JP2023549905A - 太陽光発電電池及び太陽光発電モジュール - Google Patents

太陽光発電電池及び太陽光発電モジュール Download PDF

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Abstract

【要約】本開示において、太陽光発電電池の電池本体の少なくとも１つの面は第１領域と第２領域を含み、第１領域はテキスチャ構造として構成され、ピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなるテキスチャ構造は小角度入射光が太陽光発電電池から反射される確率を減少させることができ、第２領域は電池本体の表面における投影の寸法が０．５～１００μｍである複数のピットとして構成され、複数のミクロンレベルのピットは大角度入射光が太陽光発電電池から反射される確率を減少させることができ、大角度入射光がミクロンレベルのピット内で複数回反射されることで、入射光に対する太陽光発電電池の吸収効果が高まり、また、ナノレベルの光閉じ込み構造と比べて、ミクロンレベルのピット構造は寸法が大きく、ミクロンレベルのピットを有する太陽光発電電池の表面積が小さく、これによって、太陽光発電電池の表面に均一な不動態化層を形成し、太陽光発電電池の表面での非平衡キャリアの再結合率を低下させ、太陽光発電電池の光電変換効率を高めることができる。【選択図】図１

Description

本開示は太陽電池の分野に関し、特に太陽光発電電池、その製造方法及び太陽光発電モジュールに関する。
＜関連出願の相互参照＞
本願は、２０２０年１１月１８日に中国特許庁に提出された、出願番号が２０２０１１２９６６５６．４、名称が「太陽光発電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ており、そのすべての内容は引用により本願に組み込まれている。
伝統的なエネルギーが絶え間なく消費され、環境へマイナスの影響が与えるに伴い、太陽エネルギーは汚染がなく再生可能なエネルギーとして、その開発と利用が急速に発展を遂げており、特に高い変換効率を持つ太陽光発電電池は現在の研究の重点となっている。
現在、テクスチャリングプロセスにより太陽光発電電池の表面にピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状のテキスチャ（テクスチャ）構造を製造することによって、太陽光発電電池の表面からの太陽光の反射を低減させ、太陽光発電電池がより多くの太陽光を吸収して光電変換することを可能にし、太陽光発電電池の変換効率を高め、このような構造は、直射光や入射角の小さい光に対しては良好な反射防止効果を有するが、入射角の大きい光の場合、太陽光発電電池の表面のピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状のテキスチャ構造を経ると、ほとんどの光は太陽光発電電池の表面から空気中に反射され、太陽光発電電池の光電変換に関与しない。従来技術では、ブラックシリコンプロセスにより、太陽光発電電の表面にナノレベルの光閉じ込み構造を製造することができ、このナノレベルの光閉じ込み構造は大角度入射光に対しては良好な光閉じ込み効果を持ち、太陽光発電電池の光電変換率を高めることができる。
しかし、従来の手段では、ナノレベルの光閉じ込み構造は太陽光発電電池の単結晶シリコンの表面積を大きく増加させ、ナノ構造上に均一な不動態化層を形成することが困難であるため、表面での非平衡キャリアの再結合率が上昇し、太陽光発電電池の光電変換効率が低下する。
本開示は、太陽光発電電池及び太陽光発電モジュールを提供し、太陽光発電電池の変換効率を高めることを目的とする。
第１態様では、本開示の実施例は、前記太陽光発電電池は、
電池本体を含み、
前記電池本体の少なくとも１つの面は第１領域と第２領域を含み、
前記第１領域はテキスチャ構造として構成され、
前記第２領域は、前記電池本体の表面における投影の寸法が０．５～１００μｍである複数のピットとして構成され、
前記電池本体の厚さ方向からの前記ピットの側壁のズレ角度が１５度未満である太陽光発電電池を提供する。
選択的に、前記電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法は１～２０μｍである。
選択的に、前記複数のピットは前記電池本体の表面にアレイ状に分布しており、
隣接する前記ピットの間の間隔は２～２００μｍである。
選択的に、前記電池本体の表面における前記ピットの投影面積と前記電池本体の表面積との比が０．４～０．８５である。
選択的に、前記ピットの深さが０．１μｍ以上である。
選択的に、前記ピットは、円形孔、矩形孔又は非規則形状の孔のうちのいずれか又は複数を含む。
選択的に、前記電池本体は第１電極を含み、
前記第１電極の少なくとも一部は前記テキスチャ構造に設けられる。
選択的に、前記太陽光発電電池は不動態化層をさらに含み、
前記不動態化層は前記テキスチャ構造と前記ピットの底面及び側壁上に設けられる。
選択的に、前記第１電極は第１バスバーと第１フィンガーを含み、前記第１バスバーは前記テキスチャ構造及び／又は前記ピットに設けられ、前記第１フィンガーは前記テキスチャ構造に設けられる。
第２態様では、本開示の実施例は、上記太陽光発電電池を含む太陽光発電モジュールを提供する。
