JP2019009402A - Solar cell and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池に係り、更に詳しくは、省資源・低コストで、機械強度に優れ、光電変換効率の高い太陽電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a solar cell that is resource-saving, low-cost, excellent in mechanical strength, and high in photoelectric conversion efficiency, and a manufacturing method thereof.
近年、地球温暖化などの地球環境問題の観点から化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換できる太陽電池が注目されている。そして、太陽電池により多くの電力が供給されることが期待されている。 In recent years, solar cells capable of converting solar energy into electrical energy have attracted attention as a clean energy source that replaces fossil fuels from the viewpoint of global environmental problems such as global warming. And it is anticipated that much electric power will be supplied by a solar cell.
太陽電池の光電変換効率を高める方法の１つが、光閉じ込め効果の利用である。
光閉じ込め効果とは、入射光の反射防止により光電変換部である半導体層中に出来るだけ多くの光が入射するようにしたときの効果、ならびに、光電変換部である半導体層中を光が通る距離、すなわち光路長を長くすることで半導体層中に光をなるべく閉じ込めるようにしたときの効果である。この効果を利用すると、多くの光子が半導体に吸収されて多くの電気エネルギーが得られる。
光閉じ込め効果は、赤外領域などの半導体層中での光吸収が少ない波長帯域の光を効率的に電気に変換する上で半導体層が薄い場合に特に有効である。
One method for increasing the photoelectric conversion efficiency of a solar cell is to use a light confinement effect.
The light confinement effect is the effect of making as much light as possible enter the semiconductor layer that is the photoelectric conversion part by preventing reflection of incident light, and the light passes through the semiconductor layer that is the photoelectric conversion part. This is an effect when light is confined in the semiconductor layer as much as possible by increasing the distance, that is, the optical path length. If this effect is utilized, many photons will be absorbed by a semiconductor and many electric energy will be obtained.
The light confinement effect is particularly effective when the semiconductor layer is thin in order to efficiently convert light in a wavelength band with less light absorption in the semiconductor layer such as the infrared region into electricity.
半導体層の表面をテクスチャー状にすると、反射が低減し、半導体層の表面で光が散乱する。その結果、半導体層中を通る光の光路長が伸びて光閉じ込め効果による光電変換効率が向上する。この方法による光閉じ込め効果の利用は、特に、半導体層が薄膜の場合に有効な方法である。なお、半導体層の表面をテクスチャー状にした太陽電池は、例えば、特許文献１および非特許文献１に開示がある。表面の反射防止のためには、屈折率を調整した反射防止膜の形成も効果的である。ナノサイズのテクスチャーによる中間屈折率層の形成も反射防止に有効である。 When the surface of the semiconductor layer is textured, reflection is reduced and light is scattered on the surface of the semiconductor layer. As a result, the optical path length of light passing through the semiconductor layer is extended, and the photoelectric conversion efficiency due to the light confinement effect is improved. Use of the light confinement effect by this method is an effective method particularly when the semiconductor layer is a thin film. In addition, the solar cell which made the surface of the semiconductor layer the texture shape is disclosed by patent document 1 and nonpatent literature 1, for example. In order to prevent the reflection of the surface, it is also effective to form an antireflection film with an adjusted refractive index. Formation of an intermediate refractive index layer with a nano-sized texture is also effective for antireflection.
半導体層の表面をテクスチャー状にし、その大きさ、すなわち半導体層表面の凹凸を大きくすると、光の散乱効果も大きくなって光閉じ込め効果も大きくなる。
一方で、半導体層表面の凹凸が大きくなると、半導体層が薄い場合、凹部が起点となった割れ等の破損が起こりやすくなる。
When the surface of the semiconductor layer is textured and the size, that is, the unevenness of the surface of the semiconductor layer is increased, the light scattering effect is increased and the light confinement effect is increased.
On the other hand, when the irregularities on the surface of the semiconductor layer become large, when the semiconductor layer is thin, breakage such as a crack starting from the concave portion is likely to occur.
結晶シリコンを用いた太陽電池が最も一般に普及しており、その中でも、シリコンヘテロ接合太陽電池は、エネルギー変換効率の最も高い結晶シリコン太陽電池として知られている。
シリコンヘテロ接合太陽電池では、結晶シリコン基板の表面に真性非晶質／微結晶シリコン系薄膜が形成されて結晶表面における欠陥はパシベーションされ、その薄膜の上に形成されたドープした導電性非晶質／微結晶シリコン系薄膜層により拡散電位が形成される。
Solar cells using crystalline silicon are most popular, and among them, silicon heterojunction solar cells are known as crystalline silicon solar cells with the highest energy conversion efficiency.
In a silicon heterojunction solar cell, an intrinsic amorphous / microcrystalline silicon thin film is formed on the surface of a crystalline silicon substrate, and defects on the crystal surface are passivated, and a doped conductive amorphous formed on the thin film. / A diffusion potential is formed by the microcrystalline silicon thin film layer.
シリコンヘテロ接合太陽電池において光閉じ込めを行うために、一般には、結晶シリコン基板の両面にミクロンサイズのピラミッド型表面凸凹テクスチャー（幅および高さが１０μｍ程度）を形成する。そこでは、太陽光が入射してくる面とは反対面側の裏面側の反射層（裏面反射層）として、一般には酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の表面が平坦な透光性導電膜と銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）等の金属の積層膜が使用されている。シリコンヘテロ接合太陽電池のドープ層は非晶質シリコン系で伝導度が低いため、シート抵抗を低くするために光入射側には透光性導電膜が形成されるが、一般には表面が平坦な透光性導電膜が使用される。 In order to perform light confinement in a silicon heterojunction solar cell, generally, micron-sized pyramidal surface irregularities (width and height of about 10 μm) are formed on both sides of a crystalline silicon substrate. In this case, a light-transmitting conductive film having a flat surface such as indium tin oxide (ITO) and silver is generally used as a reflective layer (back reflective layer) on the back side opposite to the surface on which sunlight is incident. A laminated film of a metal such as (Ag) or copper (Cu) is used. Since the doped layer of a silicon heterojunction solar cell is amorphous silicon and has low conductivity, a light-transmitting conductive film is formed on the light incident side in order to reduce sheet resistance, but generally the surface is flat. A translucent conductive film is used.
結晶系シリコン太陽電池のコストの大きな割合を結晶シリコン基板の費用が占めており、シリコン基板の厚みを薄くすることには、低コスト化という利点がある。結晶シリコン基板バルク中のキャリア再結合が低減されることより、開放電圧向上という太陽電池特性上の利点もある。 The cost of the crystalline silicon substrate accounts for a large proportion of the cost of the crystalline silicon solar cell, and reducing the thickness of the silicon substrate has the advantage of lowering the cost. Since the carrier recombination in the bulk of the crystalline silicon substrate is reduced, there is also an advantage in the solar cell characteristics that the open circuit voltage is improved.
薄型シリコン基板を用いた太陽電池では、結晶シリコン基板表面に形成する凸凹テクスチャーのサイズが大きいと基板が割れやすくハンドリングが困難であるため、凸凹テクスチャーの許容サイズは小さくなり、例えば１〜５μｍというテクスチャーサイズが好ましい。しかし、その大きさでは光閉じ込め効果が不十分となり、薄型シリコン基板を用いた太陽電池では、長波長光の光吸収が十分に行われないために、太陽電池のエネルギー変換効率が低下するという問題がある。 In a solar cell using a thin silicon substrate, if the size of the uneven texture formed on the surface of the crystalline silicon substrate is large, the substrate is easily broken and difficult to handle. Therefore, the allowable size of the uneven texture becomes small, for example, a texture of 1 to 5 μm. Size is preferred. However, the light confinement effect becomes insufficient at that size, and in solar cells using a thin silicon substrate, light absorption of long wavelength light is not sufficiently performed, so that the energy conversion efficiency of the solar cell is lowered. There is.
本発明の課題は、上記半導体層表面に形成されるテクスチャー形状の凹凸の大きさ制限に伴う光閉じ込め効果不足を解消し、また、テクスチャー形状による太陽電池の破損を防止し、薄型太陽電池のハンドリングを容易とすることである。これにより、省資源・低コストで光電変換効率が高く、機械的強度に優れ、破損が少なくて歩留まりの高い太陽電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the shortage of the light confinement effect due to the limitation of the size of the textured irregularities formed on the surface of the semiconductor layer, and to prevent the solar cell from being damaged by the textured shape, and to handle the thin solar cell To make it easier. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solar cell with high resource yield, low cost, high photoelectric conversion efficiency, excellent mechanical strength, less damage, and high yield.
