JP2024006933A - 光起電力セル及びその製造方法、光起電力モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽エネルギー分野に関し、光起電力セル及びその製造方法、光起電力モジュールを提供する。【解決手段】光起電力セルは、ベースと、ベースの第１面に位置し、ベースの第１面の法線に垂直な方向において、互いに交差して間隔を置いて設置された第１エリアと第２エリアを有するパッシベーション層とを備え、第１エリアと第２エリアには、同じ種類のドーピング元素がドープされ、第２エリアは、ベースから離れた基準面を有し、基準面の中心に沿って第２エリアに隣接する第１エリアに指向する方向、及び、基準面の中心に沿ってベースに指向する方向において、ドーピング元素の第２エリアにおけるドーピング濃度は、いずれも徐々に低下する傾向にあり、ドーピング元素の第１エリアにおけるドーピング濃度は、第２エリアにおける最小のドーピング濃度以下である。【選択図】図１

Description

本願は、太陽エネルギー分野に関し、特に、光起電力セル（ＰＶセル）及びその製造方法、光起電力モジュールに関する。
光起電力セルは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する半導体装置である。表面再結合と金属接触再結合を効果的に低減するために、選択キャリアの原理に基づくトンネル酸化層パッシベーションコンタクト太陽電池技術の適用を開始するメーカーが増えている。電極とベースとの良好なオーミックコンタクトと、太陽光が入射する部位における短波長帯のスペクトルレスポンスの向上とを兼ね備える必要があるため、パッシベーション層における電極に正対する領域は高いドーピング濃度であり、パッシベーション層における光照射される領域は低いドーピング濃度であることが望ましい。
しかしながら、ドーピングプロセスの影響により、パッシベーション層におけるドーピング元素の濃度に急変現象が存在し、ドーピング元素濃度の高い領域からドーピング元素濃度の低い領域までの電位差が急変し、パッシベーション層によるベースへのパッシベーション効果に影響する。
本願実施例は、少なくとも第１エリアの光吸収率を低下させるとともに、、パッシベーション層によるベースへのパッシベーション効果を高めて、光起電力セルの光電変換効率を向上させるのに有利な光起電力セル及びその製造方法、光起電力モジュールを提供する。
本願の幾つかの実施例によれば、本願実施例の一態様は光起電力セルが提供され、ベースと、前記ベースの第１面に位置し、前記ベースの第１面の法線に垂直な方向において、隣接する第１エリアと第２エリアを有するパッシベーション層とを備え、前記第１エリアと前記第２エリアには、同じ種類のドーピング元素がドープされ、前記第２エリアは、前記ベースから離れた基準面を有し、前記基準面の中心に沿って前記第２エリアに隣接する前記第１エリアに指向する方向、及び、前記基準面の中心に沿って前記ベースに指向する方向において、前記ドーピング元素の前記第２エリアにおけるドーピング濃度は、いずれも徐々に低下する傾向にあり、前記ドーピング元素の前記第１エリアにおけるドーピング濃度は、前記第２エリアにおける最小のドーピング濃度以下である。
幾つかの実施例では、前記第２エリアは、第３エリア、第４エリア及び第５エリアを含み、前記ドーピング元素の前記第３エリアにおけるドーピング濃度は、前記第４エリアにおけるドーピング濃度よりも大きく、前記ドーピング元素の前記第４エリアにおけるドーピング濃度は、前記第５エリアにおけるドーピング濃度よりも大きく、前記第３エリアは、前記第４エリアよりも前記基準面の中心に近く、前記第４エリアは、前記第５エリアよりも前記基準面の中心に近い。
幾つかの実施例では、前記光起電力セルは、少なくとも前記基準面の一部領域に位置する電極をさらに備える。
幾つかの実施例では、前記ドーピング元素の前記第２エリアにおける最大ドーピング濃度と、前記第１エリアにおける最大ドーピング濃度との比は、３～４の範囲である。
幾つかの実施例では、前記ドーピング元素の前記第１エリアにおけるドーピング濃度の範囲は、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１．５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、前記ドーピング元素の前記第２エリアにおける最大ドーピング濃度の範囲は、３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～４×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、且つ、前記ドーピング元素の前記第２エリアにおける最小ドーピング濃度の範囲は、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１．５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３である。
幾つかの実施例では、前記第１エリアにおける結晶粒サイズは、前記第２エリアにおける結晶粒サイズよりも大きい。
幾つかの実施例では、前記第２エリアにおける結晶粒サイズに対する前記第１エリアにおける結晶粒サイズの比は、１０～３０の範囲である。
幾つかの実施例では、前記第１エリアにおける結晶粒サイズは、１００ｎｍ～３００ｎｍであり、前記第２エリアにおける結晶粒サイズは、１０ｎｍ～３０ｎｍである。
幾つかの実施例では、前記第１エリアにおける粒界数は、前記第２エリアにおける粒界数よりも少ない。
幾つかの実施例では、前記第１エリアにおける粒界数に対する前記第２エリアにおける粒界数の比は、２０～１００の範囲である。
幾つかの実施例では、前記第１エリアにおける粒界数は、５～１０個／μｍ２であり、前記第２エリアにおける粒界数は、１００～５００個／μｍ２である。
幾つかの実施例では、前記第１エリアにおける転位密度は、前記第２エリアにおける転位密度よりも小さい。
