JP2018531522A6 - 太陽電池素子、その製造方法及びそれからなる太陽電池パック - Google Patents
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Abstract
本発明は太陽電池素子を開示し、積み重ねて設置されたウィンド層(4)と、ベース層(5)と、エミッタ層(6)と、パッシベーション層(8)とを含み、太陽電池素子上に間隔をあけて設置されたN型接点アレイ(12)とP型接点アレイ(13)が設置され、N型接点がエミッタ層とパッシベーション層を貫通し、P型接点がパッシベーション層を貫通し、N型接点の開口端の横断面の面積がその底部の横断面の面積より大きい。本発明の太陽電池素子を直列接続してなる太陽電池パックによると、太陽電池素子のN型接点の形状を変えることで、側立面にパッシベーション層を形成しにくい問題を解決し、工程の難度を低下し、パッシベーション材料の使用を減少することができる。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
本発明は、太陽電池技術分野に関し、特に、太陽電池素子及びそれが直列接続された太陽電池パックに関し、本発明はさらに太陽電池素子の製造方法に関する。
関連出願
この出願は、2015年10月19日に出願された出願番号が201510679909.9で、発明名称が「太陽電池素子、その製造方法及びそれからなる太陽電池パック」である中国特許出願の優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
この出願は、2015年10月19日に出願された出願番号が201510679909.9で、発明名称が「太陽電池素子、その製造方法及びそれからなる太陽電池パック」である中国特許出願の優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
太陽エネルギーは無尽蔵なエネルギー源である。見積もりによると、一年に地球に照射される太陽エネルギーは1兆3700億トンの標準石炭による熱量に相当し、現在世界で一年内に各種のエネルギー源を利用して発生させているエネルギーの約二万倍を超える。我が国において、約2/3の地域で太陽エネルギーリソースを良好に利用することができ、また太陽エネルギーによる発電は地域の制限を受けず、太陽光発電システムのモジュール化を実現して、電力を消費する箇所付近に装着することができ、送電網から離れた地域において、給電や配電コストを低減し、給電設備の信頼性を増加させることができる。現在、薄膜太陽電池は、光吸収層の原料使用量が少なく、その内部材料は数マイクロメートルあれば太陽光を電気エネルギーに変換させることができる。
半導体ヘテロ接合太陽電池は、エネルギーバンド構造の異なる2種類の半導体材料からなり、接触面でエネルギーバンドが湾曲又は突然変異して、内部電界を形成して、光起電効果によって半導体で発生された電荷キャリアの分離のために条件を提供した。半導体材料の種類が多いので、ヘテロ接合太陽電池を構成する材料も色々選択することができる。現在、半導体ヘテロ接合太陽電池は主に、アモルファスシリコン/単結晶シリコンヘテロ接合電池、InGaP/GaAsヘテロ接合電池、CdS/CdTeヘテロ接合電池、有機体ヘテロ接合、AlGaAs/GaAsヘテロ接合電池等を含む。フッ酸(HF)で実現したエピタキシャルリフトオフ(ELO)技術をGaAsエピタキシャル層とベースとの分離に適用し、n型ドープベース層とp+型ドープエミッタ層が接触してp−n層が発生される。光がp−n層付近で吸収されて電子正孔対を発生する時、ヘテロ接合の内蔵電界でホールをp+型ドープ側に移動させて電子をn型ドープ側へ移動させる。光発生キャリアの変移によってp+型ドープ側とn型ドープ側との間に電位差が発生して、光起電効果を形成する。ヒ化ガリウム(GaAs)薄膜太陽電池は、今の薄膜電池において光電変換効率が最も高い電池であって、且つ軽量で、フレキシブル化可能性等の特徴を有するので、応用の先行きは非常に広く、そして、効率的であるという特徴を有するので、同条件で小さい受光面積で高い出力電力を有し、消費材の電池に適用可能である。