上記太陽光発電電池及び太陽光発電モジュールによれば、本願は下記の有益効果を有する。本願における太陽光発電電池の電池本体の少なくとも１つの面は第１領域と第２領域を含み、第１領域はテキスチャ構造として構成され、入射角の小さい入射光に対しては、ピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなるテキスチャ構造はこの小角度入射光が太陽光発電電池から反射される確率を減少させることができ、第２領域は電池本体の表面における投影の寸法が０．５～１００μｍである複数のピットとして構成され、また、電池本体の厚さ方向からのこのピットの側壁のズレ角度が１５度未満であり、入射角の大きい入射光に対しては、太陽光発電電池の表面における複数のミクロンレベルのピットはこの大角度入射光が太陽光発電電池から反射される確率を減少させることができ、大角度入射光はミクロンレベルのピット内で複数回反射され、太陽光発電電池における光路長が大きくなり、これによって、入射光に対する太陽光発電電池の吸収効果を高めることができ、また、ナノレベルの光閉じ込み構造と比べて、ミクロンレベルのピットの構造の寸法が大きく、ミクロンレベルのピットを有する太陽光発電電池の表面積が小さく、このため、太陽光発電電池の表面に均一な不動態化層を形成し、太陽光発電電池の表面での非平衡キャリアの再結合率を低下させ、太陽光発電電池の光電変換効率を高めることができる。
本発明の実施例の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、本発明の実施例の説明に必要な図面を簡単に説明するが、以下の図面は本発明のいくつかの実施例を示すものに過ぎず、範囲を制限するものとしてみなすべきではなく、当業者であれば、創造的な努力を必要とせずに、これらの図面に基づいて他の関連する図面を得ることもできることを理解すべきである。
本発明の実施例における太陽光発電電池の構造模式図を示す。 本発明の実施例における太陽光発電電池の上面図を示す。 本発明の実施例における両面電極型太陽光発電電池の構造模式図を示す。 本発明の実施例における片面電極型太陽光発電電池の構造模式図を示す。 本発明の実施例における太陽光発電電池の製造方法のステップの流れ図を示す。 本発明の実施例における両面電極型太陽光発電電池の製造方法のステップの流れ図を示す。 本発明の実施例における片面電極型太陽光発電電池の製造方法のステップの流れ図を示す。
以下、本開示の実施例の図面を参照して、本開示の実施例の技術的解決手段を明確かつ完全に説明するが、明らかに、説明する実施例は本開示の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではない。当業者が本開示の実施例に基づいて創造的な努力を必要とせずに得る他の全ての実施例は本開示の保護範囲に属する。
太陽光発電電池では、太陽光発電電池の表面での入射光の反射を低減させ、入射光に対する吸収効果を高め、発電量を増加させるために、通常、テクスチャリングプロセスにより表面にピラミッド状構造と逆ピラミッド状構造を有するテキスチャ構造を形成し、このようなテキスチャ構造は、垂直入射光又は入射角の小さい入射光に対しては良好な反射防止効果を有し、この小角度入射光が太陽光発電電池から反射される確率を減少させることができるが、入射角の大きい入射光に対する効果が不十分であり、すなわち、太陽光発電電池の全方向性が悪く、全方向性が悪い太陽光発電電池では、発電量を大きくするには最適光角度を設定するか、又は追跡ブラケットを使用することが必要である。最適受光角度が地理位置や時間と季節等に応じて変化するため、固定ブラケットをリアルタイムで調整して、太陽光発電電池を最適受光角度にすることが困難になる一方、追跡ブラケットは通常高コストであり、このため、太陽光発電電池の全方向性を向上させることは発電量を大きくするための簡単な手段である。
以下、いくつかの具体的な実施例を挙げて、本開示による太陽光発電電池及び太陽光発電モジュールについて説明する。
図１を参照すると、本開示の実施例による太陽光発電電池の構造概略図が示されており、図１に示すように、前記太陽光発電電池は電池本体１０を含み、電池本体１０の少なくとも１つの面は第１領域２０と第２領域３０とを含み、第１領域２０はテキスチャ構造として構成され、第２領域３０には複数のピット３１が設けられているようにしてもよい。
ここでは、テキスチャ構造を有する第１領域は電池本体の表面に分布しているピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなり、前記電池本体は単結晶シリコンウエハで製造されたものであってもよく、このような場合、前記テキスチャ構造はテクスチャリングプロセスにより単結晶シリコンウエハの表面上に製造された規則的又は不規則的なピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造であり、また、前記電池本体は多結晶シリコンウエハで製造されたものであってもよく、このような場合、前記テキスチャ構造はテクスチャリングプロセスにより多結晶シリコンウエハの表面上に製造された規則的又は不規則的なピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造である。
本開示の実施例では、前記電池本体の表面は電池本体の受光面、すなわち入射光に直接接触する面であってもよい。また、入射角が４５度以上の入射光は大角度入射光としてもよく、図１を参照すると、入射光Ｂの入射角がαであって、αが４５度よりも高いと、入射光Ｂは大角度入射光であり、入射光Ｂは太陽光発電電池の表面のうちテキスチャ構造を有する第１領域２０に照射されて、テキスチャ構造のピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造の反射作用により、１回反射されると、太陽光発電電池から離れた方向へ射出され、これによって、太陽光発電電池における入射光Ｂの光路長が小さくなり、入射光Ｂに対する太陽光発電電池の吸収効果が劣る。