本願の幾つかの実施例によれば、本願実施例の別の態様は光起電力セルの製造方法が提供され、ベースを提供することと、前記ベースの第１面に初期パッシベーション層を形成することと、ドーピングプロセスにより前記初期パッシベーション層の異なる領域に対して異なる処理を行って、パッシベーション層を形成し、かつ、前記ベースの第１面の法線に垂直な方向において、前記パッシベーション層が、互いに交差して間隔を置いて設置された第１エリアと第２エリアを有するようにすることと、を含み、ここで、前記第１エリアと前記第２エリアには、同じ種類のドーピング元素がドープされ、前記第２エリアは、前記ベースから離れた基準面を有し、前記基準面の中心に沿って前記第２エリアに隣接する前記第１エリアに指向する方向、及び、前記基準面の中心に沿って前記ベースに指向する方向において、前記ドーピング元素の前記第２エリアにおけるドーピング濃度は、いずれも徐々に低下する傾向にあり、前記ドーピング元素の前記第１エリアにおけるドーピング濃度は、前記第２エリアにおける最小のドーピング濃度以下である。
幾つかの実施例では、前記パッシベーション層を形成するステップは、第１ドーピングプロセスで前記初期パッシベーション層を処理することにより、前記ドーピング元素がドーピングされた初期第１エリアを形成することと、前記初期第１エリアの一部領域が前記第２エリアに変換され、残りの前記初期第１エリアが前記第１エリアとされるように、レーザドーピングプロセスにより前記初期第１エリアの一部領域を処理することと、を含む。
本願の幾つかの実施例によれば、本願実施例の別の態様は光起電力モジュールが提供され、上記のいずれか１項に記載の光起電力セル、または上記のいずれか１項に記載の製造方法により製造された光起電力セルを複数接続してなるセルストリングと、前記セルストリングの表面を覆うためのシーラントフィルムと、前記シーラントフィルムの前記セルストリングから離れた面を覆うためのカバープレートとを備える。
本願実施例により提供される技術案は、少なくとも以下の利点を有する。
パッシベーション層では、第１エリアに沿って第２エリアに指向する方向において、第２エリアにおけるドーピング元素のドーピング濃度が徐々に高くなる傾向にあり、ドーピング元素の第１エリアにおけるドーピング濃度が第２エリアにおける最小のドーピング濃度よりも小さいということは、第１エリアから第２エリアに至る過程および第２エリアにおいて、キャリア輸送の障壁がいずれも徐々に小さくなることを意味し、急変が無いと、第２エリアにおける空乏化領域の幅がより広くなり、少数キャリアのライフタイムが長くなり、より多くの少数キャリアを第２エリアにより収集することができる。このように、少数キャリアの消費を低減することに有利であり、それにより、第２エリアのベースに対するパッシベーション効果を高めて、電極とベースとの間の再結合電流密度を低減するのに有利となり、光起電力セルの光電変換効率を向上させ、光起電力セルの開放電圧および飽和電流を高める上で有利となる。
そして、第２エリアの内部に沿って基準面の中心に指向する方向において、第２エリアにおけるドーピング元素のドーピング濃度も徐々に高くなる傾向にあり、第２エリアから電極に至る過程でキャリア輸送の障壁も徐々に小さくなることを意味し、多数キャリアの輸送抵抗を低減し、第２エリアと電極との間での多数キャリアの輸送効率を高めることに有利であり、これにより光起電力セルの光電変換効率をさらに向上する。
また、第２エリアの基準面は、電極と接触するために用いられ、第２エリアの電極との接触箇所におけるドーピング元素の濃度を高く確保しつつ、第１エリアにおけるドーピング元素のドーピング濃度を低く確保している。このように、第２エリアの材料を電極の接触により整合させて、第２エリアと電極との間の接触抵抗を低くすることにより、第２エリアと電極との間の多数キャリアの輸送効率を高めて、光起電力セルの曲線因子（フィルファクター）を向上させるのに有利である。一方、第１エリアにおけるドーピング元素のドーピング濃度を下げて第１エリアにおける光の吸収率を減らし、光起電力セルの光利用率を向上させるのに有利である。
一つ又は複数の実施例は、対応する添付の図面における図で例示的に説明されるが、これらの例示的な説明は、実施例を限定するものではなく、図面における同じ参照符号を付したものは、類似の要素として表され、特に断りのない限り、添付の図面における図は縮尺に制限されない。本願の実施例や従来技術の技術案をより明確に説明するために、以下では、実施例において使用する必要がある図面を簡単に紹介するが、自明なように、以下の説明における図面は、本願の幾つかの実施例に過ぎず、当業者にとっては、創造的な労働を伴わずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることも可能である。
図１は、本願の一実施例による光起電力セルの構成を示す図である。 図２は、本願の一実施例による光起電力セルにおいて、ドーピング元素の第１エリア、第２エリア及びベースにおけるドーピング濃度変化を示すグラフである。 図３は、本願の実施例による光起電力セルの製造方法の各ステップに対応する構成を示す図である。 図４は、本願の実施例による光起電力セルの製造方法の各ステップに対応する構成を示す図である。 図５は、本願の実施例による光起電力モジュールの構成を示す図である。
背景技術から、パッシベーション層による光への吸収率を低下させると同時に、パッシベーション層によるベースへのパッシベーション効果が高まる必要があり、光起電力セルの光電変換効率が向上する必要があることが分かった。
分析したところ、光起電力セルの光電変換効率を向上させるためには、パッシベーション層における電極と接触していない領域へのドーピング元素のドーピング濃度を低くして、当該領域における光の吸収率を低減する必要がある一方で、パッシベーション層における電極と接する領域へのドーピング元素のドーピング濃度を高くして、パッシベーション層と電極との間にオーミックコンタクトを形成し、パッシベーション層と電極との間のコンタクト抵抗を低下させる必要があることを見出した。
しかしながら、電極と接触していない領域と、電極と接触している領域との間のドーピング元素の濃度差が大きいため、ドーピング元素濃度は、電極と接触していない領域と、電極と接触している領域との間で急変が存在し、２つの領域間の電位差が急変するため、２つの領域でキャリアが複合しやすくなるだけでなく、電極と接触していない領域から電極と接触している領域へキャリアが移動する抵抗も大きくなり、パッシベーション層におけるキャリアの輸送効率が低下する。