今、主に有機金属化学気相成長法(MOCVD)の方法でGaAs基板上に電池層を成長させて光起電素子を形成し、その後、エピタキシャルリフトオフ(ELO)技術で、電池層を剥離し、複数の光起電素子のN型電極の接点を互いに接続し、及びP+型電極の接点を互いに接続して、高い電流を出力する光電変換ブロックを形成し、又はN型接点とP型接点とを互いに接続して、高い出力電圧を有する光電変換ブロックを形成する。しかし、バック接点式GaAs電池の製造中に、ドライ又はウェットエッチング方法を利用して、円柱状の溝を異方性エッチングして接点を製造しなければならない。円柱状の溝の側立面は電池に垂直なので、後続のパッシベーション層製造中に、パッシベーション材料が円柱状の溝の側立面に堆積、付着しにくく、穴が発生しやすく、側立面に付着したパッシベーション層の厚みが薄く、均一でない等の問題が存在し、電極製造中に正負極が短絡する問題が発生してしまう。同時に、適切な円柱形側立面のパッシベーション層の厚みに達するため、かなり長い時間、電池表面のパッシベーション処理を行わなければならず、工程時間及び原料の使用量が増加する。そして、GaAs材料層を過度に露出するので、暗電流が増加し、一方、ベース電極とP型AlGaAsとの接触を防止するため、大きいベース電極の溝が必要であり、これにより暗電流がさらに増加してしまう。よって、小さいベース電極溝が必要であるが、小さい電極溝にすると、溝側壁のパッシベーション層の製造難度及びベース電極の製造難度が増大してしまう。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、既存の太陽電池のN型接点が円柱状であり側立面にパッシベーション層が形成されにくいことである。そのため、太陽電池素子のN型接点の形状を変えることで側立面にパッシベーション層が形成されにくい問題を解決し、工程難度を低減し、パッシベーション材料の使用を減少することができる太陽電池素子及びこのような太陽電池素子が直列接続された太陽電池パックを提供する。
積み重ねて設置されたウィンド層と、ベース層と、エミッタ層と、パッシベーション層と、を含み、間隔をあけて設置されたN型接点アレイとP型接点アレイとが設置され、前記N型接点が前記エミッタ層とパッシベーション層とを貫通し、前記P型接点が前記パッシベーション層を貫通し、
前記エミッタ層とパッシベーション層との間に設置された界面層をさらに含み、前記N型接点が前記エミッタ層、界面層、及びパッシベーション層を貫通して前記ベース層を露出させ、前記P型接点が前記パッシベーション層を貫通して前記界面層を露出させる太陽電池素子を提供する。
前記エミッタ層とパッシベーション層との間に設置された界面層をさらに含み、前記N型接点が前記エミッタ層、界面層、及びパッシベーション層を貫通して前記ベース層を露出させ、前記P型接点が前記パッシベーション層を貫通して前記界面層を露出させる太陽電池素子を提供する。
前記N型接点の開口端の横断面の面積が、その底部横断面の面積より大きい。
前記N型接点が逆円錐台状であることが好ましい。
前記N型接点の側壁と水平面との夾角である鋭角αが5°≦α≦85°である。
前記N型接点の側壁の外側に前記パッシベーション層が延長してなる側壁パッシベーション層が設置されている。
隣り合うN型接点アレイとP型接点アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量は偶数で、前記太陽電池素子の中心線の一方の側に設置される接点アレイ組のN型接点アレイとP型接点アレイがそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のP型接点アレイとN型接点アレイと鏡像配列される。
隣り合うN型接点アレイとP型接点アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量が奇数で、中央接点アレイ組の中心線の一方の側に設置されたN型接点アレイとP型接点アレイとがそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のP型接点アレイとN型接点アレイと鏡像配列される。
前記N型接点アレイと前記P型接点アレイとが等間隔に設置される。
前記太陽電池素子がヒ化ガリウム薄膜太陽電池である。
前記太陽電池素子が、前記ウィンド層の前記ベース層から離れる側に設置された反射防止コーティング層をさらに含む。
少なくとも二つの上述した太陽電池素子を含み、隣り合う前記太陽電池素子の対応する位置のN型接点アレイとP型接点アレイとが電気的に接続されて直列接続を形成する直列接続された太陽電池パックを提供する。
隣り合う前記太陽電池素子の対応する位置のN型接点アレイとP型接点アレイとが電極接続線を介して電気的に接続されて直列接続を形成する。
各前記太陽電池素子とそれに隣り合う太陽電池素子とが逆平行に設置される。
ここで、逆平行に設置されたとは、前記太陽電池素子の隣り合う太陽電池素子が前記太陽電池素子を180°回転させて得られたものであることを指し、該二つの素子は両端が整列していても、両端が整列していなくてもよい。
前記太陽電池素子のN型接点アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のP型接点アレイとが電極接続線を介して電気的に接続されて、P型接点アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のN型接点アレイとが電極接続線を介して電気的に接続される。
