JP2018110228A - ヘテロ接合型太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヘテロ接合型太陽電池は結晶シリコン基板110、本質単結晶シリコン層124、アモルファスシリコン層122、透明導電層130、2個の電極層141、142を有する。本質単結晶シリコン層124はアモルファスシリコン層122と結晶シリコン基板110に接触し、アモルファスシリコン層122と結晶シリコン基板110の間に位置する。本質単結晶シリコン層124とアモルファスシリコン層122の厚さはそれぞれ50ナノ以下で、しかも本質単結晶シリコン層124とアモルファスシリコン層122は共に、電子ビーム蒸着により形成される。透明導電層130はアモルファスシリコン層122上に形成される。2個の電極層141、142は透明導電層130上と結晶シリコン基板110上にそれぞれ形成され、結晶シリコン基板110はこの2個の電極層141、142の間に位置する。
【選択図】図4
Description
それは、光起電力効果(photovoltaic effect)を利用し、電気エネルギーを生み出すものである。
光線がシリコン系太陽電池に照射すると、シリコン系太陽電池は、光線中の一部の光子(photon)を吸収し、多数の電子とホールを発生する。
PNジャンクション(PN junction)が産生するビルトイン電場(built-in electric field)は、これら電子とホールを導引し、それぞれN型区とP型区へとドリフト(drift)させ、オープンサーキット電圧(open-circuit voltage)、即ち光電圧(photovoltage)を生じる。
そのため、いかにしてシリコン系太陽電池の効率を高めるかは、多くの製造会社(manufacturer)の主要な研究課題である。
続いて、酸液を利用し、第一平面を洗浄する。
その後、電子ビーム蒸着を行い、第一平面上に順番に本質単結晶シリコン層とアモルファスシリコン層を形成する。
本質単結晶シリコン層はアモルファスシリコン層と結晶シリコン基板に接触し、アモルファスシリコン層と結晶シリコン基板の間に位置する。
本質単結晶シリコン層の厚さは、5ナノ〜50ナノの間で、アモルファスシリコン層の厚さは、10ナノ〜100ナノの間である。
その後、透明導電層を、アモルファスシリコン層上に形成する。
続いて、透明導電層上に、第一電極層を形成し、第一電極層は、透明導電層の少なくとも一部分を露出する。
第二平面上には、第二電極層を形成し、結晶シリコン基板は、第一電極層と第二電極層の間に位置する。
第一電極層と第二電極層を形成した後、本質単結晶シリコン層、アモルファスシリコン層と結晶シリコン基板を、環境気体中に置き、高速熱アニーリングを行う。
環境気体は水素を含む。
該結晶シリコン基板を、該酸液に浸漬する時間は、2分〜5分の間である。
図1〜図4は、本発明ヘテロ接合型太陽電池の製造方法中の結晶シリコン基板構造の模式図、三層スタッキング構造の模式図、四層スタッキング構造の模式図及び多層スタッキング構造の模式図である。
それは、カッティング後或いは未カッティングのウエハ(wafer)である。
このウエハの組成は、単結晶シリコン(monocrystalline silicon)である。
よって、結晶シリコン基板110は、単結晶シリコン系基板である。
この他、結晶シリコン基板110はN型ドーピング(N-type doped)のウエハ或いはP型ドーピング(P-type doped)のウエハなどのドーピングされたウエハである。
結晶シリコン基板110は、第一平面111と第二平面112を有する。
第二平面112は、第一平面111に相対し、酸液は主に、第一平面111を洗浄する。
上述の酸液は、硝酸、酢酸及びフッ化水素酸を含む。
或いは、酸液は、硝酸、酢酸及びフッ化水素酸により構成され、酸液中の硝酸、酢酸及びフッ化水素酸の重量比は順番に23:14:4.5である。
酸液を利用して第一平面111を洗浄する方法は、結晶シリコン基板110を酸液に浸漬する方法を含む。
結晶シリコン基板110を酸液に浸漬する時間は、2分〜5分の間で、例えば、約2分或いは5分の間、酸液に浸漬する。
第一平面111上に順番に、本質単結晶シリコン層(intrinsic amorphous Si layer,i-a-Si layer)124とアモルファスシリコン層(doped amorphous Si layer)122を形成する。
