the sheet resistance was about 31Ω. Since no measures were taken to prevent wrapping around the back surface, a conductive layer having a thickness of 1 μm was also formed on the back surface. After air layer diffusion, the glass was removed with hydrofluoric acid, washed and dried.

次に、これらの基板を真空チャンバーに入れ、基板温度を1000℃まで加熱し、SiHCl、HおよびBの混合ガス雰囲気中で20分間処理し、エピタキシャル成長により受光面にのみエミッタ層を形成した。シート抵抗は約34Ωとなった。 Next, these substrates are put into a vacuum chamber, the substrate temperature is heated to 1000 ° C., processed in a mixed gas atmosphere of SiH 2 Cl 2 , H 2 and B 2 H 6 for 20 minutes, and only on the light receiving surface by epitaxial growth. An emitter layer was formed. The sheet resistance was about 34Ω.

〈実施例2〉
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/cm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。
<Example 2>
Twenty textured substrates were heat-treated at 980 ° C. for 40 minutes in a mixed gas atmosphere of boron tribromide and phosphorus oxychloride for gas layer diffusion to form a conductive layer and an emitter layer at the same time. In order to prevent boron tribromide and phosphorus oxychloride from entering the back surface, heat treatment was performed in a state where the back surfaces of the substrate were overlapped back to back. The carrier gas flow rate of boron tribromide was 200 ml / min, and the carrier gas flow rate of phosphorus oxychloride was 25 ml / min. The dopant concentration of the conductive layer was 1 × 10 18 / cm 3 , the thickness of the conductive layer was 1 μm, and the sheet resistance of the light receiving surface was about 38Ω. After diffusion, the glass was removed with hydrofluoric acid, washed and dried.

〈比較例1〉
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。
<Comparative example 1>
Twenty textured substrates were heat-treated at 980 ° C. for 40 minutes in a boron tribromide gas atmosphere to perform gas-phase diffusion to form an emitter layer. In order to prevent boron tribromide from encroaching on the back surface, heat treatment was performed in a state where the back surfaces of the substrate were overlapped back to back in the same manner as in Example 2. The carrier gas flow rate of boron tribromide was 200 ml per minute. The sheet resistance of the light receiving surface was about 32Ω. After diffusion, the glass was removed with hydrofluoric acid, washed and dried.

以上の処理の後、プラズマCVD装置を用いてSiNx膜を受光面反射防止膜として全試料に対し形成した。SiNx膜の屈折率は約2.1、膜厚は95nmとした。裏面のパッシベーション膜として、同様の条件で裏面にもSiNx膜を形成した。   After the above treatment, a SiNx film was formed as a light-receiving surface antireflection film on all samples using a plasma CVD apparatus. The refractive index of the SiNx film was about 2.1 and the film thickness was 95 nm. A SiNx film was also formed on the back surface under the same conditions as the back surface passivation film.

次に、全試料に対し、裏面ならびに受光面に櫛歯状のパターンでAgペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。Agペーストは、数nm〜数十nmのAg微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。この後、750℃空気雰囲気中で10秒程度熱処理し、Agを焼結させて裏面フィンガー電極および受光面フィンガー電極を形成し、太陽電池を完成させた。   Next, Ag paste was screen-printed with a comb-like pattern on the back surface and the light-receiving surface of all samples, and dried. The Ag paste is obtained by dispersing Ag fine particles of several nm to several tens of nm in an organic solvent. Then, it heat-processed for about 10 second in 750 degreeC air atmosphere, Ag was sintered, the back surface finger electrode and the light-receiving surface finger electrode were formed, and the solar cell was completed.

山下電装社製ソーラーシミュレータを用いてAM1.5スペクトル、照射強度100mW/cm、25℃の条件下で、作製されたセル各20枚の太陽電池特性を測定した。得
られた結果の平均値を表1に示す。
Using a solar simulator manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd., the solar cell characteristics of 20 produced cells were measured under the conditions of AM 1.5 spectrum, irradiation intensity 100 mW / cm 2 and 25 ° C. The average value of the obtained results is shown in Table 1.

Figure 2015135988
Figure 2015135988

実施例1、2は共に、比較例1と同等の最大出力を示し、発電特性は十分であった。この結果から、実施例1、2におけるエミッタ層と半導体基板との間に設けた導電層は、入射光を阻害せず、発電特性に影響を与えないことを確認した。   Examples 1 and 2 both showed the same maximum output as Comparative Example 1, and the power generation characteristics were sufficient. From this result, it was confirmed that the conductive layer provided between the emitter layer and the semiconductor substrate in Examples 1 and 2 did not inhibit the incident light and did not affect the power generation characteristics.

次に、電流をバイパスする効果を確認するため、実施例1、2および比較例1の各セル毎に、セル10枚を直列に接続した。具体的には、受光面バスバー電極と隣接するセルの裏面バスバー電極とを、リボン線にてはんだ付けし、10枚直列のストリングを形成した。屋外の太陽光下で3つのストリングを同一ステージ上に並べ、それぞれの太陽電池特性を計測した。標準セルを用いて入射光強度を同時に計測したところ、約120mW/cmであった。このとき、セル10枚分の最大出力は、実施例1、2および比較例1の各ストリングとも22〜23Wと、ほぼ同一の出力を示し、妥当な結果を得た。 Next, in order to confirm the effect of bypassing the current, 10 cells were connected in series for each cell of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Specifically, the light receiving surface bus bar electrode and the back surface bus bar electrode of the adjacent cell were soldered with a ribbon wire to form a string of 10 sheets in series. Three strings were arranged on the same stage under outdoor sunlight, and the characteristics of each solar cell were measured. When the incident light intensity was simultaneously measured using a standard cell, it was about 120 mW / cm 2 . At this time, the maximum output for 10 cells showed almost the same output of 22 to 23 W for each of the strings of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, and an appropriate result was obtained.

