JP2018201016A - ヘテロ接合型太陽電池の製造方法及びヘテロ接合型太陽電池 - Google Patents

ヘテロ接合型太陽電池の製造方法及びヘテロ接合型太陽電池 Download PDF

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Abstract

【課題】太陽電池の変換効率と生産性を向上させる。【解決手段】ヘテロ接合型太陽電池の製造方法及びヘテロ接合型太陽電池を開示する。製造方法は、ステップＳ１０１において基板を用意し、ステップＳ１０２において、基板の両側にそれぞれ真性層を堆積し、ステップＳ１０３において、基板の両側の前記真性層にそれぞれｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層を堆積し、ただし、ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層は少なくとも２層であり、且つｎ型ドープ層及び／又は前記ｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向におけるドープ濃度は漸次増加し、ステップＳ１０４において、ｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層にそれぞれ透明導電層及び電極層を順次形成する。【選択図】図１

Description

本出願は、出願番号が２０１７１０３７９４８９．１で、出願日が２０１７年５月２５日の中国特許出願の優先権を主張し、当該出願の全体が参照によりここに組み込まれる。
本発明は、新エネルギーの分野に関し、詳しく言えば、ヘテロ接合型太陽電池の製造方法及びヘテロ接合型太陽電池に関する。
科学技術が急速に発展するに伴って、結晶シリコン太陽電池の変換効率は高くなる一方である。中国は現在、分散型太陽光発電の普及に力を入れており、しかしながら、屋根を利用するのに限界があって、変換効率の高い太陽電池セルが求められている。これを背景に、効率が高く、エネルギー消費が少なく、製造プロセスがシンプルで、温度係数が低いなどの利点を有する単結晶ヘテロ接合型電池は、今後の数年間に大いに発展すると見込まれており、その効率向上は重要な課題になっている。
ヘテロ接合型（ＨＩＴ）電池におけるｐｎ構造は一般的に、ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｐ）（ｐ型ドープ層）／ａ−Ｓｉ（真性ｉ）／ｃ−Ｓｉ（単結晶シリコン）／ａ−Ｓｉ（真性ｉ）／ａ−Ｓｉ：Ｈ（ｎ）（ｎ型ドープ層）となっており、ｐｎ接合におけるビルトイン電界を強めるために、ドープ層のドープ濃度を高めるという手段が用いられるが、濃度が高くなると真性層への不純物の拡散が加速してしまい、結局真性層のパッシベーション効果が低下し、電池の変換効率が下がってしまう。
これに鑑み、どのようにして高いドープ濃度を保証しつつ、真性層への不純物の拡散による電池の変換効率低下を回避可能な太陽電池の製造方法及び太陽電池を提供するかは、当業者にとって解決すべき課題となっている。
本発明は、従来技術ではドープ濃度が高くなると、真性層のパッシベーション効果が低下し、電池の変換効率が下がってしまうという問題を解決すべく、ヘテロ接合型太陽電池の製造方法及びヘテロ接合型太陽電池を提供することを目的とする。
本発明は、ヘテロ接合型太陽電池の製造方法を提供し、当該方法において、基板を用意し、前記基板の両側にそれぞれ真性層を堆積し、前記基板の両側の前記真性層にそれぞれｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層を堆積し、ただし、前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層は少なくとも２層であり、且つ前記ｎ型ドープ層及び／又は前記ｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向におけるドープ濃度は漸次増加し、前記ｎ型ドープ層及び前記ｐ型ドープ層にそれぞれ透明導電層及び電極層を順次形成する。
好ましくは、前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向における厚さは漸次低減する。
好ましくは、前記基板上の前記真性層におけるｎ型ドープ層の堆積は、
気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／１〜２で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下であるという条件で、前記真性層に第１のｎ型ドープ層を堆積することと、
気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／２〜３で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が３ｎｍより大きく５ｎｍ以下であるという条件で、前記第１のｎ型ドープ層に第２のｎ型ドープ層を堆積することと、