よって、本質単結晶シリコン層124は、第一平面111上に形成され、アモルファスシリコン層122は、本質単結晶シリコン層124上に形成される。
すなわち、本質単結晶シリコン層124は、アモルファスシリコン層122と結晶シリコン基板110の間に位置し、アモルファスシリコン層122と結晶シリコン基板110に接触する。
本質単結晶シリコン層124の厚さは、5ナノ〜50ナノの間で、例えば10ナノである。
アモルファスシリコン層122の厚さは、10ナノ〜100ナノの間で、例えば20ナノである。
結晶シリコン基板110の厚さ(例えば200ミクロンμm)と比べると、本質単結晶シリコン層124とアモルファスシリコン層122は極めて薄い。
この他、結晶シリコン基板110のドーピングタイプは、アモルファスシリコン層122のドーピングタイプとは異なる。
つまり、結晶シリコン基板110がN型ドーピングである時、アモルファスシリコン層122はP型ドーピングである。
或いは、結晶シリコン基板110がP型ドーピングである時、アモルファスシリコン層122はN型ドーピングである。
この他、アモルファスシリコン層122と本質単結晶シリコン層124を形成する期間、アモルファスシリコン層122、本質単結晶シリコン層124及び結晶シリコン基板110はすべて、真空環境中に保持され、空気(air)或いは大気(atmosphere)に接触することはない。
例えば、アモルファスシリコン層122と本質単結晶シリコン層124は、同一のチャンバー(chamber)内で形成される。
即ち、本質単結晶シリコン層124と結晶シリコン基板110両者の形成は、もとの場所(in situ)である。
こうして、薄いアモルファスシリコン層122と本質単結晶シリコン層124は、空気或いは大気に晒され酸化(oxidation)することはない。
そのため、ヘテロ接合型太陽電池(HIT solar cell)の生産コスト低下に有利である。
透明導電層130は、酸化インジウムスズ層(Indium Tin Oxide layer,ITO layer)或いは酸化インジウム亜鉛層(Indium Zinc Oxide,IZO layer)である。
透明導電層130の厚さは、30ナノ〜200ナノの間で、例えば80ナノである。
透明導電層130は、スパッタリング(sputtering)或いは蒸着(evaporation)などの物理気相成長(Physical Vapor Deposition,PVD)により形成するが、電子蒸着とすることもできる。
上述のスパッタリングの背景圧力は、10-5トール〜10-6トールの間で、高真空に相当する。
さらに、アモルファスシリコン層122、本質単結晶シリコン層124と透明導電層130は、同一のチャンバー内で形成される。
即ち三者の形成は、もとの場所(in situ)である。
結晶シリコン基板110は、第一電極層141と第二電極層142の間に位置し、第二電極層142は、第一電極層141完成の後に形成される。
例えば、第一電極層141は、少なくとも1個の開口(opening)を有し、透明導電層130を露出する。
或いは、第一電極層141の形状はメッシュ状(mesh)で、これにより透明導電層130を露出する。
ヘテロ接合型太陽電池100は、結晶シリコン基板110、本質単結晶シリコン層124、アモルファスシリコン層122、透明導電層130、第一電極層141及び第二電極層142を有する。
ヘテロ接合型太陽電池100は、本質単結晶シリコン層124、アモルファスシリコン層122、透明導電層130、第一電極層141及び第二電極層142を有し、完成までは、真空環境中に保持され、空気と大気に接触することはない。
例えば、これら膜層はすべて同一のチャンバー内で形成され、即ちこれら膜層の形成はすべてもとの場所(in situ)である。
或いは、これら膜層はそれぞれ2個以上のチャンバー内で形成され、これらチャンバーの間は、フランジ(flange)を利用して相互に通じるため、これら膜層が形成されるまでは、空気或いは大気に接触することはない。
高速熱アニーリングの温度は、200℃〜400℃の間で、例えば220℃である。
或いは、高速熱アニーリングの温度は、400℃〜600℃の間で、例えば450℃である。
高速熱アニーリング後、ヘテロ接合型太陽電池100は基本的に完成である。
例えば、ダングリングボンド(dangling bond)は、チャージキャリア(charge carrier)が捕捉される確率を減らすことができる。