さらに、入射角が４５度未満の入射光は小角度入射光としてもよく、図１を参照すると、入射光Ｃの入射角がβであって、βが４５度未満であると、入射光Ｃは小角度入射光であり、入射光Ｃは太陽光発電電池の表面のうちテキスチャ構造を有する第１領域２０に照射されると、テキスチャ構造のピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造の反射作用により、太陽光発電電池のテキスチャ構造内で複数回反射され、これによって、太陽光発電電池における入射光Ｃの光路長が長くなり、入射光Ｃに対する太陽光発電電池の吸収効果が良好である。
以上より、テキスチャ構造だけを有する太陽光発電電池は、小角度入射光に対しては良好な吸収効果を有するが、大角度入射光に対する吸収効果が悪く、このため、この太陽光発電電池の全方向性が悪く、この太陽光発電電池を含む太陽光発電モジュールは航空機、自動車や建物に取り付けられる場合、太陽光発電電池に最適受光角度を付与する必要があるため、取り付け位置が制限されたり、発電量を大きくするために追跡ブラケットを必要とし、コストが高くなったりする。
これに加えて、太陽光発電電池の電池本体の表面は第２領域をさらに含み、前記第２領域には複数のピットが設けられており、電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法は０．５～１００μｍであり、すなわち、前記ピットはミクロンレベルのピットであり、また、電池本体の厚さ方向からの前記ピットの側壁のズレ角度が１５度未満であり、これにより、小角度入射光がピット内に照射されて、ピット内で複数回反射されることが可能になる。
図１を参照すると、太陽光発電電池の電池本体１０の表面は複数のミクロンレベルのピット３１が設けられた第２領域３０をさらに含み、また、電池本体１０の厚さ方向からの前記ピット３１の側壁のズレ角度が０度である。
ミクロンレベルのピット３１の形状は円形孔、矩形孔又は非規則形状の孔のうちのいずれか又は複数であってもよく、前記ミクロンレベルのピット３１の形状が円形孔である場合、ミクロンレベルのピット３１の直径の範囲は０．５～１００μｍであり、前記ミクロンレベルのピット３１の形状が矩形孔又は非規則形状の深孔である場合、ミクロンレベルのピット３１の対角線の長さの範囲は０．５～１００μｍである。
具体的には、入射光Ａは入射角がαの大角度入射光であってもよく、入射光Ａは太陽光発電電池の表面のミクロンレベルのピット３１内に照射されると、ミクロンレベルのピット３１の側壁及び底面の反射作用により、太陽光発電電池のミクロンレベルのピット３１内で複数回反射され、これによって、太陽光発電電池における入射光Ａの光路長が長くなり、入射光Ａに対する太陽光発電電池の吸収効果が良好である。
以上より分かるように、電池本体にテキスチャ構造とミクロンレベルのピットとが設けられている太陽光発電電池では、テキスチャ構造は小角度入射光に対しては良好な吸収効果を有する一方、ミクロンレベルのピットは小角度入射光に対する太陽光発電電池の吸収効果を高め、また、大角度入射光に対しては良好な吸収効果を有し、このため、このような太陽光発電電池は高い全方向性を持ち、この太陽光発電電池を含む太陽光発電モジュールは航空機、自動車や建物に取り付けられる場合、取り付け位置や追跡ブラケットを必要とせずに、太陽光発電電池に良好な入射光吸収効果を付与し、これによって、太陽光発電モジュールの光電変換効率を高め、発電量を増大することができる。
さらに、電池本体の表面におけるミクロンレベルのピットの投影の寸法は０．５～１００μｍであり、ナノレベルの光閉じ込み構造と比べて、ミクロンレベルのピットの構造は寸法が大きいため、寸法が小さなナノレベルの光閉じ込み構造上に不動態化層を形成しにくいことを回避し、太陽光発電電池の表面に均一な不動態化層を形成することを確保し、また、ミクロンレベルのピットを有する太陽光発電電池の表面積が小さく、これによって、太陽光発電電池の比表面積を減少させ、太陽光発電電池の表面での非平衡キャリアの再結合率を低下させ、しかも、太陽光発電電池の表面でのキャリアの横方向輸送や収集に影響を与えることはなく、これらの結果として、太陽光発電電池の光電変換効率を高める。
本開示の実施例では、太陽光発電電池は電池本体を含み、電池本体の少なくとも１つの面は第１領域と第２領域を含み、第１領域はテキスチャ構造として構成され、第２領域は電池本体の表面における投影の寸法が０．５～１００μｍである複数のピットとして構成され、電池本体の厚さ方向からのピットの側壁のズレ角度が１５度未満である。本開示では、太陽光発電電池の電池本体の少なくとも１つの面は第１領域と第２領域を含み、第１領域はテキスチャ構造として構成され、入射角の小さい入射光に対しては、ピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなるテキスチャ構造はこの小角度入射光が太陽光発電電池から反射される確率を減少させることができ、第２領域は電池本体の表面における投影の寸法が０．５～１００μｍである複数のピットとして構成され、また、電池本体の厚さ方向からのこのピットの側壁のズレ角度が１５度未満であり、入射角の大きい入射光に対しては、太陽光発電電池の表面における複数のミクロンレベルのピットはこの大角度入射光が太陽光発電電池から反射される確率を減少させることができ、大角度入射光はミクロンレベルのピット内で複数回反射され、太陽光発電電池における光路長が大きくなり、これによって、入射光に対する太陽光発電電池の吸収効果を高めることができ、また、ナノレベルの光閉じ込み構造と比べて、ミクロンレベルのピットの構造の寸法が大きく、ミクロンレベルのピットを有する太陽光発電電池の表面積が小さく、このため、太陽光発電電池の表面に均一な不動態化層を形成し、太陽光発電電池の表面での非平衡キャリアの再結合率を低下させ、太陽光発電電池の光電変換効率を高めることができる。