気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／３〜４で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が１ｎｍ以上３ｎｍ以下であるという条件で、前記第２のｎ型ドープ層に第３のｎ型ドープ層を堆積することとを含む。
好ましくは、各前記ｎ型ドープ層を堆積する前に真空引きを行う。
好ましくは、前記基板上の前記真性層におけるｐ型ドープ層の堆積の条件は、気体体積流量比がＨ２／ＳｉＨ４／Ｂ２Ｈ６＝４〜１０／２／１〜４で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が４ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
好ましくは、前記真性層の堆積はＶＨＦ−ＰＥＣＶＤ法（超短波を用いたプラズマ化学気相成長法）で行われる。
好ましくは、前記真性層の堆積の条件は、気体体積流量比がＨ２／ＳｉＨ４＝０〜１０／１で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が２００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
好ましくは、前記基板の用意は、前記基板の表面に対するテクスチャリング及び／又は洗浄の前処理を含む。
本発明はさらに、基板と、真性層と、ｎ型ドープ層と、ｐ型ドープ層と、電極層とを含むヘテロ接合型太陽電池を提供し、前記真性層が前記基板の両側に設けられ、前記ｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層が前記基板の両側の前記真性層にそれぞれ設けられ、前記電極層が前記基板の両側の前記ｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層にそれぞれ設けられ、
前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層は少なくとも２層設けられ、且つ前記基板から離間する縦方向において、前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層における各層のドープ濃度は漸次増加する。
好ましくは、前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向における厚さは漸次低減する。
好ましくは、前記基板の前記真性層に設けられる前記ｎ型ドープ層は、前記真性層に近い側に設けられる第１のｎ型ドープ層と、前記第１のｎ型ドープ層に設けられる第２のｎ型ドープ層と、前記第２のｎ型ドープ層に設けられる第３のｎ型ドープ層とを含む。
好ましくは、前記第１のｎ型ドープ層の厚さの範囲は５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下で、前記第２のｎ型ドープ層の厚さの範囲は３ｎｍより大きく５ｎｍ以下で、前記第３のｎ型ドープ層の厚さの範囲は１ｎｍ以上３ｎｍ以下である。
好ましくは、前記基板の前記真性層に設けられる前記ｐ型ドープ層の厚さの範囲は４ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。
好ましくは、前記真性層の厚さの範囲は５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。
従来技術と比べて本発明は、以下の利点を有する。
本発明によるヘテロ接合型太陽電池の製造方法は、前記基板の両側の真性層にそれぞれｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層を堆積し、前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層を少なくとも２層とし、且つ前記ｎ型ドープ層及び／又は前記ｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向におけるドープ濃度を漸次増加させることにより、ヘテロ接合型太陽電池における高濃度のドープを実現しつつ、前記第１の真性層が不純物の浸入からの影響を受けないよう確保し、電界方向がｐｎ接合と一致するｎ／ｎ＋／ｎ＋＋電界を形成し、ｐｎ接合のビルトイン電界を強めることで、電池の変換効率向上という目的を達成するとともに、界面準位密度が高すぎるために電池セルの効率が低下し、ｐ型ドープ層とｎ型ドープ層が互いに接触できないことを回避するために、本発明は、前記基板の縦方向において堆積によってドープを行い、マスキング工程やドープが完了した後にさらにドープ層を一部除去する工程を必要とせず、すなわち前記基板の片側に堆積によってドープを行うとき、前記基板の他側に対してマスキングや遮蔽を行うことや、ドープが完了した後にドープ層を一部除去するなどの工程を行う必要がなく、片側への堆積が完了してからまた他側に堆積するだけでよいため、生産性を高めることができる。
