JP2021516873A - 結晶シリコン太陽電池及びその製造方法、太陽光発電モジュール - Google Patents

結晶シリコン太陽電池及びその製造方法、太陽光発電モジュール Download PDF

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Abstract

本発明は、結晶シリコン太陽電池及びその製造方法、太陽光発電モジュールに関し、太陽電池の技術分野に属する。結晶シリコン太陽電池は、結晶シリコン基体と、前記結晶シリコン基体に設けられ、貫通孔を有するパッシベーション層と、前記パッシベーション層上に設けられたキャリア収集層と、前記キャリア収集層と接触する電極と、を備え、前記キャリア収集層が前記パッシベーション層における貫通孔を通して前記結晶シリコン基体と接触する。該結晶シリコン太陽電池において、パッシベーション層に貫通孔が開けられ、且つキャリア収集層がパッシベーション層における貫通孔を通して結晶シリコン基体と接触し、それにより、良好な表面パッシベーション効果を確保する上に、キャリアが結晶シリコン基体とキャリア収集層との接触する界面を突き抜けて電極により収集され、より効率的なキャリア輸送を実現し、結晶シリコン太陽電池の直列抵抗を低減し、結晶シリコン太陽電池の充填因子を向上させ、これにより結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させる。【選択図】図２

Description

本発明は、２０１８年１１月２７日に中国国家知識産権局へ提出された、出願番号が２０１８２１９６５９１１．８で、発明の名称が「結晶シリコン太陽電池及び太陽光発電モジュール」である中国特許出願の優先権を主張し、その全内容を引用により本発明に組み込んでいる。
本発明は、太陽電池の技術分野に関し、具体的には、結晶シリコン太陽電池及びその製造方法、太陽光発電モジュールに関する。
太陽光発電は、大面積のＰ−Ｎ接合ダイオードを利用して太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する発電方式であり、持続性及びコストパフォーマンスが高いクリーンな発電方式である。上記したＰ−Ｎ接合ダイオードは、太陽電池と呼ばれる。結晶シリコン太陽電池は、広く応用されている太陽電池である。結晶シリコン太陽電池の光電変換性能はその内部の少数キャリアの濃度に依存し、少数キャリアが再結合して消滅すると、結晶シリコン太陽電池の電圧と電流が流失し、さらに結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を低下させる。結晶シリコン太陽電池に対して、結晶シリコン基体の表面に存在する欠陥が深刻な再結合中心となる。一般には、結晶シリコン基体の表面をパッシベーションさせ、結晶シリコン基体の表面の少数キャリアの再結合速度を低減し結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させるように、結晶シリコン基体の表面と電極との間にパッシベーション構造を設ける必要がある。
関連技術では、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を有する結晶シリコン太陽電池（図１参照）が提供されており、該結晶シリコン太陽電池は、結晶シリコン基体１’と、結晶シリコン基体１に設けられたパッシベーショントンネリング層２’と、パッシベーショントンネリング層２’上に設けられたキャリア収集層３’と、キャリア収集層３’とオーミックコンタクトを形成する電極５’とを備える。このような構造を有する結晶シリコン太陽電池は、結晶シリコン基体１’の表面と電極５’との間のパッシベーションの問題を効果的に解決できた。
しかしながら、パッシベーショントンネリング層は、キャリアの輸送を効率的に実現できないため、結晶シリコン太陽電池の直列抵抗が高くなり、結晶シリコン太陽電池の光電変換効率に悪影響を及ぼすこととなった。
本発明の実施例は、上記結晶シリコン太陽電池の直列抵抗が高く、光電変換効率が不十分である問題を解決できる結晶シリコン太陽電池及びその製造方法、太陽光発電モジュールを提供する。
具体的には、以下のような技術案を含む。
第１の態様では、本発明の実施例は、
結晶シリコン基体と、
前記結晶シリコン基体に設けられ、貫通孔を有するパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に設けられたキャリア収集層と、
前記キャリア収集層と接触する電極とを、備え、
前記キャリア収集層が前記パッシベーション層における貫通孔を通して前記結晶シリコン基体と接触する結晶シリコン太陽電池を提供する。
好ましくは、前記結晶シリコン基体の表面と平行な方向における前記貫通孔の断面形状は、線形、円形又は多角形である。
好ましくは、前記パッシベーション層には、複数の貫通孔が設けられている。
好ましくは、前記電極は、前記パッシベーション層における貫通孔に対応する部分を有する。
好ましくは、前記パッシベーション層は酸化物層である。
好ましくは、前記パッシベーション層の厚さは、０．３ｎｍ〜１００ｎｍである。
好ましくは、前記キャリア収集層はドープシリコン層である。
好ましくは、前記キャリア収集層は、ドープ多結晶シリコン層又はドープアモルファスシリコン層である。
好ましくは、前記キャリア収集層の厚さは、３０ｎｍ〜５００ｎｍである。
好ましくは、前記結晶シリコン太陽電池は、前記キャリア収集層上に設けられた反射低減層をさらに備え、前記電極が前記反射低減層を突き抜けて前記キャリア収集層と接触する。
第２の態様では、本発明の実施例は、
結晶シリコン基体と、
前記結晶シリコン基体の一方側に設けられ、貫通孔を有するパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に設けられたキャリア収集層と、
前記キャリア収集層と接触する第１の電極と、
前記結晶シリコン基体の他方側に設けられたドープ層と、
前記ドープ層と接触する第２の電極とを、備え、
前記キャリア収集層が前記パッシベーション層における貫通孔を通して前記結晶シリコン基体と接触し、
前記キャリア収集層が前記ドープ層と反対の導電型を有する、別の結晶シリコン太陽電池を提供する。
好ましくは、前記結晶シリコン基体の表面と平行な方向における前記貫通孔の断面形状は、線形、円形又は多角形である。
好ましくは、前記パッシベーション層には、複数の貫通孔が設けられている。
好ましくは、前記電極は、前記パッシベーション層における貫通孔に対応する部分を有する。
好ましくは、前記パッシベーション層は酸化物層である。
好ましくは、前記パッシベーション層の厚さは、０．３ｎｍ〜１００ｎｍである。
好ましくは、前記キャリア収集層は、ドープシリコン層である。
好ましくは、前記キャリア収集層は、ドープ多結晶シリコン層又はドープアモルファスシリコン層である。
好ましくは、前記キャリア収集層の厚さは、３０ｎｍ〜５００ｎｍである。
好ましくは、前記結晶シリコン太陽電池は、前記キャリア収集層上に設けられた第１の反射低減層及び／又は前記ドープ層上に設けられた第２の反射低減層をさらに備え、前記第１の電極が前記第１の反射低減層を突き抜けて前記キャリア収集層と接触し、前記第２の電極が前記第２の反射低減層を突き抜けて前記ドープ層と接触する。
第３の態様では、本発明の実施例は、
結晶シリコン基体と、
前記結晶シリコン基体の一方側に設けられ、貫通孔を有する第１のパッシベーション層と、
前記第１のパッシベーション層上に設けられた第１のキャリア収集層と、
前記第１のキャリア収集層と接触する第１の電極と、
前記結晶シリコン基体の他方側に設けられ、貫通孔を有する第２のパッシベーション層と、
前記第２のパッシベーション層上に設けられた第２のキャリア収集層と、
前記第２のキャリア収集層と接触する第２の電極とを、備え、
前記第１のキャリア収集層が前記第１のパッシベーション層における貫通孔を通して前記結晶シリコン基体と接触し、前記第２のキャリア収集層が前記第２のパッシベーション層における貫通孔を通して前記結晶シリコン基体と接触し、前記第１のキャリア収集層と前記第２のキャリア収集層は反対の導電型を有している、もう一つの結晶シリコン太陽電池を提供する。
好ましくは、前記結晶シリコン基体の表面と平行な方向における前記貫通孔の断面形状は、線形、円形又は多角形である。
好ましくは、前記第１のパッシベーション層と前記第２のパッシベーション層には、共に複数の貫通孔が設けられている。
好ましくは、前記第１の電極は、前記第１のパッシベーション層における貫通孔と相反する部位を有し、前記第２の電極は、前記第２のパッシベーション層における貫通孔と相反する部位を有する。
好ましくは、前記第１のパッシベーション層は酸化物層であり、前記第２のパッシベーション層は酸化物層である。
好ましくは、前記第１のパッシベーション層の厚さは、０．３ｎｍ〜１００ｎｍであり、前記第２のパッシベーション層の厚さは、０．３ｎｍ〜１００ｎｍである。
好ましくは、前記第１のキャリア収集層はドープシリコン層であり、前記第２のキャリア収集層はドープシリコン層である。
好ましくは、前記第１のキャリア収集層は、ドープ多結晶シリコン層又はドープアモルファスシリコン層であり、前記第２のキャリア収集層は、ドープ多結晶シリコン層又はドープアモルファスシリコン層である。
好ましくは、前記第１のキャリア収集層の厚さは、３０ｎｍ〜５００ｎｍであり、前記第２のキャリア収集層の厚さは、３０ｎｍ〜５００ｎｍである。
好ましくは、前記結晶シリコン太陽電池は、前記第１のキャリア収集層上に設けられた第１の反射低減層及び/又は前記第２のキャリア収集層上に設けられた第２の反射低減層をさらに備え、前記第１の電極が前記第１の反射低減層を突き抜けて前記第１のキャリア収集層と接触し、前記第２の電極が前記第２の反射低減層を突き抜けて前記第２のキャリア収集層と接触する。
第４の態様では、本発明の実施例は、
結晶シリコン基体と、
前記結晶シリコン基体の一方側に設けられ、貫通孔を有するパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に設けられ、且つ互いに反対の導電型を有する第１の領域と第２の領域を有するキャリア収集層と、
前記キャリア収集層の第１の領域と接触する第１の電極と、
前記キャリア収集層の第２の領域と接触する第２の電極と、
前記結晶シリコン基体の他方側に設けられたドープ層と、を備え、
前記キャリア収集層が前記パッシベーション層における貫通孔を通して前記結晶シリコン基体と接触し、
前記ドープ層が前記結晶シリコン基体と同一の導電型を有する、もう一つの結晶シリコン太陽電池を提供する。
好ましくは、前記キャリア収集層は、複数の前記第１の領域と複数の前記第２の領域を有し、複数の前記第１の領域と複数の前記第２の領域とが交互に分布している。
好ましくは、前記結晶シリコン基体の表面と平行な方向における前記貫通孔の断面形状は、線形、円形又は多角形である。
好ましくは、前記パッシベーション層には、複数の貫通孔が設けられている。
好ましくは、前記第１の電極は、前記パッシベーション層における貫通孔と相反する部位を有し、前記第２の電極は、前記パッシベーション層における貫通孔と相反する部位を有する。
好ましくは、前記パッシベーション層は酸化物層である。