本願実施例は、光起電力セル及びその製造方法、光起電力モジュールを提供し、光起電力セルにおいて、第１エリアに沿って第２エリアに指向する方向において、ドーピング元素のドーピング濃度が徐々に高くなる傾向を示し、且つドーピング元素の第１エリアにおけるドーピング濃度が第２エリアにおける最小ドーピング濃度よりも小さいということは、第１エリアから第２エリアに至る過程及び第２エリアにおいて、キャリア輸送の障壁が徐々に小さくなり、急変がないことを意味し、第２エリアにより広い空乏化領域幅を持たせ、少数キャリアのライフタイムを長くするのに有利であり、より多くの少数キャリアが第２エリアに収集されることができる。このように、少数キャリアの消費を低減することに有利であり、それにより、第２エリアのベースに対するパッシベーション効果を高めて、電極とベースとの間の再結合電流密度を低減するのに有利となり、光起電力セルの光電変換効率を向上させ、光起電力セルの開放電圧および飽和電流を高める上で有利となる。そして、第２エリアの内部に沿って基準面の中心に指向する方向において、第２エリアにおけるドーピング元素のドーピング濃度も徐々に高くなる傾向にあり、第２エリアから電極に至る過程でキャリア輸送の障壁も徐々に小さくなることを意味し、多数キャリアの輸送抵抗を次第に下げて、第２エリアと電極との間での多数キャリアの輸送効率を高めることに有利であり、これにより、光起電力セルの光電変換効率を向上させる。
また、第２エリアの基準面は、電極と接触するために用いられ、第２エリアの電極との接触箇所におけるドーピング元素の濃度を高く確保しつつ、第１エリアにおけるドーピング元素のドーピング濃度を低く確保している。このように、第２エリアの材料を電極の接触により整合させて、第２エリアと電極との間の接触抵抗を低くし、第２エリアと電極との間の多数キャリアの輸送効率を高め、光起電力セルの曲線因子（フィルファクター）を向上させるのに有利である一方で、第１エリアにおけるドーピング元素のドーピング濃度を下げて第１エリアにおける光の吸収率を減らし、光起電力セルの光利用率を向上させるのに有利である。
以下、本願の各実施例について図面を参照して詳細に説明する。しかしながら、当業者は理解できるが、読者に本願をより良く理解させるために、本願の各実施例において多数の技術的細部が提案されているが、これらの技術的細部がなくても、以下の各実施例に基づく種々の変更や修正によっても、本願実施例が保護を要求している技術案を実現することができる。
本願の一実施例は、光起電力セルを提供するものであり、以下、本願の一実施例により提供される光起電力セルについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本願の一実施例による光起電力セルの構成を示す図であり、図２は、本願の一実施例による光起電力セルにおいて、ドーピング元素の第１エリア、第２エリア及びベースにおけるドーピング濃度変化を示すグラフである。
図１を参照して、光起電力セルは、ベース１００と、ベース１００の第１面に位置し、ベース１００の法線方向Ｙに垂直な方向Ｘに沿って、互いに交差して間隔を置いて設置された第１エリア１１１と第２エリア１２１を有するパッシベーション層１０１とを備え、第１エリア１１１と第２エリア１２１には、同じ種類のドーピング元素がドープされ、第２エリア１２１は、ベース１００から離れた基準面ａを有し、基準面ａの中心に沿って第１エリア１１１に指向する方向、及び、基準面ａの中心に沿ってベース１００に指向する方向Ｙにおいて、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度は、いずれも徐々に低下する傾向にあり、ドーピング元素の第１エリア１１１におけるドーピング濃度は、第２エリア１２１における最小のドーピング濃度以下である。
一方、第１エリア１１１に沿って第２エリア１２１に指向する方向、すなわち方向Ｘにおいて、第２エリア１２１におけるドーピング元素のドーピング濃度が徐々に高くなる傾向を示すと、第１エリア１１１から第２エリア１２１に至る過程および第２エリア１２１において、キャリア輸送の障壁がともに徐々に小さくなることが理解される。一方、基準面は後に電極と接触するために用いられ、ベース１００内部に沿って基準面ａの中心に指向する方向において、第２エリア１２１におけるドーピング元素のドーピング濃度も徐々に高くなる傾向を示すと、第２エリア１２１から電極に至る過程において、キャリア輸送の障壁も徐々に小さくなり、多数キャリアの輸送抵抗を低減して、パッシベーション層１０１と電極との間での多数キャリアの輸送効率を高め、光起電力セルの光電変換効率をさらに向上させるのに有利である。
また、第１エリア１１１に沿って第２エリア１２１に指向する方向Ｘにおいて、第２エリア１２１におけるドーピング元素のドーピング濃度が徐々に高くなる傾向にあり、ドーピング元素の第１エリア１１１におけるドーピング濃度が、第２エリア１２１における最小のドーピング濃度よりも小さいと、第１エリア１１１と第２エリア１２１との間でドーピング元素のドーピング濃度の急変がなく、少数キャリアのライフタイムを長くするのに有利であり、より多くの少数キャリアが第２エリア１２１に収集されることができ、第２エリア１２１によるベース１００へのパッシベーション効果を高め、光起電力セルの開放電圧および飽和電流を高めることができる。また、基準面ａにおけるドーピング元素の濃度が高いことを確保するとともに、第１エリア１１１におけるドーピング元素のドーピング濃度が低いことを確保することは、第２エリア１２１と電極との間の接触抵抗を低下させると同時に、第１エリア１１１の光に対する吸収率を低減し、光起電力セルの光に対する利用率を向上させるのに有利である。
以下、図面を参照して本願の実施例をより詳細に説明する。
幾つかの実施例では、ベース１００はシリコンベースであってもよく、シリコンベースの材料は、シリコン単結晶、ポリシリコン、アモルファスシリコン、または微結晶シリコンの一種または複数種を含み得る。幾つかの実施例では、ベースの材料は炭素単体、有機材料、または多価化合物であってもよい。多価化合物は、ペロブスカイト、ガリウム砒素、カドミウムテルル、銅インジウムセレン等を含み得るが、これらに限定されない。また、前面の光反射を低減し、光の吸収利用率を高め、太陽電池の変換効率を向上させるために、ベース１００の前面をピラミッドパイル面としてもよい。
なお、ベース１００は、対向する前面と裏面とを有し、片面電池にとっては、前面が受光面で、裏面がバックライト面であってもよく、両面電池にとっては、前面と裏面の両方が受光面であってもよい。幾つかの実施例では、ベース１００におけるパッシベーション層１０１と接触する表面は、裏面である。