S1、ベース上に順にバッファ層、徐放層、ウィンド層、ベース層、エミッタ層、界面層を形成するステップと、
S2、エッチングして前記界面層とエミッタ層を貫通するアレイ状に分布された複数の逆円錐台状の溝を形成するステップであって、但し、前記逆円錐台状の溝の底部がベース層で、前記逆円錐台状の溝の側壁と水平面との夾角である鋭角αは5°≦α≦85°であるステップと、
S3、ステップS2に基づいてパッシベーション層を形成し、マスキング工程によって逆円錐台状の溝の内部に確保したN型接点の位置を覆うことで、界面層の上方にパッシベーション層を形成して、逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層を形成するステップであって、但し、前記側壁パッシベーション層と前記ベース層との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成されるステップと、
S4、エッチングして前記パッシベーション層を貫通する、アレイ状に分布される、底部が界面層である複数のエミッタ電極溝を形成するステップと、
S5、前記逆円錐台状のベース電極溝の内部にN型接点を形成し、前記エミッタ電極溝の内部にP型接点を形成するステップと、
S6、ベース、バッファ層、徐放層を剥離して除去して太陽電池素子を得るステップと、を含む太陽電池素子の製造方法を提供する。
S2、エッチングして前記界面層とエミッタ層を貫通するアレイ状に分布された複数の逆円錐台状の溝を形成するステップであって、但し、前記逆円錐台状の溝の底部がベース層で、前記逆円錐台状の溝の側壁と水平面との夾角である鋭角αは5°≦α≦85°であるステップと、
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S4、エッチングして前記パッシベーション層を貫通する、アレイ状に分布される、底部が界面層である複数のエミッタ電極溝を形成するステップと、
S5、前記逆円錐台状のベース電極溝の内部にN型接点を形成し、前記エミッタ電極溝の内部にP型接点を形成するステップと、
S6、ベース、バッファ層、徐放層を剥離して除去して太陽電池素子を得るステップと、を含む太陽電池素子の製造方法を提供する。
前記ステップS2において、ドライエッチング又はウェットエッチングの等方性エッチング方法で逆円錐台状の溝をエッチングし、
前記ステップS4において、ドライエッチング又はウェットエッチングでエミッタ電極溝をエッチングし、
前記ステップS6において、ベース、バッファ層、徐放層を剥離して除去した後、ウィンド層の前記ベース層から離れる側に反射防止コーティング層を形成することが好ましい。
前記ステップS4において、ドライエッチング又はウェットエッチングでエミッタ電極溝をエッチングし、
前記ステップS6において、ベース、バッファ層、徐放層を剥離して除去した後、ウィンド層の前記ベース層から離れる側に反射防止コーティング層を形成することが好ましい。
代替物として、前記ステップS3において、界面層の上方にパッシベーション層を形成し、逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層を形成し、その後、ベース電極の形成に用いるように、エッチング工程によってエッチングして逆円錐台状の溝の底部のパッシベーション層を除去し、ベース層を露出し、前記側壁パッシベーション層と前記ベース層との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成される。
本発明によると、既存技術に比べ以下の有益な効果を実現できる:
本発明は新規の太陽電池素子を提供することをその目的とし、太陽電池素子に間隔をあけて設置されたP型接点アレイとN型接点アレイを設置し、前記N型接点は逆円錐台状で、前記N型接点の側壁と水平面との夾角である鋭角αは5°≦α≦85°である。逆円錐台状の溝の側面がそのベース層と一定の傾斜角を有するので、側壁パッシベーション層の製造難度を顕著に低減し、同時に、このように製造される逆円錐台状のベース電極によると、ベース電極溝を製造することで表面の欠陥の増加を低減し、電池の暗電流を低減し、電池の効率を向上させる。
本発明は新規の太陽電池素子を提供することをその目的とし、太陽電池素子に間隔をあけて設置されたP型接点アレイとN型接点アレイを設置し、前記N型接点は逆円錐台状で、前記N型接点の側壁と水平面との夾角である鋭角αは5°≦α≦85°である。逆円錐台状の溝の側面がそのベース層と一定の傾斜角を有するので、側壁パッシベーション層の製造難度を顕著に低減し、同時に、このように製造される逆円錐台状のベース電極によると、ベース電極溝を製造することで表面の欠陥の増加を低減し、電池の暗電流を低減し、電池の効率を向上させる。