下記に示す構成により、上記課題を解決した。
（構成１）
半導体層、光を散乱する光散乱層および電極層を含む太陽電池であって、
前記光散乱層は、前記半導体層と前記電極層の間に形成された導電性を有する材料からなり、
前記光散乱層の前記電極層側の主表面は、前記半導体層の前記光散乱層側の主表面の凹凸より大きな凹凸を有するテクスチャー形状である、太陽電池。
（構成２）
前記半導体層の前記電極層側の主表面は、平坦形状またはテクスチャー形状である、構成１記載の太陽電池。
（構成３）
前記半導体層の前記電極層側の主表面の表面テクスチャーの大きさ（幅）は、０μｍを超えて５μｍ未満である、構成１または２記載の太陽電池。
（構成４）
前記半導体層の前記電極層側の主表面のテクスチャー形状は、規則性を有する形状である、構成１から３の何れか１記載の太陽電池。
（構成５）
前記光散乱層の前記電極層側の主表面の表面テクスチャーの大きさ（幅）は、０．７μｍ以上５μｍ以下である、構成１から４の何れか１記載の太陽電池。
（構成６）
前記光散乱層の前記電極層側の主表面のテクスチャー形状は、不規則な形状である、構成１から５の何れか１記載の太陽電池。
（構成７）
前記光散乱層は、亜鉛と酸素を少なくとも含む膜からなる、構成１から６の何れか１記載の太陽電池。
（構成８）
前記光散乱層は、無添加の亜鉛酸化物からなる、構成１から７の何れか１記載の太陽電池。
（構成９）
前記光散乱層は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｎからなる群から選ばれる少なくとも１を含む元素が添加された亜鉛酸化物からなる、構成１から７の何れか１記載の太陽電池。
（構成１０）
前記光散乱層は、有機金属気相成長法によって形成された結晶性膜である、構成１から９の何れか１記載の太陽電池。
（構成１１）
前記半導体層は、ヘテロ接合シリコンからなる、構成１から１０の何れか１記載の太陽電池。
（構成１２）
前記半導体層の前記光散乱層とは逆側の主表面は、平坦形状またはテクスチャー形状である、構成１から１１の何れか１記載の太陽電池。
（構成１３）
前記半導体層の前記光散乱層とは逆側の主表面上に第２の光散乱層を有し、
前記第２の光散乱層の前記半導体層とは逆側の主表面にテクスチャーが形成されている、構成１から１２の何れか１記載の太陽電池。
（構成１４）
半導体膜の主表面に光を散乱させる導電性を有する光散乱層を形成する光散乱層形成工程と、
前記光散乱層上に導電層を形成する導電層形成工程を有し、
前記光散乱層の前記電極層側の主表面は、前記半導体層の前記光散乱層側の主表面の凹凸より大きな凹凸を有するテクスチャー形状である、太陽電池の製造方法。
（構成１５）
前記半導体層の前記主表面の形状は、結晶方位性によるエッチング速度差を有するエッチング工程により形成されたテクスチャー形状である、構成１４記載の太陽電池の製造方法。
（構成１６）
前記光散乱層は、亜鉛と酸素を少なくとも含む膜からなる、構成１４または１５記載の太陽電池の製造方法。
（構成１７）
前記光散乱層は、無添加の亜鉛酸化物からなる、構成１４から１６の何れか１記載の太陽電池の製造方法。
（構成１８）
前記光散乱層は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｎからなる群から選ばれる少なくとも１を含む元素が添加された亜鉛酸化物からなる、構成１４から１６の何れか１記載の太陽電池の製造方法。
（構成１９）
前記光散乱層は、有機金属気相成長工程により形成された結晶性膜である、構成１４から１８の何れか１記載の太陽電池の製造方法。
（構成２０）
前記半導体層は、ヘテロ接合シリコンからなる、構成１４から１９の何れか１記載の太陽電池の製造方法。
The above-described problem has been solved by the configuration shown below.
(Configuration 1)
A solar cell including a semiconductor layer, a light scattering layer for scattering light, and an electrode layer,
The light scattering layer is made of a conductive material formed between the semiconductor layer and the electrode layer,
The main surface on the electrode layer side of the light scattering layer is a solar cell having a textured shape having unevenness larger than the unevenness of the main surface on the light scattering layer side of the semiconductor layer.
(Configuration 2)
The solar cell according to Configuration 1, wherein a main surface of the semiconductor layer on the electrode layer side has a flat shape or a texture shape.
(Configuration 3)
The solar cell according to Configuration 1 or 2, wherein the size (width) of the surface texture of the main surface on the electrode layer side of the semiconductor layer is more than 0 μm and less than 5 μm.
(Configuration 4)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 3, wherein the texture shape of the main surface on the electrode layer side of the semiconductor layer is a shape having regularity.
(Configuration 5)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 4, wherein the size (width) of the surface texture of the main surface on the electrode layer side of the light scattering layer is 0.7 μm or more and 5 μm or less.
(Configuration 6)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 5, wherein the texture shape of the main surface of the light scattering layer on the electrode layer side is an irregular shape.
(Configuration 7)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 6, wherein the light scattering layer is made of a film containing at least zinc and oxygen.
(Configuration 8)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 7, wherein the light scattering layer is made of an additive-free zinc oxide.
(Configuration 9)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 7, wherein the light scattering layer is made of zinc oxide to which an element containing at least one selected from the group consisting of B, Al, Ga, and N is added.
(Configuration 10)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 9, wherein the light scattering layer is a crystalline film formed by metal organic vapor phase epitaxy.
(Configuration 11)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 10, wherein the semiconductor layer is made of heterojunction silicon.
(Configuration 12)
The solar cell according to any one of configurations 1 to 11, wherein a main surface of the semiconductor layer opposite to the light scattering layer has a flat shape or a texture shape.
(Configuration 13)
A second light scattering layer on the main surface of the semiconductor layer opposite to the light scattering layer;
The solar cell according to any one of configurations 1 to 12, wherein a texture is formed on a main surface opposite to the semiconductor layer of the second light scattering layer.
(Configuration 14)
A light scattering layer forming step of forming a light scattering layer having conductivity to scatter light on the main surface of the semiconductor film;
A conductive layer forming step of forming a conductive layer on the light scattering layer;
The method for manufacturing a solar cell, wherein the main surface of the light scattering layer on the electrode layer side has a textured shape having irregularities larger than the irregularities of the main surface of the semiconductor layer on the light scattering layer side.
(Configuration 15)
The method for manufacturing a solar cell according to Configuration 14, wherein the shape of the main surface of the semiconductor layer is a textured shape formed by an etching process having an etching rate difference due to crystal orientation.
(Configuration 16)
The said light-scattering layer is a manufacturing method of the solar cell of the structure 14 or 15 which consists of a film | membrane containing at least zinc and oxygen.
(Configuration 17)
The said light-scattering layer is a manufacturing method of the solar cell in any one of the structures 14-16 which consists of an additive-free zinc oxide.
(Configuration 18)
The said light-scattering layer is a manufacturing method of the solar cell in any one of the structures 14-16 made from the zinc oxide to which the element containing at least 1 chosen from the group which consists of B, Al, Ga, and N was added.
(Configuration 19)
The method for manufacturing a solar cell according to any one of configurations 14 to 18, wherein the light scattering layer is a crystalline film formed by a metal organic chemical vapor deposition process.
(Configuration 20)
20. The method for manufacturing a solar cell according to any one of configurations 14 to 19, wherein the semiconductor layer is made of heterojunction silicon.
本発明は、半導体層表面に形成されるテクスチャー形状の凹凸の大きさ制限に伴う光閉じ込め効果不足を解消し、また、テクスチャー形状による太陽電池の破損を防止するものである。
その結果、所望の光閉じ込め効果が得られ、太陽電池の光電変換効率は高いものとなる。
また、本発明の太陽電池は機械的強度に優れたものとなる。半導体層の表面に形成されるテクスチャー形状による破損が発生しにくくなって歩留まりが向上するとともに、低コスト化に繋がる半導体層の薄膜化を行うことが可能になる。
The present invention solves the shortage of the light confinement effect associated with the limitation of the size of the textured irregularities formed on the surface of the semiconductor layer, and prevents the solar cell from being damaged by the textured shape.
As a result, a desired light confinement effect is obtained and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is high.
Moreover, the solar cell of the present invention has excellent mechanical strength. The damage due to the texture shape formed on the surface of the semiconductor layer is less likely to occur, the yield is improved, and the semiconductor layer can be thinned leading to cost reduction.
＜実施の形態１＞
実施の形態１は、光が入射してくる側とは反対側の裏面側の半導体層側に光散乱層を設けた太陽電池の場合であって、その代表的な構造を図１および図２に示す。
<Embodiment 1>
Embodiment 1 is a case of a solar cell in which a light scattering layer is provided on the semiconductor layer side opposite to the side on which light is incident, and a typical structure thereof is shown in FIGS. Shown in
図１は、半導体層の表面が平坦面の太陽電池１００の場合であって、その太陽電池１００は、光５が入射する側から、電極１８、透光性導電層１５、半導体層１９、光散乱層１６および裏面電極層１７という構成になっている。 FIG. 1 shows a case where the surface of a semiconductor layer is a flat solar cell 100, and the solar cell 100 has an electrode 18, a translucent conductive layer 15, a semiconductor layer 19, a light from the side on which light 5 is incident. The scattering layer 16 and the back electrode layer 17 are configured.
この太陽電池１００は半導体層１９をヘテロ接合シリコンの半導体層とした場合であり、半導体層１９は、ｎ型結晶シリコン１０、真性非晶質シリコン１１、真性非晶質シリコン１２、ｎ＋‐非晶質シリコン１３およびｐ‐非晶質シリコン１４よりなる。
なお、ヘテロ接合シリコンの半導体層１９として、ｎ型結晶シリコン１０に代えてｐ型結晶シリコンを用いることもできる。その場合は、ｎ＋‐非晶質シリコン１３に代えてｐ＋‐非晶質シリコン、およびｐ‐非晶質シリコン１４に代えてｎ‐非晶質シリコンを用いる。このように、ｎ型結晶シリコン１０はｐ型結晶シリコンにも置き換えられるため、ｎ型ｐ型に限らず結晶シリコンが本質の場合は、以下、結晶シリコン１０とも称することとする。
This solar cell 100 is a case where the semiconductor layer 19 is a heterojunction silicon semiconductor layer. The semiconductor layer 19 includes an n-type crystalline silicon 10, an intrinsic amorphous silicon 11, an intrinsic amorphous silicon 12, and n + -non. It consists of crystalline silicon 13 and p-amorphous silicon 14.
As the heterojunction silicon semiconductor layer 19, p-type crystal silicon can be used instead of the n-type crystal silicon 10. In this case, p + -amorphous silicon is used instead of n + -amorphous silicon 13 and n-amorphous silicon is used instead of p-amorphous silicon 14. As described above, since the n-type crystalline silicon 10 is also replaced with p-type crystalline silicon, not only n-type p-type but also crystalline silicon is essential, hereinafter referred to as crystalline silicon 10.