好ましくは、前記パッシベーション層の厚さは、０．３ｎｍ〜１００ｎｍである。
好ましくは、前記キャリア収集層はドープシリコン層である。
好ましくは、前記キャリア収集層は、ドープ多結晶シリコン層又はドープアモルファスシリコン層である。
好ましくは、前記キャリア収集層の厚さは、３０ｎｍ〜５００ｎｍである。
好ましくは、前記結晶シリコン太陽電池は、前記キャリア収集層上に設けられた第１の反射低減層及び/又は前記ドープ層上に設けられた第２の反射低減層をさらに備え、前記第１の電極が前記第１の反射低減層を突き抜けて前記キャリア収集層の第１の領域と接触し、前記第２の電極が前記第２の反射低減層を突き抜けて前記キャリア収集層の第２の領域と接触する。
第５の態様では、本発明の実施例は、
結晶シリコン基体を用意するステップと、
貫通孔を有するパッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成するステップと、
前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に、キャリア収集層を形成するステップと、
前記キャリア収集層と接触する電極を形成するステップと、を含む結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供する。
好ましくは、前記製造方法は、前記キャリア収集層上に反射低減層を形成するステップをさらに含む。
好ましくは、前記貫通孔を有するパッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成するステップは、
前記パッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成することと、
前記パッシベーション層に貫通孔を開けることと、を含む。
好ましくは、前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に、キャリア収集層を形成する前記ステップは、
ドーピング源が存在する環境で、前記パッシベーション層及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位にドープシリコン層を形成することを含むか、
又は
前記パッシベーション層及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に真性シリコン層を形成することと、
前記真性シリコン層に対してドープしドープシリコン層を形成することと、を含む。
第６の態様では、本発明の実施例は、
結晶シリコン基体を用意するステップと、
貫通孔を有するパッシベーション層を前記結晶シリコン基体の一方側に形成するステップと、
前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に、キャリア収集層を形成するステップと、
前記キャリア収集層と反対の導電型を有するドープ層を前記結晶シリコン基体の他方側に形成するステップと、
前記キャリア収集層と接触する第１の電極を形成するステップと、
前記ドープ層と接触する第２の電極を形成するステップと、を含む別の結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供する。
好ましくは、前記製造方法は、
第１の反射低減層を前記キャリア収集層上に形成するステップと、
第２の反射低減層を前記ドープ層上に形成するステップと、をさらに含む。
好ましくは、前記貫通孔を有するパッシベーション層を前記前記結晶シリコン基体に形成するステップは、
前記パッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成することと、
前記パッシベーション層に前記貫通孔を開けることと、をさらに含む。
好ましくは、前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に、キャリア収集層を形成する前記ステップは、
ドーピング源が存在する環境で、前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位にドープシリコン層を形成することを含むか、
又は
前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に真性シリコン層を形成することと、
前記真性シリコン層に対してドープしてドープシリコン層を形成することと、を含む。
第７の態様では、本発明の実施例は、
結晶シリコン基体を用意するステップと、
貫通孔を有する第１のパッシベーション層を前記結晶シリコン基体の一方側に形成するステップと、
貫通孔を有する第２のパッシベーション層を前記結晶シリコン基体の他方側に形成するステップと、
前記第１のパッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記第１のパッシベーション層の貫通孔と相反する部位に第１のキャリア収集層を形成するステップと、
前記第２のパッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記第２のパッシベーション層の貫通孔と相反する部位に、前記第１のキャリアと反対の導電型を有する第２のキャリア収集層を形成するステップと、
前記第１のキャリア収集層と接触する第１の電極を形成するステップと、
前記第２のキャリア収集層と接触する第２の電極を形成するステップと、を含むもう一つの結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供する。
好ましくは、前記製造方法は、
第１の反射低減層を前記第１のキャリア収集層上に形成するステップと、
第２の反射低減層を前記第２のキャリア収集層上に形成するステップと、をさらに含む。
好ましくは、前記貫通孔を有する第１のパッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成するステップは、
前記第１のパッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成することと、
前記第１のパッシベーション層に貫通孔を開けることと、を含む。
前記貫通孔を有する第２のパッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成するステップは、
前記第２のパッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成することと、
前記第２のパッシベーション層に貫通孔を開けることと、を含む。
好ましくは、前記第１のパッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記第１のパッシベーション層の貫通孔と相反する部位に第１のキャリア収集層を形成する前記ステップは、
ドーピング源が存在する環境で、前記第１のパッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記第１のパッシベーション層の貫通孔と相反する部位に第１のドープシリコン層を形成することを含むか、
又は
前記第１のパッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記第１のパッシベーション層の貫通孔と相反する部位に第１の真性シリコン層を形成することと、
前記第１の真性シリコン層に対してドープして第１のドープシリコン層を形成することと、を含む。
前記第２のパッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記第２のパッシベーション層の貫通孔と相反する部位に第２のキャリア収集層を形成する前記ステップは、
ドーピング源が存在する環境で、前記第２のパッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記第２のパッシベーション層の貫通孔と相反する部位に第２のドープシリコン層を形成することを含むか、
又は
前記第２のパッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記第２のパッシベーション層の貫通孔と相反する部位に第２の真性シリコン層を形成することと、
前記第２の真性シリコン層に対してドープして第２のドープシリコン層を形成することと、を含む。
第８の態様では、本発明の実施例は、
結晶シリコン基体を用意するステップと、
貫通孔を有するパッシベーション層を前記結晶シリコン基体の一方側に形成するステップと、
前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に、互いに反対の導電型を有する第１の領域と第２の領域を有するキャリア収集層を形成するステップと、
前記結晶シリコン基体と同一の導電型を有するドープ層を前記結晶シリコン基体の他方側に形成するステップと、
前記キャリア収集層の第１の領域と接触する第１の電極を形成するステップと、
前記キャリア収集層の第２の領域と接触する第２の電極を形成するステップと、を含むさらに別の結晶シリコン太陽電池の製造方法を提供する。
好ましくは、前記製造方法は、
第１の反射低減層を前記キャリア収集層上に形成するステップと、
第２の反射低減層を前記ドープ層上に形成するステップと、を含む。
好ましくは、前記貫通孔を有するパッシベーション層を前記前記結晶シリコン基体に形成するステップは、
前記パッシベーション層を前記結晶シリコン基体に形成することと、
前記パッシベーション層に前記貫通孔を開けることと、を含む。
好ましくは、前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に、互いに反対の導電型を有する第１の領域と第２の領域を有するキャリア収集層を形成するステップは、
前記パッシベーション層、及び前記結晶シリコン基体の前記パッシベーション層の貫通孔と相反する部位に真性シリコン層を形成することと、
反対の導電型を有する第１のドーピング源と第２のドーピング源で前記真性シリコン層の第１の領域と第２の領域に対してドープして、互いに反対の導電型を有する第１の領域と第２の領域を有するドープシリコン層を形成することと、を含む。
第９の態様では、本発明の実施例は、順次設けられたカバーシート、第１の封止接着フィルム、セルストリング、第２の封止接着フィルム及びバックシートを備える太陽光発電モジュールを提供し、前記セルストリングは、複数の太陽電池を備え、前記太陽電池は上記の結晶シリコン太陽電池である。
本発明の実施例に係る技術案の有益な效果は少なくとも以下のものを含む。
本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池では、パッシベーション層に貫通孔が開けられ、且つキャリア収集層がパッシベーション層における貫通孔を通して結晶シリコン基体と接触し、それにより、良好な表面パッシベーション効果を確保するとともに、キャリアが結晶シリコン基体とキャリア収集層との接触する界面を突き抜けて電極により収集され、より効率的なキャリア輸送を実現し、結晶シリコン太陽電池の直列抵抗を低減し、結晶シリコン太陽電池の充填因子を向上させ、これにより結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させる。
