JP2022143806A - 太陽電池セルおよび太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶シリコン太陽電池で得られる電力密度を向上する。【解決手段】太陽電池セル３００は、太陽光を入射する表面３０ａと、太陽光からの反射光を入射する裏面３０ｂとを有するｎ型の単結晶シリコン層３０と、裏面３０ｂと接する真性アモルファスシリコン層３３と、真性アモルファスシリコン層３３と接するｎ型アモルファスシリコン層３４と、真性アモルファスシリコン層３３と接するｐ型アモルファスシリコン層３５と、ｎ型アモルファスシリコン層３４と接触する透光性電極５０Ａおよび金属電極３６と、ｐ型アモルファスシリコン層３５と接触する透光性電極５０Ｂおよび金属電極３７と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池セルおよび太陽電池に関し、例えば、単結晶シリコンを使用した太陽電池セルおよび太陽電池に適用して有効な技術に関する。

非特許文献１には、発電効率を向上できるヘテロ接合バックコンタクト構造の太陽電池セルに関する技術が記載されている。

シャープ技報 第１０７号２０１４年７月 中村 淳一等 「次世代高効率単結晶シリコン太陽電池セルの開発」

再生可能なエネルギーは、エネルギー資源が枯渇することなく使用できるとともに、発電時に地球温暖化の原因となる二酸化炭素を排出しないことから、石油、石炭、天然ガスなどの化石燃料に替わるクリーンなエネルギーとして注目されている。

再生可能なエネルギーの１つに太陽光があり、太陽電池を使用して太陽光を直接的に電力に変換する発電方式は、太陽光発電と呼ばれている。太陽電池とは、光エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換する光電変換素子である。

太陽電池には、有機太陽電池や多接合太陽電池など様々な種類があるが、結晶シリコン太陽電池が最も普及している。結晶シリコン太陽電池の最大の課題は、さらなる発電効率の向上（電力密度の向上）を図ることである。すなわち、最も普及している結晶シリコン太陽電池における発電効率の向上が望まれている。

一実施の形態における太陽電池セルは、可視光を含む第１光を入射する第１面と可視光を含む第２光を入射する第２面とを有する第１導電型の単結晶シリコン層と、第２面と接する真性アモルファスシリコン層と、真性アモルファスシリコン層と接する第１導電型のアモルファスシリコン層と、真性アモルファスシリコン層と接する第２導電型のアモルファスシリコン層と、第１導電型アモルファスシリコン層と接触し、かつ、少なくとも第２光に含まれる可視光に対して透光性を有する第１透光性電極と、第２導電型アモルファスシリコン層と接触し、かつ、少なくとも第２光に含まれる可視光に対して透光性を有する第２透光性電極と、第１アモルファスシリコン層の第１透光性電極と接触する面側に設けられ、かつ、第１アモルファスシリコン層と電気的に接続された第１電極と、第２アモルファスシリコン層の第２透光性電極と接触する面側に設けられ、かつ、第２アモルファスシリコン層と電気的に接続された第２電極と、を備える。

一実施の形態によれば、結晶シリコン太陽電池で得られる電力密度を向上できる。

代表的な太陽光発電システムの構成を模式的に示す図である。 ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルの構成を示す断面図である。 関連技術における太陽電池セルの構成を示す断面図である。 実施の形態における太陽電池セルの構成を示す断面図である。 太陽電池セルの製造工程の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は、金属電極の占有面積と電力密度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、金属電極の占有面積と短絡電流密度および曲線因子の関係を示すグラフである。 変形例１における太陽電池セルの構成を示す断面図である。 変形例２における太陽電池セルの構成を示す断面図である。 変形例３における太陽電池セルの構成を示す断面図である。