幾つかの実施例では、パッシベーション層１０１の材料は、ドープドポリシリコンであってもよい。第１エリア１１１と第２エリア１２１の材料は、いずれもドープドポリシリコンであってもよく、両者がドープしたドーピング元素の濃度が異なると、第１エリア１１１と第２エリア１２１は、半導体元素で構成された同一の膜層構造を利用して形成することができ、第１エリア１１１と第２エリア１２１とが一体構造であることにより、第１エリア１１１と第２エリア１２１との界面準位欠陥の改善に有利であり、第１エリア１１１と第２エリア１２１との間でキャリアが移動する際に、界面での欠陥によるキャリアの再結合が生じる確率を低減するのに有利である。
幾つかの実施例では、ドーピング元素は、Ｐ型ドーピング元素またはＮ型ドーピング元素であってもよい。そのうち、Ｐ型ドーピング元素は、ホウ素元素、アルミニウム元素、ガリウム元素、インジウム元素、またはタリウム元素の少なくとも一つを含んでもよく、Ｎ型ドーピング元素は、リン元素、砒素元素、アンチモン元素、またはビスマス元素の少なくとも一つを含んでもよい。幾つかの実施例では、パッシベーション層１０１におけるドーピング元素は、ベース１００におけるドーピング元素と同じタイプであることが好ましい。パッシベーション層１０１は、フィールドパッシベーション層としてフィールドパッシベーション効果を実現する。
幾つかの実施例では、基準面ａの中心に沿ってベース１００に指向する方向Ｙ（すなわち、ベース１００の第１面の法線方向）において、パッシベーション層１０１の厚さは、３０ｎｍ～１５０ｎｍの範囲である。
幾つかの実施例では、パッシベーション層１０１は、ベース１００と直接接触しており、パッシベーション層１０１の少なくとも一部の領域は、ベース１００の表面を覆っている。
他の幾つかの実施例では、パッシベーション層１０１とベース１００との間には、トンネル層である薄い誘電体層（図１に図示せず）が設けられ、キャリアがトンネル効果でパッシベーション層１０１に輸送されることを実現し、薄い誘電体層は、ベース１００の表面を化学的にパッシベーションしてベース１００の界面準位欠陥を低減することに有利である。幾つかの実施例では、基準面ａの中心に沿ってベース１００に指向する方向Ｙにおいて、薄い誘電体層の厚さは０．５ｎｍ～２．５ｎｍである。幾つかの実施例では、薄い誘電体層の材料は酸化シリコンである。
幾つかの実施例では、図１を参照して、光起電力セルは、基準面ａの少なくとも一部の領域に位置する電極１０２をさらに備えてもよい。
なお、図１では、電極１０２が基準面ａの一部領域に接触接続され、電極１０２が第２エリア１２１に埋め込まれていないことを例に挙げているが、実用上では、電極１０２は基準面ａの全体を覆っていてもよく、あるいは、電極１０２は第２エリア１２１に埋め込まれていてもよい。
幾つかの実施例では、図１および図２を参照して、第２エリア１２１は、第３エリア１３１、第４エリア１４１、および第５エリア１５１を含んでもよい。ドーピング元素の第３エリア１３１におけるドーピング濃度は、第４エリア１４１におけるドーピング濃度よりも大きく、ドーピング元素の第４エリア１４１におけるドーピング濃度は、第５エリア１５１におけるドーピング濃度よりも大きい。つまり、ドーピング元素の第３エリア１３１におけるドーピング濃度、第４エリア１４１におけるドーピング濃度、および第５エリア１５１におけるドーピング濃度は、順次減少している。ここで、第３エリア１３１は、第４エリア１４１よりも基準面ａの中心に近く、第４エリア１４１は、第５エリア１５１よりも基準面ａの中心に近い。第３エリア１３１は、基準面ａの中央領域を含み、第２エリア１２１の内部に向けて突出してもよい。第４エリア１４１は、基準面ａの残り領域の一部領域（基準面ａの残り領域とは、基準面ａにおける中央領域を除く領域である。）を含み、第３エリア１３１における基準面ａの中央領域を除く他の表面を覆っている。残りの第２エリア１２１（第２エリアの、第３エリアと第４エリアを除いた残りの部分を指す。）は、第５エリア１５１とされる。
第３エリア１３１、第４エリア１４１、および第５エリア１５１は、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度に勾配分布をもたせており、第３エリア１３１から第５エリア１５１までドーピング濃度が徐々に低下し、第５エリア１５１の第１エリア１１１との接触箇所におけるドーピング濃度に急変がなく、すなわち第５エリア１５１におけるドーピング濃度が第１エリア１１１におけるドーピング濃度と一致するまで徐々に低下していることが理解される。
このように、一方で、ドーピング元素の濃度が低濃度界面から高濃度界面にかけて徐々に高くなる傾向を示すと、キャリア輸送の障壁が徐々に小さくなり、パッシベーション層において階段接合（ａｂｒｕｐｔ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）が現れないようにして、少数キャリアが階段接合で消費されるのを回避し、すなわち、パッシベーション層１０１における空乏領域の幅を広くして少数キャリアのライフタイムを長くすることに有利であり、第２エリア１２１によるベース１００へのパッシベーション効果を増強し、電極１０２とベース１００との間の再結合電流密度をさらに低減して、光起電力セルの開放電圧および飽和電流を高め、光起電力セルの光電変換効率を向上させることに有利となる。一方、第２エリア１２１におけるドーピング元素のドーピング濃度を台形分布とすることで、電極１０２の第２エリア１２１との接触箇所におけるドーピング元素のドーピング濃度をさらに向上させるとともに、第１エリア１１１におけるドーピング元素のドーピング濃度を低くすることに有利であり、これにより、第２エリア１２１と電極との接触抵抗を低くしつつ、第１エリア１１１の光に対する吸収率を低くして、第２エリア１２１と電極との間での多数キャリアの輸送効率を高めつつ、光起電力セルの光利用効率を高めて、光起電力セルの光電変換効率を向上させることに有利である。
なお、図２は、基準面ａの中心に沿ってベース１００の内部に指向する方向Ｙにおいて、第１エリア１１１および第１エリア１１１に正対するベース１００の部分におけるドーピング元素のドーピング濃度分布グラフ、および、第２エリア１２１および第２エリア１２１に正対するベース１００の部分におけるドーピング元素のドーピング濃度分布グラフを示した。ここで、第１エリア１１１に正対するベース１００の部分とは、第１エリア１１１のベース１００上への正射影と重なるベース１００の部分を指し、第２エリア１２１に正対するベース１００の部分とは、第２エリア１２１のベース１００上への正射影と重なるベース１００の部分を指す。
幾つかの実施例では、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度の最大値と、第１エリア１１１におけるドーピング濃度の最大値との比は、３～４の範囲であってもよい。例えば、３．１、３．２１、３．３、３．４５、３．５、３．６４、３．７５、３．８２、３．９である。