選択的に、電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法は１～２０μｍであり、これによって、電池本体の表面の第２領域に設けられるピットの大きさが均一かつ適切に確保される。
選択的に、図２を参照すると、本開示の実施例による太陽光発電電池の上面図が示されており、図２に示すように、複数のミクロンレベルのピット３１は前記電池本体の表面にアレイ状に分布しており、隣接するミクロンレベルのピット３１の間の間隔は２～２００μｍであるようにしてもよく、これによって、隣接するミクロンレベルのピット３１の間における第１領域２０のテキスチャ構造に太陽光発電電池の他の構造を設けて、太陽光発電電池の機能を実現することができる。
選択的に、前記ピットは円形孔、矩形孔又は非規則形状の孔のうちのいずれか又は複数を含むようにしてもよく、これによって、入射光はミクロンレベルのピットの底面及び側壁に照射されると、ミクロンレベルのピット内で複数回反射することができ、図２を参照すると、前記ミクロンレベルのピット３１は円形孔である。
選択的に、前記ピットの深さが０．１μｍ以上であり、電池本体の表面におけるミクロンレベルのピットの投影面積と電池本体の表面積との比が０．４～０．８５であるようにしてもよい。
本開示の実施例では、ミクロンレベルのピットの深さ及び前記の比は太陽光発電電池を含む太陽光発電モジュールの具体的な適用場面に応じて決定されてもよく、具体的には、大角度入射光の割合が大きい適用場面では、電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法、又は前記ピットの数を増加することによって、電池本体の表面におけるピットの投影面積と電池本体の表面積との比を大きくし、大角度入射光に対する太陽光発電電池の吸収効果を高めることができ、大角度入射光の割合が小さい適用場面では、電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法、又は前記ピットの数を減少させることによって、電池本体の表面におけるピットの投影面積と電池本体の表面積との比を小さくし、すなわち、入射光に対する太陽光発電電池の吸収効果を良好なものとすることができる。
また、大角度入射光の入射角が大きい場合、深さが小さなミクロンレベルのピットでも、入射光はミクロンレベルのピット内で複数回反射することができ、このため、ミクロンレベルのピットの深さを小さくすることができ、大角度入射光の入射角が小さい場合、深さが大きなミクロンレベルのピットでなければ、入射光はミクロンレベルのピット内で複数回反射することができず、よって、ミクロンレベルのピットの深さを増大する必要がある。
選択的に、電池本体は第１電極を含み、第１電極の少なくとも一部はテキスチャ構造に設けられ、すなわち、第１電極は全体としてミクロンレベルのピットに設けられてはいけないようにしてもよく、これによって、ミクロンレベルのピットに対する第１電極の充填を減少させ、大角度反射光に対するミクロンレベルのピットの光閉じ込み機能に影響を与えることを回避できる。
選択的に、太陽光発電電池は不動態化層をさらに含み、不動態化層はテキスチャ構造とピットの底面及び側壁上に設けられるようにしてもよく、ナノレベルの光閉じ込み構造と比べて、ミクロンレベルのピットの構造の寸法が大きく、ミクロンレベルのピットを有する太陽光発電電池の表面積が小さく、このため、太陽光発電電池の表面に均一な不動態化層を形成し、太陽光発電電池の表面を不動態化することができる。
選択的に、本開示の実施例における太陽光発電電池は両面電極を有する太陽光発電電池、例えば裏面不動態型電池（ＰＥＲＣ：Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒａｎｄ Ｒｅａｒ Ｃｅｌｌ）であってもよく、図３を参照すると、本開示の実施例による両面電極付き太陽光発電電池の構造概略図が示されており、図３に示すように、電池本体はシリコンウエハ基板１１と、シリコンウエハ基板１１の一方の面に設けられる第１電極１３及び第１機能層１２と、シリコンウエハ基板１１の他方の面に設けられる第２機能層１４及び第２電極１５と、を含む。
このうち、第１機能層１２は第１領域２０のテキスチャ構造上及び第２領域３０におけるピット３１の底面と側壁上に設けられ、第１機能層１２は第１肉抜き構造を有し、第１電極１３は第１肉抜き構造の位置にあり、第２機能層１４はシリコンウエハ基板１１の他方の面に設けられ、第２機能層１４は第２肉抜き構造を有し、第２電極１５は第２肉抜き構造の位置にある。
具体的には、前記シリコンウエハ基板はｎ型結晶性シリコンウエハを用いて製造されたｎ型シリコンウエハ基板であってもよく、前記第１機能層は多層構造であってもよく、例えば、前記第１機能層は厚さが２ｎｍの酸化ケイ素と厚さが７０ｎｍの窒化ケイ素を含んでもよく、これらはそれぞれ太陽光発電電池の一方の面に対する表面不動態化及び反射防止の機能を発揮する。前記第２機能層も多層構造であってもよく、例えば、前記第２機能層は厚さが２ｎｍの酸化ケイ素、厚さが１５ｎｍの酸化アルミニウム及び厚さが５０ｎｍの窒化ケイ素を有してもよく、これによって、太陽光発電電池の他方の面に対する表面不動態化及び反射防止の機能を発揮する。
さらに、シリコンウエハ基板の一方の面に第１電極が設けられ、シリコンウエハ基板の他方の面に第２電極が設けられ、このように、両面電極を有する太陽光発電電池が製造される。具体的には、マスクを利用して第１機能層上に第１肉抜き構造を製造し、第１電極を前記第１肉抜き構造の位置に配置することで、第１電極をテキスチャ構造上又はピット内に配置してもよいし、マスクを利用して第２機能層上に第２肉抜き構造を製造し、第２電極を前記第２肉抜き構造の位置に配置することで、第２電極をシリコンウエハ基板の他方の面に配置してもよい。