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

＜太陽光発電システム＞
例えば、太陽光発電システムにおいては、複数の太陽電池モジュールを直列接続することにより、システム電圧を高めることが行われている。

図１は、代表的な太陽光発電システムの構成を模式的に示す図である。

図１に示すように、例えば、太陽電池モジュール１０ａ～１０ｇが直列接続されて、パワーコンディショナー２０と接続されている。そして、太陽電池モジュール１０ａ～１０ｇのそれぞれのモジュールフレームは、電気的に接続されて接地電位（基準電位）とされている。すなわち、太陽電池モジュール１０ａ～１０ｇのそれぞれのモジュールフレームの電位（フレーム電位）は０Ｖとなっている。一方、太陽電池モジュール１０ａ～１０ｇは、直列接続されているため、それぞれの出力電圧が加算されてパワーコンディショナー２０に出力される。したがって、図１に示すように、太陽電池モジュール１０ｇでは、太陽電池セルの電位（セル電位）がモジュールフレームの電位であるグランド電位に対して高い正電位（数百Ｖ）となる。一方、太陽電池モジュール１０ａでは、太陽電池セルの電位がモジュールフレームの電位であるグランド電位に対して低い負電位（－数百Ｖ）となる。このように、太陽光発電システムでは、複数の太陽電池モジュールを直列接続する構成が採用される結果、出力側に近い太陽電池モジュール（図１の太陽電池モジュール１０ｇにおいては、モジュールフレームのフレーム電位に対して、太陽電池セルのセル電位が高い正電位となる。一方、出力側から遠い太陽電池モジュール（図１の太陽電池モジュール１０ａ）においては、モジュールフレームのフレーム電位に対して、太陽電池セルのセル電位が低い負電位となる。ここで、太陽電池モジュール１０ａ～１０ｇのそれぞれには、複数の太陽電池セルが含まれている。本明細書では、太陽電池モジュール１０ａ～１０ｇのそれぞれを太陽電池と呼ぶこともある。すなわち、太陽電池は、複数の太陽電池セルから構成されていることになる。

＜ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルの構成＞
次に、太陽電池セルの構成例について説明する。

太陽電池セルの構成例として、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルと呼ばれる太陽電池セルがあるので、この太陽電池セルについて説明する。

ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルは、結晶シリコンを主要な構成材料とした太陽電池セルにおいて最も高い発電効率が得られるセル構造として期待されている。なぜなら、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルによれば、太陽光の受光面に電極が形成されていないことから、電極に起因するシャドーロスを低減できる結果、高い短絡電流が得られるバックコンタクト構造の利点と、アモルファスシリコンと結晶シリコンによって欠陥密度の小さいヘテロ接合が形成される結果、界面での欠陥に起因するキャリア（電子と正孔）の再結合が抑制される結果、高いパッシベーション特性を通じて高い開放電圧が得られるヘテロ接合の利点を併せ持つからである。

このように、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルは、ヘテロ接合構造とバックコンタクト構造を組み合わせることにより、高い発電効率を実現可能な利点を有している。

図２は、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００の構成を示す断面図である。

図２において、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００は、例えば、リン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などのｎ型不純物（ドナー）が導入された単結晶シリコン層３０を有している。この単結晶シリコン層３０は、太陽光が入射される表面（第１面）と、表面とは反対側の裏面（第２面）を有している。単結晶シリコン層３０の表面３０ａには、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成されている結果、単結晶シリコン層３０の表面３０ａは、凹凸面から構成されていることになる。これにより、単結晶シリコン層３０の表面３０ａ側から入射する太陽光の反射率を低減することができる。すなわち、単結晶シリコン層３０の表面３０ａに形成されているテクスチャ構造は、表面３０ａ側から入射する太陽光の表面３０ａでの反射を抑制する機能を有していることになる。

そして、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００は、単結晶シリコン層３０の表面３０ａに接する真性アモルファスシリコン層３１を有し、この真性アモルファスシリコン層３１に接するようにパッシベーション層３２が形成されている。このパッシベーション層３２は、例えば、窒化シリコン膜から形成されている。

一方、単結晶シリコン層３０の裏面３０ｂには、真性アモルファスシリコン層３３が形成されている。これにより、裏面３０ｂは、異なる材料である単結晶シリコン層３０と真性アモルファスシリコン層３３とが接するヘテロ接合面となる。続いて、真性アモルファスシリコン層３３に接するようにｎ型アモルファスシリコン層３４とｐ型アモルファスシリコン層３５が形成されている。そして、ｎ型アモルファスシリコン層３４と接するように金属電極３６が形成されているとともに、ｐ型アモルファスシリコン層３５と接するように金属電極３７が形成されている。ここで、金属電極３６および金属電極３７のそれぞれは、例えば、銀膜から形成されている。以上のようにして、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００が構成されていることになる。

＜ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルの動作＞
ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００は、上記のように構成されており、以下では、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００の動作について説明する。

まず、図２において、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００の上方から可視光や赤外光を含む太陽光が照射されると、パッシベーション層３２および真性アモルファスシリコン層３１を介して、単結晶シリコン層３０の内部に太陽光が照射される。このとき、太陽光のうち、シリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光は吸収される。具体的には、価電子帯に存在する電子が、太陽光から供給される光エネルギーを受け取って伝導帯に励起される。これにより、伝導帯に電子が蓄積されるとともに価電子帯に正孔が生成される。このようにして、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００に太陽光が照射されることにより、太陽光に含まれるシリコンのバンドギャップよりも大きな光エネルギーを有する光が吸収されて伝導帯に電子が励起されるとともに、価電子帯に正孔が生成される。そして、ｎ型の単結晶シリコン層３０およびｎ型アモルファスシリコン層３４に電子が蓄積される一方、ｐ型アモルファスシリコン層３５に正孔が蓄積する。この結果、ｎ型アモルファスシリコン層３４と電気的に接続されている金属電極３６とｐ型アモルファスシリコン層３５と電気的に接続されている金属電極３７との間に起電力が生じる。そして、例えば、金属電極３６と金属電極３７との間に負荷を接続すると、金属電極３６から負荷を通って金属電極３７に電子が流れる。言い換えれば、金属電極３７から負荷を通って金属電極３６に電流が流れる。