ドーピングプロセスの制限により、第１エリア１１１におけるドーピング元素のドーピング濃度にも微細なばらつきが存在することが理解される。また、第１エリア１１１におけるドーピング濃度の最大値に対する、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度の最大値の比が３未満であると、第１エリア１１１のドーピング濃度を小さく保った際に、ドーピング元素の第２エリア１２１における最大のドーピング濃度、すなわち基準面ａにおけるドーピング濃度が十分に大きくならず、第２エリア１２１と電極１０２との間の接触抵抗が依然として大きく、第２エリア１２１と電極１０２との間における多数キャリアの輸送効率を高めるのに不利である。第１エリア１１１におけるドーピング濃度の最大値に対する、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度の最大値の比が４よりも大きいと、ドーピング元素のドーピング濃度を基準面ａにおけるドーピング濃度から、第２エリア１２１と第１エリア１１１との接触箇所におけるドーピング濃度まで徐々に低下させる必要があるため、ドーピング濃度を徐々に低下させるための、第３エリア１３１、第４エリア１４１および第５エリア１５１のレイアウト体積を増大させる必要があり、基準面ａの中心に沿ってベース１００に指向する方向Ｙにおけるパッシベーション層１０１の厚さが増大し、光起電力セルの小型化に不利である。したがって、第２エリア１２１におけるドーピング元素の高いドーピング濃度とパッシベーシヨン層のサイズとを総合的に考慮して、第１エリア１１１におけるドーピング濃度の最大値に対するドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度の最大値の比を３～４の範囲に設計することで、第２エリア１２１と電極１０２との間の接触抵抗を低減しつつ、光起電力セルの小型化を図る上で有利となる。
図２を参照して、幾つかの実施例では、ドーピング元素の第１エリア１１１におけるドーピング濃度の範囲は、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１．５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。一例では、ドーピング元素の第１エリア１１１におけるドーピング濃度は、１．１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。
幾つかの実施例では、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度の最大値の範囲は、３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～４×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。一例では、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度の最大値は、３．５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。
幾つかの実施例では、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度の最小値の範囲は、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１．５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。一例では、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度の最小値は、１．１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。
幾つかの実施例では、第１エリア１１１における結晶粒サイズは、第２エリア１２１における結晶粒サイズよりも大きくてもよい。
結晶粒サイズが小さいほど、同じサイズでの膜層中の粒界数が多くなり、粒界は、構造が同じであって配向が異なる異なる結晶粒同士の界面であると理解できる。一方、粒界が電子導通の経路として、第２エリア１２１における結晶粒サイズが小さいほど、粒界数が多くなるため、第２エリア１２１はより多くの光生成キャリアを横方向に収集することができ、光起電力セルの飽和電流を高めて、光起電力セルの光電変換効率を向上させることができる。一方、結晶粒サイズは、通常、膜層の物性に影響を及ぼし、一定体積の中で膜層の結晶粒が多いほど、膜層の変形抵抗力が大きくなり、例えば、マイクロクラックが粒界を通過するにはより多くのエネルギーを消費する必要があるため、結晶粒サイズがより小さい第２エリア１２１は、より強い引張強度を有し、ブリスターし難い。
幾つかの実施例では、第２エリア１２１における結晶粒サイズに対する、第１エリア１１１における結晶粒サイズの比は、１０～３０の範囲であってもよい。例えば、１１．８、１２．６、１３．１、１４．５、１５．３、１６、１７．４、１８．２、１９、１９．５、２２、２４、２６．３、２７、２９．１などである。
第２エリア１２１における結晶粒サイズに対する第１エリア１１１における結晶粒サイズの比の範囲が１０よりも小さいと、第１エリア１１１における結晶粒サイズと第２エリア１２１における結晶粒サイズとの差が十分に大きくならず、第２エリア１２１に横方向により多くの光生成キャリアを収集させて、光起電力セルの飽和電流を高めるのに不利であることが理解される。第２エリア１２１における結晶粒サイズに対する第１エリア１１１における結晶粒サイズの比の範囲が４０よりも大きいと、第２エリア１２１の結晶粒サイズが要請に応えることを確保した際に、第１エリア１１１の結晶粒サイズが大きすぎて、第１エリア１１１の引張強度が低くなりすぎて、パッシベーション層１０１全体の引張強度が低下する。したがって、第２エリア１２１の結晶粒サイズ及びパッシベーション層１０１全体の引張強度を総合的に考慮して、第２エリア１２１における結晶粒サイズに対する第１エリア１１１における結晶粒サイズの比の範囲を１０～３０に設計することは、光起電力セルの飽和電流を高めるとともに、パッシベーション層１０１全体の引張強度を高めるのに有利である。