ヘテロ接合シリコンの半導体層１９を用いた場合は、真性半導体層（真性非晶質シリコン１１と真性非晶質シリコン１２）によって結晶表面の欠陥がパッシベーションされるので、高い光電変換効率が得られる。ここで、ドープした導電性非晶質と真性半導体層（真性非晶質シリコン１１とｎ＋‐非晶質シリコン１３、および真性非晶質シリコン１２とｐ‐非晶質シリコン１４）により、拡散電位が形成される。 When the heterojunction silicon semiconductor layer 19 is used, defects on the crystal surface are passivated by the intrinsic semiconductor layers (intrinsic amorphous silicon 11 and intrinsic amorphous silicon 12), so that high photoelectric conversion efficiency can be obtained. Here, the doped conductive amorphous and intrinsic semiconductor layers (intrinsic amorphous silicon 11 and n + -amorphous silicon 13 and intrinsic amorphous silicon 12 and p-amorphous silicon 14) are diffused. A potential is formed.
結晶シリコン１０の厚さは、３５０μｍ以下、好ましくは１７０μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下、３μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上である。結晶シリコン１０の厚さが３５０μｍを超えると、光は１パスで半導体層中に十分に吸収されるため、本発明の光散乱層１６の表面にテクスシャーを設けたときの光閉じ込め効果は相対的に小さくなる。ここで、結晶シリコン１０の厚さが５０μｍ未満の場合には、半導体層の機械強度が不足するため支持基板の使用(転写)が好ましい。結晶シリコン１０の厚さが３μｍ未満の場合には、テクスチャーを設けても半導体層中に十分光を閉じ込めるのが難しくなって好ましくない。
結晶シリコン１０としては、ＣＺ（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法、ＦＺ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法等で作製したシリコンインゴットをスライスしたシリコンウェハの使用が可能であり、エピタキシャル成長法により作製したシリコンウェハの使用も可能である。特に、厚みが１００μｍ以下の場合は、エピタキシャル成長法により作製したシリコンウェハを用いるのが好ましい。
The thickness of the crystalline silicon 10 is 350 μm or less, preferably 170 μm or less, more preferably 100 μm or less, 3 μm or more, and preferably 10 μm or more. When the thickness of the crystalline silicon 10 exceeds 350 μm, light is sufficiently absorbed in the semiconductor layer in one pass, so that the light confinement effect when the texture is provided on the surface of the light scattering layer 16 of the present invention is relatively Becomes smaller. Here, when the thickness of the crystalline silicon 10 is less than 50 μm, it is preferable to use (transfer) the support substrate because the mechanical strength of the semiconductor layer is insufficient. When the thickness of the crystalline silicon 10 is less than 3 μm, it is difficult to sufficiently confine light in the semiconductor layer even if a texture is provided.
As the crystalline silicon 10, a silicon wafer obtained by slicing a silicon ingot produced by a CZ (Czochralski) method, an FZ (Floating Zone) method or the like can be used, and a silicon wafer produced by an epitaxial growth method can also be used. In particular, when the thickness is 100 μm or less, it is preferable to use a silicon wafer manufactured by an epitaxial growth method.
真性非晶質シリコン１１と真性非晶質シリコン１２の膜厚は、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下が好ましい。ここで、両者は、同じ膜厚でもよいし、異なる膜厚でもよい。３ｎｍを下回ると欠陥のパッシベーション効果が小さくなり、１５ｎｍを上回ると太陽電池の直列抵抗が高くなって好ましくない。
なお、ｎ＋‐非晶質シリコン１３やｐ‐非晶質シリコン１４は、非晶質シリコンのみでなく、非晶質／微結晶シリコン系薄膜（ＳｉＣ：Ｈ、ＳｉＯ：Ｈ、ＳｉＣｘＯｙ：Ｈ等）とすることも可能である。
The film thicknesses of the intrinsic amorphous silicon 11 and the intrinsic amorphous silicon 12 are preferably 3 nm or more and 15 nm or less. Here, both may have the same film thickness or different film thicknesses. If the thickness is less than 3 nm, the defect passivation effect is reduced, and if it exceeds 15 nm, the series resistance of the solar cell is increased, which is not preferable.
Note that n + -amorphous silicon 13 and p-amorphous silicon 14 are not only amorphous silicon but also amorphous / microcrystalline silicon thin films (SiC: H, SiO: H, SiC x O y). : H etc.).
また、ヘテロ接合シリコンの半導体層１９に代えて、ｐ型領域とｎ型領域をもつシリコン半導体やＧａＡｓ，ＧａＮなどの化合物半導体、ペロブスカイト半導体などを用いることもできる。ここで、ペロブスカイト半導体の場合は、透明電極層１５と半導体層１９の間にホール輸送層、光散乱層１９と半導体層１９の間に電子輸送層およびホールブロッキング層を設ける。
また、ヘテロ接合シリコンの半導体層１９に代えて、複数の半導体層からなるタンデム型の光電変換半導体層とすることもできる。この場合は、各半導体層間に中間層を設けるとよい。半導体層１９をタンデム型の光電変換半導体層にすると、入射光の波長に応じた複数の半導体層を用いることができるので、光電変換効率を向上させやすい。他方、ｐ型領域とｎ型領域をもつ単層の半導体層を用いると工程が簡略化されるので生産性が高く、低コスト化しやすいという特徴がある。
In place of the heterojunction silicon semiconductor layer 19, a silicon semiconductor having a p-type region and an n-type region, a compound semiconductor such as GaAs and GaN, a perovskite semiconductor, or the like may be used. In the case of a perovskite semiconductor, a hole transport layer is provided between the transparent electrode layer 15 and the semiconductor layer 19, and an electron transport layer and a hole blocking layer are provided between the light scattering layer 19 and the semiconductor layer 19.
Instead of the heterojunction silicon semiconductor layer 19, a tandem photoelectric conversion semiconductor layer including a plurality of semiconductor layers may be used. In this case, an intermediate layer may be provided between the semiconductor layers. When the semiconductor layer 19 is a tandem photoelectric conversion semiconductor layer, a plurality of semiconductor layers corresponding to the wavelength of incident light can be used, so that the photoelectric conversion efficiency is easily improved. On the other hand, when a single semiconductor layer having a p-type region and an n-type region is used, the process is simplified, so that productivity is high and costs are easily reduced.
透光性導電層１５は、入射光を透過し、かつ導電性を有する材料からなる膜で、材料としては、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）などを挙げることができる。ここで、透光性導電層１５の上に反射防止膜を設けない場合は、透光性導電層１５に反射防止機能をもたせるのが好ましく、したがって屈折率も考慮するのが好ましい。これらの膜は、スパッタリング法により形成することができる。または、中間屈折率層を形成するナノサイズ表面テクスチャーを有する膜とするのも好ましい。
この中でも、図１３に示すように、３００ｎｍから１２００ｎｍの光の透過率が高く、導電率も１．８×１０−４Ω・ｃｍが確保されるＩＴＯを好んで用いることができる。
一方、光散乱層１６のところで述べる酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、エネルギーバンドギャップが約３．４ｅＶなので波長３７０ｎｍ以下の透過率が低く、この観点からは、ＺｎＯは透光性導電層１５としてはあまり好ましくない。但し、中間屈折率層を形成するナノサイズ表面テクスチャーを有する点からは好ましい。参考までに、ノンドープの酸化亜鉛の透過率特性を図１４に示す。
テクスチャー形状を有する光散乱層を用いた本方法は、特に赤外域での光閉じ込め効果が改善される方法なので、透光性導電層１５は、赤外域（波長７００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下）での光透過性に優れたものが好ましい。
透光性導電層１５の膜厚は、薄くすると光の透過率は上がるものの導電性が低下し、厚くすると導電性は向上するものの光の透過率が下がるため、シート抵抗、直列抵抗、光透過率のトレードオフを考慮する必要がある。ＩＴＯ膜の場合は５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とするのが好ましい。
The translucent conductive layer 15 is a film made of a material that transmits incident light and has conductivity. Examples of the material include indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), and indium oxide (In 2 ). O 3 ). Here, when an antireflection film is not provided on the translucent conductive layer 15, it is preferable to provide the translucent conductive layer 15 with an antireflection function, and therefore it is preferable to consider the refractive index. These films can be formed by a sputtering method. Or it is also preferable to set it as the film | membrane which has the nanosize surface texture which forms an intermediate | middle refractive index layer.
Among these, as shown in FIG. 13, ITO having a high light transmittance of 300 nm to 1200 nm and a conductivity of 1.8 × 10 −4 Ω · cm can be preferably used.
On the other hand, since zinc oxide (ZnO) described in the light scattering layer 16 has an energy band gap of about 3.4 eV, the transmittance at a wavelength of 370 nm or less is low. From this point of view, ZnO is not so much as the light-transmitting conductive layer 15. It is not preferable. However, it is preferable from the viewpoint of having a nano-sized surface texture that forms the intermediate refractive index layer. For reference, the transmittance characteristics of non-doped zinc oxide are shown in FIG.
Since this method using a light scattering layer having a texture shape is a method that improves the light confinement effect particularly in the infrared region, the translucent conductive layer 15 transmits light in the infrared region (wavelength 700 nm or more and 1200 nm or less). Those excellent in properties are preferred.
When the thickness of the light-transmitting conductive layer 15 is reduced, the light transmittance is increased, but the conductivity is decreased. When the thickness is increased, the conductivity is improved, but the light transmittance is decreased. Therefore, the sheet resistance, series resistance, and light transmission are reduced. It is necessary to consider the rate trade-off. In the case of an ITO film, it is preferably 50 nm or more and 100 nm or less.