このようにして、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００を動作させることにより、負荷を駆動することができる。

＜改善の検討＞
上述したヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルは、発電効率の優れた太陽電池セルである。この点に関し、本発明者は、片面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルに対して、両面受光を可能とする構造を実現できれば、さらなる発電効率の向上を図ることができるのではないかと考えている。すなわち、本発明者は、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルに直接入射する太陽光を利用するだけでなく、太陽光が地表で反射した反射光も、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルで利用することができれば、さらなる発電効率の向上を図ることができると考えている。

特に、地表からの太陽光の反射率は、「アルベド」と呼ばれ、地球上の広範囲の地域において、この「アルベド」が２０％以上である。このことから、ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルにおいて、太陽光からの反射光を有効利用できる構造が実現されれば、地球上の広範囲の地域で発電効率の優れた太陽電池を提供することができる。

そこで、本発明者は、片面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルを改良して、両面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルを実現する検討をしている。この検討の結果、まず、以下に示す関連技術について説明する。

＜関連技術の説明＞
本明細書でいう「関連技術」とは、公知技術ではないが、本発明者が見出した課題を有する技術であって、本願発明の前提となる技術である。

図３は、関連技術における太陽電池セル２００の構成を示す断面図である。

図３において、図２に示す片面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル１００との相違点は、以下の通りである。つまり、図３に示す関連技術における太陽電池セル２００では、金属電極３６の平面サイズと金属電極３７の平面サイズを削減して、金属電極３６と金属電極３７との間にパッシベーション層４０を設けている。この場合、パッシベーション層４０は、例えば、窒化シリコン膜から構成されており、少なくとも太陽光に含まれる可視光に対して透光性を有している。したがって、図３に示す関連技術における太陽電池セル２００では、上方から太陽光を受光することができるとともに、下方から地表で太陽光が反射した反射光を受光することができる。すなわち、図３に示す関連技術における太陽電池セル２００によって、両面受光が可能なヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルを実現することができる。

＜関連技術に存在する改善の余地＞
ところが、関連技術における太陽電池セル２００では、金属電極３６および金属電極３７の面積を削減する結果、電極抵抗値自体の増加が顕在化するとともに、金属電極３６と接触しない第１アモルファスシリコン層の領域および金属電極３７と接触しない第２アモルファスシリコン層の領域が増加する。ここで、「第１アモルファスシリコン層」とは、積層された真性アモルファスシリコン層３３とｎ型アモルファスシリコン層３４の組み合わせをいい、「第２アモルファスシリコン層」とは、積層された真性アモルファスシリコン層３３とｐ型アモルファスシリコン層３５の組み合わせをいう。

そして、第１アモルファスシリコン層における電子移動度および第２アモルファスシリコン層における正孔移動度は非常に低いことから、金属電極３６と接触しない第１アモルファスシリコン層の領域および金属電極３７と接触しない第２アモルファスシリコン層の領域が増加するということは、太陽電池セル２００の抵抗成分が増加することを意味する。言い換えれば、太陽電池セル２００における金属電極３６へのキャリア輸送効率および金属電極３７へのキャリア輸送効率が低下することになる。

このように、関連技術における太陽電池セル２００では、地表からの反射光を受光可能とするために、金属電極３６および金属電極３７の占有面積を削減する結果、金属電極３６自体および金属電極３７自体の抵抗値の増加と、第１アモルファスシリコン層における電極非接触領域の増加および第２アモルファスシリコン層における電極非接触領域の増加に起因する太陽電池セル２００の抵抗値の増加を招くことになる。そして、太陽電池セル２００における抵抗値の増加は、曲線因子（フィルファクタＦＦ）の劣化につながる結果、充分な発電効率の向上を図ることが困難となる。つまり、関連技術における太陽電池セル２００は、両面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルを実現することができる一方で、発電効率を向上する観点から改善の余地が存在する。

そこで、本実施の形態では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想を説明する。

＜実施の形態における基本思想＞
本実施の形態における基本思想は、地表からの反射光を受光するために、パッシベーション層４０の替わりに、少なくとも太陽光に含まれる可視光に対して透光性を有し、かつ、導電性を有する透光性電極を使用する思想である。この基本思想によれば、太陽光を直接受光するだけでなく、地表からの反射光も受光可能な両面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルを実現しながら、太陽電池セルの抵抗値の増加も抑制できる結果、曲線因子の劣化を抑制することを通じて、電力密度の向上を図ることができる。

