JP2022058069A - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を電池の正面に応用する際に横方向輸送と多結晶シリコン膜の光吸収とのバランスを取る必要性による制限を緩和して、高い開回路電圧を実現するとともに、電池の短絡電流を向上させることができる太陽電池及び太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】第１の表面１０及び第２の表面２０を有する半導体基板と、第１の誘電体層１０１と、第１のＮ＋ドープ層１０２と、第１のパッシベーション層及び第１の反射防止層１０３と、第１の電極１０４と、第２の誘電体層２０１と、第１のＰ＋ドープ層２０２と、第２のパッシベーション層及び第２の反射防止層２０３と、第２の電極２０４と、を備える太陽電池。【選択図】図１

Description

本発明は太陽電池技術分野に関し、特に太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。
近年、科学技術等の発展に伴い、太陽電池は最初の理論的な最もクリーンで無尽蔵なエネルギーから一歩一歩進めて、今の安定的に大量生産・エネルギー供給可能なエネルギーとなっており、太陽電池の生産量も年々上昇している。そして、太陽光発電産業の発展に伴い、太陽電池の変換効率を向上することも太陽光発電企業が追求する目標となった。太陽電池の高効率を実現するために、多くの電池構造が設計されており、その中で、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト技術（ＴＯＰＣｏｎ；Ｔｕｎｎｅｌ Ｏｘｉｄｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ）とは、電池の裏面に１層の極薄のトンネル酸化膜及び１層の高濃度ドーピング多結晶シリコン薄層を製造することにより、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を形成するものであり、高効率が高く、寿命が長く、ＬＩＤがなく、弱光応答性が高いといった利点を有する。また、従来の太陽電池において、両面太陽電池は両面で光線を吸収できるため、単位面積の電池の光電気変換効率を大幅に向上させ、従って、ますます各産業に注目されるようになっている。
現在、よく見られるＮ型トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト太陽電池において、基板がＮ型シリコンであり、電池の正面がｐ＋型ドープ層であり、裏面が極薄の酸化ケイ素層及びｎ＋高濃度ドーピング多結晶シリコン層である。以上から分かるように、一般的なトンネル酸化膜パッシベーションコンタクトが電池の裏面に設置され、電池正面のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクト又は電池両面のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクトを実現するために、ＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｔｈｉｎｌａｙｅｒ）電池構造を模倣して、電池の正面にＩＴＯ（透明な導電層）を用いて極薄の多結晶シリコンの横方向輸送の問題を解決しなければならない。ところが、ＩＴＯは透明な導電性酸化物であるが、一定の光吸収損失を引き起こして、電池の変換効率に影響することとなるだけでなく、ＩＴＯは使用された後、従来の高温生産ライン及び高温金属化プロセスに適用できず、従来の電池生産ラインのアップグレードのため高コストを必要とする。
本発明の目的は、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を電池の正面に応用する際に横方向輸送と多結晶シリコン膜の光吸収とのバランスを取る必要性による制限を緩和して、高い開回路電圧を実現するとともに、電池の短絡電流を向上させることができる太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することである。
上記目的を実現するために、本発明は以下の技術案を提供する。
本発明の一態様において、
対向して設置される第１の表面及び第２の表面を有する半導体基板と、
前記第１の表面に位置する第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の表面に位置する第１のＮ＋ドープ層と、
前記第１のＮ＋ドープ層の表面に位置する第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層と、
前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層の表面に位置する第１の電極と、
前記第２の表面に位置する第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層の表面に位置する第１のＰ＋ドープ層と、
前記第１のＰ＋ドープ層の表面に位置する第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層と、
前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層の表面に位置する第２の電極と、を備える太陽電池を提供する。
１つの好ましい実施態様において、前記第１の誘電体層は酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素又は酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、
前記第１の誘電体層の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第１のＮ＋ドープ層のドーピング濃度が５×１０１９～６×１０２０ｃｍ－３であり、
前記第１のＮ＋ドープ層の厚さが５ｎｍ～３０ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層は窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素又は炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含み、
前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層の厚さが７０ｎｍ～１８０ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第２の誘電体層は酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素又は酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、
前記第２の誘電体層の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第１のＰ＋ドープ層のドーピング濃度が５×１０１９～６×１０２０ｃｍ－３であり、
前記第１のＰ＋ドープ層の厚さが８０ｎｍ～３００ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素又は炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含み、
前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層の厚さが７０ｎｍ～１８０ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記半導体基板がＮ型半導体基板であり、前記第１の表面が前記半導体基板の正面であり、前記第２の表面が前記半導体基板の裏面である。
１つの好ましい実施態様において、前記第１のＮ＋ドープ層の表面上における少なくとも１つの領域に更に第３の誘電体層及び第２のＮ＋ドープ層が設置され、前記第１の電極が前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層を貫通して前記第２のＮ＋ドープ層と接触し、
前記第１のＮ＋ドープ層の表面上における少なくとも１つの領域が前記第１の電極の領域に対応する。
１つの好ましい実施態様において、前記第３の誘電体層は、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素又は酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、