本発明によるヘテロ接合型太陽電池の製造方法の実施例のフローチャートである。 本発明によるヘテロ接合型太陽電池の実施例の概略構造図である。 本発明によるヘテロ接合型太陽電池の実施例の他の概略構造図である。 本発明によるヘテロ接合型太陽電池の実施例のもう一つの概略構造図である。
本項では本発明の理解を深めるために、多くの細部について説明するが、本発明は必ずしもここに記載される方式で実施されるとは限らず、他にも多くの方式が可能であり、当業者は、本発明の精神に則りながら変形や均等な置換を行うこともでき、よって、本発明は、次に示す具体的な実施例に限定されない。
図１は、本発明によるヘテロ接合型太陽電池の製造方法の実施例のフローチャートを示す。図１によれば、当該製造方法は、ステップＳ１０１、ステップＳ１０２、ステップＳ１０３、及びステップＳ１０４を含む。
ステップＳ１０１において、基板を用意する。
ステップＳ１０１における基板は、ｎ型の単結晶シリコンウェーハであってもよい。なお、前記基板には金属不純物及び／又は油汚れなど電池の性能に影響を与えるものが存在する可能性があり、ヘテロ接合型太陽電池の性能を高めるためには、前記基板の表面に対してテクスチャリング及び／又は洗浄の前処理を行ってもよい。
本実施例では、次のステップに移行する前に、前記基板の表面に対して洗浄工程とテクスチャリング工程をそれぞれ行う。洗浄工程は前記基板の表面の油汚れ、金属不純物などを除去することができ、一般に、前記ウェーハの表面に存在する不純物は、油脂、ロジン、ワックス、エポキシ樹脂、ポリエチレングリコールなどの有機物、金属、金属イオンや一部の無機化合物、又は埃やその他の粒子（シリコン、炭化ケイ素）などを含む。
前記洗浄の方式は、物理洗浄及び化学洗浄を含んでもよい。
前記物理洗浄は、リンス洗浄やブラシ洗浄、高圧洗浄、又は超音波洗浄を含む。
リンス洗浄やブラシ洗浄は、粒子不純物とウェーハに付着するフィルムのほぼすべてを除去することができる。高圧洗浄とは、ノズルから液体をウェーハの表面に噴射することによる洗浄を指す。ノズルでの圧力は、数百の気圧に達する。高圧洗浄は噴射によって実現するため、ウェーハに傷や欠損が生じにくいが、噴射時に静電気を伴ってしまい、ノズルからウェーハまでの距離、ノズルの角度を調整することや、帯電防止剤を加えることで防止する必要がある。超声波洗浄とは、超声波を溶液の内部に伝送して、キャビテーションによる浸食でウェーハ上の異物を洗浄することを指す。ただし、パターンが施されたウェーハから１μｍより小さい粒子を除去するのが難しく、周波数を極超短波帯域に高めると洗浄の効果がより一層向上する。
化学洗浄とは、原子、イオンなど目に見えない異物を除去するための工程であって、溶媒抽出、硫酸、硝酸、王水、各種の混合酸などを用いる酸洗や、プラズマ洗浄など様々な方法がある。
超純水、有機溶媒、過酸化水素水、高濃度酸、強アルカリや高純度の中性洗浄剤などは化学洗浄剤として一般的に用いられ、このうち過酸化水素水を用いる場合、満足のいく効果を得ることができ、環境汚染も軽微である。一般的やり方は、まずＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２＝５：１か４：１という構成の酸性液体でウェーハを洗浄し、洗浄液の強い酸化作用は有機物を分解除去する。超純水でリンスし、そしてＨ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２：ＮＨ４ＯＨ＝５：２：１か５：１：１か７：２：１という構成のアルカリ洗浄液で洗浄し、Ｈ２Ｏ２の酸化作用とＮＨ４ＯＨの錯化作用により、多くの金属イオンが安定的な可溶性錯体を形成して水に溶解する。さらにＨ２Ｏ：Ｈ２Ｏ２：ＨＣｌ＝７：２：１か５：２：１という構成の酸性洗浄液を用いて洗浄し、Ｈ２Ｏ２の酸化作用と塩酸による溶解、そして塩素イオンの錯化作用により、多くの金属が水に溶解する錯イオンを形成し、これによって洗浄の目的を達成する。
なお、前記洗浄処理を実施する具体的な過程は、前記基板の表面状況に応じて設定することができ、例えば、洗浄の方式、洗浄剤のタイプ、洗浄時間、テクスチャリングに用いる混合液、テクスチャリング時間などは、いずれも基板の実際の状況に応じて設定することができる。
ウェーハを洗浄した後、ウェーハが再度汚染されることや、ウェーハの表面に洗浄の痕跡が残ることを防止するために、ウェーハを乾燥させる必要がある。一般的に、回転乾燥や高温空気か高温窒素ガスでウェーハを乾燥させるか、ウェーハの表面にイソプロパノールなどの揮発しやすい液体を塗布し、液体の迅速な揮発によりウェーハの表面を乾燥させるか、又は自然乾燥させる。
前記テクスチャリングは、基板の表面にピラミッド形の構造体を形成させて粗くすることで、基板の太陽光に対する吸収を向上させることができる。