ここで、「電力密度」とは、「発電効率（変換効率）」と同義の意味で使用している。ただし、「発電効率（変換効率）」とは、通常、片面から標準太陽光を太陽電池セルに照射することを前提条件として使用されるため、片面からの太陽光の受光とともに対向面からの反射光も受光する両面受光タイプの太陽電池セルでは、「電力密度」という物理量で発電効率を評価することにしている。したがって、「電力密度」が大きいということは、発電効率が高いことを意味している。

＜実施の形態における太陽電池セルの構成＞
以下では、本実施の形態における基本思想を具現化した太陽電池セルの構成を説明する。

図４は、太陽電池セル３００の構成を示す断面図である。

図４において、太陽電池セル３００は、ｎ型不純物（ドナー）が導入された単結晶シリコン層３０を有している。この単結晶シリコン層３０は、太陽光が入射される表面（第１面）と、表面とは反対側の裏面（第２面）を有している。

本実施の形態では、基本的に、単結晶シリコン層３０の「表面（第１面）」に太陽光が入射する一方、単結晶シリコン層３０の「裏面（第２面）」に太陽光の反射光が入射する太陽電池セル３００の配置（第１配置）を前提としている。ただし、これに限らず、例えば、単結晶シリコン層３０の「表面（第１面）」に太陽光の反射光が入射する一方、単結晶シリコン層３０の「裏面（第２面）」に太陽光が入射する太陽電池セル３００の配置（第２配置）を排除するものではない。例えば、太陽電池セル３００の設置方法として、地面に対して傾斜を持たせて配置する設置方法だけでなく、垂直に設置する設置方法も可能である。この場合、例えば、朝に第１配置が実現されている場合、必然的に夕方には、太陽の方向が変わる結果、第２配置が実現されることになる。

このような状況も考慮して、請求項では、「第１光を入射する第１面と第２光を入射する第２面とを有する第１導電型の単結晶シリコン層」と規定している。これは、「第１光」が太陽光であり、かつ、「第２光」が反射光である場合や、「第１光」が反射光であり、「第２光」が太陽光である場合を包含する広い概念の記載を意図している。

単結晶シリコン層３０の表面３０ａには、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が形成されている結果、単結晶シリコン層３０の表面３０ａは、凹凸面から構成されていることになる。これにより、単結晶シリコン層３０の表面３０ａ側から入射する太陽光の反射率を低減することができる。すなわち、単結晶シリコン層３０の表面３０ａに形成されているテクスチャ構造は、表面３０ａ側から入射する太陽光の表面３０ａでの反射を抑制する機能を有していることになる。

そして、太陽電池セル３００は、単結晶シリコン層３０の表面３０ａに接する真性アモルファスシリコン層３１を有し、この真性アモルファスシリコン層３１に接するように、例えば、窒化シリコン膜からなるパッシベーション層３２が形成されている。

一方、単結晶シリコン層３０の裏面３０ｂには、真性アモルファスシリコン層３３が形成されている。これにより、裏面３０ｂは、異なる材料である単結晶シリコン層３０と真性アモルファスシリコン層３３とが接するヘテロ接合面となる。

続いて、真性アモルファスシリコン層３３に接するようにｎ型アモルファスシリコン層３４とｐ型アモルファスシリコン層３５が形成されている。このとき、真性アモルファスシリコン層３３とｎ型アモルファスシリコン層３４とを合わせて「第１アモルファスシリコン層」と呼び、真性アモルファスシリコン層３３とｐ型アモルファスシリコン層３５とを合わせて「第２アモルファスシリコン層」と呼ぶことがある。

そして、ｎ型アモルファスシリコン層３４と接するように、透光性電極５０Ａと金属電極３６が形成されている。透光性電極５０Ａは、少なくともｎ型アモルファスシリコン層３４と部分的に接触し、かつ、少なくとも太陽光に含まれる可視光に対して透光性を有しており、例えば、酸化インジウムスズ電極（ＩＴＯ電極）から構成されている。一方、金属電極３６は、ｎ型アモルファスシリコン層３４の透光性電極５０Ａと接触する面側に設けられており、ｎ型アモルファスシリコン層３４と電気的に接続されている。この金属電極３６は、例えば、銀電極から構成されている。

同様に、ｐ型アモルファスシリコン層３５と接するように、透光性電極５０Ｂと金属電極３７が形成されている。透光性電極５０Ｂは、少なくともｐ型アモルファスシリコン層３５と部分的に接触し、かつ、少なくとも太陽光に含まれる可視光に対して透光性を有しており、例えば、酸化インジウムスズ電極（ＩＴＯ電極）から構成されている。一方、金属電極３７は、ｐ型アモルファスシリコン層３５の透光性電極５０Ｂと接触する面側に設けられており、ｐ型アモルファスシリコン層３５と電気的に接続されている。この金属電極３７は、例えば、銀電極から構成されている。

