JP2015191967A - Solar battery cell and method of manufacturing the same - Google Patents

Solar battery cell and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2015191967A
JP2015191967A JP2014066904A JP2014066904A JP2015191967A JP 2015191967 A JP2015191967 A JP 2015191967A JP 2014066904 A JP2014066904 A JP 2014066904A JP 2014066904 A JP2014066904 A JP 2014066904A JP 2015191967 A JP2015191967 A JP 2015191967A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
conductivity type
type semiconductor
polarization
main surface
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014066904A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
謙 今村
Ken Imamura
謙 今村
達郎 綿引
Tatsuro Watahiki
達郎 綿引
祐樹 津田
Yuki Tsuda
祐樹 津田
宗 本谷
So Mototani
宗 本谷
慎太郎 過能
Shintaro Kano
慎太郎 過能
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2014066904A priority Critical patent/JP2015191967A/en
Publication of JP2015191967A publication Critical patent/JP2015191967A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a solar battery cell that utilizes effects of electric field effect passivation using a polarization material having spontaneous polarization derived from a crystal structure.SOLUTION: Provided is a solar battery cell that has a second conductivity type semiconductor layer 12 formed on a light-receiving surface 11A of a first conductivity type semiconductor substrate 11. Between at least a part of this second conductivity type semiconductor layer 12 and a light-receiving surface electrode 15 as a first electrode, or between at least a part of the second principal surface of the first conductivity type semiconductor substrate 11 and a rear face electrode 18 as a second electrode contacted with this, the solar battery cell comprises a polarization material layer 13 that has spontaneous polarization whose polarization axial direction is not parallel to the first principal surface or the second principal surface, and that consists of a polycrystal film. This polarization material layer 13 is formed of a material having a crystal structure that belongs to any one in a crystallization point group of 1, 2, m, mm2, 4, 4mm, 3, 3m, 6, and 6mm.

Description

本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に係り、特に結晶シリコン系太陽電池において分極材料を用いた電界効果パッシベーションの効果を利用した太陽電池セルに関する。   The present invention relates to a solar battery cell and a method for manufacturing the same, and more particularly to a solar battery cell utilizing the effect of field effect passivation using a polarization material in a crystalline silicon solar battery.

一般に太陽電池は、外部から入った光により太陽電池の半導体内部で電子と正孔の対が生成され、生成された電子と正孔の対において、pn接合で発生した電場により、電子はn型半導体に移動し、正孔はp型半導体に移動することにより電力を生成する。   In general, in a solar cell, pairs of electrons and holes are generated inside the semiconductor of the solar cell by light entering from the outside, and the electrons are n-type due to the electric field generated at the pn junction in the generated pairs of electrons and holes. Moving to the semiconductor, holes move to the p-type semiconductor to generate electric power.

現在の結晶シリコン太陽電池は、最も一般的な構造の受光面側に拡散による不純物半導体層を形成した拡散型の太陽電池が量産レベルで製造されている。拡散型の太陽電池は、通常、厚さが200μm程度のp型結晶シリコン基板を用い、光吸収率を高める表面テクスチャー、n型拡散層、反射防止膜及び表面電極(例えば、櫛型Ag電極)を当該基板の受光面側に順次形成し、裏面電極(例えば、Al電極)をスクリーン印刷によって基板の非受光面側に形成した後、800℃程度の高温で焼成することによって製造されている。かかる焼成では、表面電極及び裏面電極の溶媒分が揮発すると共に、ファイアースルーにより当該基板の受光面側において櫛型Ag電極が反射防止膜を突き破ってn型拡散層に接続される。また、基板の非受光面側においてAl電極の一部のAlが当該基板に拡散して裏面電界層(BSF:Back Surface Field)を形成する。その結果、裏面での再結合を抑制し、高い開放電圧を得ることができる。   In the present crystalline silicon solar cell, a diffusion type solar cell in which an impurity semiconductor layer by diffusion is formed on the light receiving surface side of the most general structure is manufactured at a mass production level. A diffusion type solar cell usually uses a p-type crystalline silicon substrate having a thickness of about 200 μm, and has a surface texture that increases light absorption, an n-type diffusion layer, an antireflection film, and a surface electrode (for example, a comb-type Ag electrode). Are sequentially formed on the light-receiving surface side of the substrate, and a back electrode (for example, an Al electrode) is formed on the non-light-receiving surface side of the substrate by screen printing, followed by baking at a high temperature of about 800 ° C. In such firing, the solvent components of the front electrode and the back electrode are volatilized, and the comb-shaped Ag electrode breaks through the antireflection film and is connected to the n-type diffusion layer on the light receiving surface side of the substrate by fire-through. Also, a part of the Al electrode diffuses into the substrate on the non-light-receiving surface side of the substrate to form a back surface field layer (BSF: Back Surface Field). As a result, recombination on the back surface can be suppressed and a high open circuit voltage can be obtained.

このように、太陽電池セル変換効率の高効率化においては、受光面または裏面におけるシリコン基板界面での再結合を低減させることが重要である。再結合の低減には、界面のダングリングボンドを終端(化学的パッシぺージョン)することで実現可能である。例えば、成膜や熱処理中に導入される水素により、シリコン基板界面のダングリングボンドの終端を行うことが可能である。   Thus, in order to increase the solar cell conversion efficiency, it is important to reduce recombination at the silicon substrate interface on the light receiving surface or the back surface. Recombination can be reduced by terminating the dangling bond at the interface (chemical passivation). For example, dangling bonds at the silicon substrate interface can be terminated by hydrogen introduced during film formation or heat treatment.

また、界面付近に電界を印加することにより再結合の低減は可能であり、電界効果パッシベーションと呼ばれる。これはパッシベーション膜/結晶シリコン界面に固定電荷を導入することにより実現可能である。   In addition, recombination can be reduced by applying an electric field in the vicinity of the interface, which is called field effect passivation. This can be realized by introducing a fixed charge into the passivation film / crystalline silicon interface.

また、電界効果パッシベーションは分極材料を結晶シリコン界面に積層することによっても得られる。たとえば、特許文献1では、背面に下部電極を形成したp(またはn)型シリコン基板と、当該シリコン基板上に形成されるn(またはp)型注入層と金属を積層した櫛型電極とその上面に形成される強誘電体層を備え、強誘電体の自発分極効果によって当該シリコン基板上部に電場を誘起して、太陽電池の特性向上をはかる電界効果型光電エネルギー変換装置が開示されている。   Field effect passivation can also be obtained by laminating a polarizing material at the crystalline silicon interface. For example, in Patent Document 1, a p (or n) type silicon substrate having a lower electrode formed on the back surface, an n (or p) type injection layer formed on the silicon substrate and a comb electrode having a metal laminated thereon, and A field-effect photoelectric energy conversion device that includes a ferroelectric layer formed on an upper surface and induces an electric field on the upper portion of the silicon substrate by the spontaneous polarization effect of the ferroelectric to improve the characteristics of the solar cell is disclosed. .

特許文献2では、第1導電型の基板と、基板の上面に形成され、反対導電型を有する第2導電型半導体層と、界面に形成されたpn接合と、第2導電型半導体層の少なくとも一部分と接触する前面電極と、基板の少なくとも一部分と接触する後面電極とを備えた太陽電池が示されている。この太陽電池では、前面、後面のうち少なくとも一つの面上に形成された強誘電体層と、強誘電体層上に形成されたポーリング電極とを備え、強誘電体層が半導体表面に形成する強い電場を利用して、表面再結合の防止、および、開放電圧を向上させ、効率を大幅に向上させることができる。   In Patent Document 2, at least one of a first conductivity type substrate, a second conductivity type semiconductor layer formed on the upper surface of the substrate and having an opposite conductivity type, a pn junction formed at an interface, and at least a second conductivity type semiconductor layer. Shown is a solar cell with a front electrode in contact with a portion and a back electrode in contact with at least a portion of the substrate. This solar cell includes a ferroelectric layer formed on at least one of the front and rear surfaces, and a poling electrode formed on the ferroelectric layer, and the ferroelectric layer is formed on the semiconductor surface. By using a strong electric field, the surface recombination can be prevented and the open-circuit voltage can be improved, thereby greatly improving the efficiency.