前記テクスチャリング処理は、例えば、低濃度のアルカリ液におけるシリコンの異方性腐食を利用して、ウェーハの表面にピラミッド形の構造体を形成してもよい。テクスチャリングプロセスは、ＮａＯＨ、Ｎａ２ＳｉＯ３などの混合溶液において７５〜９０℃で２５〜３５ｍｉｎ反応させるのが一般的である。
なお、前記テクスチャリング処理を実施する具体的な過程、例えば、テクスチャリングに用いる混合液、テクスチャリング時間などは、いずれも前記基板の表面状況に応じて設定することができる。
ステップＳ１０２において、前記基板の両側にそれぞれ真性層を堆積する。
ステップＳ１０２を実施する具体的な過程は、前記基板にＶＨＦ−ＰＥＣＶＤ法（超短波を用いたプラズマ化学気相成長法）で真性層を堆積してもよく、例えば、４０ＭＨｚ超短波−プラズマ化学気相成長法を用いる。
堆積の条件は具体的に、気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４＝０〜１０／１で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が２００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であるように設定してもよい。本実施例において好ましくは、体積流量比をＨ２／ＳｉＨ４＝４／１とし、気圧を０．５ｍｂａｒとし、高周波出力を４００Ｗとし、堆積厚さを１０ｎｍとする。
なお、気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４＝０〜１０／１であるとは、反応チャンバに注入する水素ガスとシランの体積流量比の範囲を指すものであって、前記水素ガス（Ｈ２）の体積流量の範囲は０以上１０以下で、シラン（ＳｉＨ４）の体積流量は１である。
前記真性層の堆積をより明瞭に説明するために、本実施例では、前記基板の両側に第１の真性層及び第２の真性層をそれぞれ堆積し、すなわち、前記第１の真性層及び前記第２の真性層は縦方向において前記基板の両側に位置するとする。
ステップＳ１０３において、前記基板の両側の前記真性層にそれぞれｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層を堆積し、前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層は少なくとも２層とし、且つ前記ｎ型ドープ層及び／又は前記ｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向におけるドープ濃度は漸次増加する。
本実施例では、基板の両側を第１の側面と第２の側面と定義し、基板の第１の側面に第１の真性層を堆積し、基板の第２の側面に第２の真性層を堆積する。前記基板の両側の前記真性層にそれぞれｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層を堆積することは、すなわち、縦方向において、前記第１の真性層に前記ｎ型ドープ層を堆積し、前記第２の真性層に前記ｐ型ドープ層を堆積する。
ステップＳ１０３を実施する具体的な過程は、前記基板の両側の前記真性層にそれぞれ少なくとも２層のｎ型ドープ層及び／又は少なくとも２層のｐ型ドープ層を堆積することであり、すなわち、縦方向において前記第１の真性層に前記ｎ型ドープ層を堆積し、前記第２の真性層に前記ｐ型ドープ層を堆積し、且つ、ｎ型ドープ層は少なくとも２層とし、且つ／又は、ｐ型ドープ層は少なくとも２層とする。
本実施例では、前記第１の真性層に前記ｎ型ドープ層を３層堆積し、前記第２の真性層に前記ｐ型ドープ層を１層堆積し、具体的には以下のとおりである。
前記第１の真性層に第１のｎ型ドープ層を堆積し、堆積の条件は具体的に、気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／１〜２で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下である。本実施例において好ましくは、気体体積流量比をＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝６／２／１とし、気圧を０．８ｍｂａｒとし、高周波出力を１０００Ｗとし、堆積厚さを６ｎｍとする。
なお、気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／１〜２であるとは、前記水素ガス（Ｈ２）の体積流量の範囲が４以上１０以下で、前記シラン（ＳｉＨ４）の体積流量が２で、前記ホスフィン（ＰＨ３）の体積流量の範囲が１以上２以下であることを指す。
前記第１のｎ型ドープ層に第２のｎ型ドープ層を堆積し、堆積の条件は具体的に、気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／２〜３で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が８００Ｗ以上１２００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が３ｎｍより大きく５ｎｍ以下である。本実施例において好ましくは、気体体積流量比をＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝５／２／２とし、気圧を０．８ｍｂａｒとし、高周波出力を１０００Ｗとし、堆積厚さを４ｎｍとする。