なお、透光性電極５０Ａと透光性電極５０Ｂとを区別する必要がないときには、透光性電極５０Ａと透光性電極５０Ｂを合わせて透光性電極５０と呼ぶ場合がある。

以上のようにして、本実施の形態における太陽電池セル３００が構成されている。

＜本実施の形態における特徴＞
続いて、本実施の形態における特徴点について説明する。

本実施の形態における特徴点は、例えば、図４に示すように、ｎ型アモルファスシリコン層３４と接触するように、透光性電極５０Ａと金属電極３６とを設けるとともに、ｐ型アモルファスシリコン層３５と接触するように、透光性電極５０Ｂと金属電極３７とを設ける点にある。これにより、本実施の形態によれば、太陽電池セル３００の性能向上を図ることができる。以下では、この点について説明する。

まず、図４に示すように、太陽電池セル３００では、金属電極３６と金属電極３７との間に隙間を形成している。これにより、この隙間から太陽電池セル３００の内部に反射光を入射させることができる。つまり、太陽電池セル３００では、太陽光からの反射光も利用する両面受光タイプの太陽電池セルを実現することができる。

この構成を前提として、太陽電池セル３００では、図４に示すように、金属電極３６と金属電極３７との間の隙間に透光性電極５０を設けている。具体的には、金属電極３６およびｎ型アモルファスシリコン層３４の両方に接触するように、透光性電極５０Ａが設けられているとともに、金属電極３７およびｐ型アモルファスシリコン層３５の両方に接触するように、透光性電極５０Ｂが設けられている。

この場合、たとえ、反射光を受光する隙間を形成するために、金属電極３６自体の面積および金属電極３７自体の面積を削減しても、金属電極３６の削減に起因する抵抗値の増加は、金属電極３６に接触する透光性電極５０Ａによって補填されるとともに、金属電極３７の削減に起因する抵抗値の増加は、金属電極３７に接触する透光性電極５０Ｂによって補填される（第１利点）。なぜなら、透光性電極５０Ａおよび透光性電極５０Ｂは、絶縁材料であるパッシベーション層４０と異なり、導電性を有しているからである。つまり、本実施の形態における特徴点では、反射光を透過させる材料として絶縁材料であるパッシベーション層４０を使用する替わりに導電材料である透光性電極５０を使用している結果、上述した第１利点を得ることができるのである。

さらに、金属電極３６の面積削減によって生じる第１アモルファスシリコン層と金属電極３６との非接触領域の増加は、透光性電極５０Ａと第１アモルファスシリコン層との接触領域で補填されるとともに、金属電極３７の削減によって生じる第２アモルファスシリコン層と金属電極３７との非接触領域の増加は、透光性電極５０Ｂと第２アモルファスシリコン層との接触領域で補填される（第２利点）。これにより、本実施の形態によれば、金属電極３６の面積削減によって生じる第１アモルファスシリコン層と金属電極３６との非接触領域の増加および金属電極３７の面積削減によって生じる第２アモルファスシリコン層と金属電極３７との非接触領域の増加に起因する太陽電池セル３００の抵抗値の増加（キャリア輸送効率の低下）が抑制される。

なぜなら、透光性電極５０Ａおよび透光性電極５０Ｂは、絶縁材料であるパッシベーション層４０と異なり、導電性を有しているからである。つまり、本実施の形態における特徴点では、反射光を透過させる材料として絶縁材料であるパッシベーション層４０を使用する替わりに導電材料である透光性電極５０を使用している結果、上述した第２利点も得ることができるのである。

以上のことから、パッシベーション層４０の替わりに透光性電極５０を使用するという本実施の形態における特徴点によれば、上述した第１利点と第２利点を得ることができる結果、第１利点と第２利点の相乗効果によって、太陽電池セル３００の抵抗値の増加（キャリア輸送効率の低下）を抑制することができる。このため、本実施の形態によれば、曲線因子の劣化が抑制されることから、太陽電池セル３００の電力密度を向上することができる。このように、本実施の形態における特徴点を採用することにより、反射光も利用可能な両面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セルを実現しながら、さらなる電力密度の向上を図ることができる。この点で、少なくとも太陽光に含まれる可視光対して透光性を有し、かつ、導電性を有する透光性電極を使用するという本実施の形態における基本思想は、非常に有用な技術的思想であることがわかる。

＜実施の形態における太陽電池セルの製造方法＞
本実施の形態における太陽電池セル３００は、上記のように構成されており、以下に、その製造方法について説明する。ここで説明する太陽電池セル３００の製造方法は、一例であって、これに限定されるものではない。