さらに、本発明に記載の太陽電池素子は同一の構造を有し、接続する際に太陽電池素子の電極接点(P型接点)をそれに隣り合う太陽電池素子の異型接点(N型接点)に接続し、そのN型接点をそれに隣り合う太陽電池素子の異型接点(P型接点)に接続することで、複数のGaAs光起電素子の直列接続を形成し、このような製造方法によると、電極の接点のレイアウトが2種類であるGaAs光起電素子ユニットを製造する必要がなく、構造が簡単で実現しやすいメリットを有する。
本発明の内容をさらに明確に理解するように、以下、本発明の具体的な実施例に図面を結合して、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明で提供する太陽電池素子の構造を示す図である。
図1のI部分を拡大して示す図である。
図1のII部分を拡大して示す図である。
太陽電池素子の構造を示す図である。
太陽電池素子の他の実施形態の構造を示す図である。
太陽電池パックの配置方式の構造を示す図である。
図6のA−A断面図である。
図7のI部分を拡大して示す図である。
図7のII部分を拡大して示す図である。
太陽電池素子を製造するプロセスを示す図である。
本発明の目的、技術案とメリットを一層明確にするため、以下、図面を結合して本発明の実施形態をさらに詳しく説明する。
図1〜3に示すように、本発明の太陽電池は、ウィンド層4と、ベース層5と、エミッタ層6と、パッシベーション層8とを含み、太陽電池素子に間隔をあけて設置されたN型接点12アレイとP型接点13アレイとが設置され、N型接点12はエミッタ層6とパッシベーション層8とを貫通し、P型接点13はパッシベーション層8を貫通する。
他の実施形態として、太陽電池素子はエミッタ層6とパッシベーション層8との間に設置された界面層7をさらに含み、N型接点12がエミッタ層6、界面層7、及びパッシベーション層8を貫通してベース層5を露出させ、P型接点13がパッシベーション層8を貫通して界面層7を露出させる。
N型接点12の開口端の横断面の面積はその底部の横断面の面積より大きく、逆円錐台状に形成されることが好ましい。N型接点12の側壁と水平面との夾角である鋭角αが5°≦α≦85°である。N型接点12の側壁の外側にパッシベーション層8が延長してなる側壁パッシベーション層10が設置される。
さらに、図4に示すように、隣り合うN型接点12アレイとP型接点13アレイによって接点アレイ組を構成し(図において点線で示す枠の内)、接点アレイ組の数量は偶数であっても、奇数であってもよい。図4に接点アレイ組が偶数である場合を示し、太陽電池素子の中心線の一方の側に設置された接点アレイ組のN型接点12アレイとP型接点13アレイとはそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のP型接点13アレイとN型接点12アレイと鏡像配列される。具体的に、図4における太陽電池素子の中心線は、第2の接点アレイ組と第3の接点アレイ組との間の点線を指し、第1の接点アレイ組のN型接点12アレイと第4の接点アレイ組のP型接点13アレイとが鏡像配列され、第1の接点アレイ組のP型接点13アレイと第4の接点アレイ組のN型接点12アレイとが鏡像配列される。第2の接点アレイ組のN型接点12アレイと第3の接点アレイ組のP型接点13アレイとが鏡像配列され、第2の接点アレイ組のP型接点13アレイと第3の接点アレイ組のN型接点12アレイとが鏡像配列される。
図5に接点アレイ組が奇数である場合を示し、中央接点アレイ組の中心線の一方の側に設置されたN型接点12アレイとP型接点13アレイとはそれぞれ他方の側の接点アレイ組のP型接点13アレイとN型接点12アレイと鏡像配列される。具体的に、第1の接点アレイ組のN型接点12アレイと第5の接点アレイ組のP型接点13アレイとが鏡像配列され、第1の接点アレイ組のP型接点13アレイと第5の接点アレイ組のN型接点12アレイとが鏡像配列される。第2の接点アレイ組のN型接点12アレイと第4の接点アレイ組のP型接点13アレイとが鏡像配列され、第2の接点アレイ組のP型接点13アレイと第4の接点アレイ組のN型接点12アレイとが鏡像配列され、第3の接点アレイ組のN型接点12アレイとP型接点13アレイとが鏡像配列される。
N型接点12アレイとP型接点13アレイとは不等間隔に設置しても、等間隔に設置してもよく、等間隔に設置することが好ましい。
本発明の太陽電池素子はヒ化ガリウム薄膜太陽電池である。
本発明の直列接続された太陽電池パックは、少なくとも二つの図4に示す太陽電池素子を含み、隣り合う太陽電池素子の対応する位置のN型接点12アレイとP型接点13アレイとが電気的に接続されて直列接続を形成し、図6は四つの図4に示す太陽電池素子の直列接続を示す図である。
好適な実施形態として、太陽電池素子の対応する位置のN型接点12アレイとP型接点13アレイが電極接続線14を介して電気的に接続されて直列接続を形成する。