なお、特許文献1および特許文献2に記載の太陽電池はポーリング電極を設けて、強誘電体をポーリング処理(分極処理)、すなわち、電界を印加し、強誘電体の分極を電界の方向に揃える処理をする必要がある。   Note that the solar cells described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are provided with a polling electrode, and a ferroelectric is subjected to a poling process (polarization process), that is, an electric field is applied, and the polarization of the ferroelectric is aligned in the direction of the electric field. It needs to be processed.

例えば、焦電体であるZnOではc軸方向に自発分極を有し、ガラス上に成膜されたAl添加多結晶膜で、c軸配向し、かつ、分極の方向を左右する結晶の極性が一方向に揃うことが示されている(非特許文献1)。   For example, ZnO, which is a pyroelectric material, has spontaneous polarization in the c-axis direction, is an Al-added polycrystalline film formed on glass, has c-axis orientation, and the polarity of the crystal that influences the direction of polarization. It is shown that they are aligned in one direction (Non-Patent Document 1).

特許第3585621号公報Japanese Patent No. 3585621 特開2003−78153号公報JP 2003-78153 A

Yutaka Adachi et al. Thin Solid Films 519 (2011)5875-5881Yutaka Adachi et al. Thin Solid Films 519 (2011) 5875-5881

しかしながら、上記従来の技術(特許文献1、特許文献2)によれば、太陽電池基板にポーリング電極を設けて、強誘電体をポーリング処理(分極処理)する必要があり、構造および工程が複雑であるという問題があった。   However, according to the conventional techniques (Patent Documents 1 and 2), it is necessary to provide a polling electrode on the solar cell substrate and perform a polling process (polarization process) on the ferroelectric material, and the structure and process are complicated. There was a problem that there was.

また、ポーリング処理を施した強誘電体多結晶薄膜の分極は限られた材料の高品質な結晶において106秒(2年程度)までしか確認されていない。加えて、キュリー温度が200℃以下と低い強誘電体の場合、太陽電池の使用温度の影響により、分極は熱的な散乱を受けるため、分極量が減少し、太陽電池が低温になっても、分極量は元に戻らず、太陽電池動作が不安定となる。以上のことから、一般的な太陽電池の使用期間である20年以上にわたり、分極を保持することが難しく、太陽電池の特性が劣化するという信頼性上の問題もあった。 In addition, the polarization of the ferroelectric polycrystalline thin film subjected to the poling process has been confirmed only up to 10 6 seconds (about 2 years) in high-quality crystals of limited materials. In addition, in the case of a ferroelectric having a low Curie temperature of 200 ° C. or lower, polarization is thermally scattered due to the influence of the operating temperature of the solar cell, so that even if the amount of polarization decreases and the solar cell becomes low temperature The amount of polarization does not return to the original, and the solar cell operation becomes unstable. From the above, over 20 years, which is a general use period of a solar cell, there is a problem in reliability that it is difficult to maintain polarization and the characteristics of the solar cell deteriorate.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、構造、工程を簡単にするとともに、信頼性の高い太陽電池を得ることを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: While simplifying a structure and a process, it aims at obtaining a reliable solar cell.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は相対向する第1主面と第2主面とを有する第1導電型半導体基板の第1主面に形成された第2導電型半導体層とを有する太陽電池セルである。この第2導電型半導体層の少なくとも一部と第1の電極との間または、第1導電型半導体基板の第2主面の少なくとも一部と、これと接触する第2の電極との間に、自発分極を有し、その分極軸方向が前記第1主面または第2主面と平行でない多結晶膜からなる分極材料層を備える。この分極材料層は、1,2,m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mmの点群のいずれかに属する結晶構造を有する材料である。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a second conductive material formed on a first main surface of a first conductivity type semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface facing each other. It is a photovoltaic cell which has a type semiconductor layer. Between at least a part of the second conductivity type semiconductor layer and the first electrode, or between at least a part of the second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate and the second electrode in contact therewith. And a polarization material layer made of a polycrystalline film having spontaneous polarization and whose polarization axis direction is not parallel to the first main surface or the second main surface. This polarization material layer is a material having a crystal structure belonging to any of point groups of 1, 2, m, mm2, 4, 4 mm, 3, 3 m, 6, and 6 mm.

本発明によれば、ポーリング処理を必要としない分極材料を用いることにより、太陽電池の構造の簡略化、および、信頼性の向上が可能となる。   According to the present invention, it is possible to simplify the structure of the solar cell and improve the reliability by using a polarization material that does not require a poling treatment.

図1は、本発明の実施の形態1による太陽電池セルを模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。1A and 1B are diagrams schematically showing a solar battery cell according to Embodiment 1 of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図2(a)〜(d)は、分極材料層の分極方向を示す断面模式図である。2A to 2D are schematic cross-sectional views showing the polarization direction of the polarization material layer. 図3は、実施の形態1による太陽電池セルの製造方法を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing the solar battery cell according to the first embodiment. 図4(a)〜(c)は、実施の形態1による太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。4A to 4C are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the solar battery cell according to the first embodiment. 図5(a)〜(c)は、実施の形態1による太陽電池セルの製造方法を示す工程断面図である。5A to 5C are process cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the solar battery cell according to the first embodiment. 図6は、実施の形態2による太陽電池セルの構造を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the solar battery cell according to the second embodiment. 図7は、実施の形態3による太陽電池セルの構造を示す断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the solar battery cell according to the third embodiment.

以下に、本発明にかかる太陽電池セルおよびその製造方法について、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。   Embodiments of a solar battery cell and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual one for easy understanding, and the same applies to the drawings. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

実施の形態1.
図1は、本発明にかかる太陽電池セルの実施の形態1を模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面図である。本実施の形態1にかかる太陽電池セル10は、第1導電型半導体基板11の第1主面(以下受光面11Aとする)に光反射を低減するテクスチャー11Tを有する凹凸構造が形成されている。そして、この凹凸構造上に第2導電型半導体層12が形成され、第2導電型半導体層12上に、分極材料層13と反射防止膜14とが順次積層して形成されている。この分極材料層13として、例えば点群6mmに属する酸化亜鉛の多結晶膜を用いる。この多結晶膜は、配向方向が受光面11Aと平行でない多結晶膜からなる。これにより、分極処理を行うことなく、成膜しただけで結晶単位胞の極性に由来する分極を有する分極材料層13を得ることができる。そして、反射防止膜14の任意の位置に受光面電極15が形成され、受光面電極15が第2導電型半導体層12に接触したものである。第1導電型半導体基板11の受光面11Aと対向する第2主面(以下裏面11Bとする)には受光面11A同様にテクスチャー11Tが形成され、順に、第1導電型半導体層16と、反射防止膜17が形成され、反射防止膜17の任意の箇所に裏面電極18が形成されている。この分極材料層13の電界によって表面に到達しようとする電子−正孔の対が分離され、表面再結合を抑制し、高い開放電圧を得るようにしたものである。なおここで受光面電極15の形成されていない周辺領域1においても、分極材料層13が形成され、全面に電界がかかるようになっている。
Embodiment 1 FIG.
1A and 1B are diagrams schematically showing Embodiment 1 of a solar battery cell according to the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In the solar cell 10 according to the first embodiment, a concavo-convex structure having a texture 11T for reducing light reflection is formed on a first main surface (hereinafter referred to as a light receiving surface 11A) of a first conductive type semiconductor substrate 11. . A second conductive semiconductor layer 12 is formed on the concavo-convex structure, and a polarization material layer 13 and an antireflection film 14 are sequentially stacked on the second conductive semiconductor layer 12. As the polarization material layer 13, for example, a polycrystalline film of zinc oxide belonging to a point group of 6 mm is used. This polycrystalline film is a polycrystalline film whose orientation direction is not parallel to the light receiving surface 11A. Thereby, the polarization material layer 13 having the polarization derived from the polarity of the crystal unit cell can be obtained simply by forming the film without performing the polarization treatment. A light receiving surface electrode 15 is formed at an arbitrary position of the antireflection film 14, and the light receiving surface electrode 15 is in contact with the second conductivity type semiconductor layer 12. A texture 11T is formed on the second main surface (hereinafter referred to as back surface 11B) facing the light receiving surface 11A of the first conductive type semiconductor substrate 11 in the same manner as the light receiving surface 11A, and in order, the first conductive type semiconductor layer 16 and the reflection An anti-reflection film 17 is formed, and a back electrode 18 is formed at an arbitrary position of the anti-reflection film 17. Electron-hole pairs that attempt to reach the surface are separated by the electric field of the polarization material layer 13, thereby suppressing surface recombination and obtaining a high open circuit voltage. Here, also in the peripheral region 1 where the light receiving surface electrode 15 is not formed, the polarization material layer 13 is formed so that an electric field is applied to the entire surface.