図５は、太陽電池セル３００の製造工程の流れを示すフローチャートである。

まず、図５において、ｎ型の単結晶シリコン層３０を有する半導体基板（半導体ウェハ）を準備する（Ｓ１０１）。この段階で、例えば、洗浄処理やダメージ層の除去処理や表面平坦化処理などが行われる。次に、単結晶シリコン層３０の表面３０ａに対して、凹凸形状からなるテクスチャ構造を形成する（Ｓ１０２）。このテクスチャ構造は、例えば、ウェットエッチング処理で実施される。その後、単結晶シリコン層３０の表面３０ａと裏面３０ｂの両面に真性アモルファスシリコン層（３１、３３）を形成する（Ｓ１０３）。真性アモルファスシリコン層（３１、３３）は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を使用することにより形成することができる。

続いて、真性アモルファスシリコン層３３に接するｎ型アモルファスシリコン膜を形成する（Ｓ１０４）。ｎ型アモルファスシリコン膜は、例えば、ＣＶＤ法を使用することにより形成することができる。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、ｎ型アモルファスシリコン膜をパターニングする（Ｓ１０５）。これにより、ｎ型アモルファスシリコン層３４が形成される。

次に、露出している真性アモルファスシリコン層３３およびｎ型アモルファスシリコン層３４の両方に接するｐ型アモルファスシリコン膜を形成する（Ｓ１０６）。ｐ型アモルファスシリコン膜は、例えば、ＣＶＤ法を使用することにより形成できる。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、ｐ型アモルファスシリコン膜をパターニングする（Ｓ１０７）。これにより、ｐ型アモルファスシリコン層３５が形成される。そして、単結晶シリコン層３０の表面側に形成されている真性アモルファスシリコン層３１と接するパッシベーション層３２を形成する（Ｓ１０８）。パッシベーション層３２は、例えば、窒化シリコン膜から形成され、ＣＶＤ法を使用して形成できる。

続いて、ｎ型アモルファスシリコン層３４およびｐ型アモルファスシリコン層３５の両方に接する透光性導電膜を形成する（Ｓ１０９）。透光性導電膜は、例えば、酸化インジウムスズ膜から形成される。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、透光性導電膜をパターニングする（Ｓ１１０）。これにより、ｎ型アモルファスシリコン層３４にだけ接する透光性電極５０Ａを形成できるとともに、ｐ型アモルファスシリコン層３５にだけ接する透光性電極５０Ｂを形成できる。

次に、ｎ型アモルファスシリコン層３４と透光性電極５０Ａおよびｐ型アモルファスシリコン層３５と透光性電極５０Ｂに接する金属膜を形成する（Ｓ１１１）。金属膜は、例えば、銀膜から形成すことができる。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、ｎ型アモルファスシリコン層３４および透光性電極５０Ａに接する金属電極３６と、ｐ型アモルファスシリコン層３５および透光性電極５０Ｂに接する金属電極３７を形成する（Ｓ１１２）。このようにして、本実施の形態における太陽電池セル３００（図４参照）を製造することができる。

上述したように、本実施の形態における太陽電池セル３００の製造方法は、基本的に、片面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法に対して、「透光性電極５０」を形成する成膜工程とパターニング工程を追加することで実現できる。すなわち、太陽電池セル３００の製造方法は、片面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法に対して追加する工程が少なく、片面受光タイプのヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池の製造方法のノウハウを生かすことができる点で有用である。

なお、本実施の形態における太陽電池セル３００の製造方法は、上述した製造方法の他に様々なバリエーションが可能である。例えば、図５に示すステップＳ１０３からステップＳ１０７までの工程は、広く言えば、アモルファスシリコン層の形成とパターニングを実施する工程であり、例えば、アモルファスシリコン層に含まれるｎ型アモルファスシリコン層３４とｐ型アモルファスシリコン層３５の形成順序はどちらが先であってもよい。

また、図５に示すステップＳ１０９からステップＳ１１０は、広く言えば、透光性電極５０Ａおよび透光性電極５０Ｂを形成する工程であり、透光性電極５０Ａおよび透光性電極５０Ｂを形成することができれば、図５に示すような透光性導電膜の形成とパターニング工程との組み合わせ以外の製造工程を使用してもよい。

さらに、図５に示すステップＳ１１１からステップＳ１１２は、広く言えば、金属電極３７を形成する工程であり、金属電極３７を形成することができれば、図５に示すような金属膜の形成とパターニング工程の組み合わせ以外の製造工程を使用してもよい。

＜さらなる定量的考察＞
例えば、図４に示す本実施の形態における太陽電池セル３００では、金属電極３６と金属電極３７の占有面積を低減すると、太陽電池セル３００への反射光の入射量を増加させることができる。すなわち、太陽電池セル３００への反射光の入射量を増加させる観点からは、金属電極３６と金属電極３７の占有面積を低減することが望ましい。