選択的に、図３を参照すると、第１電極１３は第１バスバー１３１と第１フィンガー１３２を含み、第１バスバー１３１は第１領域２０のテキスチャ構造及び／又は第２領域３０におけるピット３１に設けられ、第１フィンガー１３２はテキスチャ構造に設けられるようにしてもよい。
具体的には、太陽光発電電池では、第１フィンガーは主として、太陽光発電電池による電流を集電し、電流を第１バスバーに輸送する役割を果たし、これによって、複数の太陽光発電電池は第１バスバーを介して当該複数の太陽光発電電池による電流を集電してジャンクションボックスに輸送し、外部機器に電気エネルギーを供給する。第１フィンガーは数が大きく幅が小さいため、図２を参照すると、第１フィンガー１３２は隣接するピット３１の間のテキスチャ構造に設けられてもよく、一方、第１バスバーは数が少なく幅が大きいため、第１バスバー１３１はピット３１内、隣接するピット３１の間のテキスチャ構造上、又はピット３１内とテキスチャ構造上の両方に設けられてもよく、これによって、太陽光発電電池の構造がよりコンパクトになり、太陽光発電電池の光電変換効率が高まる。
選択的に、本開示の実施例における太陽光発電電池は片面電極を有する太陽光発電電池、例えばトンネル酸化物パッシベーションコンタクトセル（ＴＯＰＣｏｎ）、ポリシリコン酸化物パッシベーションコンタクトセル（ＰＯＬＯ）、インターデジタイテッドバックコンタクト（ＩＢＣ）、シリコンヘテロジャンクションセル（ＳＨＪ）であってもよく、図４を参照すると、本開示の実施例による片面電極型太陽光発電電池の構造概略図が示されており、図４に示すように、電池本体は、シリコンウエハ基板１１と、シリコンウエハ基板１１の一方の面に設けられる第１不動態化層１７及び第３機能層１８と、シリコンウエハ基板１１の他方の面に設けられる第２不動態化層１９、第４機能層１１０、第３電極１６及び第４電極１２０と、を含んでもよい。
ここでは、第１領域２０のテキスチャ構造はシリコンウエハ基板１１の一方の面に設けられ、ピット３１の底面は前記シリコンウエハ基板内に設けられ、第１不動態化層１７はテキスチャ構造とピット３１の底面及び側壁上に設けられ、第３機能層１８は第１不動態化層１７のシリコンウエハ基板１１から離れた面に設けられ、第２不動態化層１９はシリコンウエハ基板１１の他方の面に設けられ、第４機能層１１０は第２不動態化層１９のシリコンウエハ基板１１から離れた面に設けられ、第４機能層１１０は第３肉抜き構造を有し、第３電極１６と第４電極１２０は第３肉抜き構造の位置に間隔をあけて設けられる。
具体的には、前記シリコンウエハ基板はｎ型結晶性シリコンウエハを用いて製造されたｎ型シリコンウエハ基板であってもよく、前記第１不動態化層は非晶質シリコン又は酸化ケイ素であってもよく、これによって、太陽光発電電池の一方の面に対する表面不動態化機能を発揮する。第３機能層は多層構造、例えば、全厚さが７０ｎｍの多層窒化ケイ素構造であってもよく、これによって、太陽光発電電池の一方の面に対する表面場不動態化及び反射防止の機能を発揮する。第２不動態化層は非晶質シリコン又は酸化ケイ素であってもよく、これによって、太陽光発電電池の他方の面に対する表面不動態化機能を発揮する。第４機能層は太陽光発電電池の他方の面に対する表面場不動態化及び反射防止の機能を発揮することができる。
さらに、シリコンウエハ基板の他方の面に第３電極及び第４電極が設けられ、このように、片面電極を有する太陽光発電電池が製造される。具体的には、マスクを利用して第４機能層上に第３肉抜き構造を製造し、第３電極及び第４電極を第３肉抜き構造の位置に間隔をあけて設けるようにしてもよい。
選択的に、図４を参照すると、第３電極１６と第２不動態化層１９との間に第１収集層１６２及び第１輸送層１６１が設けられており、第１収集層１６２は第２不動態化層１９のシリコンウエハ基板１１から離れた面に設けられ、第１輸送層１６１は第１収集層１６２の第２不動態化層１９から離れた面に設けられ、第４電極１２０と第２不動態化層１９との間に第２収集層１２２及び第２輸送層１２１が設けられており、第２収集層１２２は第２不動態化層１９のシリコンウエハ基板１１から離れた面に設けられ、第２輸送層１２１は第２収集層１２２の第２不動態化層１９から離れた面に設けられる。
具体的には、シリコンウエハ基板としてｎ型結晶性シリコンウエハが使用される場合、第１収集層はｎ型ドープ非晶質シリコンからなる多数キャリア収集領域であってもよく、第２収集層はｐ型ドープ非晶質シリコンからなる少数キャリア収集領域であってもよく、第１収集層と第２収集層はシリコンウエハ基板の他方の面における第２不動態化層の表面に間隔をあけて配列され、このような場合、第１輸送層は前記第１収集層に対応するキャリア輸送層、すなわち多数キャリア輸送層であり、第３電極は片面電極を有する太陽光発電電池の多数キャリア側電極であり、第２輸送層は前記第２収集層に対応するキャリア輸送層、すなわち少数キャリア輸送層であり、第４電極は片面電極を有する太陽光発電電池の少数キャリア側電極である。
本開示はまた上記の太陽光発電電池の製造方法を提供し、図５を参照すると、本開示の実施例による太陽光発電電池の製造方法のステップの流れ図が示されており、該方法はステップ１０１とステップ１０２を含んでもよい。
ステップ１０１：電池本体の一方の面に分布しているピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなるテキスチャ構造を前記電池本体の少なくとも１つの面に製造する。
このステップでは、テクスチャリングプロセスにより、電池本体にピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなるテキスチャ構造を製造してもよい。
