JP2017069462A - 太陽電池および太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】影がかかった場合において太陽電池モジュールに生じる発電性能の低下を抑制できる太陽電池およびそれを含む太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】ｎ型結晶性シリコン基板１に、ｎ型低ドープ領域１１と、そのｎ型低ドープ領域１１よりも高いｎ型のドーパント濃度を有する第１主面側高ドープ領域１２とを設ける。第１主面側高ドープ領域１２を、ｎ型低ドープ領域１１とｐ型非晶質シリコン層３との間に配置する。
【選択図】図２

Description

本開示は、太陽電池および太陽電池モジュールに関する。

従来、太陽電池モジュールとしては、特許文献１に記載されたバイパスダイオードを有するものがある。この太陽電池モジュールは、直列接続された複数の太陽電池ストリングと、直列接続された複数のバイパスダイオードとを備える。太陽電池ストリングは、直列接続された複数の太陽電池セルを有する。直列接続された２つの太陽電池ストリングで１つのユニットが構成される。各バイパスダイオードは、互いに異なる１つのユニット（以下、ストリングユニットという）に並列接続される。

太陽電池ストリング内の太陽電池セルに障害物の影がかかり、影の面積が大きくなると、その太陽電池セルを含むストリングユニットに並列接続されたバイパスダイオードに電流が流れる。このようにして、影がかかった太陽電池を含むストリングユニットがバイパスされ、太陽電池モジュールの出力がゼロになることを防止している。

特開２０１３−１５７４５７号公報

上記特許文献１の太陽電池モジュールでは、ある太陽電池に影がかかった場合、その太陽電池を含むストリングユニットがバイパスされるため、そのストリングユニット内の全ての太陽電池が発電に寄与しない。したがって、該ストリングユニット内の影がかかっていない太陽電池の発電まで妨げられ、発電性能が大きく低下する。

本開示の目的は、影がかかった場合において太陽電池モジュールに生じる発電性能の低下を抑制できる太陽電池セルおよびそれを含む太陽電池モジュールを提供することにある。

本開示の一態様である太陽電池は、第１導電型のシリコン基板と、シリコン基板の第１主面側に位置する第２導電型の非晶質シリコン層と、を備え、シリコン基板は、第１導電型にドーピングされた低ドープ領域と、低ドープ領域と非晶質シリコン層との間に設けられ、低ドープ領域よりも高い第１導電型のドーパント濃度を有する第１主面側高ドープ領域とを有する。

尚、上記「シリコン基板の第１主面側に位置する第２導電型の非晶質シリコン層」という要件は、第２導電型の非晶質シリコン層がシリコン基板の第１主面側に接触する場合に満たされる。また、上記「シリコン基板の第１主面側に位置する第２導電型の非晶質シリコン層」という要件は、第２導電型の非晶質シリコン層が、例えば真性半導体層等の層をシリコン基板の第１主面との間に挟んだ状態でシリコン基板の第１主面に対向する場合にも満たされる。

本開示の一態様である太陽電池によれば、影がかかった場合において太陽電池モジュールに生じる発電性能の低下を抑制できる。

第１実施形態の太陽電池モジュールの主要部を示す模式構成図である。 前記太陽電池モジュールの太陽電池の模式断面図である。 前記太陽電池の電圧−電流特性の１試験例を示すグラフである。 参考例の太陽電池の一部構造を示す模式断面図である。 第１実施形態の太陽電池における図４に対応する模式断面図である。 参考例の太陽電池モジュールの主要部を示す模式構成図である。 第２実施形態の太陽電池主要部の模式断面図である。 第３実施形態の太陽電池主要部の模式断面図である。 第３実施形態の変形例での太陽電池主要部の模式断面図である。 第４実施形態の太陽電池の模式断面図である。 第４実施形態の変形例での太陽電池の模式断面図である。

以下に、本開示に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。また、実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは現物と異なる場合がある。本明細書において「略＊＊」との記載は、略全域を例に挙げて説明すると、全域はもとより実質的に全域と認められる場合を含む意図である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の太陽電池モジュール５０の主要部を示す模式構成図である。

図１に示すように、この太陽電池モジュール５０は、６つの太陽電池ストリング２０と、３つのバイパスダイオード３０とを備える。６つの太陽電池ストリング２０は、直列接続される。太陽電池ストリング２０は、配線材１６によって直列接続された１２の太陽電池１０を有する。３つのバイパスダイオード３０は、直列接続される。直列接続された２つの太陽電池ストリングで１つのユニット（以下、ストリングユニットという）２２が構成される。各バイパスダイオード３０は、互いに異なる１つのストリングユニット２２に並列接続される。

尚、図１に破線Ａで示す流れは、太陽電池１０の発電により生じた電流の流れである。また、図１に斜線で示す１つの太陽電池１０ｋは、図示しない障害物により影がかかった太陽電池である。影がかかった太陽電池１０ｋが生じた場合での太陽電池モジュール５０の発電機構については、図３等を参照して後で詳述する。

図２は、太陽電池１０の模式断面図である。図２に示すように、この太陽電池１０は、第１導電型としてのｎ型の結晶性シリコン基板（以下、ｎ型シリコン基板という）１と、第１ｉ型非晶質シリコン層２と、第２導電型としてのｐ型の非晶質シリコン層（以下、ｐ型非晶質シリコン層という）３と、第２ｉ型非晶質シリコン層４と、ｎ型非晶質シリコン層５とを備える。ｎ型シリコン基板１は、ｎ型多結晶シリコン基板であってもよいが、好ましくはｎ型単結晶シリコン基板である。