本実施の形態にかかる太陽電池基板(第1導電型半導体基板11)としては、例えばn型の単結晶または多結晶のシリコン基板を用いる事ができる。この場合、第2導電型半導体層12は、第1導電型半導体基板11の受光面に例えばボロンが拡散された不純物拡散層(p型不純物拡散層)である。さらには、受光面電極15は、例えばアルミニウムと銀を混合したものを用いて形成される。反射防止膜14は、例えば水素が添加されたシリコン窒化膜(SiNX)である。一方裏面の第1導電型半導体層16としては、例えばリンが拡散された不純物拡散層(n型不純物拡散層)である。反射防止膜17は、例えばSiNxが用いられる。裏面電極18は、例えば銀により形成される。なお、第1導電型半導体基板11はこれに限定されるものではなく、p型のシリコン基板を用いてもよく、同様に第2導電型半導体層12にリンを拡散し、第1導電型半導体層16にはボロンを拡散すればよい。第1導電型半導体基板11の受光面11Aあるいは裏面11Bは、反射率を低減するために凹凸構造とするのが好ましいが、凹凸構造に限定するものではなく、例えば平坦構造、凹凸と平坦の組み合わせ構造のいずれかを用途に合わせて用いればよい。また、分極材料層13を受光面側にのみ用いたが、裏面側に用いてもよい。 As the solar cell substrate (first conductive semiconductor substrate 11) according to the present embodiment, for example, an n-type single crystal or polycrystalline silicon substrate can be used. In this case, the second conductivity type semiconductor layer 12 is an impurity diffusion layer (p-type impurity diffusion layer) in which, for example, boron is diffused on the light receiving surface of the first conductivity type semiconductor substrate 11. Furthermore, the light receiving surface electrode 15 is formed using, for example, a mixture of aluminum and silver. The antireflection film 14 is, for example, a silicon nitride film (SiN x ) to which hydrogen is added. On the other hand, the first conductive semiconductor layer 16 on the back surface is, for example, an impurity diffusion layer (n-type impurity diffusion layer) in which phosphorus is diffused. For example, SiN x is used for the antireflection film 17. The back electrode 18 is made of, for example, silver. The first conductivity type semiconductor substrate 11 is not limited to this, and a p-type silicon substrate may be used. Similarly, phosphorus is diffused into the second conductivity type semiconductor layer 12, and the first conductivity type semiconductor substrate 11 is used. Boron may be diffused into the layer 16. The light receiving surface 11A or the back surface 11B of the first conductivity type semiconductor substrate 11 is preferably a concavo-convex structure in order to reduce the reflectivity, but is not limited to the concavo-convex structure, for example, a flat structure or a combination of concavo-convex and flat Any one of the structures may be used in accordance with the application. Further, although the polarization material layer 13 is used only on the light receiving surface side, it may be used on the back surface side.

分極材料層13としては、結晶点群6mmに属する酸化亜鉛に限定されるものではなく、この他、1,2,m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mmの結晶点群に属する結晶構造を有する材料を用いる。   The polarization material layer 13 is not limited to zinc oxide belonging to the crystal point group 6 mm, and in addition to the crystal point groups 1, 2, m, mm2, 4, 4 mm, 3, 3 m, 6, 6 mm. A material having a crystal structure to which it belongs is used.

自発分極を有する材料には、強誘電体だけでなく、焦電体がある。焦電体は、1,2,m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mmで表わされる結晶点群に属する結晶構造を有し、結晶単位胞内に極性を有する結晶構造であるため自発分極を有した材料群である。焦電体の自発分極は結晶構造に由来するため、ランダム配向した多結晶膜では自発分極が小さくなる傾向にある。一方、膜の配向方向と分極方向が一致する場合には比較的大きな自発分極を得ることができる。ここでは分極材料層13として酸化亜鉛を用いる。このような分極材料層13を電極と半導体層との間に介在させることにより、再結合を抑制し、太陽電池セルの特性を向上させるものである。   Materials having spontaneous polarization include not only ferroelectric materials but also pyroelectric materials. The pyroelectric material has a crystal structure belonging to a crystal point group represented by 1,2, m, mm2,4,4mm, 3,3m, 6,6mm, and a crystal structure having polarity in the crystal unit cell. Therefore, it is a group of materials having spontaneous polarization. Since the spontaneous polarization of the pyroelectric material is derived from the crystal structure, the spontaneous polarization tends to be small in a randomly oriented polycrystalline film. On the other hand, a relatively large spontaneous polarization can be obtained when the orientation direction of the film matches the polarization direction. Here, zinc oxide is used as the polarization material layer 13. By interposing such a polarizing material layer 13 between the electrode and the semiconductor layer, recombination is suppressed and the characteristics of the solar battery cell are improved.

ある程度の大きさの自発分極を有し、かつ、電界効果パッシベーションの効果を得るためには、第1導電型半導体基板11の表面に対して分極軸が平行でない多結晶膜が好ましい(図2)。図2(a)〜(d)を用いて説明する。   In order to have spontaneous polarization of a certain size and to obtain the effect of field effect passivation, a polycrystalline film whose polarization axis is not parallel to the surface of the first conductivity type semiconductor substrate 11 is preferable (FIG. 2). . This will be described with reference to FIGS.

図2(a)〜(d)は、第2導電型半導体層12の表面に対して、結晶粒20がある結晶方位で配向して形成された酸化亜鉛からなる分極材料層13の断面模式図である。この酸化亜鉛からなる分極材料層13は、点群6mmに属し、ウルツ鉱型の結晶構造を有する。理解を容易にするため、少数存在する異配向の結晶粒20は省略して示した。1,2,m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mmの結晶点群に属する結晶構造を有する材料は配向することで、結晶構造の極性に由来する分極を有する。   2A to 2D are schematic cross-sectional views of a polarizing material layer 13 made of zinc oxide formed by aligning crystal grains 20 in a certain crystal orientation with respect to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12. It is. The polarization material layer 13 made of zinc oxide belongs to a point group of 6 mm and has a wurtzite crystal structure. In order to facilitate understanding, a small number of differently oriented crystal grains 20 are omitted. A material having a crystal structure belonging to a crystal point group of 1, 2, m, mm2, 4, 4 mm, 3, 3 m, 6, 6 mm has a polarization derived from the polarity of the crystal structure.

図2(a)では、第2導電型半導体層12の表面に対して垂直に、ある結晶方位をもって配向し、分極軸方向Pdが配向方向Odと同じ方向である例を示した。この場合、分極量に応じた表面電荷が誘起される。図2(b)では第2導電型半導体層12の表面に対して斜めに、ある結晶方位をもって配向し、分極軸方向Pdが配向方向Odと同じ方向である例を示した。この場合、分極量の第2導電型半導体層12の表面に対する垂直成分に応じた表面電荷が誘起される。図2(c)では、第2導電型半導体層12の表面に対して斜めに、ある結晶方位をもって配向し、分極軸方向Pdが配向方向Odと同じ方向でない例を示した。この場合も、図2(b)同様分極量の第2導電型半導体層12の表面に対する垂直成分に応じた表面電荷が誘起される。図2(d)では、第2導電型半導体層12の表面に対して垂直に、ある結晶方位をもって配向し、分極軸方向Pdが配向方向Odと垂直の方向である例を示した。この例では分極軸方向は、第2導電型半導体層12の表面に対して平行となっている。この場合、分極材料層13と第2導電型半導体層12との界面に表面電荷は誘起されない。 FIG. 2A illustrates an example in which the crystal is oriented with a certain crystal orientation perpendicular to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 and the polarization axis direction P d is the same as the orientation direction O d . In this case, surface charge according to the amount of polarization is induced. Obliquely to FIG. 2 (b), the surface of the second conductive type semiconductor layer 12, aligned with a certain crystal orientation, the polarization axis direction P d is an example of the same direction as the alignment direction O d. In this case, a surface charge according to a component perpendicular to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 having a polarization amount is induced. FIG. 2C shows an example in which the crystal is oriented with a certain crystal orientation obliquely with respect to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12, and the polarization axis direction Pd is not the same direction as the orientation direction Od . Also in this case, a surface charge corresponding to a component perpendicular to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 having a polarization amount is induced as in FIG. FIG. 2D shows an example in which the crystal is oriented with a certain crystal orientation perpendicular to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 and the polarization axis direction P d is a direction perpendicular to the orientation direction O d . In this example, the polarization axis direction is parallel to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12. In this case, no surface charge is induced at the interface between the polarization material layer 13 and the second conductivity type semiconductor layer 12.