前記第３の誘電体層の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第２のＮ＋ドープ層の厚さが５０ｎｍ～１５０ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第１のＮ＋ドープ層における少なくとも１つの領域には増肉されたＮ＋ドープ層領域が設置され、前記第１の電極が前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層を貫通して前記増肉されたＮ＋ドープ層領域と接触し、
前記第１のＮ＋ドープ層における少なくとも１つの領域が前記第１の電極の領域に対応する。
１つの好ましい実施態様において、前記増肉されたＮ＋ドープ層領域の厚さが８０ｎｍ～２００ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記半導体基板がＰ型半導体基板であり、前記第１の表面が前記半導体基板の裏面であり、前記第２の表面が前記半導体基板の正面である。
１つの好ましい実施態様において、前記第１のＰ＋ドープ層の表面上における少なくとも１つの領域に更に第４の誘電体層及び第２のＰ＋ドープ層が設置され、前記第２の電極が前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層を貫通して前記第２のＰ＋ドープ層と接触し、
前記第１のＰ＋ドープ層の表面上における少なくとも１つの領域が前記第２の電極の領域に対応する。
１つの好ましい実施態様において、前記第４の誘電体層は、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素又は酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、
前記第４の誘電体層の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第２のＰ＋ドープ層の厚さが５０ｎｍ～１５０ｎｍである。
１つの好ましい実施態様において、前記第１のＰ＋ドープ層における少なくとも１つの領域には増肉されたＰ＋ドープ層領域が設置され、前記第２の電極が前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層を貫通して前記増肉されたＰ＋ドープ層領域と接触し、
前記第１のＰ＋ドープ層における少なくとも１つの領域が前記第２の電極の領域に対応する。
１つの好ましい実施態様において、前記増肉されたＰ＋ドープ層領域の厚さが８０ｎｍ～２００ｎｍである。
なお、上記数値範囲はいずれも端点値を含む。
本発明の他の態様において、上記太陽電池を複数備え、前記複数の太陽電池の少なくとも一部がスプライシング（ｓｐｌｉｃｉｎｇ）又はシングリング（ｓｈｉｎｇｌｉｎｇ）の形式で接続されてパッケージ材料で封止されることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。
従来技術に比べて、本発明に係る技術案は以下の有益な効果を実現することができる。
本発明に係る太陽電池において、半導体基板の第１の表面に第１の誘電体層、第１のＮ＋ドープ層、第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層、及び第１の電極が形成され、半導体基板の第２の表面に第２の誘電体層、第１のＰ＋ドープ層、第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層、及び第２の電極が形成される。このように、両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトの効果を実現することができ、また、基板材料の補助作用によってより低い横方向輸送抵抗を実現し、つまり、基板材料を利用してキャリアの横方向における輸送を補助して、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を電池の正面に応用する際に横方向輸送と多結晶シリコン膜光吸収とのバランスを取る必要性による制限を緩和して、開回路電圧及び短絡電流を向上させることができ、従来のＩＴＯ又はより厚い多結晶シリコンに起因する光吸収の問題を回避することができる。
本発明の太陽電池モジュールは上記太陽電池を備え、少なくとも上記した太陽電池のすべての特徴と利点を有し、ここで詳細な説明は省略する。
なお、以上の一般的な説明及び以下の詳細な説明は例示的なものであり、本発明を制限するためのものではない。
本発明の具体的な実施形態又は従来技術の技術案をより明確に説明するために、以下に具体的な実施形態又は従来技術の記述に必要な図面を簡単に説明するが、当然ながら、以下に記載する図面は単に本発明の実施形態の一例を示すものに過ぎず、当業者であれば、創造的な労力を必要とせずに、これらの図面に基づいて他の態様を示す図面を想到しうる。
は本発明の例示的な一つの実施形態に係るＮ型トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト太陽電池の構造模式図である。 は本発明の例示的な別の実施形態に係るＮ型トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト太陽電池の構造模式図である。 は本発明の例示的な別の実施形態に係るＮ型トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト太陽電池の構造模式図である。 は本発明の例示的な一つの実施形態に係るＰ型トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト太陽電池の構造模式図である。 は本発明の例示的な別の実施形態に係るＰ型トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト太陽電池の構造模式図である。 は本発明の例示的な別の実施形態に係るＰ型トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト太陽電池の構造模式図である。
本発明の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下に図面を参照しながら実施例によって本発明を更に詳しく説明する。なお、ここで説明される具体的な実施例は本発明を解釈するためのものであり、本発明を制限するためのものではない。
なお、本明細書に使用される用語「及び／又は」は関連対象の関連関係を説明するためのものに過ぎず、３つの関係が存在可能であることを示す。例えば、「Ａ及び／又はＢ」は「Ａが独立して存在する」、「ＡとＢが同時に存在する」、及び「Ｂが独立して存在する」という３つの状況を示すことが可能である。
なお、本発明の実施例に記載の「上」、「下」等の方位用語は、図面に示される角度から説明したものであり、本発明の実施例を制限するものであると理解すべきではない。また、「一方の部材が他方の部材の「上」又は「下」に接続される」と記載する場合、一方の部材が、他方の部材の「上」又は「下」に直接接続されることができるだけでなく、中間部材を介して他方の素子の「上」又は「下」に間接的に接続されることも可能である。さらに、文脈に他の意味を明確に示さない限り、本発明の実施例及び添付の特許請求の範囲に使用される単数形式の「１種」、「前記」及び「該」は、複数形式を含むように意図する。
従来技術の欠点を解決するために、本発明の実施例の技術案は太陽電池及び該太陽電池を備える太陽電池モジュールを提供することにより、光吸収損失を低減して、電池の変換効率を向上させて、開回路電圧及び電池の短絡電流を向上させることが期待される。
これに鑑みて、図１～図６に示すように、本発明の実施例で提供された太陽電池は、
対向して設置される第１の表面１０及び第２の表面２０を有する半導体基板と、
前記第１の表面１０に位置する第１の誘電体層１０１と、
前記第１の誘電体層１０１の表面に位置する第１のＮ＋ドープ層１０２と、
前記第１のＮ＋ドープ層１０２の表面に位置する第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３と、
前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３の表面に位置する第１の電極１０４と、
前記第２の表面２０に位置する第２の誘電体層２０１と、
前記第２の誘電体層２０１の表面に位置する第１のＰ＋ドープ層２０２と、
前記第１のＰ＋ドープ層２０２の表面に位置する第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３と、