光散乱層１６は、透光性と導電性を有する材料からなり、裏面電極１７側にテクスチャー（表面凹凸）が形成された層である。
そのテクスチャー上に光を反射させる裏面電極層１７が形成されるため、このテクスチャーによって光が散乱反射する。散乱反射することにより、太陽電池１００に対して垂直に入射した光は角度をつけて反射する。また、角度がついて反射した光は透光性電極１５側でも反射しやすくなり、その結果、光が半導体層１９に閉じ込まれやすくなる。すなわち、光散乱層１６によって散乱反射された光の半導体層１９での光路長が長くなって光が半導体層１９に吸収され、光電変換効率が上がる。透光性導電層１６は、半導体層１９で光吸収しきれない長波長領域での光透過性に優れたものが好ましい。
The light scattering layer 16 is a layer made of a material having translucency and conductivity and having a texture (surface irregularities) formed on the back electrode 17 side.
Since the back electrode layer 17 that reflects light is formed on the texture, the light is scattered and reflected by the texture. By scattering and reflecting, the light incident perpendicular to the solar cell 100 is reflected at an angle. In addition, the light reflected at an angle is easily reflected on the translucent electrode 15 side, and as a result, the light is easily confined in the semiconductor layer 19. That is, the optical path length in the semiconductor layer 19 of the light scattered and reflected by the light scattering layer 16 becomes longer and the light is absorbed by the semiconductor layer 19, thereby increasing the photoelectric conversion efficiency. The translucent conductive layer 16 is preferably excellent in light transmissivity in a long wavelength region where the semiconductor layer 19 cannot absorb light.
表面凸凹テクスチャーを有する光散乱層１６の作製温度は、結晶シリコン１０表面に形成する真性非晶質シリコン１１、１２、ｎ＋‐非晶質シリコン１３およびｐ‐非晶質シリコン１４の製膜温度以下であることが望ましく、具体的には２００℃未満であることが望ましい。 The production temperature of the light scattering layer 16 having the surface uneven texture is the film formation temperature of the intrinsic amorphous silicon 11, 12, n + -amorphous silicon 13 and p-amorphous silicon 14 formed on the surface of the crystalline silicon 10. Desirably, it is desirable that the temperature be less than 200 ° C.
光散乱層１６の材料としては、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）などを挙げることができる。この中でも、ＺｎＯが好ましい。先にも述べたように、ＺｎＯは、波長３７０ｎｍ以下の透過率が低いが、３７０ｎｍ以下の波長の光は、半導体層１９での吸光度が高く、入射光が光散乱層１６に届くまでに半導体層１９中に十分吸収される。このため、波長３７０ｎｍ以下の透過率は光散乱層１６の材料として問題とはならず、光散乱層１６の材料として、ＺｎＯを好んで用いることができる。 Examples of the material of the light scattering layer 16 include zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), and indium oxide (In 2 O 3 ). Among these, ZnO is preferable. As described above, ZnO has a low transmittance of a wavelength of 370 nm or less, but light having a wavelength of 370 nm or less has a high absorbance in the semiconductor layer 19, and the semiconductor does not reach the light scattering layer 16 until the incident light reaches the light scattering layer 16. Fully absorbed into layer 19. For this reason, the transmittance | permeability of wavelength 370 nm or less does not pose a problem as a material of the light-scattering layer 16, and ZnO can be used favorably as a material of the light-scattering layer 16.
光散乱層１６の表面のテクスチャーのサイズ、すなわちテクスチャーによる表面凹凸のサイズは、光散乱による効果を十分に得るために、例えばそのサイズを幅としたときに０．７μｍ以上、好ましくは１μｍ以上が好ましい。
光散乱層１６の表面のテクスチャー形状の平均スロープは、光散乱による効果を十分に得るために、３０°以上６０°以下が好ましい。
光散乱層１６の表面のテクスチャーは、統一された大きさでも、大小様々な大きさからなっていても構わない。また、規則的でも不規則的でも構わない。
The size of the texture of the surface of the light scattering layer 16, that is, the size of the surface unevenness due to the texture is, for example, 0.7 μm or more, preferably 1 μm or more when the size is taken as the width in order to sufficiently obtain the effect of light scattering. preferable.
The average slope of the texture shape of the surface of the light scattering layer 16 is preferably 30 ° or more and 60 ° or less in order to sufficiently obtain the effect of light scattering.
The texture of the surface of the light scattering layer 16 may be a uniform size or may have various sizes. Moreover, it may be regular or irregular.
光散乱層１６の作製法としては、表面凹凸テクスチャーの自己形成機能を有する有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリングやＣＶＤによって形成した結晶性の膜に対して結晶方位依存性を利用した異方性エッチングを行う方法、スパッタリングやＣＶＤによって形成した膜に対してリソグラフィで形成されたレジストパターンをマスクにして、またはマスク無しでエッチングする方法などが挙げられる。ドライエッチングとウェットエッチングがともに可能である。 The light-scattering layer 16 can be produced by a metal oxide chemical vapor deposition (MOCVD) method having a self-forming function of a surface uneven texture, or a crystalline film formed by sputtering or CVD. Examples thereof include a method of performing anisotropic etching utilizing orientation dependency, and a method of etching a film formed by sputtering or CVD using a resist pattern formed by lithography as a mask or without a mask. Both dry etching and wet etching are possible.
ＺｎＯをＭＯＣＶＤ法により形成すると、２００℃未満の低温で形成でき、形成されるテクスチャー形状は結晶性で、大小様々な大きさからなり、そのスロープも光散乱層１６として好適である。ＭＯＣＶＤ形成のＺｎＯは成膜の膜厚を増やすほどテクスチャーのサイズも大きくなることから、サイズも所望に制御しやすいという特徴がある。例えば、ＭＯＣＶＤ法により４μｍ厚のノンドープＺｎＯを形成したときのテクスチャーサイズ（幅）は約１μｍとなり、Ｂドープ２μｍ厚のＺｎＯを形成したときのテクスチャーサイズは０．２〜０．４μｍとなる。アズデポの膜も好ましいが、成膜後にプラズマ処理等でテクスチャー形状を変化させることも可能である。また、成膜後に２００℃未満の温度でアニールすることが好ましい。
なお、ＺｎＯをＭＯＣＶＤ法により形成するときの原料としては、ジエチル亜鉛（Ｃ２Ｈ５）２Ｚｎ、トリメチル亜鉛（ＣＨ３）３Ｚｎ、トリエチル亜鉛（Ｃ２Ｈ５）３Ｚｎなどを挙げることができる。
When ZnO is formed by the MOCVD method, it can be formed at a low temperature of less than 200 ° C., and the formed texture shape is crystalline and has various sizes, and its slope is also suitable as the light scattering layer 16. Since the MOCVD-formed ZnO increases in texture size as the film thickness is increased, the size is also easily controlled as desired. For example, the texture size (width) when a 4 μm thick non-doped ZnO film is formed by MOCVD is about 1 μm, and the texture size when a B doped 2 μm thick ZnO film is 0.2 to 0.4 μm. An as-deposited film is also preferable, but it is also possible to change the texture shape by plasma treatment or the like after film formation. Further, it is preferable to anneal at a temperature lower than 200 ° C. after the film formation.
As raw materials for forming ZnO by MOCVD, diethyl zinc (C 2 H 5 ) 2 Zn, trimethyl zinc (CH 3 ) 3 Zn, triethyl zinc (C 2 H 5 ) 3 Zn, and the like can be given. it can.
ＭＯＣＶＤ法により形成するＺｎＯにボロン（Ｂ）などの不純物をドープしないノンドープ（無添加）とすると、光の透過率を高くすることができ、同じ膜厚で比較してＢなどをドープした場合より表面テクスチャー（表面凹凸）が大きくなる。Ｂなどのドープ量が増加すると、自由電子吸収の増加により、赤外域の光透過率が低下する。
したがって、ＺｎＯのノンドープ膜（無添加膜）は、比較的薄膜で所望の表面テクスチャーを得ることができ、薄膜と材料としての透過率特性から光透過という観点からも好ましい。
一方、ＺｎＯにＢなどをドープ（添加）すると導電率が上がるという効果がある。
When ZnO formed by the MOCVD method is non-doped (no additive) such as boron (B) and is not doped with impurities, the light transmittance can be increased, compared with the case where B is doped with the same film thickness. The surface texture (surface irregularities) becomes large. When the doping amount of B or the like increases, the light transmittance in the infrared region decreases due to an increase in free electron absorption.
Accordingly, the ZnO non-doped film (non-added film) is a relatively thin film and can obtain a desired surface texture, and is preferable from the viewpoint of light transmission from the transmittance characteristics of the thin film and the material.
On the other hand, doping (adding) Zn or the like to ZnO has the effect of increasing the conductivity.
裏面電極層１７は、電極としての高い導電性と光を反射させる反射機能を併せもつ層であり、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｄ），タングステン（Ｗ），アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ）からなる群から選ばれる少なくとも１からなる金属を含む材料からなる。この場合、金属単体でもよいし、これらからなる合金でもよいし、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）やシリコン（Ｓｉ）などを含む金属化合物でもよい。１種類の材料の単層でも良いし、２種類以上の材料の積層でも良い。この中でも、Ａｇは高い導電性と３００ｎｍから１２００ｎｍの波長の光に対して高い光反射をもつため好ましい。より低コストなＣｕ、Ａｌ等も好ましい。
裏面電極層１７は、蒸着法、スパッタリング法などで形成することができる。ここで、表面に対してコンフォーマルに形成しても、成膜後の表面が平坦になるように形成してもよい。特に、表面テクスチャーの角度（スロープ）が大きく深い場合は、サンプルを回転させながら成膜することが好ましい。
裏面電極層１７の厚さは、導電性と光反射機能の観点から３００ｎｍ以上、好ましくは４００ｎｍ以上が好ましい。一方で、量産性の観点からは薄いことが好ましい。
The back electrode layer 17 is a layer having both high conductivity as an electrode and a reflection function for reflecting light, and is silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rd). , Tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), and chromium (Cr). In this case, a metal simple substance, an alloy made of these metals, or a metal compound containing carbon (C), nitrogen (N), silicon (Si), or the like may be used. A single layer of one kind of material or a laminate of two or more kinds of materials may be used. Among these, Ag is preferable because it has high conductivity and high light reflection with respect to light having a wavelength of 300 nm to 1200 nm. Lower costs such as Cu and Al are also preferable.