本実施形態中において、環境気体は窒素をさらに含む。
環境気体中において、窒素の濃度は、水素の濃度より高い。
他の実施形態中において、環境気体は、水素だけである。
この他、本質単結晶シリコン層とアモルファスシリコン層は、電子ビーム蒸着により形成されるため、従来の太陽電池が採用する化学気相蒸着に比べ、電子ビーム蒸着のコストは低い。
これにより、ヘテロ接合型太陽電池の生産コストを引き下げることができる。
110 結晶シリコン基板
111 第一平面
112 第二平面
122 アモルファスシリコン層
124 本質単結晶シリコン層
130 透明導電層
141 第一電極層
142 第二電極層
Claims (10)
- ヘテロ接合型太陽電池の製造方法であって、少なくとも以下を含み、
結晶シリコン基板を提供し、それは第一平面、前記第一平面に相対する第二平面を有し、
酸液を利用し前記第一平面を洗浄し、
電子ビーム蒸着を行い、前記第一平面上に順番に本質単結晶シリコン層とアモルファスシリコン層を形成し、前記本質単結晶シリコン層は、前記アモルファスシリコン層と前記結晶シリコン基板に接触し、前記アモルファスシリコン層と前記結晶シリコン基板の間に位置し、しかも前記本質単結晶シリコン層の厚さは、5ナノ〜50ナノの間で、前記アモルファスシリコン層の厚さは、10ナノ〜100ナノの間で、
透明導電層を、前記アモルファスシリコン層上に形成し、
前記透明導電層上には、電極層を形成し、前記第一電極層は、前記透明導電層の少なくとも一部分を露出し、
前記第二平面上には、第二電極層を形成し、前記結晶シリコン基板は、前記第一電極層と前記第二電極層の間に位置し、
前記第一電極層と前記第二電極層を形成した後、前記本質単結晶シリコン層、前記アモルファスシリコン層と前記結晶シリコン基板は、環境気体中で、高速熱アニーリングを行い、前記環境気体は水素を含む
ことを特徴とする、
ヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記酸液は、硝酸、酢酸及びフッ化水素酸により構成される
ことを特徴とする、
請求項1に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記酸液中の硝酸、酢酸及びフッ化水素酸の重量比は、23:14:4.5であることを特徴とする、
請求項2に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記酸液を利用し、前記第一平面を洗浄し、前記結晶シリコン基板を前記酸液に浸漬し、前記結晶シリコン基板を、前記酸液に浸漬する時間は、2分〜5分の間であることを特徴とする、
請求項1に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記高速熱アニーリングの温度は、200℃〜400℃の間である
ことを特徴とする、
請求項1に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記高速熱アニーリングの温度は、400℃〜600℃の間である
ことを特徴とする、
請求項1に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記透明導電層は、物理気相成長により形成され、
前記物理気相成長は、スパッタリングで、
前記スパッタリングの背景圧力は、10-5トール〜10-6トールの間である
ことを特徴とする、
請求項1に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記電子ビーム蒸着の背景圧力は、5×10-6トール以下である
ことを特徴とする、
請求項1に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記第一電極層と前記第二電極層は共に、電子ビーム蒸着により形成される
ことを特徴とする、
請求項1に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。 - 前記環境気体は窒素をさらに含み、前記環境気体中において、窒素の濃度は、水素の濃度より高い
ことを特徴とする、
請求項1に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
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