本発明の実施例における技術案をより明確に説明するために、以下、実施例を説明するために必要な図面を簡単に説明する。
関連技術に係る結晶シリコン太陽電池の構造概略図である。 本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池の構造概略図である。 本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池におけるパッシベーション層の貫通孔の構造概略図である。 本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池における別のパッシベーション層の貫通孔の構造概略図である。 本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池における貫通孔と電極位置との位置関係の概略図である。 本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池における貫通孔と電極位置との別の位置関係の概略図である。 本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池における貫通孔と電極位置とのもう一つの位置関係の概略図である。 本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池における貫通孔と電極位置とのさらに別の位置関係の概略図である。 本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池における貫通孔と電極位置とのさらに別の位置関係の概略図である。 本発明の実施例に係る別の結晶シリコン太陽電池の構造概略図である。 本発明の実施例に係るもう一つの結晶シリコン太陽電池の構造概略図である。 本発明の実施例に係るさらに別の結晶シリコン太陽電池の構造概略図である。 本発明の実施例に係るさらに別の結晶シリコン太陽電池の構造概略図である。 図５に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図５に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図５に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図５に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図５に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図５に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図５に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図６に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図６に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図６に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図６に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図６に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図６に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図６に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図７に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図７に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図７に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図７に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図７に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図７に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図８に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図８に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図８に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図８に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図８に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図８に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。 図８に示される結晶シリコン太陽電池の製造方法の概略図である。
本発明の技術案と利点をより明確にするために、以下、図面を参照しながら本発明の実施形態をさらに詳細に説明する。
本発明の実施形態に用いられる全ての技術的用語は、特に定義しない限り、当業者が通常理解するものと同様な意味を有する。
結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させることは、太陽光発電の出力電力を向上させ、均等化発電原価を低減するのに有効な方法である。現在、結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を制限する要因の１つは、結晶シリコン太陽電池における少数キャリアの再結合消滅である。少数キャリアが再結合して消滅すると、結晶シリコン太陽電池の電圧と電流が流失し、これにより、結晶シリコン太陽電池の光電変換効率が低下する。結晶シリコン基体の表面にパッシベーション構造を設けることにより、結晶シリコン基体の表面の少数キャリアの再結合速度を低減することができ、結晶シリコン太陽電池の光電変換効率の向上に有利である。
従来のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクト結晶シリコン太陽電池では、キャリアは、パッシベーショントンネリング層を突き抜けてキャリア収集層に入り、電極により収集される。ただし、パッシベーショントンネリング層は、キャリアの輸送を効率的に実現できず、結晶シリコン太陽電池の直列抵抗が高くなり、これにより結晶シリコン太陽電池の光電変換効率に悪影響を及ぼす。
以上の説明に基づき、本発明の実施例は、結晶シリコン太陽電池の構造を最適化させることにより、パッシベーション効果を確保するとともに、キャリアの輸送能力を向上させることで、結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させる。
図２は、本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池の構造概略図である。図２に示すように、該結晶シリコン太陽電池は、結晶シリコン基体１と、結晶シリコン基体１に設けられ、貫通孔Ｘを有するパッシベーション層２と、パッシベーション層２上に設けられたキャリア収集層３と、キャリア収集層３と接触する電極５とを、備える。
ここでは、貫通孔Ｘは、パッシベーション層２の厚さ方向に貫通する孔であり、キャリア収集層３はパッシベーション層２における貫通孔Ｘを通して結晶シリコン基体１と接触する。
本発明の実施例に係る太陽電池では、結晶シリコン基体１に設けられたパッシベーション層２とキャリア収集層３とは共にパッシベーションの作用を奏し、結晶シリコン太陽電池が高い開放電圧及び短絡電流を有することを確保したうえで、さらに、パッシベーション層２上に貫通孔Ｘが設けられ、キャリア収集層３はパッシベーション層２における貫通孔Ｘを通して結晶シリコン基体１と接触し、キャリアが結晶シリコン基体１とキャリア収集層３の接触する界面を突き抜けて電極５により収集され、キャリアの輸送を効率的に実現でき、結晶シリコン太陽電池の直列抵抗を低減し、結晶シリコン太陽電池の充填因子を向上させ、これにより結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させる。
パッシベーション層２における貫通孔Ｘの形状は、特に限定されず、例えば、結晶シリコン基体１の表面に平行な方向における貫通孔Ｘの断面（特に断らない限り、断面は結晶シリコン基体1の表面に平行な方向に沿う断面を指す）形状は、線形、円形（図３ａ参照）、楕円形又は多角形であってもよい。ここでは、線形孔は直線状（図３ｂ参照）であってもよいし、曲線状、折れ線状などであってもよい。多角形孔は、三角形、四角形、五角形、六角形などであってもよいし、一般的な多角形であってもよいし、正多角形であってもよい。
パッシベーション層２における貫通孔Ｘは、複数設けられていてもよく、複数の貫通孔Ｘは、一定の規則に従って配列されてもよい。例えば、ａ行×ｂ列（ａ≧１、ｂ≧１、ただし、ａ、ｂが同時に１ではない）となるように配列される。
図３ａに示すように、断面形状が円形である貫通孔Ｘを例にすると、貫通孔Ｘの直径（図３ａにＤ１で示される寸法）は、０．０１ｍｍ〜１ｍｍ、例えば０．０１ｍｍ、０．０２ｍｍ、０．０３ｍｍ、０．０４ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０６ｍｍ、０．０７ｍｍ、０．０８ｍｍ、０．０９ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍなどであってもよい。同列に隣接する２つの貫通孔Ｘの間の距離（図３ａにＰ１で示される寸法、２つの貫通孔Ｘの縁部の間の距離）は、０．３ｍｍ〜３ｍｍ、例えば０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ、１．９ｍｍ、２ｍｍ、２．１ｍｍ、２．２ｍｍ、２．３ｍｍ、２．４ｍｍ、２．５ｍｍ、２．６ｍｍ、２．７ｍｍ、２．８ｍｍ、２．９ｍｍ、３ｍｍなどであってもよい。同行に隣接する２つの貫通孔Ｘの間の距離（図３ａにＰ２で示される寸法、２つの貫通孔Ｘの縁部の間の距離）は、０．３ｍｍ〜３ｍｍ、例えば０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ、０．９ｍｍ、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．２ｍｍ、１．３ｍｍ、１．４ｍｍ、１．５ｍｍ、１．６ｍｍ、１．７ｍｍ、１．９ｍｍ、２ｍｍ、２．１ｍｍ、２．２ｍｍ、２．３ｍｍ、２．４ｍｍ、２．５ｍｍ、２．６ｍｍ、２．７ｍｍ、２．８ｍｍ、２．９ｍｍ、３ｍｍなどであってもよい。
全ての貫通孔Ｘの形状は同じであってもよいし、一部の貫通孔Ｘの形状は同じであってもよい。