前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３の表面に位置する第２の電極２０４と、を備える。
該太陽電池は両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトの効果を実現することができ、また、基板材料の補助作用によってより低い横方向輸送抵抗を実現し、つまり、基板材料を利用してキャリアの横方向における輸送を補助して、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を電池の正面に応用する際に横方向輸送と多結晶シリコン膜光吸収とのバランスを取る必要性による制限を緩和して、開回路電圧及び短絡電流を向上させることができ、従来のＩＴＯ又はより厚い多結晶シリコンに起因する光吸収の問題を回避することができる。
上記半導体基板は結晶性シリコン基板（シリコン基板）であってもよく、例えば多結晶シリコン基板、単結晶シリコン基板又は擬似単結晶シリコン基板等が挙げられるが、本発明の実施例には、半導体基板の具体的なタイプや種類を制限しない。
上記第１の表面１０は半導体基板の裏面、第２の表面２０は半導体基板の正面であってもよく、又は、第１の表面１０は半導体基板の正面、第２の表面２０は半導体基板の裏面であってもよい。
いくつかの実施例には、半導体基板の正面は太陽に向かう表面、すなわち、日光の照射方向に向かう表面であり、半導体基板の裏面は太陽と反対側の表面である。
上記半導体基板はＰ型ドープ又はＮ型ドープであってもよく、つまり、該半導体基板はＰ型半導体基板又はＮ型半導体基板であってもよい。本発明の実施例の太陽電池は両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池であってもよいし、両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池であってもよい。
以下、本発明の実施例に関する図面を参照しながら、両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池及び両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池を分別に明確且つ完全に説明するが、説明される実施例は本発明の実施例の一例であり、実施例のすべてではない。本発明の実施例に基づき、当業者が進歩性のある労働を必要とせずに得られる他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
［Ｎ型太陽電池］
具体的に図１～図３に示すように、いくつかの実施例においては、太陽電池を提供し、該太陽電池は両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池であり、具体的に、Ｎ型半導体基板１を備え、
該Ｎ型半導体基板１は対向して設置される第１の表面１０及び第２の表面２０を有し、第１の表面１０が半導体基板の正面であり、第２の表面２０が前記半導体基板の裏面である。
該Ｎ型半導体基板１の正面は順に第１の誘電体層１０１、第１のＮ＋ドープ層１０２、第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３、第１の電極１０４を含み、
該Ｎ型半導体基板１の裏面は順に第２の誘電体層２０１、第１のＰ＋ドープ層２０２、第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３、第２の電極２０４を含む。
該裏面接合型両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池において、正面の第１のＮ＋ドープ層１０２とＮ型半導体基板１（Ｎ型シリコン基板）とがＮ＋Ｎ接合を形成し、第１のＮ＋ドープ層薄膜が極めて薄い場合、Ｎ型シリコン基板の補助作用によって、より低い横方向輸送抵抗を実現でき、且つ、裏面には第１のＰ＋ドープ層２０２により裏面エミッターを形成し、より厚いＰ＋ドープ層（例えば、通常のＰ＋ドープ層の厚さ）を用いていても電池の光吸収に影響することがない。前記Ｎ＋Ｎ接合とは、高濃度ドーピングＮ＋ドープ半導体材料層とＮ型半導体基板とが形成した高低接合を指す。
これにより、本発明の実施例の裏面接合型両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池において、Ｎ＋Ｎ高低接合によって基板材料を利用してキャリアの横方向における輸送を補助することができる。また、１回の正面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトは、高シート抵抗の極薄のドープ多結晶シリコンでパッシベーション・コンタクトを行う方式で実現してもよく、従来のＩＴＯ又はより厚いドープ多結晶シリコンに起因する光吸収の問題を回避し、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を電池の正面に応用する際に横方向輸送と多結晶シリコン膜の光吸収とのバランスを取る必要性による制限を緩和し、高い開回路電圧を実現するとともに、電池の短絡電流を向上させることができる。更に、高温金属ペーストによる極薄のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクトの溶落ち損傷問題を緩和し、例えば正面のエミッタ接合には、少なくとも２種類の選択的なトンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を設置してもよい。
いくつかの実施例においては、Ｎ型半導体基板１の正面及び裏面はいずれも表面形態が極めて不平滑な綿毛状表面構造を有してもよく、前記綿毛状表面は、正ピラミッド状、逆ピラミッド状、及び、ＲＩＥ（反応性イオンによるテクスチャ化）又はＭＣＴ（金属触媒の補助作用によるテクスチャ化）により製造された穴状の粗面を含んでもよい。
本発明の実施例においては、テクスチャ化によって半導体基板の表面に綿毛状表面構造を有させ、光トラッピング効果を発生させ、太陽電池の光線に対する吸収量を増加させ、これにより、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
いくつかの実施例においては、該Ｎ型半導体基板１の厚さは１００μｍ～３００μｍであってもよく、更に１００μｍ～２５０μｍであってもよく、更に１２０μｍ～２４０μｍであってもよく、例えば１００μｍ、１２０μｍ、１５０μｍ、１８０μｍ、２００μｍ、２４０μｍ、２５０μｍ、２８０μｍ、３００μｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよく、ここで制限しない。
上記第１の誘電体層１０１及び第２の誘電体層２０１それぞれの具体的なタイプは様々あり、当業者が実際の状況に応じて選択して設定してもよく、本発明の実施例には該誘電体層の種類を制限しない。例示的に、いくつかの実施例においては、第１の誘電体層１０１が、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む。例えば、該第１の誘電体層１０１は二酸化ケイ素誘電体層、窒化ケイ素誘電体層、酸化アルミニウム誘電体層、酸化ハフニウム誘電体層、酸化チタン誘電体層、酸窒化ケイ素誘電体層のうちのいずれか１つであってもよいし、本分野における既知又は開発されたばかりの他の誘電体層であってもよい。例えば、他の実施例においては、第１の誘電体層１０１は更にリン又は他の元素をドープした他の誘電体膜層であってもよい。
上記構成と類似に、いくつかの実施例においては、第２の誘電体層２０１は、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含む。例えば、該第２の誘電体層２０１が、二酸化ケイ素誘電体層、窒化ケイ素誘電体層、酸化アルミニウム誘電体層、酸化ハフニウム誘電体層、酸化チタン誘電体層、酸窒化ケイ素誘電体層のうちのいずれか１つであってもよいし、本分野における既知又は開発したばかりの他の誘電体層であってもよい。例えば、他の実施例には、第２の誘電体層２０１は更に他の元素をドープした他の誘電体膜層であってもよい。
いくつかの実施例においては、上記第１の誘電体層１０１はトンネル酸化膜であってもよい。上記第２の誘電体層２０１はトンネル酸化膜であってもよい。
いくつかの実施例においては、前記第１の誘電体層１０１の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍであり、更に１．０ｎｍ～２．５ｎｍであってもよく、例えば０．５ｎｍ、０．８ｎｍ、１ｎｍ、１．５ｎｍ、２ｎｍ、２．５ｎｍ、３ｎｍ等であってもよい。