The back electrode layer 17 can be formed by vapor deposition or sputtering. Here, the surface may be formed conformally or may be formed so that the surface after film formation is flat. In particular, when the angle (slope) of the surface texture is large and deep, it is preferable to form the film while rotating the sample.
The thickness of the back electrode layer 17 is 300 nm or more, preferably 400 nm or more from the viewpoint of conductivity and light reflection function. On the other hand, it is preferably thin from the viewpoint of mass productivity.
電極１８は、太陽電池としての電気を外部に取り出すための電極であって、材料としては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｄ），タングステン（Ｗ），アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ）からなる群から選ばれる少なくとも１からなる金属を含む材料からなる。この場合、金属単体でもよいし、これらからなる合金でもよいし、炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）やシリコン（Ｓｉ）などを含む金属化合物でもよい。１種類の材料の単層でも良いし、２種類以上の材料の積層でも良い。
電極１８は、太陽電池１００に入射する光をなるべく遮らないように、グリッド状あるいはストライプ状に形成しておくことが好ましい。
電極１８は、マスキングを用いた蒸着法、銀等の導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法等で形成できる。また、リフトオフと蒸着法やスパッタリング法の組み合わせ、あるいは蒸着法やスパッタリング法とリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクにしたエッチングとの組み合わせ等によっても形成ができる。
The electrode 18 is an electrode for taking out electricity as a solar cell to the outside, and as materials, silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rd), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), and a material containing at least one metal selected from the group consisting of chromium (Cr). In this case, a metal simple substance, an alloy made of these metals, or a metal compound containing carbon (C), nitrogen (N), silicon (Si), or the like may be used. A single layer of one kind of material or a laminate of two or more kinds of materials may be used.
The electrode 18 is preferably formed in a grid shape or a stripe shape so as not to block light incident on the solar cell 100 as much as possible.
The electrode 18 can be formed by a vapor deposition method using masking, a screen printing method using a conductive paste such as silver, or the like. Further, it can be formed by a combination of lift-off and vapor deposition or sputtering, or a combination of vapor deposition or sputtering and etching using a resist pattern formed by lithography as a mask.
図４に、平坦な結晶シリコン３０と光散乱層に代えて平坦な透光性導電層３６をもつ従来型の太陽電池３００を示す。この太陽電池３００は、光５が入射する側から、電極３８、透光性導電層３５、半導体層３９、透光性導電層３６および裏面電極層３７という構成になっている。そして、半導体層３９は、ｎ型結晶シリコン３０、真性非晶質シリコン３１、真性非晶質シリコン３２、ｎ＋‐非晶質シリコン３３およびｐ‐非晶質シリコン３４よりなる。 FIG. 4 shows a conventional solar cell 300 having a flat translucent conductive layer 36 instead of the flat crystalline silicon 30 and the light scattering layer. The solar cell 300 has a configuration of an electrode 38, a translucent conductive layer 35, a semiconductor layer 39, a translucent conductive layer 36, and a back electrode layer 37 from the light incident side. The semiconductor layer 39 is made of n-type crystalline silicon 30, intrinsic amorphous silicon 31, intrinsic amorphous silicon 32, n + -amorphous silicon 33, and p-amorphous silicon 34.
この従来型の太陽電池３００では、入射した５は半導体層３９を最短距離で通過した後、透光性導電層３５側から外部に出てしまい、入射した光５を半導体層３９に十分閉じ込めることができない。
一方、図１に示す本発明の太陽電池１００では、光散乱層１６により光散乱層１６に到達した光は散乱され、前述のように、入射した光５を半導体層３９に十分閉じ込めることができ、光電変換効率が向上する。特に、光吸収係数が小さい赤外域の光吸収が裏面での光散乱による光路長増大により増加する。赤外域の光吸収量増大により太陽電池の短絡電流密度が増加し、光電変換効率が向上する。
In this conventional solar cell 300, the incident 5 passes through the semiconductor layer 39 at the shortest distance, and then exits from the translucent conductive layer 35 side to sufficiently confine the incident light 5 in the semiconductor layer 39. I can't.
On the other hand, in the solar cell 100 of the present invention shown in FIG. 1, the light reaching the light scattering layer 16 is scattered by the light scattering layer 16, and the incident light 5 can be sufficiently confined in the semiconductor layer 39 as described above. The photoelectric conversion efficiency is improved. In particular, light absorption in the infrared region where the light absorption coefficient is small increases due to an increase in optical path length due to light scattering on the back surface. The short circuit current density of the solar cell is increased by the increase in the amount of light absorption in the infrared region, and the photoelectric conversion efficiency is improved.
表面にテクスチャーが形成されていない平坦な薄型結晶シリコンを用いると、バルク内および表面でのキャリア再結合を防止できるので、一般的に、太陽電池の開放電圧向上効果は大きい。
このため、本発明の太陽電池１００は、開放電圧と光電変換効率の両方が高い太陽電池となる。
なお、結晶シリコン１０が薄いほど本発明による光閉じ込め効果は、光散乱層１６を用いない場合と比べて相対的に大きくなって、効果的である。また、透光性導電層１５側の半導体層１９や透光性電極層１５の表面が平坦で、この面での光散乱が小さい場合、大きなテクスチャーが形成された光散乱層１６の効果が顕在化する。
When flat thin crystalline silicon having no texture formed on the surface is used, carrier recombination in the bulk and on the surface can be prevented, so that generally the effect of improving the open circuit voltage of a solar cell is large.
For this reason, the solar cell 100 of this invention turns into a solar cell with high open circuit voltage and photoelectric conversion efficiency.
In addition, the light confinement effect by this invention becomes comparatively large compared with the case where the light-scattering layer 16 is not used, so that the crystalline silicon 10 is thin, and it is effective. In addition, when the surface of the semiconductor layer 19 or the translucent electrode layer 15 on the translucent conductive layer 15 side is flat and the light scattering on this surface is small, the effect of the light scattering layer 16 having a large texture is apparent. Turn into.
図２は、半導体層の表面にテクスチャーが形成された太陽電池２００の場合であって、その太陽電池２００は、光５が入射する側から、電極２８、透光性導電層２５、半導体層２９、光散乱層２６および裏面電極層２７という構成になっている。 FIG. 2 shows a case of a solar cell 200 in which a texture is formed on the surface of the semiconductor layer. The solar cell 200 includes an electrode 28, a translucent conductive layer 25, and a semiconductor layer 29 from the side on which the light 5 is incident. The light scattering layer 26 and the back electrode layer 27 are configured.
この太陽電池２００は半導体層２９をヘテロ接合シリコンの半導体層とした場合であり、半導体層２９は、図１の場合と同様に、ｎ型結晶シリコン２０、真性非晶質シリコン２１、真性非晶質シリコン２２、ｎ＋‐非晶質シリコン２３およびｐ‐非晶質シリコン２４よりなる。なお、ヘテロ接合シリコンの半導体層１９として、ｎ型結晶シリコン１０に代えてｐ型結晶シリコンを用いることもできる。そのときのｐ型とｎ型の置き換えは図１の場合と同じである。 This solar cell 200 is a case where the semiconductor layer 29 is a heterojunction silicon semiconductor layer, and the semiconductor layer 29 is formed of n-type crystalline silicon 20, intrinsic amorphous silicon 21, intrinsic amorphous as in the case of FIG. It consists of high quality silicon 22, n + -amorphous silicon 23 and p-amorphous silicon 24. As the heterojunction silicon semiconductor layer 19, p-type crystal silicon can be used instead of the n-type crystal silicon 10. The replacement of the p-type and the n-type at that time is the same as in the case of FIG.
太陽電池２００を構成する電極２８、透光性導電層２５、ｎ型結晶シリコン２０、真性非晶質シリコン２１、真性非晶質シリコン２２、ｎ＋‐非晶質シリコン２３、ｐ‐非晶質シリコン２４、光散乱層２６および裏面電極層２７は、（ｎ型）結晶シリコン２０を除き、全て材料から製法に至るまで図１の場合と同じである。 Electrode 28, translucent conductive layer 25, n-type crystalline silicon 20, intrinsic amorphous silicon 21, intrinsic amorphous silicon 22, n + -amorphous silicon 23, p-amorphous constituting solar cell 200 The silicon 24, the light scattering layer 26, and the back electrode layer 27 are the same as those in FIG. 1 from the material to the manufacturing method except for the (n-type) crystalline silicon 20.
図２の場合は、（ｎ型）結晶シリコン２０の両面にテクスチャーを形成することのみが図１と異なる。なお、結晶シリコン２０の表面のテクスチャーは、両面に限らず、裏面電極層側２７、あるいは透光性電極層側２５のみとしてもよいが、ここではテクスチャーが結晶シリコン２０の両面に作られている場合を説明する。テクスチャーが片面に形成されている場合も光閉じ込めを増大させる効果があるが、両側にテクスチャーが形成されている方がその増大効果は大きい。 In the case of FIG. 2, only the texture is formed on both surfaces of the (n-type) crystalline silicon 20. The texture of the surface of the crystalline silicon 20 is not limited to both surfaces, but may be only the back electrode layer side 27 or the translucent electrode layer side 25, but here the texture is made on both surfaces of the crystalline silicon 20. Explain the case. Even when the texture is formed on one side, there is an effect of increasing the light confinement, but the increase effect is greater when the texture is formed on both sides.