具体的に、太陽電池素子のN型接点12アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のP型接点13アレイとが電極接続線14を介して電気的に接続されて、P型接点13アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のN型接点12アレイとが電極接続線14によって電気的に接続される。
図6に示すように、直列接続された太陽電池パックは四つの構造が完全に同一である太陽電池素子を含み、上から下への太陽電池素子の番号が順に第1の太陽電池素子、第2の太陽電池素子、第3の太陽電池素子、第4の太陽電池素子であって、ここで必要に応じてさらに多数の太陽電池素子を含むこともできる。太陽電池素子が直列接続される時の構造がさらに揃い、最も少ない電極接続線14となるように、太陽電池パックの偶数行を構成する太陽電池素子の配置方式を同じにし、太陽電池パックの奇数行を構成する太陽電池素子の配置方式を同じにし、偶数行の太陽電池素子を奇数行の太陽電池素子に対し、その配置位置を180°回転させる。
図6〜図9に示すように、各太陽電池素子とそれに隣り合う太陽電池素子とは逆平行に設置され、太陽電池素子のN型接点12アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のP型接点13アレイとは電極接続線14を介して電気的に接続され、P型接点13アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のN型接点12アレイとは電極接続線14を介して電気的に接続される。具体的に、第1の太陽電池素子と第3の太陽電池素子の配置方式を同じにし、第2の太陽電池素子と第4の太陽電池素子の配置方式を同じにし、第1の太陽電池素子を配置した後、第2の太陽電池素子を180°回転させて第1の太陽電池素子と平行に設置して両端を揃え、この時、第1の太陽電池素子と第2の太陽電池素子とを逆平行に設置する。この時、第1の太陽電池素子のN型接点12アレイと第2の太陽電池素子のP型接点13アレイとが同一の直線に位置し、第1の太陽電池素子のP型接点13アレイと第2の太陽電池素子のN型接点12アレイとが同一の直線に位置し、それぞれ両方を電極接続線14で接続して、第1の太陽電池素子と第2の太陽電池素子の直列接続を完成する。同様に、第3の太陽電池素子と第4の太陽電池素子をと接続して、すべての太陽電池素子の直列接続を完成させる。
特別な説明がない限り、本発明のN型接点12アレイはN型のいくつかの接点12からなる列(又は行)を指し、P型接点13アレイはP型のいくつかの接点13からなる列(又は行)を指す。
上記太陽電池素子の製造方法は、以下のS1〜S6を含む。
S1において、図10に示すように、ベース1上に順にバッファ層2、AlAs徐放層3、ウィンド層4、ベース層5、エミッタ層6、界面層7を形成する:
バッファ層2の堆積:有機金属化学気相成長法技術(MOCVD)でGaAsベース1上にGaAsバッファ層2を堆積する。ここで、バッファ層2の構造は1層又は複数層の構造とすることができる。バッファ層の作用は、GaAsベース1と最終の光電変換ユニット半導体との間に中央媒体層を提供することで、従って、各種のエピタキシャル層を形成する際、格子不一致による欠陥中心及び格子応力への影響を低減し、それゆえに、各種の異なる格子構造のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させることができ、例えば約150nm〜250nmの厚み区間のGaAsバッファ層2はGaAsの各種のドープ構造に基づく光電池に適用される。
バッファ層2の堆積:有機金属化学気相成長法技術(MOCVD)でGaAsベース1上にGaAsバッファ層2を堆積する。ここで、バッファ層2の構造は1層又は複数層の構造とすることができる。バッファ層の作用は、GaAsベース1と最終の光電変換ユニット半導体との間に中央媒体層を提供することで、従って、各種のエピタキシャル層を形成する際、格子不一致による欠陥中心及び格子応力への影響を低減し、それゆえに、各種の異なる格子構造のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させることができ、例えば約150nm〜250nmの厚み区間のGaAsバッファ層2はGaAsの各種のドープ構造に基づく光電池に適用される。
AlAs徐放層3の堆積:GaAsバッファ層2上にAlAs徐放層3を堆積する。徐放層3はAlAsエピタキシャル材料を含むがこれに限定されることはなく、その厚みが約5nm〜15nmであり、このような薄い徐放層3の主な作用は犠牲層として機能することであって、HFウェットエッチング技術で、その後に徐放層上に堆積されるエピタキシャル層をバッファ層2及びGaAsベース1と分離させる。