各貫通孔Ｘの断面積及び貫通孔Ｘの数は、特に限定されず、実際の必要に応じて設定することができる。本発明の実施例では、パッシベーション層２の面積に対するすべての貫通孔Ｘの総開孔面積の割合は、０．１％〜５％、例えば０．１％、０．２％、０．４％、０．５％、０．６％、０．８％、１．０％、１．２％、１．４％、１．５％、１．６％、１．８％、２．０％、２．２％、２．４％、２．５％、２．６％、２．８％、３．０％、３．２％、３．４％、３．５％、３．６％、３．８％、４％、４．２％、４．４％、４．５％、４．６％、４．８％、５．０％などであってもよい。
本発明の実施例では、電極５はパッシベーション層２における貫通孔Ｘに対応する部分を有してもよい。ここで記載の「対応する」とは、結晶シリコン基体の表面に平行な平面上で、電極５の投影が貫通孔Ｘの投影と重なる部分を有することをいう。
電極５は、複数のサブ領域（例えばゲート線構造である電極５の各ゲート線）を含んでもよい。各サブ領域がいずれも貫通孔Ｘに対応する部分（例えば各ゲート線がいずれも貫通孔Ｘに対応する部分を有する）を有するようにしてもよく、一部のサブ領域が貫通孔Ｘに対応する部分を有し、残りのサブ領域が貫通孔Ｘに対応する部分（例えば一部のゲート線が貫通孔Ｘに対応する部分を有し、残りのゲート線が貫通孔Ｘに対応する領域を有しない）を有さないようにしてもよい。
電極において、貫通孔Ｘに対応する部分を有するあるサブ領域について、貫通孔Ｘとの相対位置関係には、異なる実施形態を有してもよい。以下では、ゲート線構造の電極を例にして、電極５の1つのサブ領域と貫通孔Ｘとの相対位置関係の可能な実施形態を例示して説明する。
可能な一実施形態では、図４ａに示すように、貫通孔Ｘは円形状であり、複数行に配列され、ゲート線の幅が貫通孔Ｘの直径とほぼ同じであり、且つゲート線の中心線が一行の貫通孔Ｘの中心線とほぼ重なる。
別の可能な実施形態では、図４ｂに示すように、貫通孔Ｘは円形状であり、複数行に配列され、ゲート線の幅が貫通孔Ｘの直径よりも小さく、且つゲート線の中心線が一行の貫通孔Ｘの中心線とほぼ重なる。
もう一つの可能な実施形態では、図４ｃに示すように、貫通孔Ｘは円形状であり、複数行に配列され、ゲート線の幅が貫通孔Ｘの直径よりも大きく、且つゲート線の中心線が一行の貫通孔Ｘの中心線とほぼ重なる。
さらに別の可能な実施形態では、図４ｄに示すように、貫通孔Ｘは円形状であり、複数行に配列され、ゲート線の幅が貫通孔Ｘの直径とほぼ同じであり、且つゲート線の中心線が一行の貫通孔Ｘの中心線と平行であるが、重ならず、両者の間に一定の距離を有している。
さらに別の可能な実施形態では、図４eに示すように、貫通孔Ｘは線形であり、ゲート線の中心線が線形の貫通孔の中心線と重ならず、両者の間に一定の夾角を形成している。
本発明の実施例では、貫通孔Ｘの形状を電極５と同じ形状に設定し、結晶シリコン基体の表面に平行な平面上で、電極５の投影と貫通孔Ｘの投影とが完全に重なるようにしてもよい。
無論、電極５は、貫通孔Ｘに対応する部分を全く有さなくてもよい。
本発明の実施例では、結晶シリコン基体１は、単結晶シリコンであってもよいし、多結晶シリコンであってもよい。結晶シリコン基体１の導電型はＰ型であってもよいし、Ｎ型であってもよい。結晶シリコン基体１の抵抗率は、０．５Ω・ｃｍ〜１５Ω・ｃｍ、例えば０．５Ω・ｃｍ、１．０Ω・ｃｍ、１．５Ω・ｃｍ、２．０Ω・ｃｍ、２．５Ω・ｃｍ、３．０Ω・ｃｍ、３．５Ω・ｃｍ、４．０Ω・ｃｍ、４．５Ω・ｃｍ、５Ω・ｃｍ、５．５Ω・ｃｍ、６Ω・ｃｍ、６．５Ω・ｃｍ、７．０Ω・ｃｍ、７．５Ω・ｃｍ、８．０Ω・ｃｍ、８．５Ω・ｃｍ、９．０Ω・ｃｍ、９．５Ω・ｃｍ、１０．０Ω・ｃｍ、１０．５Ω・ｃｍ、１１．０Ω・ｃｍ、１１．５Ω・ｃｍ、１２．０Ω・ｃｍ、１２．５Ω・ｃｍ、１３．０Ω・ｃｍ、１３．５Ω・ｃｍ、１４．０Ω・ｃｍ、１４．５Ω・ｃｍ、１５．０Ω・ｃｍなどであってもよく、好ましくは、０．５Ω・ｃｍ〜１４Ω・ｃｍである。
結晶シリコン基体１の断面形状は、正方形であってもよいし、４つの角がフィレットである正方形であってもよく、また、必要に応じて他の形状を採用してもよい。結晶シリコン基体１の厚さは、５０μｍ〜５００μｍであってもよく、例えば５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１１０μｍ、１２０μｍ、１３０μｍ、１４０μｍ、１５０μｍ、１６０μｍ、１７０μｍ、１８０μｍ、１９０μｍ、２００μｍ、２１０μｍ、２２０μｍ、２３０μｍ、２４０μｍ、２５０μｍ、２６０μｍ、２７０μｍ、２８０μｍ、２９０μｍ、３００μｍ、３１０μｍ、３２０μｍ、３３０μｍ、３４０μｍ、３５０μｍ、３６０μｍ、３７０μｍ、３８０μｍ、３９０μｍ、４００μｍ、４１０μｍ、４２０μｍ、４３０μｍ、４４０μｍ、４５０μｍ、４６０μｍ、４７０μｍ、４８０μｍ、４９０μｍ、５００μｍなどであってもよく、好ましくは、１２０μｍ〜２００μｍである。
パッシベーション層２は、酸化物層、例えば酸化シリコン（ＳｉＯＸ）層、酸化チタン（ＴｉＯＸ）層、酸化アルミニウム（ＡｌＯＸ）層、酸化タンタル（ＴａＯＸ）、酸窒化シリコン（ＳｉＮＸＯｙ）などの少なくとも１種であり、つまり、パッシベーション層２は、単独な酸化物層であってもよいし、複数の酸化層の積層構造であってもよい。酸化物パッシベーション層は、化学パッシベーション及び電界効果パッシベーションの作用を同時に奏し得る。パッシベーション層２の厚さは、０．３ｎｍ〜１００ｎｍ、例えば０．３ｎｍ、０．４ｎｍ、０．５ｎｍ、０．６ｎｍ、０．７ｎｍ、０．８ｎｍ、０．９ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍ、１０ｎｍ、１１ｎｍ、１２ｎｍ、１３ｎｍ、１４ｎｍ、１５ｎｍ、１６ｎｍ、１７ｎｍ、１８ｎｍ、１９ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、３１ｎｍ、３２ｎｍ、３３ｎｍ、３４ｎｍ、３５ｎｍ、３５ｎｍ、３６ｎｍ、３７ｎｍ、３８ｎｍ、３９ｎｍ、４０ｎｍ、４５ｎｍ、５０ｎｍ、５５ｎｍ、６０ｎｍ、６５ｎｍ、７０ｎｍ、７５ｎｍ、８０ｎｍ、８５ｎｍ、９０ｎｍ、９５ｎｍ、１００ｎｍなどであってもよい。以上から明らかなように、関連技術におけるトンネルパッシベーション構造を有する結晶シリコン太陽電池と比較して、本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池では、パッシベーション層２の製造の容易さから、パッシベーション層２を厚くすることができる。
また、キャリア収集層３は導電性であり、結晶シリコン基体１と同一の導電型を有してもよいし、反対の導電型を有してもよい。キャリア収集層は主に電界効果パッシベーションの作用を奏する。キャリア収集層３が結晶シリコン基体１と反対の導電型を有する場合、キャリア収集層３は結晶シリコン太陽電池のエミッタ（すなわちＰ−Ｎ接合）として機能することができ、キャリア収集層３が晶体硅と同一の導電型を有する場合、キャリア収集層３は結晶シリコン太陽電池の表面電界として機能することができる。
キャリア収集層３はドープシリコン層であってもよく、具体的には、ドープ多結晶シリコン層又はドープアモルファスシリコン層であってもよい。ドープシリコン層におけるドーピング元素はＰ型ドーピング元素、例えばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの第１３族元素であってもよいし、Ｎ型ドーピング元素、例えばリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの第１５族元素であってもよい。
キャリア収集層３の厚さは、３０ｎｍ〜５００ｎｍ、例えば３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１１０ｎｍ、１２０ｎｍ、１３０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１７０ｎｍ、１８０ｎｍ、１９０ｎｍ、２００ｎｍ、２１０ｎｍ、２２０ｎｍ、２３０ｎｍ、２４０ｎｍ、２５０ｎｍ、２６０ｎｍ、２７０ｎｍ、２８０ｎｍ、２９０ｎｍ、３００ｎｍ、３１０ｎｍ、３２０ｎｍ、３３０ｎｍ、３４０ｎｍ、３５０ｎｍ、３６０ｎｍ、３７０ｎｍ、３８０ｎｍ、３９０ｎｍ、４００ｎｍ、４１０ｎｍ、４２０ｎｍ、４３０ｎｍ、４４０ｎｍ、４５０ｎｍ、４６０ｎｍ、４７０ｎｍ、４８０ｎｍ、４９０ｎｍ、５００ｎｍなどであってもよい。本発明の実施例では、キャリア収集層３の厚さは、パッシベーション層２上に位置するキャリア収集層３の部分の厚さ、すなわち図２にＴ１で示される寸法を指す。
また、電極５とキャリア収集層３との接触面の抵抗値は、キャリア収集層の抵抗値よりもはるかに小さい。例えば、電極５が金属電極（例えば銀電極）であり、キャリア収集層３がドープシリコン層である場合、両者の間にオーミックコンタクトが形成される。
本発明の実施例では、キャリア収集層と接触する電極５の端部は、キャリア収集層３の内部に位置することができ、さらに、電極５がパッシベーション層２の貫通孔Ｘに対応する部分を有する場合、電極５の貫通孔Ｘに対応する部分は、貫通孔Ｘの内部に位置することができるが、電極５の貫通孔Ｘの内部に位置する端部は、結晶シリコン基体１から離間しており、すなわち電極５は結晶シリコン基体１と接触しない。
本発明の実施例では、電極５は、キャリア収集層３上に直接設けられてもよいし、キャリア収集層３上に設けられた反射低減層４を突き抜けてキャリア収集層３と接触してもよい。反射低減層４は、具体的には、窒化シリコン（ＳｉＮＸ）層、酸化シリコン層、酸窒化シリコン（ＳｉＯＸＮy）層又は酸化アルミニウム層のうちの１種又は複数種の積層構造であってもよい。反射低減層４の厚さは、３０ｎｍ〜３００ｎｍ、例えば３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１１０ｎｍ、１２０ｎｍ、１３０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１７０ｎｍ、１８０ｎｍ、１９０ｎｍ、２００ｎｍ、２１０ｎｍ、２２０ｎｍ、２３０ｎｍ、２４０ｎｍ、２５０ｎｍ、２６０ｎｍ、２７０ｎｍ、２８０ｎｍ、２９０ｎｍ、３００ｎｍなどであってもよい。反射低減層４の屈折率は、１．２〜２．８、例えば１．２、１．２５、１．３、１．３５、１．４、１．４５、１．５、１．５５、１．６、１．６５、１．７、１．７５、１．８、１．８５、１．９、１．９５、２．０、２．０５、２．１、２．１５、２．２、２．２５、２．３、２．３５、２．４、２．４５、２．５、２．５５、２．６、２．６５、２．７、２．７５、２．８などであってもよい。なお、反射低減層４は、反射低減の作用を有するとともに、一定のパッシベーション作用を奏することができる。
本発明の実施例では、結晶シリコン基体１の一方側のみに上記のパッシベーション層２とキャリア収集層３が設けられてもよいし、結晶シリコン基体１の両側のそれぞれに上記のパッシベーション層２とキャリア収集層３が設けられてもよい。結晶シリコン基体１の一方側のみに上記のパッシベーション層２とキャリア収集層３が設けられた場合、結晶シリコン基体１の他方側にドープ層６が設けられてもよい。以下、異なる構造を有する結晶シリコン太陽電池についてそれぞれ説明する。
以下の説明に用いられる「第１の」、「第２の」及び類似した用語は、順序、数、又は重要性を示すものではなく、説明の便宜上、異なる構成要素を区別するためのものである。