以上のように、第2導電型半導体層12の表面に対して分極軸方向Pdが平行でない多結晶膜であればよく、さらに、ランダムに配向し、それぞれの結晶粒20の分極軸がランダムであっても、巨視的にみて膜全体の分極の方向が第2導電型半導体層12の表面に対して平行でない多結晶膜であればよい。つまり膜全体の分極の方向が第2導電型半導体層12の表面に対して非平行な成分をもつ多結晶膜であればよい。 As described above, any polycrystalline film whose polarization axis direction Pd is not parallel to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 may be used. Further, it is randomly oriented and the polarization axis of each crystal grain 20 is random. Even so, it may be a polycrystalline film in which the polarization direction of the entire film is not parallel to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 when viewed macroscopically. That is, any polycrystalline film having a component in which the polarization direction of the entire film is non-parallel to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 may be used.

このとき、分極材料層13の表面に誘起される表面電荷は1012cm2以上が好ましく、分極材料層13の分極量の第2導電型半導体層12の表面に対して分極量の垂直成分は0.1μC/cm2以上が好ましい。 At this time, the surface charge induced on the surface of the polarization material layer 13 is preferably 10 12 cm 2 or more, and the vertical component of the polarization amount of the polarization amount of the polarization material layer 13 with respect to the surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 is 0.1 μC / cm 2 or more is preferable.

また、太陽電池の使用温度は一般的に、−30℃〜100℃であり、電極焼成工程では700℃以上で焼成される。そのため分極材料層13は、−30℃〜800℃の温度域で分極の保持が可能であることが好ましい。そのためには、上記の温度域で結晶構造が変化しない、つまり、融点および相転移点が無いことが好ましい。   Moreover, the use temperature of a solar cell is generally −30 ° C. to 100 ° C., and the electrode is baked at 700 ° C. or higher in the electrode baking step. Therefore, the polarization material layer 13 is preferably capable of maintaining polarization in a temperature range of −30 ° C. to 800 ° C. For this purpose, it is preferable that the crystal structure does not change in the above temperature range, that is, there is no melting point and no phase transition point.

さらに、太陽電池の屋外での使用時に分極量つまり誘起される表面電荷が変化しないことが好ましく、−30℃〜100℃での焦電係数が10nC/cm2K以下であることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the amount of polarization, that is, the induced surface charge does not change when the solar cell is used outdoors, and the pyroelectric coefficient at −30 ° C. to 100 ° C. is preferably 10 nC / cm 2 K or less.

また、分極量の確認は分極材料薄膜の両面にスパッタ蒸着などで金属電極を形成し、キャパシタ構造とし、焦電流の温度依存性を測定することで確認できる。また、誘起される表面電荷量を測定してもよく、その場合は半導体基板上に分極材料層を積層した構造で半導体基板の下面と分極材料層の上面に金属電極を形成し、キャパシタ構造とし、C−V特性を解析することで求めることができる。   Also, the amount of polarization can be confirmed by forming metal electrodes on both surfaces of the polarizing material thin film by sputtering vapor deposition or the like to form a capacitor structure and measuring the temperature dependence of the pyroelectric current. In addition, the induced surface charge may be measured. In that case, a metal electrode is formed on the bottom surface of the semiconductor substrate and the top surface of the polarization material layer in a structure in which a polarization material layer is laminated on the semiconductor substrate to form a capacitor structure. It can be obtained by analyzing the CV characteristics.

また、受光面11Aに用いるため、透明である材料で、バンドギャップが2.5eV以上のものが好ましい。また、バンドギャップが2.5eV以下の材料であっても透過率を著しく低下させない程度の膜厚で用いてもよい。また、裏面にのみ用いる場合は透明である必要はない。   Further, since it is used for the light receiving surface 11A, a transparent material having a band gap of 2.5 eV or more is preferable. Further, even a material having a band gap of 2.5 eV or less may be used with a film thickness that does not significantly reduce the transmittance. Moreover, when using only for a back surface, it does not need to be transparent.

このような分極材料層13に好ましい材料として、前述したように例えば酸化亜鉛(ZnO)が挙げられる。ZnOを例にして分極材料層13について、詳細に説明する。ZnOは点群6mmに属し、ウルツ鉱型の結晶構造を有する。ZnO結晶の融点は1975℃であり、室温から100℃での焦電係数は2nC/cm2K程度である。バンドギャップは3.37eVである。ZnO結晶の単位胞は極性を持ち、c軸方向が分極軸である。また、非晶質基板上、例えばガラス基板上でも、スパッタ蒸着法などを用いることで、c軸配向の多結晶膜を比較的簡単に得ることが可能である。さらに、例えば非特許文献1に記載があるように、Alなどの不純物を添加することにより、結晶内での極性を制御することが可能である。つまり、容易に分極軸方向を制御することが可能である。また、ZnOは単結晶で6μC/cm2程度の自発分極をもつことが知られており、自発分極を有するためには、酸素極性面を有する結晶粒と亜鉛極性面を有する結晶粒のどちらか一方が多くなるようにし、全体で分極を持たせる必要がある。極性が制御された多結晶配向膜ではほぼ同等の自発分極を得ることができる。 As a preferable material for such a polarization material layer 13, for example, zinc oxide (ZnO) is mentioned as described above. The polarization material layer 13 will be described in detail using ZnO as an example. ZnO belongs to a point group of 6 mm and has a wurtzite crystal structure. The melting point of ZnO crystal is 1975 ° C., and the pyroelectric coefficient from room temperature to 100 ° C. is about 2 nC / cm 2 K. The band gap is 3.37 eV. The unit cell of the ZnO crystal has polarity, and the c-axis direction is the polarization axis. Further, a c-axis oriented polycrystalline film can be obtained relatively easily on an amorphous substrate, for example, a glass substrate, by using a sputter deposition method or the like. Furthermore, as described in Non-Patent Document 1, for example, the polarity in the crystal can be controlled by adding an impurity such as Al. That is, it is possible to easily control the polarization axis direction. ZnO is known to have a spontaneous polarization of about 6 μC / cm 2 in a single crystal. In order to have spontaneous polarization, either a crystal grain having an oxygen polar face or a crystal grain having a zinc polar face is required. It is necessary to increase the number of one side and to have polarization as a whole. In a polycrystalline alignment film with controlled polarity, almost the same spontaneous polarization can be obtained.

分極材料層13と、反射防止膜14の厚さは電界効果パッシベーション、および、反射防止効果を最大限に設計するため相互に依存している。分極材料層13の厚さは自発分極が発現する膜厚以上で、かつ、電極焼成時のファイアースルーが可能である膜厚が好ましく、10nmから100nmが良い。分極材料層13の厚さが10nmに満たないと自発分極が発現しない。一方、分極材料層13の厚さが100nmを超えると、ファイアースルーが困難となる。また、分極材料層13と、反射防止膜14との合計膜厚が厚すぎる場合、例えば反射防止膜14として用いることのできるSiNxから半導体基板11への水素拡散を妨げることになり、十分な化学的パッシベーション効果が得られない。従って分極材料層13と、反射防止膜14との合計膜厚についても考慮が必要である。分極材料層13と、反射防止膜14との合計膜厚は120nm程度以下とするのが望ましい。合計膜厚が120nmを超えると十分なパッシベーション効果を得ることができない。 The thicknesses of the polarization material layer 13 and the antireflection film 14 depend on each other in order to design the field effect passivation and the antireflection effect to the maximum. The thickness of the polarizing material layer 13 is preferably equal to or greater than the thickness at which spontaneous polarization is exhibited, and is preferably a thickness that allows fire-through during electrode firing, and is preferably 10 nm to 100 nm. If the thickness of the polarization material layer 13 is less than 10 nm, spontaneous polarization does not appear. On the other hand, if the thickness of the polarization material layer 13 exceeds 100 nm, fire-through becomes difficult. If the total film thickness of the polarization material layer 13 and the antireflection film 14 is too thick, for example, hydrogen diffusion from SiN x that can be used as the antireflection film 14 to the semiconductor substrate 11 will be hindered. The chemical passivation effect cannot be obtained. Therefore, it is necessary to consider the total film thickness of the polarization material layer 13 and the antireflection film 14. The total film thickness of the polarization material layer 13 and the antireflection film 14 is desirably about 120 nm or less. If the total film thickness exceeds 120 nm, a sufficient passivation effect cannot be obtained.