なお、前記気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／２〜３であるとは、前記水素ガス（Ｈ２）的体積流量の範囲が４以上１０以下で、前記シラン（ＳｉＨ４）の体積流量が２で、前記ホスフィン（ＰＨ３）の体積流量の範囲が２以上３以下であることを指す。
前記第２のｎ型ドープ層に第３のｎ型ドープ層を堆積し、堆積の条件は具体的に、気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／３〜４で、気圧の範囲が０．６ｍｂａｒ以上１．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が８００Ｗ以上１２００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が１ｎｍ以上３ｎｍ以下である。本実施例において好ましくは、気体体積流量比をＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４／２／３とし、気圧を０．８ｍｂａｒとし、高周波出力を１０００Ｗとし、堆積厚さを２ｎｍとする。
なお、前記気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／３〜４であるとは、前記水素ガス（Ｈ２）の体積流量の範囲が４以上１０以下で、前記シラン（ＳｉＨ４）の体積流量が２で、前記ホスフィン（ＰＨ３）の体積流量の範囲が３以上４以下であることを指す。
なお、前記第１のｎ型ドープ層、第２のｎ型ドープ層及び第３のｎ型ドープ層を堆積するとき、反応チャンバに注入する気体の体積流量の大きさを制御することで、各ｎ型ドープ層を異なる濃度とすることができる。例えば、前記第１のｎ型ドープ層を堆積するとき、前記反応チャンバに注入する気体の体積流量比をＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝６／２／１とし、前記第２のｎ型ドープ層を堆積するとき、前記反応チャンバに注入する気体の体積流量比をＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝５／２／２とし、前記第３のｎ型ドープ層を堆積するとき、前記反応チャンバに注入する気体の体積流量比をＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４／２／３とする。すなわち、要するに、注入されるシランの量が一定であるという前提で、反応チャンバに注入する水素ガス（Ｈ２）とホスフィン（ＰＨ３）の体積流量を調整することで、ｎ型ドープ層のドープ濃度を制御する。
本実施例では、前記第１のｎ型ドープ層、第２のｎ型ドープ層及び第３のｎ型ドープ層を堆積する過程において、前記注入される気体の体積流量比は漸次増加し、すなわち、前記第１のｎ型ドープ層のドープ濃度は前記第２のｎ型ドープ層のドープ濃度より小さく、前記第２のｎ型ドープ層のドープ濃度は前記第３のｎ型ドープ層のドープ濃度より小さく、つまり、勾配を持たせてドープする。
本実施例では、注入される気体の体積流量比を調整することで、各ｎ型ドープ層のドープ濃度に対する制御を実現するが、各ｎ型ドープ層のドープ濃度に対する制御は、反応チャンバに注入する気体の質量パーセント濃度を調整することで実現することもでき、すなわち、縦方向において各層のｎ型ドープ層を堆積するとき、前記気体質量パーセント濃度を漸次増加させればよい。
本実施例では、ヘテロ接合型太陽電池にドープ層を堆積した後、その全体構造の占めるスペースを可能な限り低減するために、堆積される各層のｎ型ドープ層の厚さを前記基板から離間する縦方向において漸次低減させ、すなわち、前記第１のｎ型ドープ層の厚さは前記第２のｎ型ドープ層の厚さよりも大きく、前記第２のｎ型ドープ層の厚さは前記第３のｎ型ドープ層の厚さよりも大きい。例えば、本実施例では、前記第１のｎ型ドープ層の堆積厚さを６ｎｍとし、前記第２のｎ型ドープ層の堆積厚さを４ｎｍとし、前記第３のｎ型ドープ層の堆積厚さを２ｎｍとする。
なお、本実施例では、第１のｎ型ドープ層、第２のｎ型ドープ層及び第３のｎ型ドープ層を堆積する過程において、前記反応チャンバに反応気体を注入する前に、前記反応チャンバに対して真空引き処理を行って反応チャンバ内に気体が残留しないよう確保し、後続の堆積反応に影響を与えることを防止する。
本実施例では、前記第１の真性層における前記第１のｎ型ドープ層、第２のｎ型ドープ層及び第３のｎ型ドープ層の堆積が完了した後、前記基板を裏返して前記第２の真性層に前記ｐ型ドープ層を堆積する。