いくつかの実施例においては、前記第２の誘電体層２０１の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍであり、更に１．０ｎｍ～２．５ｎｍであってもよく、例えば０．５ｎｍ、０．８ｎｍ、１ｎｍ、１．５ｎｍ、２ｎｍ、２．５ｎｍ、３ｎｍ等であってもよい。
上記第１の誘電体層１０１、第２の誘電体層２０１は、半導体基板の表面に対してパッシベーション作用を果たすだけでなく、更にキャリアをトンネリングにより透過させる必要もある。誘電体層の厚さが小さすぎる場合、パッシベーション作用を果たすことができず、誘電体層の厚さが大きすぎる場合、キャリアを効果的にトンネリングさせることができない。
該Ｎ型太陽電池において、そのＰＮ接合が電池の裏面に位置し、つまり、裏面接合型構造設計が用いられる。また、正面には、第１のＮ＋ドープ層１０２を利用してＮ型半導体基板１とＮ＋Ｎ高低接合を形成する。電池の正面及び裏面は、いずれもトンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を用いており、電池の開回路電圧及び短絡電流の向上に有利である。第１のＮ＋ドープ層１０２は第１のＮ＋ドープ多結晶シリコン層であってもよいが、それに限られない。そのドープされたドーパントは、例えば、リン、ヒ素、アンチモン等のＮ型元素であってもよい。第１のＰ＋ドープ層２０２は、第１のＰ＋ドープ多結晶シリコン層であってもよいが、それに限られない。そのドープされたドーパントは、例えば、ホウ素、インジウム、ガリウム、アルミニウム等のＰ型元素であってもよい。
具体的に、いくつかの実施例においては、前記第１のＮ＋ドープ層１０２のドーピング濃度が、５×１０１９～６×１０２０ｃｍ－３であり、例えば、該第１のＮ＋ドープ層１０２のドーピング濃度が、５×１０１９ｃｍ－３、６×１０１９ｃｍ－３、７×１０１９ｃｍ－３、８×１０１９ｃｍ－３、９×１０１９ｃｍ－３、１×１０２０ｃｍ－３、２×１０２０ｃｍ－３、４×１０２０ｃｍ－３、５×１０２０ｃｍ－３、６×１０２０ｃｍ－３等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
いくつかの実施例においては、前記第１のＮ＋ドープ層１０２の厚さが５ｎｍ～３０ｎｍであり、例えば５ｎｍ、８ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、１８ｎｍ、２０ｎｍ、２２ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
第１のＮ＋ドープ層１０２のドーパント濃度を上記範囲内に制御することにより、製造された太陽電池を、その性能需要を満たすようにすることができ、太陽電池の光電気変換効率及び太陽電池の性能の向上に寄与しうる。そして、該第１のＮ＋ドープ層１０２の厚さがより小さく、５ｎｍ～３０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。このように、高シート抵抗の極薄のドープ多結晶シリコンでパッシベーション・コンタクトを行うことにより、従来のＩＴＯ又は厚さのより大きな多結晶シリコンに起因する光吸収の問題を回避することができる。
いくつかの実施例においては、前記第１のＰ＋ドープ層２０２のドーピング濃度が、５×１０１９～６×１０２０ｃｍ－３であり、例えば、該第１のＰ＋ドープ層２０２のドーピング濃度が５×１０１９ｃｍ－３、６×１０１９ｃｍ－３、７×１０１９ｃｍ－３、８×１０１９ｃｍ－３、９×１０１９ｃｍ－３、１×１０２０ｃｍ－３、２×１０２０ｃｍ－３、４×１０２０ｃｍ－３、５×１０２０ｃｍ－３、６×１０２０ｃｍ－３等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
いくつかの実施例においては、前記第１のＰ＋ドープ層２０２の厚さが８０ｎｍ～３００ｎｍであり、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、２２０ｎｍ、２５０ｎｍ、２８０ｎｍ、３００ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
第１のＰ＋ドープ層２０２のドーパント濃度を上記範囲内に制御することにより、製造された太陽電池を、その性能需要を満たすようにすることができ、太陽電池の光電気変換効率及び太陽電池の性能の向上に寄与しうる。そして、該第１のＰ＋ドープ層２０２の厚さが適宜であり、８０ｎｍ～３００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。このように、電池の裏面には、Ｐ＋ドープ多結晶シリコン層を用いてＮ型シリコン基板と裏面エミッターを形成し、厚さのより厚いＰ＋ドープ多結晶シリコン層を使用しても、電池の光吸収に影響することがない。
いくつかの実施例においては、前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素及び炭化ケイ素のうちのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなる積層構造を含むが、それらに限られない。当然ながら、第１のパッシベーション層、第１の反射防止層は、他のタイプの材質を用いてもよく、例えば、更に、酸化アルミニウム、アモルファスシリコン等を用いてもよい。好ましくは、いくつかの実施例においては、前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３が、第１のパッシベーション層及び第１の反射防止層を含む。
いくつかの実施例においては、前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素及び炭化ケイ素のうちのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなる積層構造を含むが、それらに限られない。当然ながら、第２のパッシベーション層、第２の反射防止層は、更に他のタイプの材質を用いてもよく、例えば、更に、酸化アルミニウム、アモルファスシリコン等を用いてもよい。好ましくは、いくつかの実施例においては、前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３が、第２のパッシベーション層である。
具体的に、本発明の実施例に基づき、上記第１のパッシベーション層は正面パッシベーション層であり、第１の反射防止層は正面反射防止層である。該正面パッシベーション層及び正面反射防止層は、いずれも積層膜で構成されてもよく、その膜成分は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ガリウム、炭化ケイ素、アモルファスシリコン、オキシ炭化ケイ素等の物質を含んでもよく、なお、正面パッシベーション層及び正面反射防止層の材質は更に他のタイプを含んでもよく、本発明の実施例においては制限されない。上記パッシベーション層は、半導体基板に対して良好なパッシベーション効果を奏し得、電池の変換効率の向上に寄与しうる。該反射防止層の設置目的は、光線の反射を減少させて太陽電池の光線吸収量を増加させるだけでなく、パッシベーション効果も実現し、太陽電池の効率を向上させることである。上記と対応するように、上記第２のパッシベーション層は裏面パッシベーション層であり、第２の反射防止層は裏面反射層である。同様に、該裏面パッシベーション層及び裏面反射層はいずれも積層膜で構成されてもよく、その膜成分は酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ガリウム、炭化ケイ素、アモルファスシリコン、オキシ炭化ケイ素等の物質を含んでもよく、本発明の実施例においては制限されない。
上記正面パッシベーション層及び正面反射防止層（抗反射層）については、一般的に、正面に直接接触する膜層がパッシベーション層と見なされ、主に表面ダングリングボンドへのパッシベーション及びキャリアの表面領域での再結合を防止する作用を奏する。また、パッシベーション層上の抗反射層は、シリコン基板の表面を離れるため、一部のパッシベーション作用を奏することができていても、その主な目的は、透明膜層全体の屈折率を調整し、光吸収の反射防止作用を増加させることである。同時に、抗反射層は、更にシリコン電池を保護し、耐候性を向上させ、外部環境における酸素、水、金属イオン等の不純物がシリコン電池内に入って欠陥を形成して効率の低下を起こすことを回避することができる。従って、表面膜層構造を判断するとき、主にパッシベーション作用を果たす、シリコン基板の表面に密着する膜層をパッシベーション層とし、パッシベーション層上にシリコン基板に直接接触しない膜層を抗反射層とする。例えば、表面構造がシリコン基板／酸化ケイ素／窒化ケイ素である場合、酸化ケイ素はパッシベーション層、窒化ケイ素は抗反射層と見なされるべきである。同様に、酸化アルミニウム／窒化ケイ素、酸化ケイ素／酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム／酸窒化ケイ素からなるパッシベーション構造において、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素はパッシベーション層、窒化ケイ素及び酸窒化ケイ素は抗反射層と見なされるべきである。また、酸化ケイ素／酸化アルミニウム／窒化ケイ素の構造において、酸化アルミニウムは高密度の負電荷を含有してフィールドパッシベーション作用を奏しうるため、酸化ケイ素／酸化アルミニウムはパッシベーション層、窒化ケイ素は抗反射層と見なされる。