以上の構造を有する、本実施の形態1の太陽電池セルの製造方法の一例について、図3に示したフローチャートおよび図4(a)〜(c)および図5(a)〜(c)に従って説明する。   An example of the manufacturing method of the solar battery cell of the first embodiment having the above structure will be described according to the flowchart shown in FIG. 3 and FIGS. 4 (a) to (c) and FIGS. 5 (a) to (c). To do.

まず、第1導電型半導体基板11としてのn型単結晶シリコン基板のダメージ層除去と凹凸形状形成のためのエッチングを行う。n型単結晶シリコン基板の前洗浄はアルカリ溶液による基板のダメージ層除去、単結晶基板の場合はアルカリ溶液(添加剤含む)でランダムピラミッド形の凹凸形状の形成を行う(図3:ステップS1(図4(a)))。多結晶基板の場合は酸によるエッチングでも良い。   First, etching for removing a damaged layer and forming a concavo-convex shape of an n-type single crystal silicon substrate as the first conductive type semiconductor substrate 11 is performed. The pre-cleaning of the n-type single crystal silicon substrate is performed by removing the damaged layer of the substrate with an alkali solution. FIG. 4 (a))). In the case of a polycrystalline substrate, etching with an acid may be used.

次に、第2導電型半導体層12としてp型拡散層の形成のため、ホウ素拡散を行う(図3:ステップS2)。温度850℃〜1000℃でシート抵抗50〜150Ω/□のホウ素(ボロン)拡散を行なう。このときホウ素拡散面には50〜200nmのボロンシリケートガラス(BSG)膜を形成する。   Next, boron diffusion is performed to form a p-type diffusion layer as the second conductivity type semiconductor layer 12 (FIG. 3: step S2). Boron diffusion with a sheet resistance of 50 to 150Ω / □ is performed at a temperature of 850 ° C. to 1000 ° C. At this time, a boron silicate glass (BSG) film of 50 to 200 nm is formed on the boron diffusion surface.

次に、裏面のエッチングを行う(図3:ステップS3)。ホウ素拡散では、裏面への廻込み拡散が起こるので、インライン式片面エッチング装置で、好ましくは、ローラ式搬送系に基板を水平移動し、裏面側にHF/HNO3溶液を当てる方式を適用して、裏面だけをHF/HNO3溶液でエッチングするのが好ましい。このようにして図4(b)に示すように、受光面11A側にホウ素拡散で得られたp型拡散層からなる第2導電型半導体層12を形成する。 Next, the back surface is etched (FIG. 3: Step S3). Boron diffusion causes back diffusion to the back surface, so an in-line single-sided etching device is used. Preferably, the substrate is moved horizontally to a roller-type transport system, and a system in which an HF / HNO 3 solution is applied to the back surface side is applied. It is preferable to etch only the back surface with an HF / HNO 3 solution. In this way, as shown in FIG. 4B, the second conductivity type semiconductor layer 12 composed of the p-type diffusion layer obtained by boron diffusion is formed on the light receiving surface 11A side.

次に、第1導電型半導体層16としてのn型拡散層からなるBSF層の形成のため、裏面リン拡散を行う(図3:ステップS4)。ボロン拡散面を対向させて拡散源としてPOCl3ガスを使用し、温度800℃〜900℃リン拡散を行う。シート抵抗は40〜100Ω/□の拡散とするのが好ましい。 Next, in order to form a BSF layer composed of an n-type diffusion layer as the first conductivity type semiconductor layer 16, back surface phosphorus diffusion is performed (FIG. 3: step S4). Phosphorus diffusion is performed at a temperature of 800 ° C. to 900 ° C. using POCl 3 gas as a diffusion source with the boron diffusion surfaces facing each other. The sheet resistance is preferably 40-100 Ω / □.

次に、受光面のBSG除去及びリンシリケートガラス(PSG)除去を行う(図3:ステップS5(図4(c)))。HF溶液を用いて、両面ともにはっ水性が確認できる程度までエッチングを行う。   Next, BSG removal and phosphorus silicate glass (PSG) removal of the light receiving surface are performed (FIG. 3: Step S5 (FIG. 4C)). Etching is performed to the extent that water repellency can be confirmed on both sides using an HF solution.

次に、分極材料層13の形成を行う(図3:ステップS6(図5(a)))。ここでは、ZnOを用いて説明する。第2導電型半導体層12の上面にDCマグネトロンスパッタ法を用いて、分極材料層13を形成する。形成条件は、基板温度100℃〜800℃、スパッタガスにはArガスとO2ガスの混合ガスを用いて行う。ArガスとO2ガスの流量比O2/Arは1%〜10%が好ましい。圧力0.1Pa〜1Pa、DCパワーは0.1W/cm2〜2W/cmの条件で、その膜厚は10〜100nmが好ましい。また、H、N、Al、Li、Mg、Mn、Co、Niなどを添加してもよい。 Next, the polarization material layer 13 is formed (FIG. 3: Step S6 (FIG. 5A)). Here, description will be made using ZnO. The polarization material layer 13 is formed on the upper surface of the second conductivity type semiconductor layer 12 by using a DC magnetron sputtering method. The formation conditions are a substrate temperature of 100 ° C. to 800 ° C. and a sputtering gas using a mixed gas of Ar gas and O 2 gas. The flow ratio O 2 / Ar between Ar gas and O 2 gas is preferably 1% to 10%. The pressure is 0.1 Pa to 1 Pa, the DC power is 0.1 W / cm 2 to 2 W / cm, and the film thickness is preferably 10 to 100 nm. Further, H, N, Al, Li, Mg, Mn, Co, Ni, or the like may be added.

上記以外の方法として、RFマグネトロンスパッタ法、熱CVD法、プラズマCVD法、イオンプレーティング蒸着法、電子ビーム蒸着法、パルスレーザー堆積法、ゾルゲル法、化学溶液成長法などが挙げられる。また、成膜面への擦り傷なとのダメージを防ぐため、成膜面との反対側のシリケートガラス、つまり受光面のBSG及び裏面のPSGを残しておいてもよい。その場合、分極材料層13形成前に片面のみシリケートガラスを除去すればよい。   Examples of methods other than the above include RF magnetron sputtering, thermal CVD, plasma CVD, ion plating vapor deposition, electron beam vapor deposition, pulse laser deposition, sol-gel method, and chemical solution growth. In addition, in order to prevent damage to the film formation surface, silicate glass opposite to the film formation surface, that is, BSG on the light receiving surface and PSG on the back surface may be left. In that case, the silicate glass may be removed only on one side before the polarization material layer 13 is formed.

次に、受光面11A側および裏面11B側に反射防止膜14および17の形成を行う(図3:ステップS7(図5(b)))。プラズマCVD法にて、400℃〜550℃の基板温度で反射防止膜14及び裏面の反射防止膜17を形成する。材料ガスにはSH3とNH4の混合ガスを用いて成膜する。分極材料層13が反射防止膜の役割を兼ねてもよく、その場合には、この工程は省略される。 Next, the antireflection films 14 and 17 are formed on the light receiving surface 11A side and the back surface 11B side (FIG. 3: Step S7 (FIG. 5B)). The antireflection film 14 and the antireflection film 17 on the back surface are formed at a substrate temperature of 400 ° C. to 550 ° C. by plasma CVD. The material gas is formed using a mixed gas of SH 3 and NH 4 . The polarization material layer 13 may also serve as an antireflection film, and in this case, this step is omitted.