具体的には、テキスチャ構造は電池本体の一方の面に連続的に分布しているピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなり、前記電池本体は単結晶シリコンウエハを用いて製造されたものであってもよく、このような場合、前記テキスチャ構造はテクスチャリングプロセスにより単結晶シリコンウエハの一方の面に製造された規則的なピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造であり、また、前記電池本体は多結晶シリコンウエハを用いて製造されたものであってもよく、このような場合、前記テキスチャ構造はテクスチャリングプロセスにより多結晶シリコンウエハの一方の面に製造された不規則的なピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造である。
ステップ１０２：前記電池本体の表面に複数のミクロンレベルのピットを製造する。
このステップでは、上記のステップで製造されたテキスチャ構造を有する電池本体の表面にフォトレジストを塗布し、所望のパターンを有するマスクを用いて光を照射した後に、遮られていない位置にあるフォトレジストを洗浄除去することにより、対応する穴構造を形成し、さらに深掘反応性イオンエッチングプロセスにより、上記の穴位置でエッチングして複数のピットを形成するようにしてもよく、また、電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法は０．５～１００μｍであり、電池本体の厚さ方向からのピットの側壁のズレ角度は１５度未満である。
図６を参照すると、本開示の実施例による両面電極型太陽光発電電池の製造方法のステップの流れ図が示されており、該方法はステップ２０１～ステップ２０４を含んでもよい。
ステップ２０１：前記電池本体のシリコンウエハ基板の少なくとも１つの面に前記テキスチャ構造を製造する。
このステップでは、前記シリコンウエハ基板はｎ型結晶性シリコンウエハを用いて製造されたｎ型シリコンウエハ基板であってもよく、前記シリコンウエハ基板の厚さは１５０μｍであってもよいが、前記シリコンウエハ基板は厚さが１０～５０μｍの極薄結晶性シリコンウエハ、又は厚さが５０～１００μｍの中等厚結晶性シリコンウエハであってもよいし、前記シリコンウエハ基板は単結晶であってもよく、多結晶であってもよい。
さらに、テクスチャリングプロセスにより、前記シリコンウエハ基板の少なくとも１つの面にピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなるテキスチャ構造を製造してもよい。
ステップ２０２：前記シリコンウエハ基板の表面に複数のピットを製造する。
このステップでは、上記のステップで製造されたテキスチャ構造を有するシリコンウエハ基板の表面にフォトレジストを塗布し、所望のパターンを有するマスクを用いて光を照射した後に、遮られていない位置にあるフォトレジストを洗浄除去することにより、対応する穴構造を形成し、さらに深掘反応性イオンエッチングプロセスにより、上記の穴位置でエッチングして複数のピットを形成するようにしてもよく、また、電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法は０．５～１００μｍであり、電池本体の厚さ方向からのピットの側壁のズレ角度は１５度未満である。
具体的には、前記ピットは、平均孔径が５μｍであり得る円形孔状構造であってもよく、隣接するピットの間隔が１５μｍ、深さが０．５μｍである。
さらに、テキスチャ構造を有するシリコンウエハ基板の一方の面に複数のピットを製造した後に、テキスチャ構造の表面とピットの側壁及び底面上に層状のＰＮ接合構造層を拡散により製造することによって、キャリア分離能力を実現してもよい。
ステップ２０３：前記テキスチャ構造と前記ピットの側壁及び底面上に不動態化層を製造する。
このステップでは、テキスチャ構造とピットの側壁及び底面上に不動態化層を成膜してもよく、例えば、前記不動態化層は厚さが２ｎｍの酸化ケイ素を含んでもよく、これによって、太陽光発電電池の一方の面に対する表面不動態化機能を発揮する。
さらに、前記不動態化層上に厚さが７０ｎｍの窒化ケイ素を製造してもよく、これによって、太陽光発電電池の一方の面に対する反射防止機能を発揮し、厚さが２ｎｍの酸化ケイ素及び厚さが７０ｎｍの窒化ケイ素により多層構造を有する第１機能層が形成される。
ステップ２０４：前記テキスチャ構造上及び前記ピット内に第１電極を製造するとともに、前記シリコンウエハ基板の他方の面に第２電極を製造する。
このステップでは、テキスチャ構造上及びピット内に第１電極を製造してもよい。
具体的には、マスクを利用して第１機能層に第１肉抜き構造を製造し、第１電極を第１肉抜き構造の位置に配置することで、第１電極をテキスチャ構造上又はピット内に配置してもよい。
さらに、シリコンウエハ基板の他方の面上に第２機能層を成膜してもよく、前記第２機能層は多層構造であってもよく、例えば、前記第２機能層は厚さが２ｎｍの酸化ケイ素、厚さが１５ｎｍの酸化アルミニウム及び厚さが５０ｎｍの窒化ケイ素を含んでもよく、これによって、太陽光発電電池の他方の面に対する表面不動態化及び反射防止の機能を発揮する。
さらに、前記シリコンウエハ基板の他方の面に第２電極を製造し、具体的には、マスクを利用して第２機能層に第２肉抜き構造を製造し、第２電極を第２肉抜き構造の位置に配置することで、第２電極をシリコンウエハ基板の他方の面に配置するようにしてもよい。
選択的に、図７を参照すると、本開示の実施例による片面電極型太陽光発電電池の製造方法のステップの流れ図が示されており、該方法は、ステップ３０１～ステップ３０５を含んでもよい。
ステップ３０１：前記電池本体のシリコンウエハ基板の少なくとも１つの面に前記テキスチャ構造を製造する。
このステップでは、前記シリコンウエハ基板はｎ型結晶性シリコンウエハを用いて製造されたｎ型シリコンウエハ基板であってもよく、前記シリコンウエハ基板の厚さは１００μｍであってもよい。