該裏面パッシベーション層及び裏面反射層についての理解は、正面の構造、すなわち、正面パッシベーション層及び正面抗反射層についての理解を参照してもよく、つまり、パッシベーション層及び反射層を主な作用及び機能によって理解してもよく、ここで詳細な説明は省略する。
いくつかの実施例においては、前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３の厚さが７０ｎｍ～１８０ｎｍであり、例えば７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
いくつかの実施例においては、前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３の厚さが７０ｎｍ～１８０ｎｍであり、例えば７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
上記パッシベーション層、反射防止層の厚さが上記範囲内であれば、良好なパッシベーション効果及び反射防止効果の実現に有利である。
上記第１の電極１０４は金属電極であり、金属電極は導電性物質からなり、正面反射防止層及び正面パッシベーション層を貫通して第１のＮ＋ドープ層に接触し、光電気により発生したキャリアを収集して導出する。上記第２の電極２０４は金属電極であり、金属電極は導電性物質からなり、裏面反射層及び裏面パッシベーション層を貫通して第１のＰ＋ドープ層に接触し、光電気により発生したキャリアを収集して導出する。なお、本発明の実施例においては、第１の電極１０４及び第２の電極２０４を構成する具体的な材質を制限せず、例えば銀電極、アルミニウム電極、銀アルミニウム電極等であってもよい。
図２に示すように、上記実施例に基づき、更に、該両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池は、更に第３の誘電体層１０５及び第２のＮ＋ドープ層１０６を備える。具体的に、いくつかの実施例においては、前記第１のＮ＋ドープ層１０２の表面上における少なくとも１つの領域には順に第３の誘電体層１０５及び第２のＮ＋ドープ層１０６が形成され、前記第１の電極１０４が前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３を貫通して前記第２のＮ＋ドープ層１０６と接触し、且つ、前記第１のＮ＋ドープ層１０２の表面上における少なくとも１つの領域が前記第１の電極１０４の領域に対応する。
該構造の両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池において、第１の電極１０４に対応する領域には、第３の誘電体層１０５及び第２のＮ＋ドープ層１０６が形成され、開回路電圧及び短絡電流を向上させることができるだけでなく、高温金属ペーストによる極薄のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクトの溶落ち損傷問題を解決することにも役立つ。
具体的に、いくつかの実施例においては、第３の誘電体層１０５は、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素又は酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含むが、それらに限られない。例えば、該第３の誘電体層１０５は、二酸化ケイ素誘電体層、窒化ケイ素誘電体層、酸化アルミニウム誘電体層、酸化ハフニウム誘電体層、酸化チタン誘電体層、及び酸窒化ケイ素誘電体層のうちのいずれか１つであってもよいし、本分野における既知又は開発したばかりの他の誘電体層であってもよい。
また、本発明の実施例は誘電体層を形成するための具体的な操作方式を制限しない。例示的に、第１の誘電体層、第３の誘電体層の形成方式は、化学気相成長法、高温熱酸化法、硝酸酸化法等のうちのいずれか１つ又は複数を含むが、それらに限られない。
いくつかの実施例においては、前記第３の誘電体層１０５の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍであり、更に１．０ｎｍ～２．５ｎｍであってもよく、例えば０．５ｎｍ、０．８ｎｍ、１ｎｍ、１．５ｎｍ、２ｎｍ、２．５ｎｍ、３ｎｍ等であってもよい。
いくつかの実施例においては、前記第２のＮ＋ドープ層１０６の厚さが５０ｎｍ～１５０ｎｍであり、例えば５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。該第２のＮ＋ドープ層１０６の厚さが第１のＮ＋ドープ層の厚さより大きくすることにより、太陽電池の性能需要を満たして、太陽電池の性能を向上させることに有利である。
なお、本発明の実施例はＮ＋ドープ層を形成する具体的な操作方式を制限しない。例示的に、第１のＮ＋ドープ層１０２、第２のＮ＋ドープ層１０６の形成方式は、化学気相成長法（ＣＶＤ）又は物理気相成長法（ＰＶＤ）又は原子層成長法（ＡＬＤ）等を含むが、それらに限られない。更に、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、減圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）等であってもよい。なお、第３の誘電体層、第２のＮ＋ドープ層の形成は、パターン化したマスクで実現してもよい。
図３に示すように、上記実施例に基づき、更に、該両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池は更に増肉されたＮ＋ドープ層領域１０７を有してもよい。具体的に、いくつかの実施例においては、前記第１のＮ＋ドープ層１０２における少なくとも１つの領域には、増肉されたＮ＋ドープ層領域１０７が設置され、前記第１の電極１０４は、前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３を貫通して前記増肉されたＮ＋ドープ層領域１０７と接触し、且つ、前記第１のＮ＋ドープ層１０２における少なくとも１つの領域は、前記第１の電極１０４の領域に対応する。
該構造の両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＮ型太陽電池において、第１の電極１０４に対応する領域には、増肉されたＮ＋ドープ層領域１０７が形成されることによって、開回路電圧及び短絡電流を向上させることができるだけでなく、高温金属ペーストによる極薄のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクトの溶落ち損傷問題を解決することにも役立つ。
いくつかの実施例においては、前記増肉されたＮ＋ドープ層領域１０７の厚さが８０ｎｍ～２００ｎｍであり、例えば８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
なお、該第１のＮ＋ドープ層１０２は、一般的な厚さのＮ＋ドープ層領域及び増肉されたＮ＋ドープ層領域１０７を有してもよく、該一般的な厚さのＮ＋ドープ層領域の厚さの範囲が５ｎｍ～３０ｎｍであり、該増肉されたＮ＋ドープ層領域１０７の厚さの範囲が８０ｎｍ～２００ｎｍである。該増肉されたＮ＋ドープ層領域の厚さが第１の電極の領域に対応する。
［Ｐ型太陽電池］
図４～図６に示すように、いくつかの実施例においては、両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池である太陽電池を提供しており、具体的に、当該太陽電池は、Ｐ型半導体基板２を備え、
該Ｐ型半導体基板２は、対向して設置される第１の表面１０及び第２の表面２０を有し、第１の表面１０が半導体基板の裏面であり、第２の表面２０が前記半導体基板の正面である。
該Ｐ型半導体基板２の正面は、順に第２の誘電体層２０１、第１のＰ＋ドープ層２０２、第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３、第２の電極２０４を含み、