幾つかの実施例では、第１エリア１１１における結晶粒サイズは、１００ｎｍ～３００ｎｍであってもよい。幾つかの実施例では、第２エリア１２１における結晶粒サイズは、１０ｎｍ～３０ｎｍであってもよい。
幾つかの実施例では、第１エリア１１１における粒界数は、第２エリア１２１における粒界数よりも小さくてもよい。
以上の分析から、第２エリア１２１の粒界数はより多く、第２エリア１２１が横方向により多くの光生成キャリアを収集することを促して光起電力セルの飽和電流を高めるのに有利であることがわかる。
幾つかの実施例では、第１エリア１１１における粒界数に対する第２エリア１２１における粒界数の比は、２０～１００の範囲である。上記の分析から、第１エリア１１１における結晶粒界数に対する第２エリア１２１における結晶粒界数の比の範囲が２０未満であると、第１エリア１１１における結晶粒サイズと第２エリア１２１における結晶粒サイズとの差が十分に大きくなく、光起電力セルの飽和電流を高めるように第２エリア１２１が横方向により多くの光生成キャリアを収集することを促進するのに不利となる。第１エリア１１１における粒界数に対する第２エリア１２１における粒界数の比の範囲が１００よりも大きいと、第２エリア１２１の結晶粒サイズが要請に応えることを確保した際に、第１エリア１１１の結晶粒サイズが大き過ぎて、第１エリア１１１の引張強度が低くなり過ぎて、パッシベーション層１０１全体の引張強度が低下する。このため、第１エリア１１１における粒界数に対する第２エリア１２１における粒界数の比の範囲を２０～１００とすることは、光起電力セルの飽和電流を高めるとともに、パッシベーション層１０１全体の引張強度を高めるのに有利である。
幾つかの実施例では、第１エリア１１１における粒界数は、５～１０個／μｍ２である。幾つかの実施例では、第２エリア１２１における粒界数は、１００～５００個／μｍ２である。
幾つかの実施例では、第１エリア１１１における転位密度は、第２エリア１２１における転位密度よりも小さい。
幾つかの実施例では、第１エリア１１１における転位密度に対する第２エリア１２１における転位密度の比は、２～４の範囲である。例えば、２．２、２．４、２．６、２．８、３、３．１、３．３、３．５、３．７、３．９などである。
幾つかの実施例では、第１エリア１１１における転位密度は、５～１０個／μｍ２である。幾つかの実施例では、第２エリア１２１における転位密度は、１０～２０個／μｍ２である。
以上のように、第１エリア１１１に沿って第２エリア１２１に指向する方向Ｘにおいて、ドーピング元素のドーピング濃度が徐々に高くなる傾向を示し、キャリア輸送の障壁が徐々に小さくなり、少数キャリアのライフタイムを長くするのに有利となり、第２エリア１２１によるベース１００へのパッシベーション効果を増強し、電極１０２とベース１００との間の再結合電流密度を低減するのに有利となり、光起電力セルの光電変換効率を向上させて、光起電力セルの開放電圧および飽和電流を高めるのに有利となる。そして、ベース１００に沿って基準面ａの中心に指向する方向において、第２エリア１２１におけるドーピング元素のドーピング濃度も徐々に高くなる傾向にあり、第２エリア１２１から電極１０２に至る過程においてキャリア輸送の障壁も徐々に小さくなることを意味し、多数キャリアの輸送抵抗を次第に下げて、第２エリア１２１と電極１０２との間の多数キャリアの輸送効率を高めるのに有利となる。また、一方で、第２エリア１２１の電極１０２との接触箇所におけるドーピング元素濃度を高く確保することで、第２エリア１２１と電極１０２との間の接触抵抗を低下させて、光起電力セルの曲線因子を高めるのに有利となる。一方、第１エリア１１１におけるドーピング元素のドーピング濃度を低く確保することは、第１エリア１１１におけるドーピング元素のドーピング濃度を低くして、第１エリア１１１の光吸収率を減らし、光起電力セルの光利用率を高めることに有利である。
本願の実施例は、前記実施例に係る光起電力セルを製造するための光起電力セルの製造方法をさらに提供する。以下、図面を参照して本願の別の実施例による光起電力セルの製造方法について詳細に説明する。図３～図４は、本願の別の実施例に係る光起電力セルの製造方法の各ステップに対応する構成を示す図である。なお、前記実施例と同一または対応する部分については説明を省略する。
図３、図４及び図１を参照して、光起電力セルの製造方法は、以下のステップを含む。
図３を参照して、ベース１００が提供される。幾つかの実施例では、ベース１００の第１面をピラミッドパイル面とすることができる。ピラミッドパイル面とされるベース１００を形成するステップは、初期ベースを提供し、初期ベースに対して洗浄を行い、湿式化学的エッチングによって初期ベースの第１面にピラミッドパイル面を作製し、ベース１００を形成することを含む。
引き続き図３を参照して、ベース１００の第１面に初期パッシベーション層１６１を形成する。
幾つかの実施例では、初期パッシベーシヨン層１６１の材料は、ポリシリコンである。幾つかの実施例では、低圧化学気相成長法を用いてベース１００の第１面に初期パッシベーシヨン層１６１を形成してもよい。
図３、図４及び図１を参照して、ドーピングプロセスにより初期パッシベーション層１６１の異なる領域に対して異なる処理を行って、パッシベーション層１０１を形成し、かつ、ベース１００の第１面の法線に垂直な方向Ｘにおいて、パッシベーション層１０１は、互いに交差して間隔を置いて設置された第１エリア１１１と第２エリア１２１を含む。ここで、第１エリア１１１と第２エリア１２１には、同じ種類のドーピング元素がドープされており、第２エリア１２１は、ベース１００から離れた基準面ａを有し、基準面ａの中心に沿って第１エリア１１１に指向する方向、および、基準面ａの中心に沿ってベース１００に指向する方向Ｙにおいて、ドーピング元素の第２エリア１２１におけるドーピング濃度は、いずれも徐々に低下する傾向にあり、ドーピング元素の第１エリア１１１におけるドーピング濃度は、第２エリア１２１における最小のドーピング濃度以下である。
幾つかの実施例では、パッシベーション層１０１を形成するステップは、図３および図４を参照して、第１ドーピングプロセスで初期パッシベーション層１６１を処理することにより、ドーピング元素がドーピングされた初期第１エリア１７１を形成することと、図４および図１を参照して、初期第１エリア１７１の一部領域が第２エリア１２１に変換され、残りの初期第１エリア１７１が第１エリア１１１とされるように、レーザドーピングプロセスにより初期第１エリア１７１の一部領域を処理することと、を含む。