結晶シリコン２０へのテクスチャーの形成方法としては、エッチングレートの結晶方位依存性を利用したウェットエッチング、ナノインプリントやリソグラフィにより形成したエッチングマスクを用いたエッチング、ナノ粒子を散布しそのナノ粒子をマスクにしたエッチングなどを挙げることができる。この中でも、結晶方位依存性を利用したウェットエッチングは簡便で、生産性に優れるという特徴がある。この場合、形成されるテクスチャーは規則的で、テクスチャー形状のスロープも一定のものとなる。具体的なエッチング液としては、ＫＯＨ水溶液を挙げることができる。 As a method of forming a texture on the crystalline silicon 20, wet etching using the crystal orientation dependency of the etching rate, etching using an etching mask formed by nanoimprinting or lithography, spraying nanoparticles, and using the nanoparticles as a mask Etching etc. can be mentioned. Among these, wet etching using the crystal orientation dependency is simple and excellent in productivity. In this case, the texture to be formed is regular and the slope of the texture shape is constant. Specific examples of the etching solution include a KOH aqueous solution.
結晶シリコン２０のテクスチャーの凹部が起点となって半導体層２９が破断破壊を起こしたりする。特に、結晶シリコン２０を薄くするほど機械強度が不足して破断破壊が起こりやすくなる。
このため、結晶シリコン２０のテクスチャーサイズは、結晶シリコンの厚みによるが、０μｍを超えて５μｍ未満が好ましい。反射防止の観点からは、結晶シリコン２０のテクスチャーサイズは０．２μｍ以上が好ましい。
The concave portion of the texture of the crystalline silicon 20 is the starting point, causing the semiconductor layer 29 to break or break. In particular, as the crystalline silicon 20 is made thinner, the mechanical strength becomes insufficient and breakage is likely to occur.
For this reason, although the texture size of the crystalline silicon 20 depends on the thickness of the crystalline silicon, it is preferably more than 0 μm and less than 5 μm. From the viewpoint of preventing reflection, the texture size of the crystalline silicon 20 is preferably 0.2 μm or more.
結晶シリコン２０のテクスチャーは、光閉じ込めを高める効果がある。
しかしながら、テクスチャーサイズ（幅）が１μｍ未満の場合、光閉じ込め効果は必ずしも十分ではない。結晶シリコン２０の厚さが１００μｍ以下の場合は、光閉じ込め効果が十分ではなくて光電変換効率が十分ではなくなる。そして、結晶シリコン２０の厚さが薄くなればなるほど光閉じ込め効果不足が顕在化する。
The texture of the crystalline silicon 20 has an effect of enhancing light confinement.
However, when the texture size (width) is less than 1 μm, the light confinement effect is not always sufficient. When the thickness of the crystalline silicon 20 is 100 μm or less, the light confinement effect is not sufficient and the photoelectric conversion efficiency is not sufficient. As the crystalline silicon 20 becomes thinner, the light confinement effect shortage becomes obvious.
図２に示す本発明の太陽電池２００では、図３に示すように、光散乱層２６の裏面電極層２７側に結晶シリコン２０に形成されたテクスチャーより大きなテクスチャーを形成することによって十分な光閉じ込め効果が得られる。
図３は、シリコン層２９に接する光散乱層２６の表面断面形状を１、光散乱層２６の裏面電極層２７側の表面断面形状を２ａから２ｆで示したものである。
結晶シリコン２０に形成されたテクスチャーより大きなテクスチャー形状は、（ａ）テクスチャーの周期（幅）、位相が同じで振幅が大きい、（ｂ）テクスチャーの周期が同じで、位相が異なり振幅が大きい、（ｃ）テクスチャーの幅が広い、（ｄ）テクスチャーの幅が広く、振幅も大きい、（ｅ）裏面電極層２７側のテクスチャーは大小様々で、周期も様々で凸部の体積あるいは面積が大きい、（ｆ）裏面電極層２７側のテクスチャーは大小様々で、周期も様々、かつ平均して振幅が大きい、の４種類に大別される。この何れでも光閉じ込め効果が増大されるが、（ｆ）が最も好ましい。
In the solar cell 200 of the present invention shown in FIG. 2, sufficient light confinement is obtained by forming a texture larger than the texture formed on the crystalline silicon 20 on the back electrode layer 27 side of the light scattering layer 26 as shown in FIG. An effect is obtained.
FIG. 3 shows the surface cross-sectional shape of the light scattering layer 26 in contact with the silicon layer 29 as 1 and the surface cross-sectional shape of the light scattering layer 26 on the back electrode layer 27 side from 2a to 2f.
The texture shape larger than the texture formed on the crystalline silicon 20 is (a) texture period (width), phase is the same and large amplitude, (b) texture period is the same, phase is different and amplitude is large ( (c) wide texture width, (d) wide texture width and large amplitude, (e) various textures on the back electrode layer 27 side, various periods, various periods, and large volume or area of protrusions ( f) The texture on the back electrode layer 27 side is roughly divided into four types, which are large and small, have various periods, and have an average large amplitude. Either of these increases the light confinement effect, but (f) is most preferred.
図５に、テクスチャー形状を有する結晶シリコン４０と光散乱層に代えてコンフォーマルな形状で形成された透光性導電層４６をもつ従来型の太陽電池４００を示す。この太陽電池４００は、光５が入射する側から、電極４８、透光性導電層４５、半導体層４９、透光性導電層４６および裏面電極層４７という構成になっている。そして、半導体層４９は、ｎ型結晶シリコン４０、真性非晶質シリコン４１、真性非晶質シリコン４２、ｎ＋‐非晶質シリコン４３およびｐ‐非晶質シリコン４４よりなる。 FIG. 5 shows a conventional solar cell 400 having a crystalline silicon 40 having a textured shape and a translucent conductive layer 46 formed in a conformal shape instead of the light scattering layer. This solar cell 400 has a configuration of an electrode 48, a translucent conductive layer 45, a semiconductor layer 49, a translucent conductive layer 46, and a back electrode layer 47 from the light incident side. The semiconductor layer 49 is made of n-type crystalline silicon 40, intrinsic amorphous silicon 41, intrinsic amorphous silicon 42, n + -amorphous silicon 43, and p-amorphous silicon 44.
この従来型の太陽電池４００で、十分な光閉じ込め効果を得ようとすると、結晶シリコン４０のテクスチャーを大きくする必要があり、結晶シリコン４０の機械強度が不足して、結晶シリコン４０への凹部が起点となって破断破壊を起こしやすい。このため、従来の太陽電池４００は、結晶シリコン４０を薄くするのが難しく、コスト低減が難しいという問題がある。 In order to obtain a sufficient light confinement effect with this conventional solar cell 400, it is necessary to increase the texture of the crystalline silicon 40, the mechanical strength of the crystalline silicon 40 is insufficient, and the recesses in the crystalline silicon 40 are formed. It tends to break and break. For this reason, the conventional solar cell 400 has a problem that it is difficult to make the crystalline silicon 40 thin, and it is difficult to reduce the cost.
一方、図２に示す本発明の太陽電池２００では、結晶シリコン２０の表面のテクスチャーと光散乱層２６のテクスチャーのダブルテクスチャー構造が裏面の反射層として形成されることにより、結晶シリコン４０の表面のテクスチャーのみの太陽電池４００の場合と比較して、光吸収係数が小さい赤外域の光吸収が裏面での光散乱による光路長増大により増加する。 On the other hand, in the solar cell 200 of the present invention shown in FIG. 2, the double texture structure of the surface of the crystalline silicon 20 and the texture of the light scattering layer 26 is formed as a reflective layer on the back surface. Compared with the texture-only solar cell 400, the light absorption in the infrared region having a small light absorption coefficient increases due to an increase in the optical path length due to light scattering on the back surface.
＜実施の形態２＞
実施の形態２では、実施の形態１の図１に示した太陽電池１００の製造方法を、要部断面図による図６を用いて説明する。
<Embodiment 2>
In Embodiment 2, a method of manufacturing solar cell 100 shown in FIG. 1 of Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
最初に、ｎ型結晶シリコン基板１０を準備する。
次に、フッ酸水溶液などにより基板表面の自然酸化膜除去および洗浄を行う。
その後、結晶シリコン基板１０の両面に真性非晶質シリコン薄膜１１および１２を形成する（図６（ａ））。
真性非晶質シリコン薄膜１１と真性非晶質シリコン薄膜１２の形成は、片側ずつ行っても、同時に行っても構わない。形成方法としては、超高周波または高周波プラズマ化学気相成長法を挙げることができるが、それに限るものではなく、触媒ＣＶＤ法等のＣＶＤ法やスパッタリング法を用いてもよい。
その後、ｎ＋‐非晶質シリコン１３およびｐ‐非晶質シリコン１４を形成する（図６（ｂ））。形成方法としては、真性膜の場合と同様なＣＶＤ法やスパッタリング法を挙げることができる。
First, an n-type crystalline silicon substrate 10 is prepared.
Next, the natural oxide film on the substrate surface is removed and washed with an aqueous hydrofluoric acid solution.
Thereafter, intrinsic amorphous silicon thin films 11 and 12 are formed on both surfaces of the crystalline silicon substrate 10 (FIG. 6A).
The formation of the intrinsic amorphous silicon thin film 11 and the intrinsic amorphous silicon thin film 12 may be performed one side at a time or simultaneously. Examples of the formation method include an ultrahigh frequency or high frequency plasma chemical vapor deposition method, but are not limited thereto, and a CVD method such as a catalytic CVD method or a sputtering method may be used.
Thereafter, n + -amorphous silicon 13 and p-amorphous silicon 14 are formed (FIG. 6B). Examples of the forming method include the same CVD method and sputtering method as in the case of the intrinsic film.