前記第２の真性層における前記ｐ型ドープ層の堆積の条件は、気体体積流量比がＨ２／ＳｉＨ４／Ｂ２Ｈ６＝６／２／１で、気圧の範囲が０．６ｍｂａｒ以上１．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が８００Ｗ以上１２００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が４ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。本実施例において好ましくは、気圧を０．８ｍｂａｒとし、高周波出力を１０００Ｗとし、堆積厚さを８ｎｍとする。
本実施例では、片側に複数層のｎ型ドープ層を形成し、その利点は以下のとおりである。
１．第１の真性層に、縦方向において複数層のｎ型ドープ層を順次堆積し、且つドープ濃度を漸次増加させることで、ヘテロ接合型太陽電池における高濃度のドープを実現しつつ、前記第１の真性層が不純物の浸入からの影響を受けないよう確保し、電界方向がｐｎ接合と一致するｎ／ｎ＋／ｎ＋＋電界を形成し、ｐｎ接合におけるビルトイン電界を強めることで、電池の変換効率向上という目的を達成することができる。
２．界面準位密度が高すぎるために電池セルの効率が低下し、ｐ型ドープ層とｎ型ドープ層が互いに接触できないことを回避するために、本発明は、前記基板の縦方向において堆積によってドープを行い、マスキング工程やドープが完了した後にさらにドープ層を一部除去する工程を必要とせず、すなわち前記基板の片側に堆積によってドープを行うとき、前記基板の他側に対してマスキングや遮蔽を行うことや、ドープが完了した後にドープ層を一部除去するなどの工程を行う必要がなく、片側への堆積が完了してからまた他側に堆積するだけでよいため、生産性を高めることができる。
なお、本発明によるヘテロ接合型太陽電池の製造方法は、実際のニーズに応じて、図２に示すように、前記第１の真性層にそれぞれ複数層のｎ型ドープ層を順次堆積し、前記第２の真性層に１層のｐ型ドープ層を堆積してもよく、又は図３に示すように、前記第１の真性層に１層のｎ型ドープ層を堆積し、前記第２の真性層にそれぞれ複数層のｐ型ドープ層を順次堆積してもよく、又は図４に示すように、前記第１の真性層に複数層のｎ型ドープ層を順次堆積し、前記第２の真性層に複数層のｐ型ドープ層を順次堆積してもよい。
前記第１の真性層と前記第２の真性層への堆積の条件は同じで、堆積構造も同一であり、第１と第２で区別するのは説明上の便宜を図るために過ぎず、二者への堆積の順序を限定するものではない。
堆積工程は片側への堆積を完了してからまた他側に堆積してもよく、堆積される層数も、複数層のドープ層の堆積方式（複数層のｎ型ドープ層及び／又は複数層のｐ型ドープ層）も実際のニーズに応じて設定することができる。
本実施例に関する上記の説明の中で挙げられた例は、本発明のヘテロ接合型太陽電池の製造過程を説明するためのものに過ぎず、堆積工程における各パラメータや方式などを具体的に限定するものではない。
ステップＳ１０４において、前記ｎ型ドープ層及び前記ｐ型ドープ層にそれぞれ透明導電層及び電極層を順次形成する。
すなわち、前記ｎ型ドープ層に透明導電層及び電極層を順次形成し、前記ｐ型ドープ層に透明導電層及び電極層を順次形成する。
ステップＳ１０４を実施する具体的な過程は、物理気相成長法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）によって前記ｎ型ドープ層及び前記ｐ型ドープ層にそれぞれ透明導電層を順次形成してもよい。
前記物理気相成長法は、真空蒸着、スパッタリング及びイオンプレーティングを含む。真空蒸着とは、ターゲット（成膜材料）を加熱して蒸発させる技術を指し、スパッタリングとは、一定のエネルギーを有する粒子を用いてターゲットに激しく衝突させて、原子をはじき出す技術を指し、イオンプレーティングとは、レーザを用いてターゲットを照射し、熱によってターゲットを蒸発させてプラズマ化させる技術を指す。
本実施例では、スパッタリングによって透明導電層（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ、ＴＣＯ）を堆積形成し、その利点は、ターゲットの材質に制限がなく、純度が高く、緻密性と結合性に優れることにある。
本実施例では、前記第３のｎ型ドープ層に前記透明導電層を堆積し、前記ｐ型ドープ層に前記透明導電層を堆積する。
透明導電層の堆積が完了した後、前記透明導電層に電極層を形成し、例えば、シルクスクリーン工程で実施してもよい。