これに対し、金属電極３６と金属電極３７の占有面積を低減するということは、金属電極３６および金属電極３７のそれぞれの抵抗値が高くなることを意味する。したがって、金属電極３６および金属電極３７のそれぞれの抵抗値の増加を抑制する観点からは、金属電極３６と金属電極３７の占有面積を大きくすることが望ましい。

以上のことから、太陽電池セル３００への反射光の入射量を増加させることと、金属電極３６および金属電極３７のそれぞれの抵抗値の増加を抑制することとは、金属電極３６と金属電極３７の占有面積を調整する観点からトレードオフの関係にある。言い換えれば、太陽電池セル３００への反射光の入射量を増加させることは、太陽電池セル３００の短絡電流密度を増加させることを意味し、金属電極３６および金属電極３７のそれぞれの抵抗値の増加を抑制することは、曲線因子の向上を意味することを考慮すると、金属電極３６と金属電極３７の占有面積を調整する観点から、短絡電流密度の増加と曲線因子の向上とは、互いにトレードオフの関係にある。

したがって、透光性電極５０を使用するという本実施の形態における特徴点を採用した太陽電池セル３００において、最大限に電力密度を向上させるためには、トレードオフの関係にある短絡電流密度と曲線因子とのバランスを取ることができる金属電極３６と金属電極３７の占有面積を定量的に見出すことが重要である。

そこで、太陽電池セル３００において、最大限に電力密度を向上させることができる金属電極３６と金属電極３７の占有面積を定量的に検討したので、この検討結果を説明する。

以下では、金属電極３６と金属電極３７とを含む概念として「金属電極」を使用する。

図６は、検討結果（シミュレーション結果）を示すグラフである。特に、図６（ａ）は、「金属電極」の占有面積と電力密度との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、「金属電極」の占有面積と短絡電流密度および曲線因子との関係を示すグラフである。

図６（ａ）に示すように、「金属電極」の占有面積が１０％の位置で電力密度はピーク値（２９ｍＷ／ｃｍ^２）となることがわかる。また、図６（ｂ）に示すように、「金属電極」の占有面積が増加するにつれて短絡電流密度は減少することがわかる。これは、定性的に透光性を有さない「金属面積」の占有面積が増加すると、反射光の入射量が低下する結果、短絡電流密度が減少すると考えることができる。一方、図６（ｂ）に示すように、「金属電極」の占有面積が増加するにつれて曲線因子は向上することがわかる。これは、定性的に「金属電極」の占有面積が増加すると、「金属電極」自体の抵抗値が低下する結果、曲線因子が向上すると考えることができる。このことから、「金属電極」の占有面積についての短絡電流密度の変化と曲線因子の変化とは、互いにトレードオフの関係にあることがわかる。そして、この短絡電流密度と曲線因子との間にトレードオフの関係があることから、「金属電極」の電力密度は、ピーク値を持つことが理解される。

以上の結果から、本実施の形態における太陽電池セル３００によれば、例えば、「アルベド」が２０％と想定し、「金属電極」の占有面積を１０％にする場合、透光性電極５０を構成するＩＴＯ電極の内部反射率が低いことから、２０％の性能向上（電力密度の向上）とはならないが、約８％の性能向上を図ることができることがわかる。特に、「金属電極」の占有面積を１０％にすることが望ましいが、例えば、図６（ａ）に基づくと、太陽電池セル３００の裏面全体の面積に対して、「金属電極」の占有面積が１０％以下である場合、太陽電池セル３００の電力密度を向上できることがわかる。

＜変形例１＞
図７は、本変形例１における太陽電池セル３００Ａの構成を示す断面図である。

図７において、太陽電池セル３００Ａでは、ｎ型アモルファスシリコン層３４に接するように透光性電極５０Ａが形成されており、この透光性電極５０Ａと接するように金属電極３６が形成されている。同様に、太陽電池セル３００Ａでは、ｐ型アモルファスシリコン層３５に接するように透光性電極５０Ｂが形成されており、この透光性電極５０Ｂと接するように金属電極３７が形成されている。

このように構成されている太陽電池セル３００Ａによれば、透光性電極５０と「金属電極」の体積を大きくすることができることから、電極自体の抵抗値を低減できる。

なお、図４に示す太陽電池セル３００と図７に示す太陽電池セル３００Ａに共通する特徴としては、単結晶シリコン層３０と真性アモルファスシリコン層３３との間の界面全体にわたってヘテロ接合を形成することができることから、パッシベーション特性を向上できることが挙げられる。

＜変形例２＞
図８は、本変形例２における太陽電池セル３００Ｂの構成を示す断面図である。

図８において、太陽電池セル３００Ｂでは、第１アモルファスシリコン層（真性アモルファスシリコン層３３とｎ型アモルファスシリコン層３４との組み合わせ）と第２アモルファスシリコン層（真性アモルファスシリコン層３３とｐ型アモルファスシリコン層３５との組み合わせ）との間にパッシベーション層６０が形成されている。