第１ｉ型非晶質シリコン層２は、ｎ型シリコン基板１の第１主面上に設けられる。また、ｐ型非晶質シリコン層３は、ｎ型シリコン基板１の第１主面側に設けられる。詳しくは、ｐ型非晶質シリコン層３は、第１ｉ型非晶質シリコン層２のｎ型シリコン基板１側とは反対側に設けられる。第２ｉ型非晶質シリコン層４は、ｎ型シリコン基板１の第２主面上に設けられる。ｎ型非晶質シリコン層５は、第２ｉ型非晶質シリコン層４のｎ型シリコン基板１側とは反対側に設けられる。

第１ｉ型非晶質シリコン層２、ｐ型非晶質シリコン層３、第２ｉ型非晶質シリコン層４およびｎ型非晶質シリコン層５は、光生成キャリアの再結合を抑制する機能を有する。これらのシリコン層２,３,４,５は、化学気相成長法（ＣＶＤ）特にプラズマＣＶＤ法により好適に成膜される。シリコン層２,３,４,５の成膜に使用する原料ガスとしては、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆等のシリコン含有ガス、またはそれらのガスとＨ₂を混合したものが好適に用いられる。ｐ型またはｎ型非晶質シリコン層３,５を形成するためのドーパントガスとしては、例えばＢ₂Ｈ₆またはＰＨ₃等が好適に用いられる。ＰやＢといった不純物の添加量は微量でよく、ＳｉＨ₄やＨ₂等との混合ガスを用いることもできる。

第１および第２ｉ型非晶質シリコン層２,４は、ｉ型水素化非晶質シリコン層（ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）であることが好ましく、ｐ型非晶質シリコン層３は、ｐ型水素化非晶質シリコン層（ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）であることが好ましい。また、ｎ型非晶質シリコン層５は、ｎ型水素化非晶質シリコン層（ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）であることが好ましい。ｉ型ａ-Ｓｉ：Ｈ層は、ＳｉＨ₄をＨ₂で希釈した原料ガスを用いたＣＶＤ法により成膜できる。ｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈ層の成膜には、ＳｉＨ₄にＢ₂Ｈ₆を添加して水素希釈した原料ガスが使用される。ｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈ層の成膜には、Ｂ₂Ｈ₆の代わりにＰＨ₃を含む原料ガスが使用される。尚、各非晶質シリコン層２〜５は必ずしも水素化される必要はない。また、各半導体層の成膜法は特に限定されない。

図２に示すように、ｎ型シリコン基板１は、低ドープ領域１１と、第１主面側高ドープ領域１２とを有する。低ドープ領域１１は、ｎ型にドーピングされる。また、第１主面側高ドープ領域１２は、低ドープ領域１１とｐ型非晶質シリコン層３との間に設けられ、低ドープ領域１１よりも高いｎ型のドーパント濃度を有する。低ドープ領域１１および第１主面側高ドープ領域１２のｎ型ドーパント濃度については、図３を参照して後述する。第１主面側高ドープ領域１２は、低ドープ領域１１のｐ型非晶質シリコン層３側の全面に設けられる。第１主面側高ドープ領域１２は、低ドープ領域１１よりも多くのｎ型ドーパントがドーピングされたｎ⁺領域である。低ドープ領域１１および第１主面側高ドープ領域１２の夫々は、イオン注入法、熱拡散法、プラズマドープ法またはエピタキシャル成長法等を用いて形成される。ｎ型ドーパントとしては、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等が用いられ、特にＰが好適に用いられる。Ｐは、ＰＯＣｌ₃ガスを混ぜて熱処理を行うことによって欠陥生成を抑制した状態で好適にドープされる。イオン注入法を用いる場合、イオン注入で生じた欠陥を低減するため高温アニールやRTA（Rapid ThermalAnnealing）を併用するのが好ましい。

第１主面側高ドープ領域１２を形成するのに熱拡散法又はプラズマドープ法を用いた場合は、ｎ型シリコン基板１の低ドープ領域１１から離れるにしたがって濃度が徐々に高くなる濃度勾配が形成される。エピタキシャル成長法を用いた場合は、例えば熱拡散法を用いた場合と比べて低ドープ領域１１と第１主面側高ドープ領域１２との境界位置でドーパント濃度を急峻に上昇させることができ、また第１主面側高ドープ領域１２の全体でドーパント濃度を均一化し易い。

太陽電池１０は、ｎ型非晶質シリコン層５側から光を受光することが想定される。図２に示すように、太陽電池１０は、受光側とは反対側の裏面側でｐ型非晶質シリコン層３上に透明導電層６および裏側集電極７をこの順に備える。また、太陽電池１０は、受光側である表側でｎ型非晶質シリコン層５上に透明導電層８および表側集電極９をこの順に備える。透明導電層６は、ｐ型非晶質シリコン層３の裏面の略全域に形成され、透明導電層８は、ｎ型非晶質シリコン層５の表側面の略全域に形成される。各透明導電層６,８は、透光性及び導電性を有する。各透明導電層６,８は、例えばＩｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、又はＴｉＯ₂などの金属酸化物で構成される。これらの金属酸化物に、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｗ、Ｓｂ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｇａなどのドーパントがドープされてもよい。

裏側および表側集電極７,９は、例えば、多数のフィンガー部と、フィンガーよりも少ない本数のバスバー部とを含むパターンで導電性ペーストをスクリーン印刷して形成される。裏面側集電極７は、表側集電極９よりも大面積に形成されることが好ましく、裏面側集電極７のフィンガー部は表側集電極９のフィンガー部よりも多く形成されるのが好ましい。なお、電極の構造は特に限定されないので、例えば裏面側集電極を、透明導電層上の略全域に形成した金属層で構成してもよい。