ウィンド層4の堆積工程:有機金属化学気相成長法(MOCVD)の方法で、AlAs徐放層3上に10nm〜40nm厚みのAlGaAs半導体層を堆積し、ここで、Al:Gaの比例は0.2:0.8と0.3:0.7との間であって、当該透明ウィンド層によって光が吸収されずに直接に透過する。
ベース層5の堆積工程:ウィンド層4上にN型III-V族化合物材料であるヒ化ガリウム(GaAs)を堆積し、ベース層5GaAs層は単結晶構造であることができれば、n型ドープ方式であることもでき、ここで、n型ドープのベース層5のドープ濃度は、約1×1016cm-3〜1×1019cm-3の範囲で、例えば5×1017cm-3とすることができ、ベース層の厚みは400nm〜4000nmの範囲内である。
エミッタ層6の形成工程:有機金属化学気相成長法(MOCVD)方法で、ベース層5の上方にエミッタ層6を形成し、ここで、エミッタ層6はベース層5とヘテロ接合構造を形成することのできる任意の適切なIII−V族化合物半導体を含み、例えばベース層がGaAs材料であると、エミッタ層6はAlGaAs層で構成され、P型高濃度ドープであって、ドープ濃度は約1×1017cm-3〜1×1020cm-3の範囲内で、例えば5×1018cm-3であって、且つエミッタ層の厚みは150nm〜450nmの間で、例えば300nmであって、これにより、ベース層5とエミッタ層6によって光電気吸収層を形成する。
界面層7の形成工程:有機金属化学気相成長法(MOCVD)方法で、エミッタ層6の上方に界面層7を形成し、ここで、界面層7とエミッタ層とはいずれもAlGaAs層であって、且つ界面層7はP+型高濃度ドープであって、ドープ濃度は約5×1017cm-3〜5×1020cm-3の範囲内で、例えば1×1019cm-3であって、P+型高濃度ドープする目的はオーム接触の形成に有利であるからであって、且つ界面層7の厚みは100nm〜400nmの間で、例えば厚み200nmである。
S2において、逆円錐台状の溝を形成する。ドライエッチング又はウェットエッチングの等方性エッチングの方法で、界面層7とエミッタ層と6を貫通するアレイ分布された複数の逆円錐台状の溝がエッチングにより得られ、逆円錐台状の溝の底部はベース層5であって、逆円錐台状の溝の側壁と水平面との夾角である鋭角αは5°≦α≦85°である。
S3において、パッシベーション層8を形成する。任意の適切なパッシベーション工程によって、例えば化学気相成長(CVD)又はプラズマ強化化学気相成長方法によって、マスキング工程により逆円錐台状の溝の内部に確保したN型接点12の位置を覆って、界面層7の上方にパッシベーション層8を形成し、また逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層10を形成し、パッシベーション層8と側壁パッシベーション層10は任意の非導電性材料を含むことができ、窒化ケイ素(SiNx)、酸化ケイ素(SiOx)、酸化チタン化合物(TiOx)、酸化タリウム化合物(TaOx)、硫化亜鉛(ZNS)の中の1種類又は複種類の積み重ね構造を含むが、これに限定されることはない。側壁パッシベーション層10とベース層5との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成される。
そして、界面層7の上方にパッシベーション層8を形成して、逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層10を形成し、その後、エッチング工程によってエッチングして逆円錐台状の溝の底部のパッシベーション層を除去して、ベース層5を露出させることで、逆円錐台状のベース電極溝を形成することもできる。
S4において、ドライエッチング又はウェットエッチング方法で、パッシベーション層8を介してアレイ分布された複数のエミッタ電極溝がエッチングにより得られ、エミッタ電極溝の底部が界面層7である。エミッタ電極溝の内部にP型接点13領域を設定し、且つエミッタ電極溝と逆円錐台状のベース電極溝がX方向に沿って同一の列数を有し、同時に、エミッタ電極溝と逆円錐台状のベース電極溝とが交互に配列される。
S5において、電極接点を形成する。逆円錐台状のベース電極溝の内部にN型接点12を形成する。エミッタ電極溝の内部にP型接点13を形成する。N型接点12及びP型接点13は金属又は金属合金の適切な導電材料からなり、且つ形成中に光電気素子の半導体層まで貫通してはいけない。そして、N型接点の材料を比較的に低い金属化学工程温度(例えば150℃と200℃の間)で適用することが好ましく、例えばパラジウムはGaAsと反応しないので、N型接点12及びP型接点13をパラジウム/ゲルマニウム(Pd/Ge)の合金で構成することができる。これにより、GaAs光起電素子ユニットを形成することができる。N型接点12及びP型接点13の形成方法として、フォトレジストの真空蒸発、フォトリソグラフィー技術、スクリーン印刷、スパッタリング法を含むが、これに限定されることはなく、これによりN型接点12及びP型接点13の位置のみに堆積する。これらの方法はすべて1種類のシステムに係わっていて、接点部分が保護される必要はない。