次に、ｐ‐非晶質シリコン１４の上に透光性導電層１５を形成する（図６（ｃ））。形成法としては、ＲＦスパッタリング法を好んで用いることができる。 Next, a translucent conductive layer 15 is formed on the p-amorphous silicon 14 (FIG. 6C). As a forming method, an RF sputtering method can be preferably used.
しかる後、ｎ＋‐非晶質シリコン１３に接して光散乱層１６を形成する（図６（ｄ））。
ＭＯＣＶＤ法によりノンドープの酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜を形成すると、それは結晶性の膜となるため、形成された膜の表面は自動的にテクスチャー形状となる。そのテクスチャーの大きさ（表面凹凸）サイズ（幅）は、膜厚に依存し、膜厚が厚くなるほど大きくなる。また、その表面凹凸は規則的なものではなく大小入り混じり、かつ配置も不規則なものとなる。このため、ＭＯＣＶＤ法により形成されたノンドープの酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜は光散乱層１６として好適である。
なお、透光性導電層１５の形成と、光散乱層１６の形成の順番を逆にして、光散乱層１６を形成してから透光性導電層１５を形成してもよい。
Thereafter, the light scattering layer 16 is formed in contact with the n + -amorphous silicon 13 (FIG. 6D).
When a non-doped zinc oxide (ZnO) film is formed by MOCVD, it becomes a crystalline film, so that the surface of the formed film automatically has a texture shape. The texture size (surface irregularities) size (width) depends on the film thickness, and increases as the film thickness increases. Further, the surface irregularities are not regular but mixed in size, and the arrangement is irregular. For this reason, a non-doped zinc oxide (ZnO) film formed by MOCVD is suitable as the light scattering layer 16.
Note that the translucent conductive layer 15 may be formed after the light scattering layer 16 is formed by reversing the order of forming the translucent conductive layer 15 and the light scattering layer 16.
その後、裏面電極層１７を光散乱層１６に接して形成する（図６（ｅ））。裏面電極層１７の形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法を挙げることができる。
最後に、透光性電極層１５の上に電極１８を形成し、太陽電池１００が製造される（図６（ｆ））。
なお、裏面電極層１７の形成と、電極１８の形成の順番を逆にして、電極１８を形成してから裏面電極層１７を形成してもよい。
Thereafter, the back electrode layer 17 is formed in contact with the light scattering layer 16 (FIG. 6E). Examples of the method for forming the back electrode layer 17 include vapor deposition and sputtering.
Finally, the electrode 18 is formed on the translucent electrode layer 15, and the solar cell 100 is manufactured (FIG.6 (f)).
Note that the back electrode layer 17 may be formed after the electrode 18 is formed by reversing the order of forming the back electrode layer 17 and the electrode 18.
＜実施の形態３＞
実施の形態３は、太陽電池へ光が照射される表面側に光散乱層を形成した場合である。裏面側は、実施の形態１と同様に光散乱層が形成されていても、図４や図５に示したような透光性導電層が形成されていても構わない。但し、裏面側にも実施の形態１に示した光散乱層を形成した方が、光閉じ込め効果が相乗的に起こるのでより好ましい。
<Embodiment 3>
The third embodiment is a case where a light scattering layer is formed on the surface side where light is irradiated to the solar cell. On the back side, a light scattering layer may be formed as in the first embodiment, or a light-transmitting conductive layer as shown in FIGS. 4 and 5 may be formed. However, it is more preferable to form the light scattering layer shown in Embodiment 1 also on the back surface side because the light confinement effect occurs synergistically.
実施の形態３の表面側に形成される光散乱層は、図１や図２における透光性導電層１５や２５に置き換えて形成される。それ以外は、実施の形態１に準拠してよい。
実施の形態３における表面側に形成される光散乱層のコンセプトは、実施の形態１における光散乱層１６や２６と同じである。但し、波長３００ｎｍから１２００ｎｍの光をよく透過することが求められる。ＺｎＯは前述のように３７０ｎｍより波長の短い光の透過率が高くないので、表面側に形成される光散乱層としてはＩＴＯやＦＴＯがより適している。
この光散乱層の表面側のテクスチャーの大きさを半導体層側のテクスチャーより大きくすることにより、光閉じ込め効果が増大する。
また、他に反射防止膜を形成しない場合は、表面のテクスチャーサイズ（幅）は、０．５μｍ未満が、微細構造により中間屈折率層が形成されるという観点から好ましい。
The light scattering layer formed on the surface side of the third embodiment is formed by replacing the translucent conductive layers 15 and 25 in FIGS. Other than that, it may conform to the first embodiment.
The concept of the light scattering layer formed on the surface side in the third embodiment is the same as that of the light scattering layers 16 and 26 in the first embodiment. However, it is required to transmit light with a wavelength of 300 nm to 1200 nm well. Since ZnO does not have a high transmittance for light having a wavelength shorter than 370 nm as described above, ITO or FTO is more suitable as a light scattering layer formed on the surface side.
By making the texture on the surface side of the light scattering layer larger than the texture on the semiconductor layer side, the light confinement effect is increased.
When no other antireflection film is formed, the surface texture size (width) is preferably less than 0.5 μm from the viewpoint that the intermediate refractive index layer is formed by a fine structure.
(実施例１)
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１では、図１に示す太陽電池１００を以下の工程で作製し、その光電変換特性を評価した。
(Example 1)
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.
In Example 1, the solar cell 100 shown in FIG. 1 was produced in the following steps, and its photoelectric conversion characteristics were evaluated.
１．太陽電池の作製
最初に、両側の表面が平坦な抵抗率１〜５Ω・ｃｍのｐ型結晶シリコン基板を準備した。ここで、ｐ型結晶シリコンの厚さは２８０μｍである。
次に、フッ酸水溶液により基板表面の自然酸化膜除去を行った後、超高周波プラズマ化学気相成長法により、結晶シリコン基板１０の両面に真性非晶質シリコン薄膜１１および１２を形成した（図６（ａ））。真性非晶質シリコン薄膜１１および１２の膜厚はともに約５ｎｍである。
その後、ｐ型微結晶ＳｉＣｘＯｙ：Ｈ薄膜（ｐ‐μｃ‐ＳｉＣｘＯｙ：Ｈ）１３およびｎ＋型非晶質シリコン薄膜（ｎ＋‐ａ−Ｓｉ：Ｈ）１４を超高周波プラズマ化学気相成長法により形成した（図６（ｂ））。膜厚は、ｐ型微結晶ＳｉＣｘＯｙ：Ｈ薄膜１３が約５０ｎｍであり、ｎ型非晶質シリコン薄膜１４が約２０ｎｍである。
1. Production of Solar Cell First, a p-type crystalline silicon substrate having a resistivity of 1 to 5 Ω · cm with flat surfaces on both sides was prepared. Here, the thickness of the p-type crystalline silicon is 280 μm.
Next, after removing the natural oxide film on the substrate surface with a hydrofluoric acid aqueous solution, intrinsic amorphous silicon thin films 11 and 12 are formed on both surfaces of the crystalline silicon substrate 10 by an ultra-high frequency plasma chemical vapor deposition method (FIG. 6 (a)). Both the intrinsic amorphous silicon thin films 11 and 12 have a thickness of about 5 nm.
Thereafter, a p-type microcrystalline SiC x O y : H thin film (p-μc-SiC x O y : H) 13 and an n + type amorphous silicon thin film (n + -a-Si: H) 14 are subjected to ultrahigh-frequency plasma. It was formed by chemical vapor deposition (FIG. 6B). The thickness of the p-type microcrystalline SiC x O y : H thin film 13 is about 50 nm, and the thickness of the n-type amorphous silicon thin film 14 is about 20 nm.
次に、光入射側の透光性導電層１５として、表面が平坦な従来の透明導電膜であるＩＴＯ膜をＲＦスパッタリング法により作製した（図６（ｃ））。その膜厚は約７０ｎｍとし、面積は１０ｍｍ×１０ｍｍとした。この成膜は室温（２３℃）にて行った。 Next, as a light-transmitting conductive layer 15 on the light incident side, an ITO film, which is a conventional transparent conductive film with a flat surface, was produced by RF sputtering (FIG. 6C). The film thickness was about 70 nm and the area was 10 mm × 10 mm. This film formation was performed at room temperature (23 ° C.).
しかる後、光散乱層１６として、ノンドープの酸化亜鉛（ＺｎＯ）膜をＭＯＣＶＤ法により成膜した（図６（ｄ））。ここで、ジエチル亜鉛(ＤＥＺ)と水（Ｈ２Ｏ）を原料として用い、プロセス圧力３Ｔｏｒｒ、基板温度約１５５℃の条件で成膜した。成膜されたＺｎＯの膜厚は約４μｍであり、シート抵抗は約３０Ω/□であった。
成膜されたＺｎＯの表面、すなわち、光反射層１６の裏面金属側となる表面テクスチャーの様子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測定した。上面から観察した結果の一例を図７に、断面を観察した結果の一例を図８に示す。大きさ（幅）約１μｍで大小様々な結晶性の突起が無秩序に形成され、不規則なテクスチャー形状となっていることを確認した。
Thereafter, as the light scattering layer 16, a non-doped zinc oxide (ZnO) film was formed by MOCVD (FIG. 6D). Here, a film was formed using diethyl zinc (DEZ) and water (H 2 O) as raw materials under a process pressure of 3 Torr and a substrate temperature of about 155 ° C. The film thickness of the deposited ZnO was about 4 μm, and the sheet resistance was about 30Ω / □.
The surface of the deposited ZnO, that is, the surface texture on the back metal side of the light reflecting layer 16 was measured with a scanning electron microscope (SEM). An example of the result of observation from the upper surface is shown in FIG. 7, and an example of the result of observation of the cross section is shown in FIG. It was confirmed that the size (width) was about 1 μm, and large and small crystalline protrusions were randomly formed, resulting in an irregular texture shape.