太陽電池１０は、ｎ型非晶質シリコン層５側から光を受光することが想定されるが、太陽電池は、ｐ型非晶質シリコン層側から光を受光してもよい。また、太陽電池は、ｐ型非晶質シリコン層側およびｎ型非晶質シリコン層側の両方から光を受光してもよい。ｎ型シリコン基板１の第１主面側を非光入射面とすると好ましい。というのは、高ドープ領域では、キャリアの移動度が小さくなる。したがって、高ドープ領域を光入射面とすると、高ドープ領域内で発生したキャリアが再結合し易いため、照射される光の強さに関係する短絡光電流密度が低下する。高ドープ領域を、光入射面と逆の面にすることによって短絡光電流密度の低下を抑制できる。

図３は、太陽電池１０の電圧−電流特性の１試験例を示すグラフである。この試験例では、低ドープ領域１１にドープしたＰのドープ濃度の平均は１．８×１０¹⁵ｃｍ^-3程度である。図３において、実線ｆは、第１主面側高ドープ領域１２にドープしたＰの濃度平均が１×１０¹⁸ｃｍ^-3である場合の電圧−電流特性を示す。また、点線ｇは、第１主面側高ドープ領域１２にドープしたＰの濃度平均が５×１０¹⁸ｃｍ^-3である場合の電圧−電流特性を示す。また、一点鎖線ｒは、第１主面側高ドープ領域１２にドープしたＰの濃度平均が１×１０¹⁹ｃｍ^-3である場合の電圧−電流特性を示す。また、実線ｈは、ｎ型シリコン基板を低ドープ領域だけで構成して第１主面側高ドープ領域を設けなかった参考例の太陽電池の電圧−電流特性を示す。

実線ｈで示すように、第１主面側高ドープ領域を設けなかった参考例の太陽電池の場合、電圧降下が１５Ｖまで増大しても電流が流れなかった。一方、実線ｆに示す太陽電池の場合、電圧降下が２Ｖ程度以上になると電流が序々に流れ、電流値は最終的に３Ａあたりで収束した。また、Ｐの濃度平均が５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上である点線ｇおよび一点鎖線ｒで示す場合、電圧降下が１.５Ｖ以上になると電流が急激に流れはじめた。そして、電流が６Ａ流れた場合に電圧降下が略２Ｖ以下になるという良好な電圧−電流特性が得られた。

図４は、参考例の太陽電池１１０の一部構造を示す模式断面図である。太陽電池１１０は、Ｐの平均ドープ濃度が１×１０¹⁴〜１×１０¹⁶ｃｍ^-3であるｎ型結晶性シリコン基板１０１を有する。太陽電池１１０は、ｎ型結晶性シリコン基板１０１上にｉ型非晶質シリコン層１１１とｐ型非晶質シリコン層１１２とをこの順に積層してなる構造を有する。また、図５は、本実施形態の太陽電池１０における図４に対応する模式断面図である。太陽電池１０は、低ドープ領域１１および第１主面側高ドープ領域１２を有するｎ型シリコン基板１を有する。太陽電池１０では、ｎ型シリコン基板１上にｉ型非晶質シリコン層１１とｐ型非晶質シリコン層１２とをこの順に積層してなる構造を有する。参考例の太陽電池１１０は、低ドープ領域および第１主面側高ドープ領域がｎ型結晶性シリコン基板１０１に設けられなくてｎ型結晶性シリコン基板１０１が一定のｎ型ドーパント濃度を有する点が太陽電池１０と異なる。

太陽電池１０の発電性能は、参考例の太陽電池１１０の発電性能と同等であることが確かめられている。尚、本実施形態の変形例の太陽電池の発電性能や以下の実施形態およびその変形例で説明する太陽電池の発電性能が、参考例の太陽電池１１０の発電性能と同等であることも確かめられている。

図６は、参考例の太陽電池モジュール１５０の主要部を示す模式構成図である。太陽電池モジュール１５０は、太陽電池１０の代わりに図４に示す太陽電池１１０を使用している点のみが、本実施形態の太陽電池モジュール５０と異なる。以下、図１に示す本実施形態の太陽電池モジュール５０で影がかかった太陽電池１０が生じた場合の発電性能を、参考例の太陽電池モジュール１５０で影がかかった太陽電池１１０が生じた場合の発電性能と比較する。参考例の太陽電池モジュール１５０においても、直列接続された２つの太陽電池ストリング１２０でストリングユニット１２２が構成される。各バイパスダイオード１３０は、互いに異なる１つのストリングユニット１２２に並列接続される。

図６に示す参考例の太陽電池モジュール１５０において影が１つの太陽電池１１０ｋにかかったとする。この場合、図３の参考例ｈに示すように太陽電池１１０ｋに電流が流れるためには過大な電圧降下が必要になる。よって、この場合、図６に示すように、電流がストリングユニット１２２に並列接続されたバイパスダイオード１３０を流れ、太陽電池１１０ｋを有するストリングユニット１２２がバイパスされる。したがって、電流が図６に矢印Ｄで示す点線上の経路を流れて、そのストリングユニット２２０内の斜線領域にある２４の太陽電池１１０が発電に寄与しない。よって、大きな出力損失が発生する。

