JP2835415B2 - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、表面に凹凸部を有する
光電変換素子の構造の改良に関するものである。
光電変換素子の構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光電変換装置の一例であるシリコン太陽
電池について説明する。
電池について説明する。
【０００３】シリコン太陽電池において、光電変換効率
の高効率化を図る要素技術の一つとして、表面への凹凸
の形成による表面反射の低減が検討されている。
の高効率化を図る要素技術の一つとして、表面への凹凸
の形成による表面反射の低減が検討されている。
【０００４】従来、シリコン単結晶を用いた太陽電池に
おいては、表面の凹凸は（１００）面をもつ基板に対し
て、アルカリエッチングを行なうことによって形成され
てきた。数％程度のＫＯＨあるいはＮａＯＨ溶液中でエ
ッチングを行なうことによって、シリコン表面は異方性
にエッチングされ、（１１１）面をもつピラミッド状の
凹凸が形成される。
おいては、表面の凹凸は（１００）面をもつ基板に対し
て、アルカリエッチングを行なうことによって形成され
てきた。数％程度のＫＯＨあるいはＮａＯＨ溶液中でエ
ッチングを行なうことによって、シリコン表面は異方性
にエッチングされ、（１１１）面をもつピラミッド状の
凹凸が形成される。
【０００５】一方、低コスト化に有効な多結晶シリコン
太陽電池においては、アルカリエッチングでは均一な凹
凸は形成できない。その理由は、多結晶シリコンにおい
ては結晶方向が様々であるため、（１００）面以外では
ピラミッド形状とはならないためであり、そのため反射
も低減されない。そこで、近年多結晶シリコンにおいて
は、表面反射を低減する方法として、表面にＶ字状また
はＵ字状の断面をもつ溝状の凹凸を加工する方法が開発
された。溝の加工方法としては、レーザ，ダイサー，マ
ルチワイヤーソー等を用いて加工する方法が提案されて
いる。凹凸を形成することによって反射は低減される
が、電極をスクリーン印刷法によって形成する際に、受
光面電極ペーストの広がりによる電極占有率、及び拡散
層への接触面積の増加が問題となる。以下、これについ
て詳しく述べる。
太陽電池においては、アルカリエッチングでは均一な凹
凸は形成できない。その理由は、多結晶シリコンにおい
ては結晶方向が様々であるため、（１００）面以外では
ピラミッド形状とはならないためであり、そのため反射
も低減されない。そこで、近年多結晶シリコンにおいて
は、表面反射を低減する方法として、表面にＶ字状また
はＵ字状の断面をもつ溝状の凹凸を加工する方法が開発
された。溝の加工方法としては、レーザ，ダイサー，マ
ルチワイヤーソー等を用いて加工する方法が提案されて
いる。凹凸を形成することによって反射は低減される
が、電極をスクリーン印刷法によって形成する際に、受
光面電極ペーストの広がりによる電極占有率、及び拡散
層への接触面積の増加が問題となる。以下、これについ
て詳しく述べる。
【０００６】受光面電極の占有率の低減、および受光面
電極の拡散層への接触面積への低減は、シリコン太陽電
池において光電変換効率の高効率化を図る主要な技術と
して検討されたきた。受光面電極の占有率とは、素子表
面の面積に対する電極の占める面積で定義され、これを
低減することによって入射光量が増え、短絡電流を増加
させることができる。接触面積とは、電極が拡散層と接
触している面積を指し、これを低減することによって電
極近傍における再結合が減少し、解放電圧を向上させる
ことができる。
電極の拡散層への接触面積への低減は、シリコン太陽電
池において光電変換効率の高効率化を図る主要な技術と
して検討されたきた。受光面電極の占有率とは、素子表
面の面積に対する電極の占める面積で定義され、これを
低減することによって入射光量が増え、短絡電流を増加
させることができる。接触面積とは、電極が拡散層と接
触している面積を指し、これを低減することによって電
極近傍における再結合が減少し、解放電圧を向上させる
ことができる。
【０００７】太陽電池の受光面電極の形成法としては、
スクリーン印刷法以外に蒸着法等もあるが、低コスト化
を要求される太陽電池においては、スクリーン印刷法が
一般的である。
スクリーン印刷法以外に蒸着法等もあるが、低コスト化
を要求される太陽電池においては、スクリーン印刷法が