第１の態様の結晶シリコン太陽電池構造
図５又は図６に示すように、該結晶シリコン太陽電池では、結晶シリコン基体１の一方側のみに上記のパッシベーション層２とキャリア収集層３が設けられ、結晶シリコン基体１の他方側にはドープ層６が設けられ、説明の便宜上、「第１の」、「第２の」で結晶シリコン基体１の両側のそれぞれに形成された同じ構造を区別する。
具体的には、該結晶シリコン太陽電池は、結晶シリコン基体１と、結晶シリコン基体１の一方側に設けられ、貫通孔Ｘを有するパッシベーション層２と、パッシベーション層２上に設けられたキャリア収集層３と、キャリア収集層３と接触する第１の電極５１と、結晶シリコン基体１の他方側に設けられたドープ層６と、ドープ層６と接触する第２の電極５２とを、備える。
ここでは、キャリア収集層３は、パッシベーション層２における貫通孔Ｘを通して結晶シリコン基体１と接触し、キャリア収集層３とドープ層６とは反対の導電型を有している。
ドープ層６は、結晶シリコン基体１の一方側の表面にドーピング元素を直接ドープすることにより形成され得る。ドープ層６におけるドーピング元素はＰ型ドーピング元素、例えばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの第１３族元素であってもよく、Ｎ型ドーピング元素、例えばリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの第１５族元素であってもよい。ドープ層６の導電型は、結晶シリコン基体１の導電型と同じであってもよく、異なってもよい。
該結晶シリコン太陽電池では、キャリア収集層３及びドープ層６が結晶シリコン太陽電池にある位置及び導電型は、以下の４つの形態がある。
（１）図５に示すように、ドープ層６は、結晶シリコン基体１の表面（すなわち結晶シリコン基体１の受光面、下同）側に位置し、且つ結晶シリコン基体１と反対の導電型を有し、パッシベーション層２とキャリア収集層３とは結晶シリコン基体１の裏面（すなわち結晶シリコン基体１の非受光面、下同）側に位置し、且つキャリア収集層３と結晶シリコン基体１とは同じ導電型を有している。
具体的には、結晶シリコン基体１がＮ型シリコンである場合、ドープ層６はＰ型であり、キャリア収集層３はＮ型であり、結晶シリコン基体１がＰ型シリコンである場合、ドープ層６はＮ型であり、キャリア収集層３はＰ型である。
この場合、ドープ層６は、結晶シリコン太陽電池のエミッタとし、キャリア収集層３は、結晶シリコン太陽電池の裏面電界として機能する。
（２）図５に示すように、ドープ層６は、結晶シリコン基体１の表面側に位置し、且つ結晶シリコン基体１と同じ導電型を有し、パッシベーション層２とキャリア収集層３とは結晶シリコン基体１の裏面側に位置し、且つキャリア収集層３が結晶シリコン基体１と反対の導電型を有する。
具体的には、結晶シリコン基体１がＮ型シリコンである場合、ドープ層６はＮ型であり、キャリア収集層３はＰ型であり、結晶シリコン基体１がＰ型シリコンである場合、ドープ層６はＰ型であり、キャリア収集層３はＮ型である。
この場合、ドープ層６は、結晶シリコン太陽電池の前面電界とし、キャリア収集層３は、結晶シリコン太陽電池のエミッタとして機能する。
（３）図６に示すように、パッシベーション層２とキャリア収集層３とは結晶シリコン基体１の表面側に位置し、且つキャリア収集層３が結晶シリコン基体１と反対の導電型を有し、ドープ層６は、結晶シリコン基体１の裏面側に位置し、且つ結晶シリコン基体１と同じ導電型を有する。
具体的には、結晶シリコン基体１がＮ型シリコンである場合、キャリア収集層３はＰ型であり、ドープ層６はＮ型であり、結晶シリコン基体１がＰ型シリコンである場合、キャリア収集層３はＮ型であり、ドープ層６はＰ型である。
この場合、キャリア収集層３は、結晶シリコン太陽電池のエミッタとし、ドープ層６は、結晶シリコン太陽電池の裏面電界として機能する。
（４）図６に示すように、パッシベーション層２とキャリア収集層３とは、結晶シリコン基体１の表面側に位置し、且つキャリア収集層３が結晶シリコン基体１と同じ導電型を有し、ドープ層６は、結晶シリコン基体１の裏面側に位置し、且つ結晶シリコン基体１と反対の導電型を有する。
具体的には、結晶シリコン基体１がＮ型シリコンである場合、キャリア収集層３はＮ型であり、ドープ層６はＰ型であり、結晶シリコン基体１がＰ型シリコンである場合、キャリア収集層３はＰ型であり、ドープ層６はＮ型である。
この場合、キャリア収集層３は、結晶シリコン太陽電池の前面電界とし、ドープ層６は、結晶シリコン太陽電池のエミッタとして機能する。
キャリア収集層３に第１の反射低減層４１を設ける、及び/又はドープ層６に第２の反射低減層４２を設けることができ、第１の電極５１は、第１の反射低減層４１を突き抜けてキャリア収集層３と接触し、第２の電極５２は、第２の反射低減層４２を突き抜けてドープ層６と接触する。ドープ層６上に設けられた第２の反射低減層４２の成分、構造は、キャリア収集層３上に設けられた第１の反射低減層４１についての前記の説明を参照できるので、ここでは説明を省略する。第１の反射低減層４１と第２の反射低減層４２との組成は、同じであってもよいし、異なってもよい。
第１の電極５１及び第２の電極５２は、共にゲート線構造であってもよく、両面光透過、両面発電が可能な結晶シリコン太陽電池を構成することができる。第１の電極５１と第２の電極５２との具体的な構造は、同じであってもよいし、異なってもよい。
第２の態様の結晶シリコン太陽電池構造
図７に示すように、該結晶シリコン太陽電池では、結晶シリコン基体１の両側ともに上記のパッシベーション層２とキャリア収集層３とが設けられ、説明の便宜上、「第１の」、「第２の」で結晶シリコン基体１の両側のそれぞれに形成された同じ構造を区別する。
具体的には、該結晶シリコン太陽電池は、結晶シリコン基体１と、結晶シリコン基体１の一方側に設けられ、貫通孔Ｘを有する第１のパッシベーション層２１と、第１のパッシベーション層２１上に設けられた第１のキャリア収集層３１と、第１のキャリア収集層３１と接触する第１の電極５１と、結晶シリコン基体１の他方側に設けられ、貫通孔Ｘを有する第２のパッシベーション層２２と、第２のパッシベーション層２２上に設けられた第２のキャリア収集層３２と、第２のキャリア収集層３２と接触する第２の電極５２とを、備える。
ここでは、第１のキャリア収集層３１は１のパッシベーション層２１における貫通孔Ｘを通して結晶シリコン基体１と接触し、第２のキャリア収集層３２は第２のパッシベーション層２２における貫通孔Ｘを通して結晶シリコン基体１と接触し、第１のキャリア収集層３１と第２のキャリア収集層３２とは反対の導電型を有している。
該結晶シリコン太陽電池では、第１のキャリア収集層３１と第２のキャリア収集層３２のうち、一方の導電型はＮ型であり、他方の導電型はＰ型である。第１のキャリア収集層３１の導電型が結晶シリコン基体１の導電型と同じである場合、第２のキャリア収集層３２の導電型は結晶シリコン基体１の導電型と反対であり、第１のキャリア収集層３１の導電型が結晶シリコン基体１の導電型と反対である場合、第２のキャリア収集層３２の導電型は結晶シリコン基体１の導電型と同じである。
結晶シリコン基体１と反対の導電型を有するキャリア収集層３は、結晶シリコン太陽電池のエミッタとし、結晶シリコン基体１と同じ導電型を有するキャリア収集層３は、結晶シリコン太陽電池の表面電界として機能する。結晶シリコン基体１と反対の導電型を有するキャリア収集層３は、結晶シリコン基体１の表面側に位置してもよく、また、結晶シリコン基体１と同じ導電型を有するキャリア収集層３は、結晶シリコン基体１の裏面側に位置し、結晶シリコン太陽電池の裏面電界として機能する。結晶シリコン基体１と反対の導電型を有するキャリア収集層３は、結晶シリコン基体１の裏面側に位置してもよく、また、結晶シリコン基体１と同じ導電型を有するキャリア収集層３は、結晶シリコン基体１の表面側に位置し、結晶シリコン太陽電池の前面電界として機能する。
第１のパッシベーション層２１と第２のパッシベーション層２２の具体的な組成は、同じであってもよいし、異なってもよい。第１のパッシベーション層２１と第２のパッシベーション層２２における貫通孔Ｘの形状、大きさ及び数などは、同じであってもよいし、異なってもよい。
第１のキャリア収集層３１に第１の反射低減層４１を設ける、及び/又は第２のキャリア収集層３２に第２の反射低減層４を設けることができ、第１の電極５１は、第１の反射低減層４１を突き抜けて第１のキャリア収集層３１と接触し、第２の電極５２は、第２の反射低減層４２を突き抜けて第２のキャリア収集層３２と接触する。第１の反射低減層４１と第２の反射低減層４２の組成は、同じであってもよいし、異なってもよい。
第３の態様の結晶シリコン太陽電池構造
図８に示すように、該結晶シリコン太陽電池では、パッシベーション層２とキャリア収集層３とは結晶シリコン基体１の一方側に設けられ、且つ、キャリア収集層３は、互いに反対の導電型を有する領域を有し、電極５は、結晶シリコン基体１のキャリア収集層３が設けられた一方側に設けられ、説明の便宜上、「第１の」、「第２の」で結晶シリコン基体１の両側のそれぞれに形成された同じ構造を区別する。
具体的には、該結晶シリコン太陽電池は、結晶シリコン基体１と、結晶シリコン基体１の一方側に設けられ、貫通孔Ｘを有するパッシベーション層２と、パッシベーション層２上に設けられ、且つ互いに反対の導電型を有する第１の領域３０１と第２の領域３０２を有するキャリア収集層３と、キャリア収集層３の第１の領域３０１と接触する第１の電極５１と、キャリア収集層３の第２の領域３０２と接触する第２の電極５２と、結晶シリコン基体１の他方側に設けられたドープ層６とを、備える。
ここでは、キャリア収集層３は、パッシベーション層２における貫通孔Ｘを通して結晶シリコン基体１と接触し、ドープ層６が結晶シリコン基体１と同じ導電型を有する。
該結晶シリコン太陽電池では、キャリア収集層３の第１の領域３０１と第２の領域３０２のうち、一方の導電型はＮ型であり、他方の導電型はＰ型である。
ドープ層６は、結晶シリコン基体１の一方側の表面にドーピング元素を直接ドープすることにより形成され得る。ドープ層６におけるドーピング元素はＰ型ドーピング元素、例えばホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などの第１３族元素であってもよく、Ｎ型ドーピング元素、例えばリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの第１５族元素であってもよい。
また、キャリア収集層３の第１の領域３０１と第２の領域３０２のうち、一方は結晶シリコン基体１と同じ導電型を有し、他方は結晶シリコン基体１と反対の導電型を有する。ここでは、キャリア収集層３のうち結晶シリコン基体１と反対の導電型を有する領域は結晶シリコン太陽電池のエミッタとして機能する。
キャリア収集層３は、結晶シリコン基体１の表面側に設けられてもよいし、結晶シリコン基体１の裏面側に設けられてもよい。可能な一実施形態では、キャリア収集層３は、結晶シリコン基体１の裏面側に設けられ、ドープ層６は、結晶シリコン基体１の表面側に設けられ、この場合、第１の電極５１と第２の電極５２とはともに結晶シリコン基体１の裏面側に位置し、結晶シリコン基体１の表面側は電極５で遮られず、光の入射量を増やすことができ、結晶シリコン太陽電池の光電変換効率の向上に有利である。