これに対し、図１に示す本実施形態の太陽電池モジュール５０において影が１つの太陽電池１０ｋにかかったとする。この場合、図３の点線ｇに示すように、電流が小さな電圧の降下で太陽電池１０ｋ内を急激に流れるようになる。したがって、太陽電池モジュール５０を流れる電流は一般的にそれほど大きくないので、上記小さな電圧と上記それほど大きくない電流との積で表される太陽電池１０ｋでの消費電力が小さく抑えられる。よって、ストリングユニット２２内において影がかかっていない太陽電池１０ｋ以外の大多数の太陽電池１０が発電を行うことを考慮すると、本実施形態の太陽電池モジュール５０では、参考例の太陽電池モジュール１５０との比較で出力損失が大幅に低減される。尚、本実施形態の場合でも、各ストリングユニット２２に１つのバイパスダイオード３０が並列接続される。これは同一のストリングユニット２２内にある複数の太陽電池１０に影がかかった場合、その同一のストリングユニット２２をバイパスした方が、出力損失を低減できる場合があるからである。

第１実施形態によれば、ｎ型シリコン基板１内にｎ型低ドープ領域１１とそれよりも高いドーパント濃度を有するｎ型第１主面側高ドープ領域１２とを設け、ｎ型第１主面側高ドープ領域１２がｎ型低ドープ領域１１とｐ型非晶質シリコン層３との間に設けられる。低い電圧降下で影がかかった太陽電池１０ｋ内にも電流を流すことができる。よって、太陽電池１０に影がかかった場合に生じる太陽電池モジュール５０の発電性能の低下を抑制できる。

尚、上記第１実施形態では、ｎ型シリコン基板１の第１主面側に第１ｉ型非晶質シリコン層２とｐ型非晶質シリコン層３とをこの順に積層して再結合を抑制する層（以下、再結合抑制層という）を形成する場合について説明した。また、第１ｉ型非晶質シリコン層２がｉ型水素化非晶質シリコン層（ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）であると好ましく、ｐ型非晶質シリコン層３がｐ型水素化非晶質シリコン層（ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）であることが好ましいと言及した。しかし、ｎ型シリコン基板１の第１主面側にそれらの層以外の再結合抑制層を形成してもよい。ｎ型シリコン基板１の第１主面側には、それらの層含む下記（１）〜（６）より選択される材料からなる再結合抑制層を好適に形成できる。（１）ｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈ、（２）ｐ型ａ-ＳｉＣ：Ｈ、（３）ｉ型若しくはｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈと高濃度のｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈとの積層体（ｉ型若しくはｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈ／高濃度のｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈの積層体）、（４）ｉ型若しくはｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈ／高濃度のｐ型水素化微結晶シリコン（ｐ型μｃ-Ｓｉ：Ｈ）の積層体、（５）ｉ型若しくはｐ型ａ-ＳｉＣ：Ｈ／高濃度のｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈの積層体、（６）ｉ型若しくはｐ型ａ-ＳｉＣ：Ｈ／高濃度のｐ型μｃ-Ｓｉ：Ｈの積層体。また、これ以外のｐ型層を含む再結合抑制層、例えば水素化されていないｐ型層を含む再結合抑制層を形成することもできる。ここで、上記「高濃度」とは「ｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈ／高濃度のｐ型ａ-Ｓｉ：Ｈの積層体」を例に挙げて説明すると、前者に比べて後の後者のドーパント濃度が高いことを意味する。即ち、当該記載はドーパント量が異なる２つの層を積層した構造であることを意味する。

尚、ｎ型シリコン基板１の第２主面側に第２ｉ型非晶質シリコン層４とｎ型非晶質シリコン層５とをその順に積層して再結合抑制層を形成する場合について説明した。また、第２ｉ型非晶質シリコン層４がｉ型水素化非晶質シリコン層（ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）であると好ましく、ｎ型非晶質シリコン層５がｎ型水素化非晶質シリコン層（ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）であることが好ましいと言及した。しかし、ｎ型シリコン基板１の第２主面側にそれらの層以外の再結合抑制層を形成してもよい。ｎ型シリコン基板１の第２主面側には、それらの層含む下記（７）〜（１２）より選択される材料からなる再結合抑制層を好適に形成できる。（７）ｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈ、（８）ｎ型ａ-ＳｉＣ：Ｈ、（９）ｉ型若しくはｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈと高濃度のｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈとの積層体（ｉ型若しくはｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈ／高濃度のｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈの積層体）、（１０）ｉ型若しくはｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈ／高濃度のｎ型水素化微結晶シリコン（ｎ型μｃ-Ｓｉ：Ｈ）の積層体、（１１）ｉ型若しくはｎ型ａ-ＳｉＣ：Ｈ／高濃度のｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈの積層体、（１２）ｉ型若しくはｎ型ａ-ＳｉＣ：Ｈ／高濃度のｎ型μｃ-Ｓｉ：Ｈの積層体。また、これ以外のｎ型層を含む再結合抑制層、例えば水素化されていないｎ型層を含む再結合抑制層を形成することもできる。ここで、上記「高濃度」とは「ｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈ／高濃度のｎ型ａ-Ｓｉ：Ｈの積層体」を例に挙げて説明すると、前者に比べて後の後者のドーパント濃度が高いことを意味する。即ち、当該記載はドーパント量が異なる２つの層を積層した構造であることを意味する。

また、ｎ型シリコン基板１の第１および第２主面側にある再結合抑制層上に保護層を形成しない例について説明した。しかし、ｎ型シリコン基板１の第１および第２主面側にある再結合抑制層の少なくとも一方上に保護層を形成してもよい。保護層は、例えば再結合抑制層の損傷を抑制し光の反射を抑制する機能を有する。保護層は、光透過性が高い材料から構成されることが好ましく、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、又は酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）等から構成されることが好適である。