該Ｐ型半導体基板２の裏面には、順に第１の誘電体層１０１、第１のＮ＋ドープ層１０２、第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３、第１の電極１０４を含む。
該裏面接合型両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池において、正面の第１のＰ＋ドープ層２０２とＰ型半導体基板２（Ｐ型シリコン基板）とがＰ＋Ｐ接合を形成する。第１のＰ＋ドープ層薄膜が極めて薄い場合、Ｐ型シリコン基板の補助作用によってより低い横方向輸送抵抗を実現する。そして、裏面に第１のＮ＋ドープ層１０２で裏面エミッターを形成し、より厚いＮ＋ドープ層（例えば、通常のＮ＋ドープ層の厚さ）を用いていても電池の光吸収に影響することがない。なお、Ｐ＋Ｐ接合とは、高濃度ドーピングＰ＋ドープ半導体材料層とＰ型半導体基板とが形成した高低接合を指す。
これにより、本発明の実施例における裏面接合型両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池において、Ｐ＋Ｐ高低接合によって基板材料を利用してキャリアの横方向における輸送を補助することができる。１回の正面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトは、高シート抵抗の極薄のドープ多結晶シリコンでパッシベーション・コンタクトを行う方式で実現してもよく、従来のＩＴＯ又はより厚いドープ多結晶シリコンに起因する光吸収の問題を回避し、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を電池の正面に応用する際に横方向輸送と多結晶シリコン膜の光吸収とのバランスを取る必要性による制限を緩和し、高い開回路電圧を実現するとともに、電池の短絡電流を向上させることができる。更に、高温金属ペーストによる極薄のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクトの溶落ち損傷問題を緩和し、例えば正面のエミッタ接合には、少なくとも２種類の選択的なトンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を設置してもよい。
いくつかの実施例においては、Ｐ型半導体基板２の正面及び裏面はいずれも表面形態が極めて不平滑な綿毛状表面構造を有してもよく、綿毛状表面は正ピラミッド状、逆ピラミッド状、及び、ＲＩＥ（反応性イオンによるテクスチャ化）又はＭＣＴ（金属触媒の補助作用によるテクスチャ化）により製造された穴状の粗面を含んでもよい。本発明の実施例においては、テクスチャ化によって半導体基板の表面に綿毛状表面構造を有させ、光トラッピング効果を発生させ、太陽電池の光線に対する吸収量を増加させ、これにより太陽電池の変換効率を向上させることができる。
いくつかの実施例においては、該Ｐ型半導体基板２の厚さは１００μｍ～３００μｍであってもよく、更に１００μｍ～２５０μｍであってもよく、更に１２０μｍ～２４０μｍであってもよく、例えば１００μｍ、１２０μｍ、１５０μｍ、１８０μｍ、２００μｍ、２４０μｍ、２５０μｍ、２８０μｍ、３００μｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよく、ここで制限しない。
該Ｐ型太陽電池において、第２の誘電体層２０１及び第１の誘電体層１０１それぞれの具体的なタイプも様々あり、当業者が実際の状況に応じて選択して設定してもよく、本発明の実施例には該誘電体層の種類を制限しない。例示的に、いくつかの実施例においては、第２の誘電体層２０１、第１の誘電体層１０１はそれぞれ酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含むが、それらに限られない。例えば、二酸化ケイ素誘電体層、窒化ケイ素誘電体層、酸化アルミニウム誘電体層、酸化ハフニウム誘電体層、酸化チタン誘電体層、及び酸窒化ケイ素誘電体層のうちのいずれか１つであってもよいし、本分野における既知又は開発したばかりの他の誘電体層であってもよい。なお、他の実施例においては、第２の誘電体層２０１、第１の誘電体層１０１は、更にリン又は他の元素をドープした他の誘電体膜層であってもよい。
いくつかの実施例においては、上記第２の誘電体層２０１はトンネル酸化膜であってもよい。上記第１の誘電体層１０１はトンネル酸化膜であってもよい。
いくつかの実施例においては、第２の誘電体層２０１の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍであり、更に１．０ｎｍ～２．５ｎｍであってもよく、例えば０．５ｎｍ、０．８ｎｍ、１ｎｍ、１．５ｎｍ、２ｎｍ、２．５ｎｍ、３ｎｍ等であってもよい。第１の誘電体層１０１の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍであり、更に１．０ｎｍ～２．５ｎｍであってもよく、例えば０．５ｎｍ、０．８ｎｍ、１ｎｍ、１．５ｎｍ、２ｎｍ、２．５ｎｍ、３ｎｍ等であってもよい。第２の誘電体層２０１、第１の誘電体層１０１は半導体基板の表面に対してパッシベーション作用を果たすだけでなく、更にキャリアをトンネリングにより透過させる必要もある。誘電体層の厚さが小さすぎる場合、パッシベーション作用を果たすことができず、誘電体層の厚さが大きすぎる場合、キャリアを効果的にトンネリングさせることができない。
該Ｐ型太陽電池において、そのＰＮ接合が電池の裏面に位置し、つまり、裏面接合型構造設計が用いられる。また、正面には、第１のＰ＋ドープ層２０２を利用してＰ型半導体基板２とＰ＋Ｐ高低接合を形成する。電池の正面及び裏面は、いずれもトンネル酸化膜パッシベーションコンタクト構造を用いており、電池の開回路電圧及び短絡電流の向上に有利である。第１のＰ＋ドープ層２０２は第１のＰ＋ドープ多結晶シリコン層であってもよいが、それに限られない。そのドープされたドーパントは、例えば、ホウ素、インジウム、ガリウム、アルミニウム等のＰ型元素であってもよい。第１のＮ＋ドープ層１０２は第１のＮ＋ドープ多結晶シリコン層であってもよいが、それに限られない。そのドープされたドーパントは、例えば、リン、ヒ素、アンチモン等のＮ型元素であってもよい。
いくつかの実施例においては、該Ｐ型太陽電池において、前記第１のＰ＋ドープ層２０２のドーピング濃度が５×１０１９～６×１０２０ｃｍ－３であり、例えば、該第１のＰ＋ドープ層２０２のドーピング濃度が５×１０１９ｃｍ－３、６×１０１９ｃｍ－３、７×１０１９ｃｍ－３、８×１０１９ｃｍ－３、９×１０１９ｃｍ－３、１×１０２０ｃｍ－３、２×１０２０ｃｍ－３、４×１０２０ｃｍ－３、５×１０２０ｃｍ－３、６×１０２０ｃｍ－３等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。いくつかの実施例においては、前記第１のＰ＋ドープ層２０２の厚さが５ｎｍ～３０ｎｍであり、例えば５ｎｍ、８ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、１８ｎｍ、２０ｎｍ、２２ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
第１のＰ＋ドープ層２０２のドーパント濃度を上記範囲内に制御することにより、製造された太陽電池を、その性能需要を満たすようにすることができ、太陽電池の光電気変換効率及び太陽電池の性能の向上に寄与しうる。そして、該第１のＰ＋ドープ層２０２の厚さがより小さく、５ｎｍ～３０ｎｍの範囲内にあることが好ましい。このように、高シート抵抗の極薄のドープ多結晶シリコンでパッシベーション・コンタクトを行うことにより、従来のＩＴＯ又は厚さのより大きな多結晶シリコンに起因する光吸収の問題を回避することができる。
いくつかの実施例においては、該Ｐ型太陽電池において、前記第１のＮ＋ドープ層１０２のドーピング濃度は、５×１０１９～６×１０２０ｃｍ－３であり、例えば、該第１のＮ＋ドープ層１０２のドーピング濃度が５×１０１９ｃｍ－３、６×１０１９ｃｍ－３、７×１０１９ｃｍ－３、８×１０１９ｃｍ－３、９×１０１９ｃｍ－３、１×１０２０ｃｍ－３、２×１０２０ｃｍ－３、４×１０２０ｃｍ－３、５×１０２０ｃｍ－３、６×１０２０ｃｍ－３等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。いくつかの実施例においては、前記第１のＮ＋ドープ層１０２の厚さが８０ｎｍ～３００ｎｍであり、例えば８０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ、２２０ｎｍ、２５０ｎｍ、２８０ｎｍ、３００ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