次に受光面電極15及び裏面電極18の形成を行う(図3:ステップS8(図5(c)))。スクリーン印刷法を用いて、櫛形パターンの電極の印刷を行う。受光面の電極にはAlとAgとフリットガラスを溶媒中に混合したペーストを用い、裏面の電極にはAgとフリットガラスを溶媒中に混合したペーストを用いることが好ましい。   Next, the light-receiving surface electrode 15 and the back surface electrode 18 are formed (FIG. 3: Step S8 (FIG. 5C)). A comb-shaped electrode is printed using a screen printing method. It is preferable to use a paste in which Al, Ag, and frit glass are mixed in a solvent for the electrode on the light receiving surface, and a paste in which Ag and frit glass are mixed in the solvent for the electrode on the back surface.

そして、100℃〜200℃で乾燥させた後、ベルト型焼成炉にて、ピーク温度700〜850℃の温度プロファイルで焼成する(図3:ステップS9)。この焼成によって、受光面電極15は反射防止膜14及び分極材料層13をファイアースルーして第1導電型半導体層12にコンタクトする。一方、裏面電極18は反射防止膜17をファイアースルーして、第2導電型半導体層16にコンタクトする。このようにして、図1(a)及び(b)に示した太陽電池セルが形成される。また、電極焼成時に、分極材料層13の結晶化がさらに促進され、自発分極を大きくすることが可能となる。   And after making it dry at 100 to 200 degreeC, it bakes with a temperature profile with a peak temperature of 700 to 850 degreeC in a belt-type baking furnace (FIG. 3: step S9). By this baking, the light receiving surface electrode 15 fires through the antireflection film 14 and the polarization material layer 13 and contacts the first conductivity type semiconductor layer 12. On the other hand, the back electrode 18 contacts the second conductive semiconductor layer 16 through the antireflection film 17 through fire. In this way, the solar battery cell shown in FIGS. 1A and 1B is formed. In addition, crystallization of the polarization material layer 13 is further promoted during electrode firing, and spontaneous polarization can be increased.

次に、レーザスクライバーにて、太陽電池セル受光面の周縁部をスクライブして接合分離を行う(図3:ステップS10)。接合分離は太陽電池セルを複数枚重ねてプラズマエッチャーにより太陽電池セルの端面のみ行っても良い。このようにして、図1(a)及び(b)に示した太陽電池セル10が形成される。   Next, a laser scriber scribes the periphery of the light receiving surface of the solar battery cell to perform junction separation (FIG. 3: step S10). Junction separation may be performed only on the end face of the solar battery cell using a plasma etcher with a plurality of solar battery cells stacked. In this way, the solar battery cell 10 shown in FIGS. 1A and 1B is formed.

このように構成された実施の形態1にかかる太陽電池セル10において、分極材料層13の作用(電界効果パッシベーション)について詳細に説明する。一般に焦電体は自発分極によって表面に分極電荷を発生させる。この分極電荷によって第1導電型半導体基板11の内部に強い電界が形成される。したがって、受光面に分極材料層13を形成した場合は表面再結合の抑制が可能である。その理由は次の通りである。太陽電池の外部から入った光により半導体内部で電子と正孔の対が形成されれば、pn接合で発生した電位差によって電子と正孔とが分離される。例えば、n型半導体を基板として使用し、拡散によってpn接合を形成すると、pn接合で電界の方向はn型半導体からp型半導体側に向かうようになり、生成された電子と正孔の対は接合部分で電場の影響を受け、結果的に電子はn型半導体側に移動し、正孔はp型半導体側に移動することによって有効な電力を生じる。このとき、一般に半導体表面では結合に関与できなかったダングリングボンドや不純物が多く存在し、電子−正孔の対の再結合中心として作用する。つまり、pn接合部位での電界の影響を受けていない電子−正孔の対がこのような表面での不純物に到達すると再結合が起こり易いため、出力に寄与することができない。しかし、受光面に分極材料層13を形成して半導体表面に強い電界を形成させれば、表面に到達しようとする電子−正孔の対が分極材料層で形成された電界によって分離され、表面再結合を抑制することが可能となる。その結果、高い開放電圧を得ることができる。   In the solar battery cell 10 according to the first embodiment configured as described above, the action (field effect passivation) of the polarization material layer 13 will be described in detail. In general, pyroelectric materials generate polarization charges on the surface by spontaneous polarization. A strong electric field is formed inside the first conductivity type semiconductor substrate 11 by this polarization charge. Therefore, when the polarization material layer 13 is formed on the light receiving surface, surface recombination can be suppressed. The reason is as follows. If a pair of electrons and holes is formed inside the semiconductor by light entering from the outside of the solar cell, the electrons and holes are separated by the potential difference generated at the pn junction. For example, when an n-type semiconductor is used as a substrate and a pn junction is formed by diffusion, the electric field direction at the pn junction is directed from the n-type semiconductor to the p-type semiconductor, and the generated electron-hole pair is Under the influence of the electric field at the junction, as a result, electrons move to the n-type semiconductor side, and holes move to the p-type semiconductor side, thereby generating effective power. At this time, there are generally many dangling bonds and impurities that could not be involved in bonding on the semiconductor surface, and they act as recombination centers for electron-hole pairs. That is, when an electron-hole pair that is not affected by the electric field at the pn junction portion reaches impurities on such a surface, recombination is likely to occur, and thus cannot contribute to output. However, if the polarization material layer 13 is formed on the light receiving surface to form a strong electric field on the semiconductor surface, the electron-hole pairs that are to reach the surface are separated by the electric field formed by the polarization material layer, and the surface It becomes possible to suppress recombination. As a result, a high open circuit voltage can be obtained.

以上によって、実施の形態1にかかる太陽電池セルでは、1,2,m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mmの結晶点群に属する結晶構造を有する材料の多結晶配向膜を用いることで、分極材料層は結晶単位胞の極性に由来する分極を有する。そのため、ポーリング処理を必要とせず、前述の電界効果パッシベーションの効果を得ることが可能となり、高い開放電圧を得ることができ、セル特性の向上が可能となる。さらに、煩雑であったポーリング電極及びその形成工程を省略することが可能となる。さらに、分極が結晶構造に由来し、キュリー点が高く、焦電係数の小さい分極材料であるため、分極が熱的な散乱を受けて太陽電池動作が不安定になることはない。したがって、自発分極を一般的な太陽電池の使用期間である20年以上保持することが可能となり、太陽電池セルの信頼性を向上できるという効果も奏する。   As described above, in the solar cell according to the first embodiment, the polycrystalline alignment film made of a material having a crystal structure belonging to the crystal point group of 1,2, m, mm2,4,4mm, 3,3m, 6,6mm is provided. When used, the polarization material layer has a polarization derived from the polarity of the crystal unit cell. Therefore, the polling process is not required, and the above-described field effect passivation effect can be obtained, a high open-circuit voltage can be obtained, and the cell characteristics can be improved. Furthermore, it becomes possible to omit the complicated polling electrode and its formation process. Further, since the polarization is derived from the crystal structure, the polarization material has a high Curie point, and has a small pyroelectric coefficient, the solar cell operation does not become unstable due to thermal scattering of the polarization. Therefore, it becomes possible to hold spontaneous polarization for 20 years or more, which is a general use period of a solar battery, and there is an effect that the reliability of the solar battery cell can be improved.

実施の形態2.
なお、前記実施の形態1においては、分極材料層13の表面に反射防止膜14を形成したが、反射防止膜14から半導体基板11に水素拡散をする必要が無く、分極材料層13が反射防止の役割を果たす場合、反射防止膜14は無くてもよい。図6に反射防止膜14を持たない太陽電池セルの模式的断面図を示す。反射防止膜14を持たない点以外は前記実施の形態1の太陽電池セルと同様であるため、説明は省略するが、同一部位には同一符号を付した。なお、分極材料層13は、実施の形態1と同様、1,2,m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mmの結晶点群に属する結晶構造を有する材料の多結晶配向膜を用いていることはいうまでもない。これにより、分極材料層13は結晶単位胞の極性に由来する分極を有する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the antireflection film 14 is formed on the surface of the polarization material layer 13. However, it is not necessary to diffuse hydrogen from the antireflection film 14 to the semiconductor substrate 11, and the polarization material layer 13 is antireflection. In the case of fulfilling the role, the antireflection film 14 may be omitted. FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a solar battery cell that does not have the antireflection film 14. Since it is the same as that of the solar cell of the first embodiment except that the antireflection film 14 is not provided, the description is omitted, but the same portions are denoted by the same reference numerals. The polarization material layer 13 is a polycrystalline alignment film made of a material having a crystal structure belonging to a crystal point group of 1, 2, m, mm2, 4, 4 mm, 3, 3 m, 6, 6 mm, as in the first embodiment. Needless to say, is used. Thereby, the polarization material layer 13 has polarization derived from the polarity of the crystal unit cell.