また、ｎ型シリコン基板１の表面には、テクスチャ構造（図示せず）が設けられてもよい。テクスチャ構造とは、表面反射を抑制してｎ型シリコン基板１の光吸収量を増大させるための表面凹凸構造であって、例えば受光面のみ、又は受光面と裏面の両方に形成される。テクスチャ構造は、アルカリ性溶液を用いて単結晶シリコン基板の（１００）面を異方性エッチングすることで形成でき、単結晶シリコン基板の表面に（１１１）面を斜面としたピラミッド形状の凹凸構造が形成される。テクスチャ構造の凹凸の高さは、例えば１μｍ〜１５μｍである。

また、各層１〜５,１１,１２の層厚を、仕様によって適宜変動できるのは言うまでもない。例えば、ｎ型シリコン基板１の厚さは、５０μｍ〜３００μｍとでき、ｎ型第１主面側高ドープ領域１２の厚さは、５００ｎｍ以下とできる。また、ｎ型シリコン基板１の第１および第２主面側にある再結合抑制層の夫々の厚さは、１ｎｍ〜５０ｎｍ、好ましくは２ｎｍ〜１５ｎｍとできる。

また、低ドープ領域１１の表面ドープ濃度が１×１０¹⁴〜１×１０¹⁶ｃｍ^-3であり、第１主面側高ドープ領域１２でのＰの表面ドープ濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上である場合に好適な結果が得られた。しかし、低ドープ領域および第１主面側高ドープ領域の表面ドープ濃度は、これらの値に限らない。これは、表面ドープ濃度が低ドープ領域１１よりも大きい第１主面側高ドープ領域１２を形成することによって、本願発明の効果が得られるためである。第１主面側高ドープ領域１２の平均ドープ濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3より小さい場合でも、例えば、低ドープ領域１１の表面ドープ濃度が１×１０¹⁵ｃｍ^-3以上、より好ましくは５×１０¹⁵ｃｍ^-3以上であれば、２Ｖ程度の小さな電圧降下で電流が流れる。したがって、その場合でも、図３のｈに示す１５Ｖの電圧降下まで電流が流れなかった参考例との比較においてトンネル効果が格段に起こり易くなる。よって、その場合でも、仕様によっては太陽電池に影がかかった場合に生じる太陽電池モジュールの出力損失を抑制できる。

また、第１主面側高ドープ領域１２を、低ドープ領域１１のｐ型非晶質シリコン層３側の全面に設けた例について説明した。しかし、第１主面側高ドープ領域を、低ドープ領域のｐ型非晶質シリコン層側の一部表面に設けてもよい。例えば、第１主面側高ドープ領域を厚さ方向に略直交する方向の両端部のみに設けてもよく、又は該略直交する方向の中央部のみに設けてもよい。

また、第１導電型がｎ型で第２導電型がｐ型である例について説明した。しかし、第１導電型がｐ型で第２導電型がｎ型であってもよい。

また、太陽電池モジュール５０が、６つの太陽電池ストリング２０を備え、太陽電池ストリング２０が、１２の太陽電池１０を有する例について説明した。しかし、太陽電池モジュールは、６以外の数の太陽電池ストリングを有してもよく、各太陽電池ストリングが、１２以外の数の太陽電池を有してもよい。また、直列接続された２つの太陽電池ストリング２０からなるストリングユニット２２に１つのバイパスダイオード３０を並列接続する例について説明した。しかし、直列接続された２以外の数（１も含む）の太陽電池ストリングからなるストリングユニットに１つのバイパスダイオードを並列接続してもよい。また、太陽電池モジュールは、バイパスダイオードを有さなくてもよい。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態の太陽電池２１０の主要部における模式断面図である。図７では、透明導電層及び集電極は、図示を省略する。第２実施形態の太陽電池では、第１実施形態の太陽電池の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。第２実施形態の太陽電池では、第１実施形態の太陽電池と共通の作用効果および変形例については説明を省略し、第１実施形態の太陽電池と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行う。

第２実施形態では、ｎ型結晶性シリコン基板２０１が、低ドープ領域１１および第１主面側高ドープ領域１２に加えて、第２主面側高ドープ領域２１３を有する点が、第１実施形態とは異なる。

第２主面側高ドープ領域２１３は、ｎ型結晶性シリコン基板２０１の第２主面側に設けられる。第２主面側高ドープ領域２１３は、低ドープ領域１１とｎ型非晶質シリコン層５との間に設けられる。第２主面側高ドープ領域２１３は、低ドープ領域１１のｎ型非晶質シリコン層５側の全面に設けられる。

第２主面側高ドープ領域２１３は、低ドープ領域１１よりも高いｎ型平均ドーパント濃度を有する。第２主面側高ドープ領域２１３のｎ型平均ドープ濃度は、第１主面側高ドープ領域１２のｎ型平均ドープ濃度と同一でも異なっていてもよい。第２主面側高ドープ領域２１３のｎ型平均ドープ濃度は、適宜変動できるが好ましくは１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上である。

第２主面側高ドープ領域２１３の層厚は、第１主面側高ドープ領域１２の層厚と同一でも異なっていてもよい。第２主面側高ドープ領域２１３の層厚は、仕様によって適宜変動できる。第２主面側高ドープ領域２１３の層厚は、例えば２００ｎｍ以下とできる。ｎ型結晶性シリコン基板２０１におけるｎ型非晶質シリコン層５側（第２主面側）にｎ型高ドープ領域を設けると、光生成キャリアの再結合が抑制されて出力の向上が得られる。