その後、裏面電極層１７として、Ａｇを約０．３μｍの厚さで真空蒸着法により形成し（図６（ｅ））、最後に、透光性電極層１５側からＡｇおよびＡｌが積層されたグリッド状の電極１８を真空蒸着法により作製し、太陽電池１００とした（図６（ｆ））。 Thereafter, Ag was formed as a back electrode layer 17 by a vacuum evaporation method with a thickness of about 0.3 μm (FIG. 6E), and finally Ag and Al were laminated from the translucent electrode layer 15 side. The grid-shaped electrode 18 was produced by the vacuum evaporation method, and it was set as the solar cell 100 (FIG.6 (f)).
比較用として、光散乱層１６を表面が平坦な従来の透明導電膜(ＩＴＯ)に代えたところのみが異なるシリコンヘテロ接合太陽電池を同時に作製して、その光電変換特性を実施例１と比較した。ここで、このＩＴＯ膜はＲＦスパッタリング法により形成し、その膜厚は約１８０ｎｍである。 As a comparative example, silicon heterojunction solar cells differing only in the place where the light scattering layer 16 was replaced with a conventional transparent conductive film (ITO) having a flat surface were simultaneously produced, and the photoelectric conversion characteristics thereof were compared with those of Example 1. . Here, the ITO film is formed by an RF sputtering method, and the film thickness is about 180 nm.
作製した実施例１と比較例の太陽電池をともに裏面側から目視で観察した。その結果、実施例１の裏面側にテクスチャー形状を有する光散乱層が形成された実施例１では白色となり、平坦な透明電極膜が形成された比較例では鏡面となった。 Both the produced solar cells of Example 1 and Comparative Example were visually observed from the back side. As a result, Example 1 in which a light scattering layer having a textured shape was formed on the back side of Example 1 turned white, and a comparative example in which a flat transparent electrode film was formed became a mirror surface.
２．光電変換特性の評価
作製した実施例１と比較例の太陽電池の電流密度‐電圧特性を図９に示す。
実施例１の太陽電池は比較例に比べ、短絡電流密度が約２〜５％増加し、それに伴って、エネルギー変換効率が増加した。なお、同図で同一線種に対して複数の結果が描かれているが、これは複数のサンプルの結果を示している。
作製した実施例１と比較例の太陽電池の量子効率（ＥＱＥ）スペクトルをともに同じ図に載せて両者を比較した。その結果を図１０に示す。また、使用した結晶シリコン基板（厚さ２８０μｍ）の透過率スペクトルを図１１に示す。使用した結晶シリコン基板で光吸収しきれない、波長１０００ｎｍから１２００ｎｍの領域で、表面テクスチャー（凹凸）を有する光散乱層１６（ノンドープＺｎＯ膜）を使用したセルの量子効率は、平坦なＩＴＯ膜を使用したセルと比較して向上している。量子効率（ＥＱＥ）スペクトルによっても本発明の効果が確認できた。
なお、様々な半導体に対する光吸収係数αならびに侵入長１／αと波長の関係を参考として図１２に示す。シリコン（Ｓｉ）以外の半導体層においても長波長では侵入長１／αが長い傾向をもつ。
2. Evaluation of Photoelectric Conversion Characteristics FIG. 9 shows current density-voltage characteristics of the produced solar cells of Example 1 and Comparative Example.
In the solar cell of Example 1, the short-circuit current density increased by about 2 to 5%, and the energy conversion efficiency increased accordingly. In addition, although the several result is drawn with respect to the same line type in the same figure, this has shown the result of the several sample.
The quantum efficiency (EQE) spectra of the fabricated solar cell of Example 1 and the comparative example were both put on the same figure and compared. The result is shown in FIG. Further, FIG. 11 shows a transmittance spectrum of the used crystalline silicon substrate (thickness: 280 μm). The quantum efficiency of the cell using the light scattering layer 16 (non-doped ZnO film) having a surface texture (unevenness) in the region of wavelength 1000 nm to 1200 nm that cannot be absorbed by the crystalline silicon substrate used is a flat ITO film. It is improved compared to the cell used. The effect of the present invention was also confirmed by a quantum efficiency (EQE) spectrum.
Note that the relationship between the light absorption coefficient α and the penetration length 1 / α and the wavelength for various semiconductors is shown in FIG. 12 as a reference. Even in semiconductor layers other than silicon (Si), the penetration length 1 / α tends to be long at long wavelengths.
本発明の太陽電池は、光電変換効率が高く、かつ破損の少ない歩留まりの高い太陽電池である。しかも、機械的強度に優れるので、半導体層を薄膜化でき、低コスト化を図ることができる。このため、高効率、低コスト太陽電池として広く使用されることが期待される。 The solar cell of the present invention is a solar cell having high photoelectric conversion efficiency and high yield with little damage. In addition, since the mechanical strength is excellent, the semiconductor layer can be thinned and the cost can be reduced. For this reason, it is expected to be widely used as a high-efficiency, low-cost solar cell.
１ 表面
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 表面
５ 光
１０ 結晶シリコン（ｎ型結晶シリコン、ｐ型結晶シリコン）
１１ 真性非晶質シリコン
１２ 真性非晶質シリコン
１３ ｎ＋‐非晶質シリコン（ｐ‐微結晶ＳｉＣｘＯｙ：Ｈ）
１４ ｐ‐非晶質シリコン（ｎ‐非晶質Ｓｉ：Ｈ）
１５ 透光性導電層
１６ 光散乱層
１７ 裏面電極層
１８ 電極（グリッド状電極）
１９ 半導体層
２０ 結晶シリコン
２１ 真性非晶質シリコン
２２ 真性非晶質シリコン
２３ ｎ＋‐非晶質シリコン
２４ ｐ‐非晶質シリコン
２５ 透光性導電層
２６ 光散乱層
２７ 裏面電極層
２８ 電極（グリッド状電極）
２９ 半導体層
３０ 結晶シリコン
３１ 真性非晶質シリコン
３２ 真性非晶質シリコン
３３ ｎ＋‐非晶質シリコン
３４ ｐ‐非晶質シリコン
３５ 透光性導電層
３６ 透光性導電層
３７ 裏面電極層
３８ 電極（グリッド状電極）
３９ 半導体層
４０ 結晶シリコン
４１ 真性非晶質シリコン
４２ 真性非晶質シリコン
４３ ｎ＋‐非晶質シリコン
４４ ｐ‐非晶質シリコン
４５ 透光性導電層
４６ 透光性導電層
４７ 裏面電極層
４８ 電極（グリッド状電極）
４９ 半導体層
１００、２００、３００、４００ 太陽電池
1 surface 2a, 2b, 2c, 2d surface 5 light 10 crystal silicon (n-type crystal silicon, p-type crystal silicon)
11 Intrinsic Amorphous Silicon 12 Intrinsic Amorphous Silicon 13 n + -Amorphous Silicon (p-Microcrystalline SiC x O y : H)
14 p-amorphous silicon (n-amorphous Si: H)
15 translucent conductive layer 16 light scattering layer 17 back electrode layer 18 electrode (grid electrode)
19 semiconductor layer 20 crystalline silicon 21 intrinsic amorphous silicon 22 intrinsic amorphous silicon 23 n + -amorphous silicon 24 p-amorphous silicon 25 translucent conductive layer 26 light scattering layer 27 back electrode layer 28 electrode ( Grid electrode)
29 Semiconductor layer 30 Crystalline silicon 31 Intrinsic amorphous silicon 32 Intrinsic amorphous silicon 33 n + -Amorphous silicon 34 p-Amorphous silicon 35 Translucent conductive layer 36 Translucent conductive layer 37 Back electrode layer 38 Electrode (grid electrode)
39 Semiconductor layer 40 Crystalline silicon 41 Intrinsic amorphous silicon 42 Intrinsic amorphous silicon 43 n + -Amorphous silicon 44 p-Amorphous silicon 45 Translucent conductive layer 46 Translucent conductive layer 47 Back electrode layer 48 Electrode (grid electrode)
49 Semiconductor layer 100, 200, 300, 400 Solar cell
Claims (20)
前記光散乱層は、前記半導体層と前記電極層の間に形成された導電性を有する材料からなり、
前記光散乱層の前記電極層側の主表面は、前記半導体層の前記光散乱層側の主表面の凹凸より大きな凹凸を有するテクスチャー形状である、太陽電池。 A solar cell including a semiconductor layer, a light scattering layer for scattering light, and an electrode layer,
The light scattering layer is made of a conductive material formed between the semiconductor layer and the electrode layer,
The main surface on the electrode layer side of the light scattering layer is a solar cell having a textured shape having unevenness larger than the unevenness of the main surface on the light scattering layer side of the semiconductor layer.
前記第２の光散乱層の前記半導体層とは逆側の主表面にテクスチャーが形成されている、請求項１から１２の何れか１記載の太陽電池。 A second light scattering layer on the main surface of the semiconductor layer opposite to the light scattering layer;
The solar cell according to any one of claims 1 to 12, wherein a texture is formed on a main surface of the second light scattering layer opposite to the semiconductor layer.
前記光散乱層上に導電層を形成する導電層形成工程を有し、
前記光散乱層の前記電極層側の主表面は、前記半導体層の前記光散乱層側の主表面の凹凸より大きな凹凸を有するテクスチャー形状である、太陽電池の製造方法。 A light scattering layer forming step of forming a light scattering layer having conductivity to scatter light on the main surface of the semiconductor film;
A conductive layer forming step of forming a conductive layer on the light scattering layer;
The method for manufacturing a solar cell, wherein the main surface of the light scattering layer on the electrode layer side has a textured shape having irregularities larger than the irregularities of the main surface of the semiconductor layer on the light scattering layer side.
The method for manufacturing a solar cell according to claim 14, wherein the semiconductor layer is made of heterojunction silicon.
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