かかる構成によれば、入射光のロスを低減し、光電変換効率の向上をはかることができる。例えば、分極材料層13の屈折率がシリコンよりも小さく反射防止膜14の屈折率より大きい場合には、分極材料層13と反射防止膜14界面での反射が生じ、入射光をロスしてしまうことがある。このため、分極材料層13の屈折率がシリコンよりも小さく反射防止膜14の屈折率より大きい場合には、反射防止膜14は無い方が好ましい。   According to this configuration, it is possible to reduce the loss of incident light and improve the photoelectric conversion efficiency. For example, when the refractive index of the polarizing material layer 13 is smaller than that of silicon and larger than the refractive index of the antireflection film 14, reflection occurs at the interface between the polarizing material layer 13 and the antireflection film 14 and the incident light is lost. Sometimes. For this reason, when the refractive index of the polarization material layer 13 is smaller than that of silicon and larger than the refractive index of the antireflection film 14, it is preferable that the antireflection film 14 be absent.

実施の形態3.
実施の形態1の太陽電池セルでは分極材料層13を第2導電型半導体層12に直接積層させているため、表面のダングリングボンドの終端が不十分であった。また、分極材料層13の成膜によるダメージによって、界面に欠陥が生じやすかった。そのため、太陽電池特性が低下することがある。
Embodiment 3 FIG.
In the solar cell of the first embodiment, since the polarization material layer 13 is directly laminated on the second conductivity type semiconductor layer 12, the termination of dangling bonds on the surface is insufficient. Further, the interface was likely to be defective due to damage caused by the deposition of the polarization material layer 13. Therefore, the solar cell characteristics may be deteriorated.

そこで本実施の形態では図7に示すように、受光面11A側の第2導電型半導体層12と分極材料層13の間に膜厚20nm程度の薄い酸化シリコン膜からなるパッシベーション層19を挿入している。他は図1に示した実施の形態1の太陽電池セルと同様である。ここでも同一部位には同一符号を付した。   Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 7, a passivation layer 19 made of a thin silicon oxide film having a thickness of about 20 nm is inserted between the second conductive type semiconductor layer 12 on the light receiving surface 11A side and the polarizing material layer 13. ing. Others are the same as the solar cell of Embodiment 1 shown in FIG. Here, the same parts are denoted by the same reference numerals.

パッシベーション層19にはSiO2、SiOX、AlOX、水素添加されたアモルファスシリコン(a―Si:H)、MgOなどの材料が好ましい。これらの材料は熱酸化、化学酸化、プラズマCVD法、ALD法、スパッタ蒸着法を用いて形成される。 The passivation layer 19 is preferably made of a material such as SiO 2 , SiO x , AlO x , hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), or MgO. These materials are formed using thermal oxidation, chemical oxidation, plasma CVD, ALD, or sputter deposition.

以上のように、実施の形態3にかかる太陽電池セルでは、表面のダングリングボンドの終端、及び、分極材料層の成膜によるダメージを抑制することが可能となり、再結合を抑制し、高い開放電圧を得ることが可能となる。   As described above, in the solar cell according to the third embodiment, it is possible to suppress the dangling bond termination on the surface and damage due to the deposition of the polarization material layer, thereby suppressing recombination and high openness. A voltage can be obtained.

製造に際しても、第2導電型半導体層12としてp型拡散層あるいは非晶質シリコンp層の形成に先立ち、SiO2などのパッシベーション膜19の形成工程を追加するだけでよく、製造も容易である。 Also in manufacturing, prior to the formation of the p-type diffusion layer or the amorphous silicon p-layer as the second conductive semiconductor layer 12, it is only necessary to add a step of forming a passivation film 19 such as SiO 2 and the manufacturing is easy. .

なお、前記実施の形態では、拡散型で両面受光(バイフェイシャル)構造とよばれるものについて示したが、これに限定されるものではなく、裏面11B全体に金属電極を配した片面受光構造や電極を裏面11Bのみに配置したバックコンタクト構造であってもよい。また、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶系シリコン基板上に、非晶質薄膜などを形成してpn接合を形成したヘテロ接合型の太陽電池など、結晶系シリコン太陽電池であればいかなるものにも適用可能である。   In the above-described embodiment, a diffusion type called a double-sided light receiving (bifacial) structure has been described. However, the present invention is not limited to this, and a single-sided light receiving structure or electrode in which a metal electrode is disposed on the entire back surface 11B. The back contact structure may be arranged only on the back surface 11B. In addition, a crystalline silicon solar cell such as a heterojunction solar cell in which an amorphous thin film or the like is formed on a crystalline silicon substrate such as a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate to form a pn junction. It can be applied to anything.

また、前記実施の形態の太陽電池セルのいずれにおいても分極材料層は、裏面側だけでも良いし、受光面側および裏面側の両面に形成されていてもよい。   In any of the solar cells of the above-described embodiments, the polarization material layer may be formed only on the back surface side, or may be formed on both the light receiving surface side and the back surface side.

また、前記実施の形態のいずれにおいても、第1導電型半導体基板としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶系シリコン基板の他、化合物半導体基板などの半導体基板に適用可能である。   In any of the embodiments, the first conductive semiconductor substrate can be applied to a semiconductor substrate such as a compound semiconductor substrate in addition to a crystalline silicon substrate such as a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate. .

また、前記実施の形態では、太陽電池について説明したが、太陽電池に限定されることなく、イメージセンサなどの受光素子をはじめとする種々の光電変換デバイスに適用可能である。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the solar cell, it is applicable to various photoelectric conversion devices including light receiving elements, such as an image sensor, without being limited to a solar cell.

本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 周辺領域、10 太陽電池セル、11 第1導電型半導体基板、11A 受光面、11B 裏面、11T テクスチャー、12 第2導電型半導体層、13 分極材料層、14,17 反射防止膜、15 受光面電極、16 第1導電型半導体層、18 裏面電極、20 結晶粒、19 パッシベーション層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Perimeter area | region, 10 photovoltaic cell, 11 1st conductivity type semiconductor substrate, 11A light-receiving surface, 11B back surface, 11T texture, 12 2nd conductivity type semiconductor layer, 13 Polarization material layer, 14, 17 Antireflection film, 15 Light reception surface Electrode, 16 1st conductivity type semiconductor layer, 18 Back electrode, 20 Crystal grain, 19 Passivation layer.