第２実施形態によれば、低ドープ領域１１とｎ型非晶質シリコン層５との間に低ドープ領域１１よりも表面ドーパント濃度が高い第２主面側高ドープ領域２１３が設けられるので、光生成キャリアの再結合を抑制できて出力を増大できる。特に、第１主面側高ドープ領域１２のｎ型表面ドープ濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に設定され、第２主面側高ドープ領域２１３のｎ型表面ドープ濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3以上に設定されると好ましい。この場合、影がかかった太陽電池１０ｋが生じた場合の太陽電池モジュール５０の出力低下の抑制効果と、光生成キャリアの再結合の抑制効果とを共に顕著に発揮できるからである。

第２実施形態では、第２主面側高ドープ領域２１３が、低ドープ領域１１のｎ型非晶質シリコン層５側の全面に設けられる例について説明した。しかし、第２主面側高ドープ領域は、低ドープ領域のｎ型非晶質シリコン層側の一部表面のみに設けられてもよい。例えば、第２主面側高ドープ領域を厚さ方向に略直交する方向の両端部のみに設けてもよく、又は該略直交する方向の中央部のみに設けてもよい。又は、面内に点在していてもよい。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態の太陽電池３１０の主要部における模式断面図である。図８では、透明導電層及び集電極は、図示を省略する。第３実施形態の太陽電池３１０では、第２実施形態の太陽電池２１０の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。第３実施形態の太陽電池３１０では、第１および第２実施形態の太陽電池１０,２１０と共通の作用効果および変形例については説明を省略する。第３実施形態の太陽電池３１０では、第１および第２実施形態１０,２１０の太陽電池と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行う。

第３実施形態では、ｎ型結晶性シリコン基板３０１がｎ型低ドープ領域１１、第１主面側高ドープ領域１２および第２主面側高ドープ領域２１３を備える点が、第２実施形態と同等である。一方、第３実施形態では、ｎ型結晶性シリコン基板３０１がｎ型低ドープ領域１１の両側面を覆うように設けられた第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂを備える点が、第２実施形態と異なる。

図８に示すように、ｎ型結晶性シリコン基板３０１は、ｎ型低ドープ領域１１の厚さ方向に略直交する方向の一方側に第１側方高ドープ領域３１４ａを有する。また、ｎ型結晶性シリコン基板３０１は、ｎ型低ドープ領域１１の上記略直交する方向の他方側に第２側方高ドープ領域３１４ｂを有する。第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂの夫々は、ｎ型結晶性シリコン基板３０１の厚さ方向に延在する。第１側方高ドープ領域３１４ａは、上記略直交する方向の一方側で第１主面側高ドープ領域１２と第２主面側高ドープ領域２１３とを連結する。また、第２側方高ドープ領域３１４ｂは、上記略直交する方向の他方側で第１主面側高ドープ領域１２と第２主面側高ドープ領域２１３とを連結する。

第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂの夫々は、低ドープ領域１１よりも高いｎ型平均ドーパント濃度を有する。第１側方高ドープ領域３１４ａのｎ型平均ドーパント濃度は、第１主面側高ドープ領域１２および第２主面側高ドープ領域２１３のうちの１以上の領域のｎ型平均ドーパント濃度と同一であってもよい。また、第１側方高ドープ領域３１４ａのｎ型平均ドーパント濃度は、それら全ての領域１２,２１３のｎ型平均ドーパント濃度と異なってもよい。また、第２側方高ドープ領域３１４ｂのｎ型平均ドーパント濃度は、第１主面側高ドープ領域１２、第２主面側高ドープ領域２１３および第１側方高ドープ領域３１４ａのうちの１以上の領域のｎ型平均ドーパント濃度と同一であってもよい。また、第２側方高ドープ領域３１４ｂのｎ型平均ドーパント濃度は、それら全ての領域１２,２１３,３１４ａのｎ型平均ドーパント濃度と異なってもよい。第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂの夫々が、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上のｎ型平均ドーパント濃度を有すると好ましい。第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂの夫々における基板厚さ方向に垂直な方向の層厚は、仕様によって適宜変動できる。第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂの夫々における基板厚さ方向に垂直な方向の層厚は、例えば２００ｎｍ以下にできる。

第３実施形態によれば、ｎ型結晶性シリコン基板３０１の両側面が第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂで覆われるので、ｎ型結晶性シリコン基板３０１の両側面の表面再結合を低減でき、発電性能を向上できる。

また、ｎ型結晶性シリコン基板３０１の低ドープ領域１１を取り囲むようにｎ型高ドープ領域が設けられるので、各高ドープ領域１２,２１３,３１４ａ,３１４ｂを、ＰＯＣｌ₃ガスを使用した熱拡散等で低ドープ領域１１の周囲に同時かつ容易に形成できる。したがって、太陽電池３１０の製造工数を低減できてサイクルタイムを短縮できる。この場合、高ドープ領域１２,２１３,３１４ａ,３１４ｂ全てが１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上で同一のｎ型平均ドーパント濃度を有すると好ましい。

尚、第３実施形態では、第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂが、ｎ型低ドープ領域１１の両側面を覆うように設けられる例について説明した。しかし、側方高ドープ領域は、ｎ型低ドープ領域１１の片側側面のみに設けられてもよい。