第１のＮ＋ドープ層１０２のドーパント濃度を上記範囲内に制御することにより、製造された太陽電池を、その性能需要を満たすようにすることができ、太陽電池の光電気変換効率及び太陽電池の性能の向上に寄与しうる。そして、該第１のＮ＋ドープ層１０２の厚さが適宜であり、８０ｎｍ～３００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。このように、電池の裏面には、Ｎ＋ドープ多結晶シリコン層を用いてＰ型シリコン基板と裏面エミッターを形成し、厚さのより厚いＮ＋ドープ多結晶シリコン層を使用しても電池の光吸収に影響することがない。
いくつかの実施例においては、該Ｐ型太陽電池において、前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素及び炭化ケイ素のうちのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなる積層構造を含むが、それらに限られない。当然ながら、第２のパッシベーション層、第２の反射防止層は、更に他のタイプの材質を用いてもよく、例えば、更に、酸化アルミニウム、アモルファスシリコン等を用いてもよい。好ましくは、いくつかの実施例において、前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層は第２のパッシベーション層及び第２の反射防止層を含む。
上記と対応するように、前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素及び炭化ケイ素のうちのいずれか１つ又は複数の組み合わせからなる積層構造を含むが、それらに限られない。当然ながら、第１のパッシベーション層、第１の反射防止層は、更に他のタイプの材質を用いてもよく、例えば、更に、酸化アルミニウム、アモルファスシリコン等を用いてもよい。
具体的に、本発明の実施例により、該Ｐ型太陽電池において、第２のパッシベーション層は正面パッシベーション層であり、第２の反射防止層は正面反射防止層である。第１のパッシベーション層は裏面パッシベーション層であり、第１の反射防止層は裏面反射層である。正面パッシベーション層、正面反射防止層、裏面パッシベーション層、裏面反射層の具体的な材質、主な作用及び機能等については、上記Ｎ型太陽電池における対応部分に関する説明を参照してもよく、ここで詳細な説明は省略する。
いくつかの実施例においては、前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３の厚さは７０ｎｍ～１８０ｎｍであり、例えば７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層１０３の厚さが７０ｎｍ～１８０ｎｍであり、例えば７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。上記パッシベーション層、反射防止層の厚さが上記範囲内であれば、高いパッシベーション効果及び反射防止効果の発生に有利である。
上記したように、本発明の実施例においては、第２の電極２０４及び第１の電極１０４の具体的な材質を制限せず、例えば銀電極、アルミニウム電極、銀アルミニウム電極等であってもよい。
図５に示すように、上記実施例に基づき、更に、該両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池は更に第４の誘電体層２０５及び第２のＰ＋ドープ層２０６を含む。具体的に、いくつかの実施例においては、前記第１のＰ＋ドープ層２０２の表面上における少なくとも１つの領域には更に第４の誘電体層２０５及び第２のＰ＋ドープ層２０６が設置される。前記第２の電極２０４が前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３を貫通して前記第２のＰ＋ドープ層２０６と接触し、且つ、前記第１のＰ＋ドープ層２０２の表面上における少なくとも１つの領域が前記第２の電極２０４の領域に対応する。
該構造の両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池において、第２の電極２０４に対応する領域には第４の誘電体層２０５及び第２のＰ＋ドープ層２０６が形成され、開回路電圧及び短絡電流を向上させることができるだけでなく、高温金属ペーストによる極薄のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクトの溶落ち損傷問題を解決することにも寄与しうる。
具体的に、いくつかの実施例においては、前記第４の誘電体層２０５は酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、前記第４の誘電体層２０５の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである。
該第４の誘電体層２０５は上記第３の誘電体層１０５と類似し、第４の誘電体層２０５の具体的なタイプや形成方式等については、上記第３の誘電体層１０５に関する説明を参照してもよく、ここで詳細な説明は省略する。
いくつかの実施例においては、前記第２のＰ＋ドープ層２０６の厚さが５０ｎｍ～１５０ｎｍであり、例えば５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。該第２のＰ＋ドープ層２０６の厚さが第１のＰ＋ドープ層２０２の厚さより大きくすることにより、太陽電池の性能需要を満たして太陽電池の性能を向上させることに寄与しうる。
図６に示すように、上記実施例に基づき、更に、該両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池は更に増肉されたＰ＋ドープ層領域２０７を有してもよい。具体的に、いくつかの実施例においては、前記第１のＰ＋ドープ層２０２における少なくとも１つの領域には増肉されたＰ＋ドープ層領域２０７が設置され、前記第２の電極２０４が前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層２０３を貫通して前記増肉されたＰ＋ドープ層領域２０７と接触し、かつ、前記第１のＰ＋ドープ層２０２における少なくとも１つの領域が前記第２の電極２０４の領域に対応する。
該構造の両面トンネル酸化膜パッシベーションコンタクトＰ型太陽電池において、第２の電極２０４に対応する領域には増肉されたＰ＋ドープ層領域２０７が形成されることにより、開回路電圧及び短絡電流を向上させることができるだけでなく、高温金属ペーストによる極薄のトンネル酸化膜パッシベーションコンタクトの溶落ち損傷問題を解決することにも寄与しうる。
いくつかの実施例においては、前記増肉されたＰ＋ドープ層領域２０７の厚さが８０ｎｍ～２００ｎｍであり、例えば８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１５０ｎｍ、１６０ｎｍ、１８０ｎｍ、２００ｎｍ等であってもよく、当然ながら、上記範囲内の他の数値であってもよい。
なお、該第１のＰ＋ドープ層２０２は一般的な厚さのＰ＋ドープ層領域及び増肉されたＰ＋ドープ層領域２０７を有してもよく、該一般的な厚さのＰ＋ドープ層領域の厚さの範囲が５ｎｍ～３０ｎｍであり、該増肉されたＰ＋ドープ層領域２０７の厚さの範囲が８０ｎｍ～２００ｎｍである。該増肉されたＰ＋ドープ層領域の厚さが第２の電極の領域に対応する。
本発明の実施例は、更に、上記太陽電池を複数備え、前記複数の太陽電池の少なくとも一部がスプライシング又はシングリングの形式で接続されてパッケージ材料で封止されることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。
いくつかの実施例においては、複数の太陽電池同士を同じ平面に設置して互いに一定の隙間（小さな隙間）を持って又は隙間なしに電気的に接続して前記太陽電池モジュールを形成する。いくつかの実施例においては、複数の太陽電池同士を互いに積層する（つまり、異なる平面に位置する）ことで電気的に接続して前記太陽電池モジュールを形成する。前記太陽電池は図１～図６に示されるいずれか１つの電池を用いてもよい。
当業者であれば理解できるように、該太陽電池モジュールと上記太陽電池とが同一の技術的思想に基づくものであり、以上に太陽電池に対して説明された特徴及び利点は同様に該太陽電池モジュールの応用に適するため、該太陽電池モジュールは少なくとも上記太陽電池と同様又は類似の特徴及び利点を有し、ここで詳細な説明は省略する。