さらに、テクスチャリングプロセスにより、前記シリコンウエハ基板の少なくとも１つの面に、連続的に分布しているピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなるテキスチャ構造を製造してもよい。
ステップ３０２：前記シリコンウエハ基板の表面に複数のピットを製造する。
このステップでは、上記のステップで製造されたテキスチャ構造を有するシリコンウエハ基板の一方の面に、レーザーアブレーションプロセスにより、所定の深さを有する深孔を形成し、レーザーアブレーションプロセス後に深孔を化学的に研磨して、滑らかな側壁と底面を形成することによって、複数のピットを製造してもよく、また、電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法は０．５～１００μｍであり、電池本体の厚さ方向からのピットの側壁のズレ角度は１５度未満である。
具体的には、前記ピットは、平均孔径が２μｍであり得る円形孔状構造であってもよく、隣接するピットの間隔が５μｍ、深さが１μｍである。
ステップ３０３：前記テキスチャ構造と前記ピットの側壁及び底面上に第１不動態化層を製造し、前記第１不動態化層上に第３機能層を製造する。
このステップでは、テキスチャ構造とピットの側壁及び底面上に第１不動態化層を製造してもよく、前記第１不動態化層は非晶質シリコン又は酸化ケイ素であってもよく、これによって、太陽光発電電池の一方の面に対する表面不動態化機能を発揮する。
さらに、第１不動態化層上に第３機能層を製造してもよく、前記第３機能層は多層構造、例えば、全厚さが７０ｎｍの多層窒化ケイ素構造であってもよく、これによって、太陽光発電電池の一方の面に対する表面場不動態化及び反射防止の機能を発揮する。
ステップ３０４：前記シリコンウエハ基板の他方の面上に第２不動態化層を製造し、前記第２不動態化層上に第４機能層を製造する。
このステップでは、シリコンウエハ基板の他方の面上に第２不動態化層を製造してもよく、前記第２不動態化層は非晶質シリコン又は酸化ケイ素であってもよく、これによって、太陽光発電電池の他方の面に対する表面不動態化機能を発揮する。
さらに、第２不動態化層上に第４機能層を製造してもよく、前記第４機能層は太陽光発電電池の他方の面に対する表面場不動態化及び反射防止の機能を発揮することができる。
ステップ３０５：前記シリコンウエハ基板の他方の面に第３電極及び第４電極を製造する。
このステップでは、シリコンウエハ基板の他方の面に第３電極及び第４電極が設けられてもよく、これによって、片面電極を有する太陽光発電電池が製造される。具体的には、マスクを利用して第４機能層に第３肉抜き構造を製造し、第３電極と第４電極を第３肉抜き構造の位置に間隔をあけて配置してもよい。
本開示の実施例では、第３電極と第２不動態化層との間に第１収集層及び第１輸送層が設けられ、第１収集層は第２不動態化層のシリコンウエハ基板から離れた面に設けられ、第１輸送層は第１収集層の第２不動態化層から離れた面に設けられ、第４電極と第２不動態化層との間に第２収集層及び第２輸送層が設けられており、第２収集層は第２不動態化層のシリコンウエハ基板から離れた面に設けられ、第２輸送層は第２収集層の第２不動態化層から離れた面に設けられるようにしてもよい。
具体的には、シリコンウエハ基板としてｎ型結晶性シリコンウエハが使用される場合、第１収集層はｎ型ドープ非晶質シリコンからなる多数キャリア収集領域であってもよく、第２収集層はｐ型ドープ非晶質シリコンからなる少数キャリア収集領域であってもよく、第１収集層と第２収集層はシリコンウエハ基板の他方の面における第２不動態化層の表面に間隔をあけて配置され、第２不動態化層における第１収集層と第２収集層の投影の面積の比が５％～４５％であってもよく、また、第１収集層と第２収集層との間に電気的に分離するための隙間が設けられており、このような場合、第１輸送層は前記第１収集層に対応するキャリア輸送層、すなわち多数キャリア輸送層であり、第３電極は片面電極的を有する太陽光発電電池の多数キャリア側電極であり、第２輸送層は前記第２収集層に対応するキャリア輸送層、すなわち少数キャリア輸送層であり、第４電極は片面電極を有する太陽光発電電池の少数キャリア側電極であり、さらに、前記第１収集層及び第２収集層はさらにドープ多結晶シリコン材料を使用してもよい。
なお、方法の実施例は、説明の便宜上、一連の動作の組み合わせとして説明されるが、本開示の実施例によれば、いくつかのステップが他の順序で行われてもよく、又は同時に行われてもよいので、本開示の実施例は、説明された動作の順序に限定されないことを当業者には認識される。次に、本明細書に記載された実施例はいずれも好ましい実施例であり、関連する動作の全てが本開示の実施例に必須であるとは限らないことも当業者には認識される。
さらに、本開示はまた、上記の太陽光発電電池からなる太陽光発電モジュールを提供する。
なお、本明細書では、「含む」、「包含する」等の用語、又はその他の任意の変形は、非排他的包含をカバーすることを意図しており、それにより、一連の要素を含むプロセス、方法、物品、又は装置は、それらの要素だけでなく、明示的にリストされていない他の要素も含むか、又はそのようなプロセス、方法、物品、又は装置に固有の要素も含む。これ以上の制限がない場合、「１つの……を含む」という文によって限定される要素は、当該要素を含むプロセス、方法、物品又は装置にさらにほかの同一の要素が存在することを排除するものではない。
以上では、本開示の実施例は図面を参照して説明されたが、本開示は上記の特定実施形態に限定されるものではなく、上記の特定実施形態は例示的なものに過ぎず、限定的なものではなく、当業者は本開示に基づいて本開示の趣旨及び請求項により保護される範囲を逸脱することなく、多くの形態を実施することもでき、このような形態はすべて本開示により保護される。