また、第１および第２側方高ドープ領域３１４ａ,３１４ｂが、第１主面側高ドープ領域１２と第２主面側高ドープ領域２１３とを連結する例について説明した。しかし、少なくとも１つの側方高ドープ領域は、第１主面側高ドープ領域と第２主面側高ドープ領域とを連結しなくてもよい。少なくとも１つの側方高ドープ領域が、低ドープ領域の側面の一部のみに設けられてもよい。また、第２主面側高ドープ領域が存在しない場合に側方高ドープ領域を低ドープ領域の側面の少なくとも一部に設けてもよい。また、図９すなわち第３実施形態の変形例での太陽電池４１０の主要部の模式断面図に示すように、ｎ型シリコン基板４０１の第１主面側の中央部にｎ型高ドープ領域を設けなくてもよい。図９に示すように、第１主面側高ドープ領域がｎ型シリコン基板４０１の厚さ方向に略直交する方向の両端部のみに設けられてもよい。尚、図９では、透明導電層及び集電極の図示は省略されている。

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態の太陽電池５１０の模式断面図である。第４実施形態の太陽電池５１０では、第１実施形態の太陽電池１０と共通の作用効果および変形例については説明を省略し、第１実施形態の太陽電池１０と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行う。

第４実施形態の太陽電池５１０では、ｎ型結晶性シリコン基板５０１の第１主面側にｐ型半導体層５５０およびｎ型半導体層５６０が設けられる点が、第１〜第３実施形態と異なる。

図１０に示すように、太陽電池５１０は、ｎ型結晶性シリコン基板（以下、単に基板という）５０１と、基板５０１の第１主面上に形成されたｐ型半導体層５５０及びｎ型半導体層５６０を備える。ｐ型半導体層５５０とｎ型半導体層５６０は、互いに厚さ方向に重なる部分を有し、重なり部分の厚さ方向の間には絶縁層５７０が設けられる。基板５０１の受光面とは、基板５０１の第１主面の反対側の面に該当する。太陽電池５１０は、ｎ型低ドープ領域５１１と、ｎ型第１主面側高ドープ領域５１２とを有する。ｎ型第１主面側高ドープ領域５１２は、ｎ型低ドープ領域５１１よりも高いｎ型平均ドープ濃度を有する。ｎ型第１主面側高ドープ領域５１２は、ｎ型低ドープ領域５１１の受光面側とは反対側の全面に形成される。

ｎ型第１主面側高ドープ領域５１２の一部は、ｎ型低ドープ領域５１１とｐ型半導体層５５０との間に設けられる。ｐ型半導体層５５０は、例えば第１実施形態で説明したｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層との積層構造で構成される。ｐ型半導体層５５０を、上記（１）〜（６）より選択される材料からなる再結合抑制層で構成してもよい。

ｎ型第１主面側高ドープ領域５１２の他の一部は、ｎ型低ドープ領域５１１とｎ型半導体層５６０との間に設けられる。ｎ型半導体層５６０は、例えば第１実施形態で説明したｉ型非晶質シリコン層とｎ型非晶質シリコン層との積層構造で構成される。ｎ型半導体層５６０を、好ましくは上記（７）〜（１２）より選択される材料からなる再結合抑制層で構成してもよい。

ｐ型半導体層５５０の基板５０１側とは反対側にはｐ側電極５８０が設けられる。ｐ側電極５８０は、ｐ型半導体層５５０上に設けられた透明導電層と、透明導電層上に設けられた集電極とからなる。また、ｎ型半導体層５６０の基板５０１側とは反対側にはｎ側電極５９０が設けられる。ｎ側電極５９０は、ｎ型半導体層５６０上に設けられた透明導電層と、透明導電層上に設けられた集電極とからなる。ｐ側電極５８０およびｎ側電極５９０の両方を基板５０１の受光面側とは反対側に配置することによって、遮光損失を抑制している。

各透明導電層の材質および製造方法としては、第１実施形態で説明した材質および製造方法を好適に使用できる。各集電極は、導電性ペーストを用いて形成されてもよいが、好ましくは電解めっきにより形成される。前記裏側および表側集電極は、例えばＮｉ、Ｃｕ、Ａｇ等の金属から構成され、Ｎｉ層とＣｕ層との積層構造であってもよく、耐食性を向上させるために最表面に錫（Ｓｎ）層を有してもよい。透明導電層および集電極の好適な積層構造としては、透明導電層としての酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）と集電極としてのＣｕの積層構造がある。

ｐ側電極５８０とｎ側電極５９０は、互いに接触しておらず電気的に分離されている。太陽電池５１０はｎ型結晶性シリコン基板５０１の裏面側のみに形成された一対の電極を備える。発電領域で発生した正孔はｐ側電極により収集され、電子はｎ側電極により収集される。

ｐ型半導体層５５０とｎ型半導体層５６０は、いずれもｎ型結晶性シリコン基板５０１の裏面上に積層され、当該裏面上にはｐ型領域とｎ型領域とが形成される。ｐ型領域とｎ型領域は、例えば一の方向に交互に配置され、互いに噛み合う平面視櫛歯状パターンで形成される。図１０に示す例では、ｐ型半導体層５５０の一部がｎ型半導体層５６０の一部の上に重なって、ｎ型結晶性シリコン基板５０１の裏面上に各半導体層（ｐ型領域、ｎ型領域）が隙間なく形成される。ｐ型半導体層５５０とｎ型半導体層５６０が重なる部分には絶縁層５７０が設けられる。絶縁層５７０は、例えば酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は酸窒化ケイ素等から構成される。各層や各領域において、ドーパント濃度、層厚および各層の製造法は、仕様によって適宜変動される。濃度、層厚、各層の製造法は、第１実施形態およびその変形例で説明したものを採用できる。