例示的に、該太陽電池モジュールは、下から上までの順に、バックシート、パッケージ材料、電池ストリング、パッケージ材料及びガラスを備える。その中で、パッケージ材料は、ＥＶＡ、ＰＯＥ等の本分野でよく知られているパッケージ用フィルム材料であってもよい。電池ストリングは、上記太陽電池がスプライシング又はシングリング等の形式で形成されたものであってもよく、且つ、スプライシングの形式で形成される際には、電池同士の間に隙間があってもよいし、なくてもよい。
以上の説明は本発明の好適な実施例であるが、本発明を制限するためのものではなく、当業者であれば、本発明に対して種々の変更や変化を実施することができる。本発明の趣旨及び原則内に行われたいかなる修正、等価置換、改良等は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
なお、本特許出願書類の一部は著作権により保護される内容を含む。特許庁よりの特許文献又は記録された特許ドキュメントの内容をコピーする以外に、著作権者が著作権を保留する。
１ Ｎ型半導体基板
２ Ｐ型半導体基板
１０ 第１の表面
２０ 第２の表面
１０１ 第１の誘電体層
１０２ 第１のＮ＋ドープ層
１０３ 第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層
１０４ 第１の電極
１０５ 第３の誘電体層
１０６ 第２のＮ＋ドープ層
１０７ 増肉されたＮ＋ドープ層領域
２０１ 第２の誘電体層
２０２ 第１のＰ＋ドープ層
２０３ 第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層
２０４ 第２の電極
２０５ 第４の誘電体層
２０６ 第２のＰ＋ドープ層
２０７ 増肉されたＰ＋ドープ層領域

Claims (20)

  1. 対向して設置される第１の表面及び第２の表面を有し半導体基板と、
    前記第１の表面に位置する第１の誘電体層と、
    前記第１の誘電体層の表面に位置する第１のＮ＋ドープ層と、
    前記第１のＮ＋ドープ層の表面に位置する第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層と、
    前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層の表面に位置する第１の電極と、
    前記第２の表面に位置する第２の誘電体層と、
    前記第２の誘電体層の表面に位置する第１のＰ＋ドープ層と、
    前記第１のＰ＋ドープ層の表面に位置する第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層と、
    前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層の表面に位置する第２の電極と、を備えることを特徴とする太陽電池。
  2. 前記第１の誘電体層は、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、
    前記第１の誘電体層の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第１のＮ＋ドープ層のドーピング濃度が５×１０１９～６×１０２０ｃｍ－３であり、
    前記第１のＮ＋ドープ層の厚さが５ｎｍ～３０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  4. 前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含み、
    前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層の厚さが７０ｎｍ～１８０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記第２の誘電体層は、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、
    前記第２の誘電体層の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  6. 前記第１のＰ＋ドープ層のドーピング濃度が５×１０１９～６×１０２０ｃｍ－３であり、
    前記第１のＰ＋ドープ層の厚さが８０ｎｍ～３００ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  7. 前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸窒化ケイ素及び炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含み、
    前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層の厚さが７０ｎｍ～１８０ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記半導体基板がＮ型半導体基板であり、前記第１の表面が前記半導体基板の正面であり、前記第２の表面が前記半導体基板の裏面である、請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽電池。
  9. 前記第１のＮ＋ドープ層の表面上における少なくとも１つの領域に更に第３の誘電体層及び第２のＮ＋ドープ層が設置され、前記第１の電極が前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層を貫通して前記第２のＮ＋ドープ層と接触し、
    前記第１のＮ＋ドープ層の表面上における少なくとも１つの領域が前記第１の電極の領域に対応する、請求項８に記載の太陽電池。
  10. 前記第３の誘電体層は、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、
    前記第３の誘電体層の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである、請求項９に記載の太陽電池。
  11. 前記第２のＮ＋ドープ層の厚さが５０ｎｍ～１５０ｎｍである、請求項９に記載の太陽電池。
  12. 前記第１のＮ＋ドープ層における少なくとも１つの領域には増肉されたＮ＋ドープ層領域が設置され、前記第１の電極が前記第１のパッシベーション層及び／又は第１の反射防止層を貫通して前記増肉されたＮ＋ドープ層領域と接触し、
    前記第１のＮ＋ドープ層における少なくとも１つの領域が前記第１の電極の領域に対応する、請求項８に記載の太陽電池。
  13. 前記増肉されたＮ＋ドープ層領域の厚さが８０ｎｍ～２００ｎｍである、請求項１２に記載の太陽電池。
  14. 前記半導体基板がＰ型半導体基板であり、前記第１の表面が前記半導体基板の裏面であり、前記第２の表面が前記半導体基板の正面である、請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽電池。
  15. 前記第１のＰ＋ドープ層の表面上における少なくとも１つの領域に更に第４の誘電体層及び第２のＰ＋ドープ層が設置され、前記第２の電極が前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層を貫通して前記第２のＰ＋ドープ層と接触し、
    前記第１のＰ＋ドープ層の表面上における少なくとも１つの領域が前記第２の電極の領域に対応する、請求項１４に記載の太陽電池。
  16. 前記第４の誘電体層は、酸化ケイ素、酸化ハフニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含み、
    前記第４の誘電体層の厚さが０．５ｎｍ～３ｎｍである、請求項１５に記載の太陽電池。
  17. 前記第２のＰ＋ドープ層の厚さが５０ｎｍ～１５０ｎｍである、請求項１５に記載の太陽電池。
  18. 前記第１のＰ＋ドープ層における少なくとも１つの領域には増肉されたＰ＋ドープ層領域が設置され、前記第２の電極が前記第２のパッシベーション層及び／又は第２の反射防止層を貫通して前記増肉されたＰ＋ドープ層領域と接触し、
    前記第１のＰ＋ドープ層における少なくとも１つの領域が前記第２の電極領域に対応する、請求項１４に記載の太陽電池。
  19. 前記増肉されたＰ＋ドープ層領域の厚さが８０ｎｍ～２００ｎｍである、請求項１８に記載の太陽電池。
  20. 請求項１～１９のいずれか１項に記載の太陽電池を複数備える太陽電池モジュールであって、前記複数の太陽電池の少なくとも一部がスプライシング又はシングリングの形式で接続されてパッケージ材料で封止されることを特徴とする太陽電池モジュール。
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