該結晶シリコン太陽電池では、キャリア収集層３は、複数の第１の領域３０１と複数の第２の領域３０２を有することができ、複数の第１の領域３０１と複数の第２の領域３０２とが交互に分布している。好ましくは、第１の領域３０１と第２の領域３０２はともに長方形領域であり、複数の第１の領域３０１と複数の第２の領域３０２は結晶シリコン基体１の一辺の長さ方向に沿って交互に並んでいる。第１の領域３０１と第２の領域３０２を絶縁するために、隣接する第１の領域３０１と第２の領域３０２との間には、一定の距離を空けるか、又は絶縁構造を設けることができる。
キャリア収集層３の第１の領域３０１と第２の領域３０２に対応するパッシベーション層２における貫通孔Ｘの形状、大きさ及び数などは、同じであってもよいし、異なってもよい。
該結晶シリコン太陽電池では、第１の電極５１と第２の電極５２としては、フィンガー電極が使用され得る。
キャリア収集層３に第１の反射低減層４１を設ける、及び/又はドープ層６に第２の反射低減層４２を設けることができ、第１の電極５１は、第１の反射低減層４１を突き抜けて第１のキャリア収集層３１と接触し、第２の電極５２は、第２の反射低減層４２を突き抜けてドープ層６と接触する。第１の反射低減層４１と第２の反射低減層４２の組成は、同じであってもよいし、異なってもよい。
第３の態様の結晶シリコン太陽電池の構造に対して、以下の変形を行うことができる。
（１）ドープ層６は、互いに反対の導電型を有する第１の領域３０１と第２の領域３０２を有するように設けられており、第１の電極５１と第２の電極５２は、それぞれドープ層６の第１の領域３０１及び第２の領域３０２と接触する。ここでは、ドープ層６の第１の領域３０１及び第２の領域３０２のうち、結晶シリコン基体１と反対の導電型を有する領域を、結晶シリコン太陽電池のエミッタとし、結晶シリコン基体１と同じかつ単一の導電型を有するキャリア収集層３を、結晶シリコン太陽電池の表面電界として機能する。好ましくは、ドープ層６は結晶シリコン基体１の裏面に位置し、キャリア輸送層は結晶シリコン基体１の表面側に位置し、それにより、電極５を結晶シリコン基体１の裏面側に位置させ、表面側は電極５で遮られない。
（２）ドープ層６を、パッシベーション層２と、結晶シリコン基体１と同じかつ単一の導電型を有するキャリア収集層３とに置換し、すなわち結晶シリコン基体１の両側ともにパッシベーション層２とキャリア収集層３を有し、そのうち一方側のキャリア収集層３は、互いに反対の導電型を有する第１の領域３０１と第２の領域３０２を有し、第１の電極５１と第２の電極５２は、それぞれ第１の領域３０１及び第２の領域３０２と接触し、結晶シリコン基体１と反対の導電型を有する領域は、結晶シリコン太陽電池のエミッタとし、他方側のキャリア収集層３は、結晶シリコン基体１と同じかつ単一の導電型を有し、結晶シリコン太陽電池の表面電界として機能する。好ましくは、互いに反対の導電型を有する第１の領域３０１と第２の領域３０２を有するキャリア収集層３は、結晶シリコン基体１の裏面側に位置し、これにより、電極５を結晶シリコン基体１の裏面側に位置させ、表面側は電極５で遮られない。
本発明の実施例では、結晶シリコン基体１の表面は、入射光の反射を低減するために、テクスチャリング構造を有してもよく、結晶シリコン基体１の裏面は、研磨やウエットエッチングなどにより得られた平坦で滑らかな表面であってもよいし、テクスチャリング構造を有してもよい。
特に断らない限り、本発明の実施例に係る「層」、「領域」などのような部材が別の部材の上に位置するか、又は設けられた場合、該部件は、別の部材の上に他の部材が介在せずに直接位置するか設けられてもよく、別の部材の上に１つ又は複数の中間部材が介在して間接的に位置するか設けられてもよい。
本発明の実施例の可能な一実施形態では、パッシベーション層２は、結晶シリコン基体１の一方側の表面に直接設けられ、キャリア収集層３は、パッシベーション層２に直接設けられる。本発明の実施例では、実際の需要に応じて結晶シリコン基体１とパッシベーション層２との間、及び/又はキャリア収集層３とパッシベーション層２との間に他の構造を設けてもよく、また、結晶シリコン基体１とパッシベーション層２との間、及び/又はキャリア収集層３とパッシベーション層２との間に設けられた他の構造にも、キャリア収集層３が結晶シリコン基体1と接触できるように、パッシベーション層２における貫通孔Ｘに対応する貫通孔Ｘを設ける必要がある。
以下、本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池の製造方法について説明する。
本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池の製造方法は、結晶シリコン基体１を用意するステップと、貫通孔Ｘを有するパッシベーション層２を結晶シリコン基体１に形成するステップと、パッシベーション層２、及び結晶シリコン基体１のパッシベーション層２の貫通孔Ｘと相反する部位にキャリア収集層３を形成するステップと、キャリア収集層３と接触する電極５を形成するステップなどと、を含む。上記の説明によれば、本発明の実施例に係る製造方法を用いて得られた結晶シリコン太陽電池は、良好なパッシベーション効果を有する上に、良好なキャリア輸送性能、高い光電変換効率を有する。
本発明の実施例に係る製造方法では、上記ステップに加えて、太陽電池の製造に必要な結晶シリコン基体の洗浄、結晶シリコン基体の表面テクスチャリングなどのステップをさらに含む。また、異なる構造の結晶シリコン太陽電池では、上記各ステップの順序及び具体的な実現方式は異なる。以下、異なる構造の結晶シリコン太陽電池の製造方法についてそれぞれ説明する。
図５及び図６に示される第１の態様の結晶シリコン太陽電池の製造方法
図９ａ〜図９ｇ、又は図１０ａ〜図１０ｇに示すように、該太陽電池の製造方法は、ステップＡ０１〜ステップＡ０７を含む。
ステップＡ０１ 結晶シリコン基体１を洗浄し、結晶シリコン基体１の表面をテクスチャリングし、結晶シリコン基体1の表面にテクスチャリング構造を形成する。
該ステップでは、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と過酸化水素（（Ｈ２Ｏ２）との混合水溶液を用いて結晶シリコン基体１を洗浄することにより、結晶シリコン基体１の表面の汚染物やダメージ層を除去することができる。
アルカリ性溶液でテクスチャリングすることができ、例えば、質量濃度０．５％〜５％（例えば０．５％、１％、１．５％、２％、２．５％、３％、３．５％、４％、４．５％、５％など）の水酸化ナトリウム水溶液で、７５℃〜９０℃（例えば７５℃、７６℃、７８℃、８０℃、８２℃、８４℃、８５℃、８６℃、８８℃、９０℃など）の温度でテクスチャリングする。また、酸性溶液でテクスチャリングしてもよい。
テクスチャリングした後、単結晶シリコン基体１の表面の反射率は、１０％〜１８％（例えば１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％など）であってもよいし、多晶結晶シリコン基体１の表面の反射率は、６％〜２０％（例えば６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％など）であってもよい。
結晶シリコン基体１の裏面にもテクスチャリングが必要である場合、該ステップで結晶シリコン基体１の表面と裏面に対してテクスチャリングを同時に仕上げることができる。
ステップＡ０２ 結晶シリコン基体１の一方側にパッシベーション層２を形成する。
パッシベーション層２が結晶シリコン基体１の表面側に設けられた場合、該ステップは、具体的には、結晶シリコン基体１の表面側にパッシベーション層２を形成する。また、パッシベーション層２が結晶シリコン基体１の裏面側に設けられた場合、該ステップは、具体的には、結晶シリコン基体１の裏面側にパッシベーション層２を形成する。
パッシベーション層２の具体的な組成に応じて、パッシベーション層２を形成するプロエスを選択でき、原子層堆積（Ａａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＡＬＤ）プロセスや、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏr Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＣＶＤ）プロセスなどで形成できるが、これらに限定されない。
結晶シリコン基体１の表面に直接酸化シリコン層をパッシベーション層２として形成する場合は、高温熱酸化プロセス、硝酸酸化プロセス、ドライオゾン酸化プロセス、ウェットオゾン酸化プロセスなどを用いて結晶シリコン基体1の表面に酸化シリコン層を形成することができる。硝酸酸化プロセスにより厚さ０．３ｎｍ〜１００ｎｍの酸化シリコン層を製造する場合を例にすると、硝酸の質量濃度は、１％〜２０％、例えば１％、２％、４％、５％、６％、８％、１０％、１２％、１４％、１５％、１６％、１８％、２０％などであってもよく、硝酸を用いた処理の時間は、２分〜２０分、例えば２分、４分、５分、６分、８分、１０分、１２分、１４分、１５分、１６分、１８分、２０分などであってもよい。
ステップＡ０３ パッシベーション層２に貫通孔Ｘを開ける。
該ステップでは、設定された貫通孔Ｘのパターンに応じてパッシベーション層２に対応する部位を除去し、パッシベーション２層に貫通孔Ｘを形成する。
レーザエッチングプロセス或いは化学エッチングマスクプロセスを用いてパッシベーション層２に貫通孔Ｘを開けることができる。
レーザエッチングプロセスでは、レーザパターンは、パッシベーション層２における貫通孔Ｘのパターンと同じであり、また、化学エッチングマスクプロセスでは、マスクパターンはパッシベーション層２における貫通孔Ｘのパターンと同じである。
結晶シリコン基体１とパッシベーション層２との間、パッシベーション層２とキャリア収集層３との間にまた他の構造が設けられている場合、該ステップでは、結晶シリコン基体1における貫通孔Ｘと相反する部位が露出するように、他の構造の開孔を同時に行うことができる。
ステップＡ０４ パッシベーション層２、及び結晶シリコン基体１のパッシベーション層２の貫通孔Ｘと相反する部位に（すなわち結晶シリコン基体１の露出部位）キャリア収集層３を形成する。
キャリア収集層３の具体的な組成に応じてキャリア収集層３を形成するプロセスを選択することができる。
ドープシリコン層をキャリア収集層とする場合には、以下の利用可能な方式でドープシリコン層を形成することができる。
方式１：真性シリコン層を成長させる過程でドーピング源を導入してドープシリコン層を形成し、すなわち、ドーピング源が存在する環境でドープシリコン層を形成する。該方式では、ホスフィンをリン元素のドーピング源として、ボランをホウ素元素のドーピング源とすることができる。この過程では、加熱のピーク温度は、８００℃〜１０００℃、例えば８００℃、８２０℃、８４０℃、８５０℃、８６０℃、８７０℃、８８０℃、９００℃、９２０℃、９４０℃、９５０℃、９６０℃、９８０℃、１０００℃などであってもよく、熱処理時間は３０分〜２００分、例えば３０分、４０分、５０分、６０分、７０分、８０分、９０分、１００分、１１０分、１２０分、１３０分、１４０分、１５０分、１６０分、１７０分、１８０分、１９０分、２００分などであってもよい。