また、太陽電池セル３００Ｂでは、ｎ型アモルファスシリコン層３４に透光性電極５０Ａと金属電極３６の両方が接触しているとともに、ｐ型アモルファスシリコン層３５に透光性電極５０Ｂと金属電極３７の両方が接触している。

このように構成されている太陽電池セル３００Ｂによれば、反射率の高いパッシベーション層６０が形成されていることから、上方から太陽電池セル３００Ｂの内部に入射した太陽光が太陽電池セル３００Ｂの内部で吸収されずに透過してしまうことを抑制できる。

＜変形例３＞
図９は、本変形例３における太陽電池セル３００Ｃの構成を示す断面図である。

図９において、太陽電池セル３００Ｃでは、第１アモルファスシリコン層（真性アモルファスシリコン層３３とｎ型アモルファスシリコン層３４との組み合わせ）と第２アモルファスシリコン層（真性アモルファスシリコン層３３とｐ型アモルファスシリコン層３５との組み合わせ）との間にパッシベーション層６０が形成されている。

また、太陽電池セル３００Ｃでは、ｎ型アモルファスシリコン層３４に透光性電極５０Ａが接触し、この透光性電極５０Ａに金属電極３６が接触している。

同様に、ｐ型アモルファスシリコン層３５に透光性電極５０Ｂが接触し、この透光性電極５０Ｂに金属電極３７が接触している。

このように構成されている太陽電池セル３００Ｃによっても、図８に示す太陽電池セル３００Ｂと同様に、反射率の高いパッシベーション層６０が形成されていることから、上方から太陽電池セル３００Ｂの内部に入射した太陽光が太陽電池セル３００Ｂの内部で吸収されずに透過してしまうことを抑制できる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１０ａ 太陽電池モジュール
１０ｂ 太陽電池モジュール
１０ｃ 太陽電池モジュール
１０ｄ 太陽電池モジュール
１０ｅ 太陽電池モジュール
１０ｆ 太陽電池モジュール
１０ｇ 太陽電池モジュール
２０ パワーコンディショナー
３０ 単結晶シリコン層
３０ａ 表面
３０ｂ 裏面
３１ 真性アモルファスシリコン層
３２ パッシベーション層
３３ 真性アモルファスシリコン層
３４ ｎ型アモルファスシリコン層
３５ ｐ型アモルファスシリコン層
３６ 金属電極
３７ 金属電極
４０ パッシベーション層
５０ 透光性電極
５０Ａ 透光性電極
５０Ｂ 透光性電極
６０ パッシベーション層
１００ ヘテロ接合バックコンタクト型太陽電池セル
２００ 太陽電池セル
３００ 太陽電池セル

Claims (6)

1. 可視光を含む第１光を入射する第１面と、可視光を含む第２光を入射する第２面とを有する第１導電型の単結晶シリコン層と、
   前記第２面と接する真性アモルファスシリコン層と、
   前記真性アモルファスシリコン層と接する第１導電型アモルファスシリコン層と、
   前記真性アモルファスシリコン層と接する第２導電型アモルファスシリコン層と、
   前記第１導電型アモルファスシリコン層と接触し、かつ、少なくとも前記第２光に含まれる可視光に対して透光性を有する第１透光性電極と、
   前記第２導電型アモルファスシリコン層と接触し、かつ、少なくとも前記第２光に含まれる可視光に対して透光性を有する第２透光性電極と、
   前記第１導電型アモルファスシリコン層の前記第１透光性電極と接触する面側に設けられ、かつ、前記第１導電型アモルファスシリコン層と電気的に接続された第１電極と、
   前記第２導電型アモルファスシリコン層の前記第２透光性電極と接触する面側に設けられ、かつ、前記第２導電型アモルファスシリコン層と電気的に接続された第２電極と、
   を備える、太陽電池セル。
2. 請求項１に記載の太陽電池セルにおいて、
   前記第１電極は、前記第１導電型アモルファスシリコン層と接触し、
   前記第２電極は、前記第２導電型アモルファスシリコン層と接触する、太陽電池セル。
3. 請求項１に記載の太陽電池セルにおいて、
   前記第１電極は、前記第１透光性電極と接触し、
   前記第２電極は、前記第２透光性電極と接触する、太陽電池セル。
4. 請求項１に記載の太陽電池セルにおいて、
   前記第１透光性電極は、酸化インジウムスズ電極から構成され、
   前記第２透光性電極も、酸化インジウムスズ電極から構成される、太陽電池セル。
5. 請求項１に記載の太陽電池セルにおいて、
   前記第１電極と前記第２電極を合わせた占有面積は、前記第２面の全体面積に対して１０％以下である、太陽電池セル。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池セルを複数備える太陽電池。

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