第４実施形態によれば、低ドープ領域５１１の受光面側とは反対側の全面に形成された第１主面側高ドープ領域５１２の一部が、ｎ型低ドープ領域５１１とｐ型半導体層５５０との間に位置する。また、第１主面側高ドープ領域５１２の他の一部が、ｎ型低ドープ領域５１１とｎ型半導体層５６０との間に位置する。したがって、低ドープ領域５１１の受光面側とは反対側に１つの高ドープ領域５１２を設けるだけで、第２実施形態の第１および第２主面側高ドープ領域１２,２１３に対応する層を一度に形成できる。よって、影がかかった太陽電池が生じた場合の太陽電池モジュールの出力低下の抑制効果と、光生成キャリアの再結合の抑制効果とを簡易に獲得できる。

第４実施形態では、ｎ型低ドープ領域５１１の全面に第１主面側高ドープ領域５１２を設ける例について説明した。しかし、ｎ型低ドープ領域の全面に第１主面側高ドープ領域を設けなくてもよい。図１１は、第４実施形態の変形例の太陽電池６１０の模式断面図である。この変形例では、第４実施形態の構成部と同一な構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。図１１に示すように、この変形例では、第１主面側高ドープ領域６１２がｎ型結晶性シリコン基板６０１におけるｎ型低ドープ領域６１１とｐ型半導体層５５０との間の一部のみに設けられる。この変形例のように、第１主面側高ドープ領域６１２をｎ型低ドープ領域６１１とｎ型半導体層５６０との間に設けなくても、影がかかった太陽電池６１０が生じた場合の太陽電池モジュールの出力低下を抑制できる。尚、第１主面側高ドープ領域を、ｎ型結晶性シリコン基板におけるｎ型低ドープ領域とｐ型半導体層との間の全域に設ける一方、ｎ型結晶性シリコン基板におけるｎ型低ドープ領域とｎ型半導体層との間に全く設けないようにしてもよい。また、第１主面側高ドープ領域を、ｎ型結晶性シリコン基板におけるｎ型低ドープ領域とｐ型半導体層との間の全域に設けるとともに、ｎ型結晶性シリコン基板におけるｎ型低ドープ領域とｎ型半導体層との間の一部のみに設けてもよい。また、第１主面側高ドープ領域を、ｎ型結晶性シリコン基板におけるｎ型低ドープ領域とｐ型半導体層との間の一部のみに設けるとともに、ｎ型結晶性シリコン基板におけるｎ型低ドープ領域とｎ型半導体層との間の一部のみに設けてもよい。

１、 ２０１、 ３０１、 ４０１、 ５０１、 ６０１ ｎ型シリコン基板、 ２ 第１ｉ型非晶質シリコン層、 ３ ｐ型非晶質シリコン層、 ４ 第２ｉ型非晶質シリコン層、 ５ ｎ型非晶質シリコン層、 １０、 ２１０、 ３１０、 ４１０、 ５１０、 ６１０ 太陽電池、 １１、 ５１１、 ６１１ 低ドープ領域、 １２、 ５１２、 ６１２ 第１主面側高ドープ領域、 ２０ 太陽電池ストリング、 ３０ バイパスダイオード、 ５０ 太陽電池モジュール、 ２１３ 第２主面側高ドープ領域、 ３１４ａ 第１側方高ドープ領域、 ３１４ｂ 第２側方高ドープ領域、 ５５０ ｐ型半導体層、 ５６０ ｎ型半導体層。

Claims (10)

1. 第１導電型のシリコン基板と、
   前記シリコン基板の第１主面側に位置する第２導電型の非晶質シリコン層と、
   を備え、
   前記シリコン基板は、前記第１導電型にドーピングされた低ドープ領域と、前記低ドープ領域と前記非晶質シリコン層との間に設けられ、前記低ドープ領域よりも高い前記第１導電型のドーパント濃度を有する第１主面側高ドープ領域とを有する、太陽電池。
2. 請求項１に記載の太陽電池において、
   前記シリコン基板の第２主面側に位置する前記第１導電型の非晶質シリコン層を備え、
   前記シリコン基板は、前記低ドープ領域と前記第１導電型の非晶質シリコン層との間に設けられ、前記低ドープ領域よりも高い前記第１導電型のドーパント濃度を有する第２主面側高ドープ領域を有する、太陽電池。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池において、
   前記シリコン基板は、前記シリコン基板の厚さ方向に延在する側面を覆うように設けられ、前記低ドープ領域よりも高い前記第１導電型のドーパント濃度を有する側方高ドープ領域を有する、太陽電池。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つに記載の太陽電池において、
   前記第１主面側高ドープ領域が、前記シリコン基板の厚さ方向に略直交する方向の両端部に設けられる、太陽電池。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つに記載の太陽電池において、
   前記第１主面側高ドープ領域における表面ドーパント濃度が、１×１０¹⁸／ｃｍ^-3以上である、太陽電池。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つに記載の太陽電池において、
   前記低ドープ領域は、ｎ型結晶性シリコンからなり、
   前記第１主面側高ドープ領域は、前記低ドープ領域よりも多くのｎ型ドーパントがドーピングされたｎ⁺領域である、太陽電池。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つに記載の太陽電池において、
   前記シリコン基板の前記第１主面側は、非光入射面である、太陽電池。
8. 請求項１に記載の太陽電池において、
   前記シリコン基板の前記第１主面側に、前記第２導電型の非晶質シリコンに前記シリコン基板の厚さ方向に略直交する方向に隣り合う第１導電型の非晶質シリコン層を更に備える、太陽電池。
9. 直列接続された請求項１乃至８のいずれか１つに記載の太陽電池を複数備える、太陽電池モジュール。
10. 請求項９に記載の太陽電池モジュールにおいて、
    前記複数の太陽電池に含まれる直列接続された２以上の前記太陽電池に並列接続されたバイパスダイオードを備える、太陽電池モジュール。

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