ヘテロ接合型太陽電池においては、界面における再結合を抑えることにより、光励起キャリアの収集と輸送を促進して、電池セルの変換効率を高めることができる。高濃度のｎ型ドープの場合、ｐｎ結合におけるビルトイン電界を強めることができるが、高濃度のドープとともに大量の不純物が導入されて真性層に入ってしまい、真性層のパッシベーション効果を低下させる恐れがある。これに対して、本実施例では、真性層に接触する面（すなわち真性層に近い側）に低濃度でドープすることで、ｎ型ドープ層の不純物が真性層に浸入することを防止し、真性層のパッシベーション効果を保持し、電池の表面再結合を軽減する。これとともに、低濃度のドープ層に勾配を持たせて高濃度でドープを行い、すなわち真性層から離間する縦方向においてドープ濃度を漸次増加させることで、ｐｎ接合におけるビルトイン電界を効果的に強め、また透明導電層（ＴＣＯ）と接触するｎ型フィルム層に高濃度でドープすることで、ｎ型ドープ層と透明導電層の間の接触抵抗を低減して、キャリアの輸送能力を高め、そして電池の変換効率を高めることができる。
以上に本発明によるヘテロ接合型太陽電池の製造方法について実施例を用いて詳細に説明しており、次には、上記の説明を踏まえて本発明によるヘテロ接合型太陽電池の構造について具体的に説明する。
図２は、本発明によるヘテロ接合型太陽電池の実施例の概略構造図を示し、図２によれば、本発明によるヘテロ接合型太陽電池は、基板２０１と、真性層２０２と、ｎ型ドープ層２０３と、ｐ型ドープ層２０４と、透明導電層２０５と、電極層２０６とを含む。
真性層２０２が基板２０１の両側に設けられ、ｎ型ドープ層２０３及びｐ型ドープ層２０４がそれぞれ基板２０１の両側の真性層２０２に設けられ、電極層２０６が基板２０１の両側のｎ型ドープ層２０３及びｐ型ドープ層２０４にそれぞれ設けられ、
ｎ型ドープ層２０３及び／又はｐ型ドープ層２０４は少なくとも２層設けられ、且つ基板２０１から離間する縦方向において、ｎ型ドープ層２０３及び／又はｐ型ドープ層２０４の各層におけるドープ濃度は漸次増加する。
本実施例では、真性層２０２に複数層のｎ型ドープ層２０３が設けられるものを例に説明し、すなわち、真性層２０２に近い側に第１のｎ型ドープ層２０３１が設けられ、第１のｎ型ドープ層２０３１に第２のｎ型ドープ層２０３２が設けられ、第２のｎ型ドープ層２０３２に第３のｎ型ドープ層２０３３が設けられる。
本実施例の電池の構造をより明確に説明するために、真性層２０２の名称について定義し、すなわち基板２０１の縦方向における両側はそれぞれ第１の真性層２０２１及び第２の真性層２０２２とする。
第１の真性層２０２１に第１のｎ型ドープ層２０３１が設けられ、第１のｎ型ドープ層２０３１に第２のｎ型ドープ層２０３２が設けられ、第２のｎ型ドープ層２０３２に第３のｎ型ドープ層２０３３が設けられる。
第１のｎ型ドープ層２０３１の堆積厚さの範囲は５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下であり、本実施例において好ましくは、６ｎｍとする。
第２のｎ型ドープ層２０３２の堆積厚さの範囲は３ｎｍより大きく５ｎｍ以下であり、本実施例において好ましくは、４ｎｍとする。
第３のｎ型ドープ層２０３３の堆積厚さの範囲は１ｎｍ以上３ｎｍ以下であり、本実施例において好ましくは、２ｎｍとする。
第２の真性層２０２２にｐ型ドープ層２０４が設けられ、ｐ型ドープ層２０４の堆積厚さの範囲は１０ｎｍ以上６ｎｍ以下であり、本実施例において好ましくは、８ｎｍとする。
第１の真性層２０２１及び第２の真性層２０２２の堆積厚さの範囲は５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、本実施例において好ましくは、１０ｎｍとする。
以上に好ましい実施例を用いて本発明を開示したが、本発明がこれらの実施例に限定されず、当業者であれば、本発明の精神と範囲において変形や修正を行うこともできる。よって、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲に準拠すべきである。

Claims (14)

  1. ヘテロ接合型太陽電池の製造方法であって、
    基板を用意し、
    前記基板の両側にそれぞれ真性層を堆積し、
    前記基板の両側の前記真性層にそれぞれｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層を堆積し、ただし、前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層は少なくとも２層であり、且つ前記ｎ型ドープ層及び／又は前記ｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向におけるドープ濃度は漸次増加し、
    前記ｎ型ドープ層及び前記ｐ型ドープ層にそれぞれ透明導電層及び電極層を順次形成することを特徴とするヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
  2. 前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向における厚さは漸次低減す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。
  3. 前記基板上の前記真性層におけるｎ型ドープ層の堆積は、