Claims (9)

相対向する第1主面と第2主面とを有する第1導電型半導体基板と、
前記第1導電型半導体基板の前記第1主面に形成され、前記第1導電型半導体基板と反対の導電型を有する第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層の少なくとも一部と接触する第1の電極と、
前記第1導電型半導体基板の第2主面の少なくとも一部と接触する第2の電極と、
前記第2導電型半導体層の前記第1主面側、または、前記半導体基板の第2主面側のうちの少なくとも一方に形成され、結晶点群1,2,m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mmのいずれかに属する結晶構造を有する材料であって、自発分極を有し、その分極軸方向が前記第1主面または第2主面と平行でない多結晶膜からなる分極材料層と、
を備えた太陽電池セル。
A first conductivity type semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface facing each other;
A second conductivity type semiconductor layer formed on the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate and having a conductivity type opposite to the first conductivity type semiconductor substrate;
A first electrode in contact with at least a portion of the second conductivity type semiconductor layer;
A second electrode in contact with at least a portion of the second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
Formed on at least one of the first main surface side of the second conductivity type semiconductor layer or the second main surface side of the semiconductor substrate, and a crystal point group of 1, 2, m, mm2, 4, 4 mm, A material having a crystal structure belonging to any of 3, 3 m, 6 and 6 mm, which is made of a polycrystalline film having spontaneous polarization and whose polarization axis direction is not parallel to the first main surface or the second main surface A polarizing material layer;
A solar battery cell.
前記分極材料層は、前記第2導電型半導体層上にパッシベーション膜を介して形成された請求項1に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 1, wherein the polarization material layer is formed on the second conductive semiconductor layer via a passivation film. 前記半導体基板の前記第2主面に、第1導電型半導体層を有し、
前記分極材料層は、前記第1導電型半導体層上にパッシベーション膜を介して形成された請求項1または2に記載の太陽電池セル。
A first conductivity type semiconductor layer on the second main surface of the semiconductor substrate;
The solar cell according to claim 1, wherein the polarization material layer is formed on the first conductive semiconductor layer via a passivation film.
前記分極材料層の外側面に、反射防止膜が形成された請求項2または3に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 2 or 3, wherein an antireflection film is formed on an outer surface of the polarization material layer. 前記パッシベーション膜は、シリコン酸化物、アルミニム酸化物、アモルファスシリコン膜のいずれか一つを含む請求項2から4のいずれか1項に記載の太陽電池セル。   The solar cell according to claim 2, wherein the passivation film includes any one of silicon oxide, aluminum oxide, and amorphous silicon film. 前記反射防止膜は水素添加されたシリコン窒化物である請求項4に記載の太陽電池セル。 The solar cell according to claim 4, wherein the antireflection film is hydrogenated silicon nitride. 前記分極材料層は前記第1主面に対して、c軸配向した酸化亜鉛系材料であって、酸素極性面を有する結晶粒と亜鉛極性面を有する結晶粒のどちらか一方が多い請求項1から6のいずれか1項に記載の太陽電池セル。 2. The polarization material layer is a zinc oxide-based material that is c-axis oriented with respect to the first main surface, and includes either one of crystal grains having an oxygen polar face and crystal grains having a zinc polar face. The solar battery cell according to any one of 1 to 6. 前記酸化亜鉛系材料はH、N、Al、Li、Mg、Mn、Co、Niのいずれか一つ以上が添加された請求項7に記載の太陽電池セル。 The solar cell according to claim 7, wherein the zinc oxide-based material is added with at least one of H, N, Al, Li, Mg, Mn, Co, and Ni. 相対向する第1および第2主面を有する第1導電型半導体基板の第1または第2主面に、前記第1導電型半導体基板と反対の導電型を有する第2導電型半導体層を形成する工程と、
前記第2導電型半導体層の少なくとも一部と接触する第1の電極を形成する工程と、
前記第1導電型半導体基板の第2主面の少なくとも一部と接触する第2の電極を形成する工程と、
前記第1導電型半導体基板に対し、pn分離を行い太陽電池セルを形成する工程とを含み、
前記第1または第2の電極を形成する工程に先立ち、前記第2導電型半導体層の前記第1主面側、または、前記半導体基板の第2主面側のうちの少なくとも一方に、結晶点群1,2,m,mm2,4,4mm,3,3m,6,6mmのいずれかに属する結晶構造を有する材料であって、自発分極を有し、その分極方向が前記第1主面または第2主面と平行でない多結晶膜からなる分極材料層を形成する工程を含む太陽電池セルの製造方法。
A second conductivity type semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the first conductivity type semiconductor substrate is formed on the first or second major surface of the first conductivity type semiconductor substrate having the first and second major surfaces facing each other. And a process of
Forming a first electrode in contact with at least a portion of the second conductivity type semiconductor layer;
Forming a second electrode in contact with at least a portion of the second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
Forming a solar cell by performing pn separation on the first conductivity type semiconductor substrate,
Prior to the step of forming the first or second electrode, a crystal point is formed on at least one of the first main surface side of the second conductivity type semiconductor layer or the second main surface side of the semiconductor substrate. A material having a crystal structure belonging to any of the groups 1, 2, m, mm2, 4, 4 mm, 3, 3 m, 6, 6 mm, and having spontaneous polarization, the polarization direction of which is the first main surface or A method for manufacturing a solar cell, comprising a step of forming a polarization material layer made of a polycrystalline film that is not parallel to the second main surface.
JP2014066904A 2014-03-27 2014-03-27 Solar battery cell and method of manufacturing the same Pending JP2015191967A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014066904A JP2015191967A (en) 2014-03-27 2014-03-27 Solar battery cell and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014066904A JP2015191967A (en) 2014-03-27 2014-03-27 Solar battery cell and method of manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015191967A true JP2015191967A (en) 2015-11-02

Family

ID=54426251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014066904A Pending JP2015191967A (en) 2014-03-27 2014-03-27 Solar battery cell and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015191967A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110289333A (en) * 2019-07-10 2019-09-27 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 A kind of solar cell, production method and photovoltaic module
CN116156905A (en) * 2023-04-21 2023-05-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 Functional layer, solar cell, and electricity device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09213987A (en) * 1996-02-01 1997-08-15 Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan Field-effect type photoelectric energy converter
JP2003078153A (en) * 2001-08-24 2003-03-14 Samsung Sdi Co Ltd Solar battery utilizing ferroelectric material
WO2011002086A1 (en) * 2009-07-03 2011-01-06 株式会社カネカ Crystalline silicon type solar cell and process for manufacture thereof
JP2011100845A (en) * 2009-11-05 2011-05-19 Panasonic Corp Solid-state imaging device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09213987A (en) * 1996-02-01 1997-08-15 Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan Field-effect type photoelectric energy converter
JP2003078153A (en) * 2001-08-24 2003-03-14 Samsung Sdi Co Ltd Solar battery utilizing ferroelectric material
WO2011002086A1 (en) * 2009-07-03 2011-01-06 株式会社カネカ Crystalline silicon type solar cell and process for manufacture thereof
JP2011100845A (en) * 2009-11-05 2011-05-19 Panasonic Corp Solid-state imaging device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110289333A (en) * 2019-07-10 2019-09-27 泰州隆基乐叶光伏科技有限公司 A kind of solar cell, production method and photovoltaic module
CN110289333B (en) * 2019-07-10 2022-02-08 江苏隆基乐叶光伏科技有限公司 Solar cell, production method and photovoltaic module
CN116156905A (en) * 2023-04-21 2023-05-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 Functional layer, solar cell, and electricity device
CN116156905B (en) * 2023-04-21 2023-10-03 宁德时代新能源科技股份有限公司 Functional layer, solar cell, and electricity device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230074411A1 (en) Solar cell, method for manufacturing solar cell, and solar cell module
JP6788144B1 (en) Solar cell module, solar cell and its manufacturing method
JP5440433B2 (en) Solar cell manufacturing method and film forming apparatus
KR102120147B1 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
TWI518937B (en) Manufacture of solar cells
JP2014011246A (en) Solar cell element and solar cell module
TWM527159U (en) Heterojunction solar cell
WO2012104997A1 (en) Solar cell, method for producing same, and solar cell module
JP2015191967A (en) Solar battery cell and method of manufacturing the same
JP5375414B2 (en) Solar cell and manufacturing method thereof
US9728669B2 (en) Solar cell and method of manufacturing the same
TWI650872B (en) Solar cell and its manufacturing method, solar cell module and solar cell power generation system
CN103367526A (en) Method for manufacturing rear side local contact silicon solar cell
TWM517422U (en) Heterojunction solar cell with local passivation
JP2015106585A (en) Method for manufacturing solar cell element and solar cell module
JP5452755B2 (en) Method for manufacturing photovoltaic device
US8647917B2 (en) Method of manufacturing solar cell
WO2011048656A1 (en) Method for roughening substrate surface, and method for manufacturing photovoltaic device
JP2012038915A (en) Solar battery and method of manufacturing the same
JP2013222794A (en) Solar cell manufacturing method
US20140230889A1 (en) Solar cell, method for manufacturing the same and solar cell module
JP2012023136A (en) Solar cell module and method of manufacturing the same
TWM517421U (en) Heterojunction solar cell
JP2016004916A (en) Solar battery and method of manufacturing the same
KR101442012B1 (en) Sollar cell and manufacturing process thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151026

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160822

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160906

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170228