Claims (18)

  1. 電池本体を含み、
    前記電池本体の少なくとも１つの面は第１領域と第２領域を含み、
    前記第１領域はテキスチャ構造として構成され、
    前記第２領域は複数のピットとして構成され、
    前記ピットは前記電池本体の表面における投影の寸法が０．５～１００μｍであり、
    前記電池本体の厚さ方向からの前記ピットの側壁のズレ角度が１５度未満であることを特徴とする太陽光発電電池。
  2. 前記電池本体の表面における前記ピットの投影の寸法は１μｍ以上２０μｍ以下である請求項１に記載の太陽光発電電池。
  3. 前記複数のピットは前記電池本体の表面にアレイ状に分布しており、
    隣接する前記ピットの間の間隔は２μｍ以上２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電電池。
  4. 前記電池本体の表面における前記ピットの投影面積と前記電池本体の表面積との比が０．４～０．８５であることを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電電池。
  5. 前記ピットの深さが０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽光発電電池。
  6. 前記ピットは円形孔、矩形孔又は非規則形状の孔のうちのいずれか又は複数を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽光発電電池。
  7. 前記電池本体は第１電極を含み、
    前記第１電極の少なくとも一部は前記テキスチャ構造に設けられることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽光発電電池。
  8. 不動態化層をさらに含み、
    前記不動態化層は前記テキスチャ構造と前記ピットの底面及び側壁上に設けられることを特徴とする請求項７に記載の太陽光発電電池。
  9. 前記第１電極は第１バスバーと第１フィンガーを含み、前記第１バスバーは前記テキスチャ構造及び／又は前記ピットに設けられ、前記第１フィンガーは前記テキスチャ構造に設けられることを特徴とする請求項７に記載の太陽光発電電池。
  10. 前記太陽光発電電池は片面電極を有する太陽光発電電池であり、
    前記電池本体はシリコンウエハ基板と、シリコンウエハ基板の一方の面に設けられる第１不動態化層及び第３機能層と、シリコンウエハ基板の他方の面に設けられる第２不動態化層、第４機能層、第３電極及び第４電極と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽光発電電池。
  11. 前記第３電極と前記第２不動態化層との間に第１収集層及び第１輸送層が設けられており、前記第１収集層は前記第２不動態化層のシリコンウエハ基板から離れた面に設けられ、前記第１輸送層は前記第１収集層の前記第２不動態化層から離れた面に設けられ、
    前記第４電極と前記第２不動態化層との間に第２収集層及び第２輸送層が設けられており、前記第２収集層は前記第２不動態化層のシリコンウエハ基板から離れた面に設けられ、前記第２輸送層は前記第２収集層の前記第２不動態化層から離れた面に設けられることを特徴とする請求項１０に記載の太陽光発電電池。
  12. 電池本体の一方の面に分布しているピラミッド状及び／又は逆ピラミッド状構造からなるテキスチャ構造を前記電池本体の少なくとも１つの面に製造するステップと、
    前記電池本体の表面に複数のミクロンレベルのピットを製造するステップと、を含むことを特徴とする太陽光発電電池の製造方法。
  13. 電池本体の少なくとも１つの面にテキスチャ構造を製造する前記ステップは、
    前記電池本体のシリコンウエハ基板の少なくとも１つの面に前記テキスチャ構造を製造するステップを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 前記電池本体の表面に複数のミクロンレベルのピットを製造する前記ステップは、
    前記シリコンウエハ基板の表面に複数のピットを製造するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 前記テキスチャ構造と前記ピットの側壁及び底面上に不動態化層を製造するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  16. 前記テキスチャ構造上及び前記ピット内に第１電極を製造するとともに、前記シリコンウエハ基板の他方の面に第２電極を製造するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  17. 電池本体のシリコンウエハ基板の少なくとも１つの面にテキスチャ構造を製造するステップと、
    前記シリコンウエハ基板の表面に複数のピットを製造するステップと、
    前記テキスチャ構造と前記ピットの側壁及び底面上に第１不動態化層を製造し、前記第１不動態化層上に第３機能層を製造するステップと、
    前記シリコンウエハ基板の他方の面上に第２不動態化層を製造し、前記第２不動態化層上に第４機能層を製造するステップと、
    前記シリコンウエハ基板の他方の面に第３電極及び第４電極を製造するステップと、を含むことを特徴とする製造方法。
  18. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の太陽光発電電池を含むことを特徴とする太陽光発電モジュール。
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