方式２：まず真性シリコン層を成長させ、その後、真性シリコン層にドーピング元素をドープしてドープシリコン層を形成する。
該方式では、真性シリコン層へドーピング元素をドープすることは具体的には以下のとおりである：イオン注入装置を用いて真性シリコン層にドーピングイオン（例えばリンイオン又はホウ素イオン）を注入し、その後、アニールして、ドープシリコン層を得る；真性シリコン層にドーピング源を含有するシリコンガラス層（例えばリンケイ酸ガラスＰＳＧ或いはホウケイ酸ガラスＢＳＧ）を形成した後、アニールすることでシリコンガラス層中のドーピング源を真性シリコン層に入れて、ドープシリコン層を得る；又は直接熱拡散の方式により真性シリコン層をドープする。
上記ドーピング源を含有するシリコンガラスは、ＡＰＣＶＤ装置を用いて製造できる。上記アニールにおいて、アニールの温度は、６００℃〜９５０℃、例えば６００℃、６２０℃、６４０℃、６５０℃、６６０℃、６８０℃、７００℃、７２０℃、７４０℃、７５０℃、７６０℃、７８０℃、８００℃、８２０℃、８４０℃、８５０℃、８６０℃、８８０℃、９００℃、９２０℃、９４０℃、９５０℃などであってもよい。
上記方式１及び方式２では、真性シリコン層は、ＬＰＣＶＤ装置を用いて製造できる。
ステップＡ０５ 結晶シリコン基体１のパッシベーション層２に対応する側にドープ層６を形成する。
ステップＡ０２では結晶シリコン基体１の表面側にパッシベーション層２を形成する場合、該ステップでは、結晶シリコン基体１の裏面側にドープ層６を形成する。又は、ステップＡ０２では結晶シリコン基体１の裏面側にパッシベーション層２を形成する場合、該ステップでは、結晶シリコン基体１の表面側にドープ層６を形成する。
該ステップでは、ドープ層６を形成する方式は具体的には以下のとおりである：イオン注入装置を用いて結晶シリコン基体１のパッシベーション層２と相反する側の表面にドーピングイオン（例えばリンイオン或いはホウ素イオン）を注入し、その後、アニールしてドープ層６を得る；結晶シリコン基体のパッシベーション層２と相反する側の表面にドーピング源を含有するシリコンガラス層（例えばリンケイ酸ガラスＰＳＧ或いはホウケイ酸ガラスＢＳＧ）を形成した後、アニールすることで、シリコンガラス層中のドーピング源を真性シリコン層に入れて、ドープ層６を得る；又は、直接熱拡散の方式により結晶シリコン基体１のパッシベーション層２と相反する側の表面に対してドープしてドープ層６を形成する。
なお、ステップＡ０５はステップＡ０４の後に行われてもよいし（図１０ａ〜図１０ｇ参照）、ステップＡ０１の後であって、ステップＡ０２の前に行われてもよい（図９ａ〜図９ｇ参照）。一般には、ドープ層６が結晶シリコン基体１の表面側に位置する場合、ステップＡ０５はステップＡ０１とステップＡ０２の間で行われ、ドープ層６が結晶シリコン基体１の裏面側に位置する場合、ステップＡ０５はステップＡ０４の後に行われる。
ステップＡ０６ キャリア収集層３に第１の反射低減層４１を形成する、及び/又はドープ層６に第２の反射低減層４２を形成する。
第１の反射低減層４１と第２の反射低減層４２を形成する具体的な方式は、両者の具体的な組成に応じて決定することができる。例えば、窒化シリコン層を反射低減層４とする場合、ＰＥＣＶＤプロセスにより窒化シリコン層を形成することができる。
第１の反射低減層４１と第２の反射低減層４２を一定の順序でそれぞれ形成することができ、第１の反射低減層４１と第２の反射低減層４２の組成が同じである場合、両者は同時に形成することができる。
ステップＡ０７ キャリア収集層３と接触する第１の電極５１を形成し、ドープ層６と接触する第２の電極５２を形成する。
該ステップでは、キャリア収集層３及びドープ層６上に反射低減層４が設けられた場合、対応する反射低減層４上に第１の電極５１、第２の電極５２を形成するためのスラリーを印刷し、その後、焼結して第１の電極５１と第２の電極５２を形成する。
キャリア収集層３及び/又はドープ層６上に反射低減層４が設けられていない場合、キャリア収集層３及び/又はドープ層６に、第１の電極５１、第２の電極５２を形成するためのスラリーを直接印刷する。
焼結の条件は、スラリーの具体的な成分に応じて決定することができ、例えば６００℃〜９００℃（例えば６００℃、６２０℃、６４０℃、６５０℃、６６０℃、６８０℃、７００℃、７２０℃、７４０℃、７５０℃、７６０℃、７８０℃、８００℃、８２０℃、８４０℃、８５０℃、８６０℃、８８０℃、９００℃など）の温度でスラリーを焼結できる。
図７に示される第２の態様の結晶シリコン太陽電池の製造方法
図１１ａ〜図１１ｆに示すように、該太陽電池の製造方法は、ステップＢ０１〜ステップＢ０６を含む。
ステップＢ０１ 結晶シリコン基体１を洗浄し、結晶シリコン基体１の表面をテクスチャリングし、結晶シリコン基体1の表面にテクスチャリング構造を形成する。
結晶シリコン基体１に対する洗浄、テクスチャリングの具体的な過程は、上記ステップＡ０１の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
ステップＢ０２ 貫通孔Ｘを有する第１のパッシベーション層２１を結晶シリコン基体１の一方側に形成し、貫通孔Ｘを有する第２のパッシベーション層２２を結晶シリコン基体１の他方側に形成する。
第１のパッシベーション層２１と第２のパッシベーション層２２を形成する具体的な過程は、上記ステップＡ０２の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
なお、第１のパッシベーション層２１と第２のパッシベーション層２２は順次それぞれ形成することができるが、第１のパッシベーション層２１と第２のパッシベーション層２２の組成が同じである場合、両者は同時に形成することができる。
ステップＢ０３ 第１のパッシベーション層２１と第２のパッシベーション層２２に、それぞれ貫通孔Ｘを開ける。
第１のパッシベーション層２１及び第２のパッシベーション層２２に貫通孔Ｘを開ける具体的な方式は、上記ステップＡ０３の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
ステップＢ０４ 第１のパッシベーション層２１、及び結晶シリコン基体１の第１のパッシベーション層２１の貫通孔Ｘと相反する部位に、第１のキャリア収集層３１を形成し、第２のパッシベーション層２２、及び結晶シリコン基体１の第２のパッシベーション層２２の貫通孔Ｘと相反する部位に、第１のキャリア収集層と反対の導電型を有する第２のキャリア収集層３２を形成する。
第１のキャリア収集層３１と第２のキャリア収集層３２を形成する具体的な方式は、上記ステップＡ０４の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
なお、まず真性シリコン層を形成し、次に、真性シリコン層に対してドープする方式で、ドープシリコン層を形成する場合、まず第１のパッシベーション層２１上に第１の真性シリコン層を形成するとともに第２のパッシベーション層２２上に第２の真性シリコン層を形成する。その後、第１の真性シリコン層及び第２の真性シリコン層に対してドープする。好ましくは、ドーピング過程において、まず、第１の真性シリコン層及び第２の真性シリコン層に対してそれぞれイオン注入を行い、又は、まず、第１の真性シリコン層及び第２の真性シリコン層上にドーピング源を含有するシリコンガラスを形成し、次に、1回アニールして、第１の真性シリコン層及び第２の真性シリコン層に対するドーピングを仕上げる。
ステップＢ０５ 第１のキャリア収集層３１に第１の反射低減層４１を形成する、及び/又は第２のキャリア収集層３２に第２の反射低減層４２を形成する。
該ステップでは、第１の反射低減層４１と第２の反射低減層４２を形成する具体的な方式は、ステップＡ０６の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
ステップＢ０６ 第１のキャリア収集層３１と接触する第１の電極５１を形成し、第２のキャリア収集層３２と接触する第２の電極５２を形成する。
該ステップでは、第１のキャリア収集層３１及び第２のキャリア収集層３２上に反射低減層４が設けられた場合、対応する反射低減層４に第１の電極５１、第２の電極５２を形成するためのスラリーを印刷し、その後、焼結して第１の電極５１と第２の電極５２を形成する。
第１のキャリア収集層３１及び/又は第２のキャリア収集層３２に反射低減層４が設けられていない場合、第１のキャリア収集層３１及び/又は第２のキャリア収集層３２に第１の電極５１、第２の電極５２を形成するためのスラリーを直接印刷する。
第１の電極５１、第２の電極５２を形成するためのスラリーの焼結条件は、上記ステップＡ０７の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
図８に示される第３の態様の結晶シリコン太陽電池の製造方法
図１２ａ〜図１２ｇに示すように、該太陽電池の製造方法は、ステップＣ０１〜ステップＣ０７を含む。
ステップＣ０１ 結晶シリコン基体１を洗浄し、結晶シリコン基体１の表面をテクスチャリングし、結晶シリコン基体1の表面にテクスチャリング構造を形成する。
結晶シリコン基体１に対する洗浄、テクスチャリングの具体的な過程は、上記ステップＡ０１の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
ステップＣ０２ 結晶シリコン基体１の一方側にパッシベーション層２を形成する。
パッシベーション層２を形成する具体的な過程は、上記ステップＡ０２の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
ステップＣ０３ パッシベーション層２に貫通孔Ｘを開ける。
パッシベーション層２に貫通孔Ｘを開ける具体的な過程は、上記ステップＡ０３の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
ステップＣ０４ パッシベーション層２、及び結晶シリコン基体１のパッシベーション層２の貫通孔Ｘと相反する部位に、互いに反対の導電型を有する第１の領域３０１と第２の領域３０２を有するキャリア収集層３を形成する。
ドープシリコン層をキャリア収集層３とする場合、まず、真性シリコン層を成長させ、次に、互いに反対の導電型を有する第１のドーピング源及び第２のドーピング源を利用して真性シリコン層の異なる領域に対してドープして、互いに反対の導電型を有する第１の領域３０１と第２の領域３０２とを有するドープシリコン層を形成する。
イオン注入装置を用いて真性シリコン層の異なる領域に異なるドーピングイオンを注入し、例えばリンイオンとホウ素イオンを注入し、その後、アニールして、リンドープ領域とホウ素ドープ領域を有するドープシリコン層を得る。
該ステップでは、真性シリコン層を形成する具体的な方式、イオン注入及びアニールの具体的な過程は、上記ステップＡ０４の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
ステップＣ０５ 結晶シリコン基体１のキャリア収集層３と相反する側に、結晶シリコン基体１と同一の導電型を有するドープ層６を形成する。
ドープ層６を形成する具体的な方式は、上記ステップＡ０５の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