次に、各ストリングのセル1枚に、受光面を完全に覆うように暗幕をかぶせ、擬似的に陰をつくって1枚のセルのみに太陽光が入射しないようにし、太陽電池特性を計測した。結果を表2に示す。   Next, each cell of each string was covered with a dark curtain so as to completely cover the light receiving surface, and a pseudo shade was made so that sunlight did not enter only one cell, and the solar cell characteristics were measured. . The results are shown in Table 2.

Figure 2015135988
Figure 2015135988

実施例1ならびに実施例2は、セル10枚分の最大出力22〜23Wの、約90%の出力量に相当する約20Wの最大出力を示した。この結果から、陰となって太陽光が入射されなかったセルは、他のセルにとって負荷となることなく電流を完全にバイパスしたことは明らかであり、太陽光が入射された9枚のセルの最大出力を、ストリングそのものの出力とすることが、可能となった。一方で、比較例1は、陰となったセルが他のセルの負荷となってしまい、ストリング全体として全く発電せず、測定そのものができなかった。   Example 1 and Example 2 showed a maximum output of about 20 W corresponding to an output amount of about 90% of the maximum output of 22 to 23 W for 10 cells. From this result, it is clear that the cells in which sunlight was not incident in the shade completely bypassed the current without becoming a load on other cells, and the nine cells in which sunlight was incident It has become possible to make the maximum output the output of the string itself. On the other hand, in Comparative Example 1, the shaded cell became a load on other cells, and the entire string did not generate power at all and could not be measured.

本発明の太陽電池によれば、入射光強度が偏った場合に生じる発電効率の低下を、大幅に抑制することができる。また、本発明の太陽電池の製造方法によれば、太陽電池の発電性能を損なうことのない電流バイパス機能を、個々のセルに簡便に内蔵することが可能となる。   According to the solar cell of the present invention, it is possible to greatly suppress the decrease in power generation efficiency that occurs when the incident light intensity is biased. Moreover, according to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, a current bypass function that does not impair the power generation performance of the solar cell can be easily incorporated in each cell.

100 太陽電池セル
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Solar cell 300 Solar cell module 600 Solar cell 700 Solar cell module 104,601 Substrate 102 Light-receiving surface bus-bar electrode 101,603 Light-receiving surface finger electrode 108,604 Antireflection film 103,602 Emitter layer 109,605 Back surface finger electrode 304 Back surface bus bar electrode 107 Back surface passivation film 106 Back surface electric field (BSF) layer 105 Conductive layer 301, 701 Ribbon wire 302, 702 Module negative electrode 303, 703 Module positive electrode 704 Bypass diode

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。
A first conductivity type semiconductor substrate;
An emitter layer of a second conductivity type;
A conductive layer of a first conductivity type located between the semiconductor substrate and the emitter layer;
A light-receiving surface finger electrode electrically connected to the emitter layer;
A back finger electrode electrically connected to the semiconductor substrate;
A solar cell having at least
The solar cell according to claim 1, wherein the conductive layer is a thin film that has a resistivity lower than that of the semiconductor substrate, covers 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate, and transmits incident light.
前記導電層のドーパント濃度が、1×1017〜1×1020/cmである請求項1記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 1, wherein the conductive layer has a dopant concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 20 / cm 3 . 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。   The solar cell according to claim 1, wherein the conductive layer has a thickness of 0.01 to 2 μm. 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。   2. The first conductivity type and the second conductivity type are n-type and p-type, respectively, the dopant of the emitter layer is boron (B), and the dopant of the conductive layer is phosphorus (P). The solar cell in any one of -3. 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。
The first conductive type conductive substrate is a thin film that has a resistivity lower than that of the semiconductor substrate, covers 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate, and transmits incident light. Forming a layer;
Forming an emitter layer on the light receiving surface of the semiconductor substrate that is not covered with the conductive layer and the conductive layer;
Forming a light-receiving surface finger electrode electrically connected to the emitter layer;
Forming a back finger electrode electrically connected to the semiconductor substrate;
A method for producing a solar cell comprising at least
The method of manufacturing a solar cell, wherein the emitter layer is formed by epitaxial growth.
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。
The first conductive type conductive substrate is a thin film that has a resistivity lower than that of the semiconductor substrate, covers 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate, and transmits incident light. Forming a layer;
Forming an emitter layer on the light receiving surface of the semiconductor substrate that is not covered with the conductive layer and the conductive layer;
Forming a light-receiving surface finger electrode electrically connected to the emitter layer;
Forming a back finger electrode electrically connected to the semiconductor substrate;
A method for producing a solar cell comprising at least
A method for manufacturing a solar cell, wherein a boron compound and a phosphorus compound are simultaneously diffused into the light receiving surface of the semiconductor substrate to form the conductive layer and the emitter layer simultaneously.
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。
The first conductive type conductive substrate is a thin film that has a resistivity lower than that of the semiconductor substrate, covers 80% or more of the light receiving surface of the semiconductor substrate, and transmits incident light. Forming a layer;
Forming an emitter layer on the light receiving surface of the semiconductor substrate that is not covered with the conductive layer and the conductive layer;
Forming a light-receiving surface finger electrode electrically connected to the emitter layer;
Forming a back finger electrode electrically connected to the semiconductor substrate;
A method for producing a solar cell comprising at least
Applying a material containing a boron compound and a material containing a phosphorus compound to the light receiving surface of the semiconductor substrate, and simultaneously thermally diffusing the boron compound and the phosphorus compound to form the conductive layer and the emitter layer simultaneously. A method for manufacturing a solar cell.
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