    気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／１〜２で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下であるという条件で、前記真性層に第１のｎ型ドープ層を堆積することと、
    気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／２〜３で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が３ｎｍより大きく５ｎｍ以下であるという条件で、前記第１のｎ型ドープ層に第２のｎ型ドープ層を堆積することと、
    気体体積流量比の範囲がＨ２／ＳｉＨ４／ＰＨ３＝４〜１０／２／３〜４で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が１ｎｍ以上３ｎｍ以下であるという条件で、前記第２のｎ型ドープ層に第３のｎ型ドープ層を堆積することとを含む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。
  4. 各前記ｎ型ドープ層を堆積する前に真空引きを行うことを特徴とする請求項３に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
  5. 前記基板上の前記真性層におけるｐ型ドープ層の堆積の条件は、気体体積流量比がＨ２／ＳｉＨ４／Ｂ２Ｈ６＝４〜１０／２／１〜４で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が５００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が４ｎｍ以上１０ｎｍ以下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。
  6. 前記真性層の堆積はＶＨＦ−ＰＥＣＶＤ法（超短波を用いたプラズマ化学気相成長法）で行わ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。
  7. 前記真性層の堆積の条件は、気体体積流量比がＨ２／ＳｉＨ４＝０〜１０／１で、気圧の範囲が０．３ｍｂａｒ以上２．０ｍｂａｒ以下で、高周波出力の範囲が２００Ｗ以上２０００Ｗ以下で、堆積厚さの範囲が５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載のヘテロ接合型太陽電池の製造方法。
  8. 前記基板の用意は、前記基板の表面に対するテクスチャリング及び／又は洗浄の前処理を含む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。
  9. ヘテロ接合型太陽電池であって、
    基板と、真性層と、ｎ型ドープ層と、ｐ型ドープ層と、電極層とを含み、前記真性層が前記基板の両側に設けられ、前記ｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層が前記基板の両側の前記真性層にそれぞれ設けられ、前記電極層が前記基板の両側の前記ｎ型ドープ層及びｐ型ドープ層にそれぞれ設けられ、
    前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層は少なくとも２層設けられ、且つ前記基板から離間する縦方向において、前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層における各層のドープ濃度は漸次増加することを特徴とするヘテロ接合型太陽電池。
  10. 前記ｎ型ドープ層及び／又はｐ型ドープ層の各層の前記基板から離間する縦方向における厚さは漸次低減することを特徴とする請求項９に記載のヘテロ接合型太陽電池。
  11. 前記基板の前記真性層に設けられる前記ｎ型ドープ層は、前記真性層に近い側に設けられる第１のｎ型ドープ層と、前記第１のｎ型ドープ層に設けられる第２のｎ型ドープ層と、前記第２のｎ型ドープ層に設けられる第３のｎ型ドープ層とを含むことを特徴とする請求項１０に記載のヘテロ接合型太陽電池。
  12. 前記第１のｎ型ドープ層の厚さの範囲は５ｎｍより大きく１０ｎｍ以下で、前記第２のｎ型ドープ層の厚さの範囲は３ｎｍより大きく５ｎｍ以下で、前記第３のｎ型ドープ層の厚さの範囲は１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載のヘテロ接合型太陽電池。
  13. 前記基板の前記真性層に設けられる前記ｐ型ドープ層の厚さの範囲は４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載のヘテロ接合型太陽電池。
  14. 前記真性層の厚さの範囲は５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載のヘテロ接合型太陽電池。
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