S6において、GaAs光起電素子ユニットを剥離する。HFウェットエッチング技術で、後続に徐放層上に堆積された各層のエピタキシャル層をバッファ層2及びGaAsベース1と分離させて、GaAs光起電素子ユニットを形成し、反射防止コーティング層15は、反射防止AR塗布層でウィンド層4上に配置され、AR塗布層は光の通過を許可しつつその表面での反射を阻止する任意の材料を含み、フッ化マグネシウム(MgF2)、シリカ(SiO2)、硫化亜鉛(ZNS)、二酸化チタン(TiO2)、及び窒化ケイ素(SiN)の中の1種類又はその任意の組み合わせを含む。AR塗布層は任意の適切な方法(例えば、スパッタリング法)でウィンド層4上に塗布することができる。同時に、反射防止コーティング層を塗布する前、ウィンド層4にウェットエッチング又はドライエッチングによって荒さ処理又はテクスチャ処理を行うことができる。ウィンド層4に荒さ処理又はテクスチャ処理を行うことで、AR塗布層とウィンド層4(こららの層は異なる屈折率を有する)との間の界面で異なる角度を提供することができ、スネルの法則によって、一部の光子の入射角が高過ぎて、一層多い入射光子がAR塗布層とウィンド層4との界面で反射されずにウィンド層4まで投射されることができ、光子の透過率を向上させる。
以上の実施例は明確に説明するために挙げた例にすぎず、実施形態を限定するものではない。当業者は上記説明に基づいて、他の形態の変化又は変形を行うことができる。ここですべての実施形態を説明することはできなく、すべての実施形態を説明する必要もない。こらから得られる自明な変化又は変形は本発明の保護範囲に含まれる。
1:ベース、2:バッファ層、3:徐放層、4:ウィンド層、5:ベース層、6:エミッタ層、7:界面層、8:パッシベーション層、10:側壁パッシベーション層、12:N型接点、13:P型接点、14:電極接続線、15:反射防止コーティング層
Claims (18)
- 積み重ねて設置されたウィンド層(4)と、ベース層(5)と、エミッタ層(6)と、パッシベーション層(8)とを含む太陽電池素子であって、
間隔をあけて設置されたN型接点(12)アレイとP型接点(13)アレイとが設置され、前記N型接点(12)が前記エミッタ層(6)と前記パッシベーション層(8)とを貫通し、前記P型接点(13)が前記パッシベーション層(8)を貫通することを特徴とする太陽電池素子。 - 前記エミッタ層(6)と前記パッシベーション層(8)との間に設置される界面層(7)をさらに含み、前記N型接点(12)が前記エミッタ層(6)、前記界面層(7)、及び前記パッシベーション層(8)を貫通して前記ベース層(5)を露出させ、前記P型接点(13)が前記パッシベーション層(8)を貫通して前記界面層(7)を露出させることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池素子。
- 前記N型接点(12)の開口端の横断面の面積がその底部の横断面の面積より大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池素子。
- 前記N型接点(12)が逆円錐台状をなすことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池素子。
- 前記N型接点(12)の側壁と水平面との夾角である鋭角αが5°≦α≦85°であることを特徴とする請求項4に記載の太陽電池素子。
- 前記N型接点(12)の側壁の外側に前記パッシベーション層(8)が延長してなる側壁パッシベーション層(10)が設置されることを特徴とする請求項5に記載の太陽電池素子。
- 隣り合うN型接点(12)アレイとP型接点(13)アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量は偶数であって、前記太陽電池素子の中心線の一方の側に設置される接点アレイ組のN型接点(12)アレイとP型接点(13)アレイとはそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のP型接点(13)アレイとN型接点(12)アレイと鏡像配列されることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池素子。
- 隣り合うN型接点(12)アレイとP型接点(13)アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量は奇数であって、中央接点アレイ組の中心線の一方の側に設置されるN型接点(12)アレイとP型接点(13)アレイとはそれぞれ、他方の側に設置される接点アレイ組のP型接点(13)アレイとN型接点(12)アレイと鏡像配列されることを特徴とする請求項6に記載の太陽電池素子。