なお、ステップＣ０５はステップＣ０４の後に行ってもよいし、ステップＣ０１の後であって、ステップＣ０２の前に行ってもよい。
ステップＣ０６ 第１の反射低減層４１をキャリア収集層３上に形成する、及び/又は第２の反射低減層４２をドープ層６上に形成する。
第１の反射低減層４１、第２の反射低減層４２を形成する具体的な方式は、ステップＡ０６の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
ステップＣ０７ キャリア収集層３の第１の領域３０１と接触する第１の電極５１を形成し、キャリア収集層３の第２の領域３０２と接触する第２の電極５２を形成する。
該ステップでは、キャリア収集層３上に第１の反射低減層４１が設けられた場合、第１の反射低減層４１のうちキャリア収集層３の第１の領域３０１に対応する位置に、第１の電極５１を形成するためのスラリーを印刷し、第１の反射低減層４１のうちキャリア収集層３の第２の領域３０２に対応する位置に、第２の電極５２を形成するためのスラリーを印刷し、その後、焼結して第１の電極５１と第２の電極５２を形成する。
キャリア収集層３上に第１の反射低減層４１が設けられていない場合、キャリア収集層３の第１の領域３０１及び第２の領域３０２に、第１の電極５１、第２の電極５２を形成するためのスラリーを印刷する。
第１の電極５１、第２の電極５２を形成するためのスラリーの焼結条件は、上記ステップＡ０７の説明を参照することができるので、ここでは説明を省略する。
上記の結晶シリコン太陽電池に基づき、本発明の実施例は、上記結晶シリコン太陽電池を応用した太陽光発電モジュールをさらに提供する。該太陽光発電モジュールは、順次設けられたカバーシート、第１の封止接着フィルム、セルストリング、第２の封止接着フィルム及びバックシートを備え、ここでは、セルストリングは複数の本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池を備える。
また、本発明の実施例に係る結晶シリコン太陽電池では、パッシベーション層に貫通孔が設けられ、キャリア収集層がパッシベーション層における貫通孔を通して結晶シリコン基体と接触することにより、表面パッシベーション効果を確保する上に、キャリアが、結晶シリコン基体とキャリア収集層との接触する界面を突き抜けて電極により収集され、それによって、キャリア輸送を効率的に実現し、結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させ、さらに該結晶シリコン太陽電池を応用した太陽光発電モジュールの出力電力を向上させ、均等化発電原価を低減し、太陽光発電のコストパフォーマンスを向上させる。
本発明の実施例では、カバーシートはガラス板であり、第１の封止接着フィルム及び第２の封止接着フィルムの材料は、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）或いはＰＯＥ（エチレン−オクテン共重合体）であってもよく、バックシートは、ガラス板であってもよく、ＴＰＴ（ＰＶＦ/ＰＥＴ/ＰＶＦ）板であってもよい。太陽光発電モジュールは、シーラント（例えばシリコーンシーラント）が充填され得るフレームをさらに備える。
本発明の実施例に係る太陽光発電モジュールでは、結晶シリコン太陽電池は、正方形或いはフィレット処理された正方形の１枚のソーラーセルであってもよいし、１枚のソーラーセルを切断して得られた分割ソーラーセルであってもよい。
本発明の実施例に係る太陽光発電モジュールは、複数のセルストリングを備えてもよく、各セルストリングにおけるソーラーセル同士は溶接テープにより接続されてもよく、導電性接着剤又は他の導電性材料により接続されてもよい。各セルストリングでは、隣接するソーラーセルの間には、一定の隙間を有してもよく、隣接するソーラーセルの縁部が重なり、すなわち瓦を積層するような方式で接続されてもよい。
前記のように、本発明の実施例では、パッシベーション層に貫通孔が開けられ、且つキャリア収集層がパッシベーション層における貫通孔を通して結晶シリコン基体と接触することにより、表面パッシベーション効果を確保する上に、キャリアが、結晶シリコン基体とキャリア収集層との接触する界面を突き抜けて電極により収集され、キャリア輸送を効率的に実現し、結晶シリコン太陽電池の直列抵抗を低減し、結晶シリコン太陽電池の充填因子を向上させ、これにより結晶シリコン太陽電池の光電変換効率を向上させ、均等化発電原価を低減し、太陽光発電のコストパフォーマンスを向上させる。
以上は、当業者が本発明の技術案を容易に理解できるようにするために過ぎず、本発明を限定するものではない。本発明の主旨と原則内で行われる変更、均等な置換、改良などは、いずれも本発明の特許範囲に含まれるべきである。
１ 結晶シリコン基体
２ パッシベーション層
２１ 第１のパッシベーション層
２２ 第２のパッシベーション層
３ キャリア収集層
３１ 第１のキャリア収集層
３２ 第２のキャリア収集層
３０１ 第１の領域
３０２ 第２の領域
４ 反射低減層
４１ 第１の反射低減層
４２ 第２の反射低減層
５ 電極
５１ 第１の電極
５２ 第２の電極
６ ドープ層
Ｘ 貫通孔
Ｔ１ キャリア収集層の厚さ
Ｄ１ 断面形状が円形である貫通孔の直径
Ｐ１ 同列に隣接する２つの断面形状が円形である貫通孔の間の距離
Ｐ２ 同行に隣接する２つの断面形状が円形である貫通孔の間の距離
１’ 関連技術に係る結晶シリコン太陽電池の結晶シリコン基体
２’ 関連技術に係る結晶シリコン太陽電池のトンネリングパッシベーション層
３’ 関連技術に係る結晶シリコン太陽電池のキャリア収集層
５’ 関連技術に係る結晶シリコン太陽電池の電極

Claims (10)

  1. 結晶シリコン太陽電池であって、
    結晶シリコン基体（１）と、
    前記結晶シリコン基体（１）に設けられ、貫通孔（Ｘ）を有するパッシベーション層（２）と、
    前記パッシベーション層（２）上に設けられたキャリア収集層（３）と、
    前記キャリア収集層（３）と接触する電極（５）とを、備え、
    前記キャリア収集層（３）が前記パッシベーション層（２）における貫通孔（Ｘ）を通して前記結晶シリコン基体（１）と接触することを特徴とする結晶シリコン太陽電池。
  2. 前記結晶シリコン基体（１）の表面と平行な方向における前記貫通孔（Ｘ）の断面形状は、線形、円形又は多角形であることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池。
  3. 前記パッシベーション層（２）には、複数の貫通孔（Ｘ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池。
  4. 前記電極（５）は、前記パッシベーション層（２）における貫通孔（Ｘ）に対応する部分を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶シリコン太陽電池。
  5. 前記キャリア収集層（３）上に設けられた反射低減層（４）をさらに備え、前記電極（５）が前記反射低減層（４）を突き抜けて前記キャリア収集層（３）と接触することを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池。
  6. 結晶シリコン太陽電池であって、
    結晶シリコン基体（１）と、
    前記結晶シリコン基体（１）の一方側に設けられ、貫通孔（Ｘ）を有するパッシベーション層（２）と、
    前記パッシベーション層（２）上に設けられたキャリア収集層（３）と、
    前記キャリア収集層（３）と接触する第１の電極（５１）と、
    前記結晶シリコン基体（１）の他方側に設けられたドープ層（６）と、
    前記ドープ層（６）と接触する第２の電極（５２）とを、備え、
    前記キャリア収集層（３）が前記パッシベーション層（２）における貫通孔（Ｘ）を通して前記結晶シリコン基体（１）と接触し、前記キャリア収集層（３）が前記ドープ層（６）と反対の導電型を有することを特徴とする結晶シリコン太陽電池。
  7. 結晶シリコン太陽電池であって、
    結晶シリコン基体（１）と、
    前記結晶シリコン基体（１）の一方側に設けられ、貫通孔（Ｘ）を有する第１のパッシベーション層（２１）と、
    前記第１のパッシベーション層（２１）上に設けられた第１のキャリア収集層（３１）と、
    前記第１のキャリア収集層（３１）と接触する第１の電極（５１）と、
    前記結晶シリコン基体（１）の他方側に設けられ、貫通孔（Ｘ）を有する第２のパッシベーション層（２２）と、
    前記第２のパッシベーション層（２２）上に設けられた第２のキャリア収集層（３２）と、
    前記第２のキャリア収集層（３２）と接触する第２の電極（５２）とを、備え、
    前記第１のキャリア収集層（３１）が前記第１のパッシベーション層（２１）における貫通孔（Ｘ）を通して前記結晶シリコン基体（１）と接触し、前記第２のキャリア収集層（３２）が前記第２のパッシベーション層（２２）における貫通孔（Ｘ）を通して前記結晶シリコン基体（１）と接触し、
    前記第１のキャリア収集層（３１）と前記第２のキャリア収集層（３２）は反対の導電型を有していることを特徴とする結晶シリコン太陽電池。
  8. 結晶シリコン太陽電池であって、
    結晶シリコン基体（１）と、
    前記結晶シリコン基体（１）の一方側に設けられ、貫通孔（Ｘ）を有するパッシベーション層（２）と、
    前記パッシベーション層（２）上に設けられ、且つ互いに反対の導電型を有する第１の領域（３０１）と第２の領域（３０２）を有するキャリア収集層（３）と、
    前記キャリア収集層（３）の第１の領域（３０１）と接触する第１の電極（５１）と、
    前記キャリア収集層（３）の第２の領域（３０２）と接触する第２の電極（５２）と、
    前記結晶シリコン基体（１）の他方側に設けられたドープ層（６）とを、備え、
    前記キャリア収集層（３）が前記パッシベーション層（２）における貫通孔（Ｘ）を通して前記結晶シリコン基体（１）と接触し、
    前記ドープ層（６）が前記結晶シリコン基体（１）と同一の導電型を有することを特徴とする結晶シリコン太陽電池。
  9. 結晶シリコン太陽電池の製造方法であって、
    結晶シリコン基体（１）を用意するステップと、
    貫通孔（Ｘ）を有するパッシベーション層（２）を前記結晶シリコン基体（１）に形成するステップと、
    前記パッシベーション層（２）、及び前記結晶シリコン基体（１）の前記パッシベーション層（２）の貫通孔（Ｘ）と相反する部位に、キャリア収集層（３）を形成するステップと、
    前記キャリア収集層（３）と接触する電極（５）を形成するステップとを、含む結晶シリコン太陽電池の製造方法。
  10. 順次設けられたカバーシート、第１の封止接着フィルム、セルストリング、第２の封止接着フィルム及びバックシートを備え、
    前記セルストリングが複数の太陽電池を備える太陽光発電モジュールであって、
    前記太陽電池が請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記結晶シリコン太陽電池であることを特徴とする太陽光発電モジュール。
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