幾つかの実施例では、製造方法は、ベース１００を形成した後、パッシベーション層１０１を形成する前に、ベース１００とパッシベーション層１０１との間に位置するトンネル層（図示せず）を形成することをさらに含んでもよく、トンネル層は、ベース１００の表面を化学的にパッシベーションしてベース１００の界面準位欠陥を低減するのに有利である。
幾つかの実施例では、図１を引き続き参照して、製造方法は、パッシベーション層１０１を形成した後、少なくとも基準面ａの一部領域に位置する電極１０２を形成することをさらに含んでもよい。
以上のように、本願の上記実施例による光起電力セルの製造方法により形成される光起電力セルでは、第１エリア１１１に沿って第２エリア１２１に指向する方向Ｘにおいて、ドーピング元素のドーピング濃度が徐々に高くなる傾向を示し、キャリア輸送の障壁が徐々に小さくなり、少数キャリアのライフタイムを長くするのに有利となり、第２エリア１２１によるベース１００へのパッシベーション効果を増強し、電極１０２とベース１００との間の再結合電流密度を低減するのに有利となり、光起電力セルの光電変換効率を向上させて、光起電力セルの開放電圧および飽和電流を高めるのに有利となる。そして、ベース１００に沿って基準面ａの中心に指向する方向において、第２エリア１２１におけるドーピング元素のドーピング濃度も徐々に高くなる傾向にあり、第２エリア１２１から電極１０２に至る過程においてキャリア輸送の障壁も徐々に小さくなることを意味し、多数キャリアの輸送抵抗を次第に下げて、第２エリア１２１と電極１０２との間の多数キャリアの輸送効率を高めるのに有利となる。また、一方で、第２エリア１２１の電極１０２との接触箇所におけるドーピング元素濃度を高く確保することで、第２エリア１２１と電極１０２との間の接触抵抗を低下させて、光起電力セルの曲線因子を高めるのに有利となる。一方、第１エリア１１１におけるドーピング元素のドーピング濃度を低く確保することは、第１エリア１１１におけるドーピング元素のドーピング濃度を低くして、第１エリア１１１の光吸収率を減らし、光起電力セルの光利用率を高めることに有利である。
本願の実施例は、受けた光エネルギーを電気エネルギーに変換するための光起電力モジュールをさらに提供する。図５は、本願のさらに別の実施例による光起電力モジュールの構成を示す図である。
図５を参照して、光起電力モジュールは、セルストリング（図示せず）と、シーラントフィルム１４０と、カバーシート１５０とを備える。ここで、セルストリングは、複数の光起電力セル１３０が接続されて形成され、光起電力セル１３０は、前述したいずれかの光起電力セル（図１に示す光起電力セルを含むが、これらに限定されない）であってもよく、または、前述したいずれかの光起電力セルの製造方法によって製造された光起電力セルであってもよく、隣接する光起電力セル１３０間は、伝導バンド（図示せず）により電気的に接続されているとともに、隣接する光起電力セル１３０間の位置関係は、部分的に積層されていてもよいし、互いに接合されていてもよい。シーラントフィルム１４０は、セルストリングの表面を覆って封止するためのものであり、シーラントフィルム１４０は、エチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ、ｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）接着フィルム、ポリエチレンオクテン・エラストマー（ＰＯＥ、ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）接着フィルム、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ、ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）接着フィルム等の有機封止フィルムであってもよい。カバープレート１５０は、シーラントフィルム１４０のセルストリングから離れた面を覆っており、カバープレート１５０は、ガラスカバープレートやプラスチックカバープレートなどの透明または半透明カバープレートであってもよい。
幾つかの実施例では、カバープレート１５０には、入射光の利用率を高めるためのトラップ構造が設けられており、異なるカバープレート１５０のトラップ構造は異なっていてもよい。光起電力モジュールは、高い電流収集能力と低いキャリア再結合率を有し、高い光電変換効率を実現することができる。幾つかの実施例では、光起電力モジュールは、前面が暗い青色または黒色を呈し、より多くのシーンに応用することができる。
幾つかの実施例では、シーラントフィルム１４０及びカバープレート１５０は、光起電力セル１３０の前面にのみ位置し、裏面に位置するシーラントフィルム１４０及びカバープレート１５０が弱い光線に対してさらに遮断及び弱化することを回避する。同時に、光起電力モジュールは、その側辺をシーラントフィルム１４０で完全に被覆する側辺フルパッケージを採用することもでき、これによって、積層過程における光起電力モジュールの積層ずれを防止し、外部環境が光起電力モジュールの側辺を介して光起電力セルの性能に影響を及ぼすこと、例えば水蒸気の侵入を回避する。
以上のように、光起電力モジュールにおける光起電力セルにおいて、第１エリア１１１および第２エリア１２１におけるドーピング元素の濃度分布傾向は、光起電力セル１３０の光電変換効率を向上させるのに有利であるため、複数の光起電力セル１３０が接続されて構成されるセルストリングの光電変換効率の向上、およびセルストリングを備える光起電力モジュールの光電変換効率の向上に有利である。
当業者であれば、前記各実施形態は本願を実現する具体的な実施例であるが、実用上では本願の精神と範囲を逸脱することなく、形態及び細部において様々な変更が可能であることが理解できる。いずれの当業者は、本願の精神と範囲を逸脱しない限り、それぞれ変更及び修正を行うことが可能であるため、本願の保護範囲は、請求項に限定された範囲を基準にすべきである。

Claims (15)

  1. ベースと、
    前記ベースの第１面に位置し、前記ベースの第１面の法線に垂直な方向において、互いに交差して間隔を置いて設置された第１エリアと第２エリアを有するパッシベーション層と、を備え、
    前記第１エリアと前記第２エリアには、同じ種類のドーピング元素がドープされ、前記第２エリアは、前記ベースから離れた基準面を有し、前記基準面の中心に沿って前記第２エリアに隣接する前記第１エリアに指向する方向、及び、前記基準面の中心に沿って前記ベースに指向する方向において、前記ドーピング元素の前記第２エリアにおけるドーピング濃度は、いずれも徐々に低下する傾向にあり、前記ドーピング元素の前記第１エリアにおけるドーピング濃度は、前記第２エリアにおける最小のドーピング濃度以下である、