- 前記N型接点(12)アレイと前記P型接点(13)アレイとが等間隔に設置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池素子。
- ヒ化ガリウム薄膜太陽電池であることを特徴とする請求項9に記載の太陽電池素子。
- 前記ウィンド層(4)の前記ベース層(5)から離れる側に設置された反射防止コーティング層(15)をさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の太陽電池素子。
- 少なくとも二つの請求項1又は2に記載の太陽電池素子を含み、隣り合う前記太陽電池素子の対応する位置のN型接点(12)アレイとP型接点(13)アレイとが電気的に接続されて直列接続を形成することを特徴とする直列接続された太陽電池パック。
- 各前記太陽電池素子とそれに隣り合う太陽電池素子とが逆平行に設置されることを特徴とする請求項12に記載の太陽電池パック。
- 前記太陽電池素子のN型接点(12)アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のP型接点(13)アレイとが電極接続線(14)を介して電気的に接続され、P型接点(13)アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のN型接点(12)アレイとが電極接続線(14)を介して電気的に接続されることを特徴とする請求項12に記載の太陽電池パック。
- S1、ベース(1)上に順にバッファ層(2)、徐放層(3)、ウィンド層(4)、ベース層(5)、エミッタ層(6)、及び界面層(7)を形成するステップと、
S2、前記界面層(7)と前記エミッタ層(6)とを貫通するアレイ状に分布された複数の逆円錐台状の溝をエッチングして形成するステップであって、前記逆円錐台状の溝の底部がベース層(5)であり、前記逆円錐台状の溝の側壁と水平面との夾角である鋭角αが5°≦α≦85°であるステップと、
S3、ステップS2に基づいてパッシベーション層(8)を形成し、マスキング工程により前記逆円錐台状の溝の内部に確保したN型接点(12)の位置を覆って、前記界面層(7)の上方にパッシベーション層(8)を形成し、前記逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層(10)を形成するステップであって、前記側壁パッシベーション層(10)と前記ベース層(5)との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成されるステップと、
S4、前記パッシベーション層(8)を貫通する、アレイ状に分布された、底部が前記界面層(7)である複数のエミッタ電極溝をエッチングして形成するステップと、
S5、前記逆円錐台状のベース電極溝の内部にN型接点(12)を形成し、前記エミッタ電極溝の内部にP型接点(13)を形成するステップと、
S6、ベース(1)、バッファ層(2)、及び徐放層(3)を剥離して除去して太陽電池素子を得るステップと、を含む、
ことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。 - 前記ステップS2において、ドライエッチング又はウェットエッチングの等方性エッチングの方法で、前記逆円錐台状の溝をエッチングし、
前記ステップS4において、ドライエッチング又はウェットエッチングで前記エミッタ電極溝をエッチングすることを特徴とする請求項15に記載の太陽電池素子の製造方法。 - 前記ステップS3において、前記界面層(7)の上方にパッシベーション層(8)を形成し、前記逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層(10)を形成し、その後、ベース電極の形成に用いられるように、エッチング工程によって前記逆円錐台状の溝の底部のパッシベーション層をエッチングして除去し、前記ベース層(5)を露出させ、前記側壁パッシベーション層(10)と前記ベース層(5)との間に前記逆円錐台状のベース電極溝が形成されることを特徴とする請求項15に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記ステップS6が、
ベース(1)、バッファ層(2)、及び徐放層(3)を剥離して除去した後、前記ウィンド層(4)の前記ベース層(5)から離れる側に反射防止コーティング層(15)を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項15〜17のいずれか1項に記載の太陽電池素子の製造方法。
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