    ことを特徴とする光起電力セル。
  2. 前記第２エリアは、第３エリア、第４エリア及び第５エリアを含み、前記ドーピング元素の前記第３エリアにおけるドーピング濃度は、前記第４エリアにおけるドーピング濃度よりも大きく、前記ドーピング元素の前記第４エリアにおけるドーピング濃度は、前記第５エリアにおけるドーピング濃度よりも大きく、
    前記第３エリアは、前記第４エリアよりも前記基準面の中心に近く、前記第４エリアは、前記第５エリアよりも前記基準面の中心に近い、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
  3. 少なくとも前記基準面の一部領域に位置する電極をさらに備える、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の光起電力セル。
  4. 前記ドーピング元素の前記第２エリアにおける最大ドーピング濃度と、前記第１エリアにおける最大ドーピング濃度との比は、３～４の範囲である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
  5. 前記ドーピング元素の前記第１エリアにおけるドーピング濃度の範囲は、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１．５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、
    前記ドーピング元素の前記第２エリアにおける最大ドーピング濃度の範囲は、３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～４×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、且つ、
    前記ドーピング元素の前記第２エリアにおける最小ドーピング濃度の範囲は、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１．５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３である、
    ことを特徴とする請求項４に記載の光起電力セル。
  6. 前記第１エリアにおける結晶粒サイズは、前記第２エリアにおける結晶粒サイズよりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
  7. 前記第２エリアにおける結晶粒サイズに対する前記第１エリアにおける結晶粒サイズの比は、１０～３０の範囲である、
    ことを特徴とする請求項６に記載の光起電力セル。
  8. 前記第１エリアにおける結晶粒サイズは、１００ｎｍ～３００ｎｍであり、
    前記第２エリアにおける結晶粒サイズは、１０ｎｍ～３０ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項７に記載の光起電力セル。
  9. 前記第１エリアにおける粒界数は、前記第２エリアにおける粒界数よりも少ない、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
  10. 前記第１エリアにおける粒界数に対する前記第２エリアにおける粒界数の比は、２０～１００の範囲である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光起電力セル。
  11. 前記第１エリアにおける粒界数は、５～１０個／μｍ２であり、
    前記第２エリアにおける粒界数は、１００～５００個／μｍ２である、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光起電力セル。
  12. 前記第１エリアにおける転位密度は、前記第２エリアにおける転位密度よりも小さい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力セル。
  13. ベースを提供することと、
    前記ベースの第１面に初期パッシベーション層を形成することと、
    ドーピングプロセスにより前記初期パッシベーション層の異なる領域に対して異なる処理を行って、パッシベーション層を形成し、かつ、前記ベースの第１面の法線に垂直な方向において、前記パッシベーション層が、互いに交差して間隔を置いて設置された第１エリアと第２エリアを有するようにすることと、を含み、
    ここで、前記第１エリアと前記第２エリアには、同じ種類のドーピング元素がドープされ、前記第２エリアは、前記ベースから離れた基準面を有し、前記基準面の中心に沿って前記第２エリアに隣接する前記第１エリアに指向する方向、及び、前記基準面の中心に沿って前記ベースに指向する方向において、前記ドーピング元素の前記第２エリアにおけるドーピング濃度は、いずれも徐々に低下する傾向にあり、前記ドーピング元素の前記第１エリアにおけるドーピング濃度は、前記第２エリアにおける最小のドーピング濃度以下である、
    ことを特徴とする光起電力セルの製造方法。
  14. 前記パッシベーション層を形成するステップは、
    第１ドーピングプロセスで前記初期パッシベーション層を処理することにより、前記ドーピング元素がドーピングされた初期第１エリアを形成することと、
    前記初期第１エリアの一部領域が前記第２エリアに変換され、残りの前記初期第１エリアが前記第１エリアとされるように、レーザドーピングプロセスにより前記初期第１エリアの一部領域を処理することと、を含む、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の光起電力セルの製造方法。
  15. 請求項１～１２のいずれか１項に記載の光起電力セル、または請求項１３～１４のいずれか１項に記載の製造方法により製造された光起電力セルを接続してなるセルストリングと、
    前記セルストリングの表面を覆うためのシーラントフィルムと、
    前記シーラントフィルムの前記セルストリングから離れた面を覆うためのカバープレートと、を備える、
    ことを特徴とする光起電力モジュール。
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