一般的である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】スクリーン印刷法にお
いて占有率を低減するためには、微細なパターンを印刷
することが必要である。しかしながら、スクリーン印刷
法における占有率の下限は、印刷可能な最小線幅によっ
て制限され、現状では占有率は５％程度である。また、
表面に凹凸がある場合には、最小印刷線幅は表面が平坦
な場合に比べ太くなり、その結果占有率の下限は、表面
が平坦な場合に比べて大きくなり、短絡電流の減少の原
因となる。
いて占有率を低減するためには、微細なパターンを印刷
することが必要である。しかしながら、スクリーン印刷
法における占有率の下限は、印刷可能な最小線幅によっ
て制限され、現状では占有率は５％程度である。また、
表面に凹凸がある場合には、最小印刷線幅は表面が平坦
な場合に比べ太くなり、その結果占有率の下限は、表面
が平坦な場合に比べて大きくなり、短絡電流の減少の原
因となる。
【０００９】また、スクリーン印刷法において、接触面
積を電極面積より小さくして開放電圧を向上させること
は、従来不可能であった。電極面積に比べ接触面積を減
らすには、電極を形成する予定の部分を一旦酸化膜や窒
化膜等で覆い、これにパターニングをして電極を接触さ
せる部分のみ窓を開け、その上に電極を形成する必要が
ある。これにはフォトリソグラフィ工程などの微細加工
工程が必要となり、スクリーン印刷法では不可能であ
る。さらに、表面に凹凸がある場合には電極面積の増加
に伴い、接触面積も増加し、開放電圧の低下の原因とな
る。
積を電極面積より小さくして開放電圧を向上させること
は、従来不可能であった。電極面積に比べ接触面積を減
らすには、電極を形成する予定の部分を一旦酸化膜や窒
化膜等で覆い、これにパターニングをして電極を接触さ
せる部分のみ窓を開け、その上に電極を形成する必要が
ある。これにはフォトリソグラフィ工程などの微細加工
工程が必要となり、スクリーン印刷法では不可能であ
る。さらに、表面に凹凸がある場合には電極面積の増加
に伴い、接触面積も増加し、開放電圧の低下の原因とな
る。
【００１０】さらに、表面に前述した溝を形成し、その
上にスクリーン印刷法で電極を形成する場合、次のよう
な問題がある。溝に直角方向にペーストを印刷した場
合、ペーストが溝に沿って広がってしまう。その結果、
電極の占有率の増加による短絡電流の減少や、接触面積
の増加による開放電圧の低下を招く。さらには、溝の頂
上の部分でペーストの断線が発生するという点も問題で
ある。一方、溝に平行に電極を印刷した場合は、ペース
トが溝の幅全面に広がり、さらに、電極幅が溝の幅より
も広い部分では、ペーストは隣の溝まで広がってしま
う。また、発生した電流は電極に達するまでに、拡散層
中を溝と垂直な方向に凹凸を越えて流れるため、実質的
に電極までの距離が長くなり、直列抵抗の増加による曲
線因子の低下を招く。
上にスクリーン印刷法で電極を形成する場合、次のよう
な問題がある。溝に直角方向にペーストを印刷した場
合、ペーストが溝に沿って広がってしまう。その結果、
電極の占有率の増加による短絡電流の減少や、接触面積
の増加による開放電圧の低下を招く。さらには、溝の頂
上の部分でペーストの断線が発生するという点も問題で
ある。一方、溝に平行に電極を印刷した場合は、ペース
トが溝の幅全面に広がり、さらに、電極幅が溝の幅より
も広い部分では、ペーストは隣の溝まで広がってしま
う。また、発生した電流は電極に達するまでに、拡散層
中を溝と垂直な方向に凹凸を越えて流れるため、実質的
に電極までの距離が長くなり、直列抵抗の増加による曲
線因子の低下を招く。
【００１１】このように凹凸の形成、特に段差の大きい
溝状の凹凸の加工を行なった太陽電池表面に、スクリー
ン印刷法によって電極を形成するには、以上のような問
題点があり、反射率が低減される利点を十分に生かすこ
とはできなかった。
溝状の凹凸の加工を行なった太陽電池表面に、スクリー
ン印刷法によって電極を形成するには、以上のような問
題点があり、反射率が低減される利点を十分に生かすこ
とはできなかった。
【００１２】以上のように、表面への凹凸の形成は表面
反射の低減には大きな効果があるが、実際には印刷法に
よる電極形成の際にペーストが凹部へ広がり、電極の占
有率および拡散層への接触面積が増加し、短絡電流の減
少や開放電圧の低下があるため、反射低減の効果が変換
効率の向上に十分に寄与できていなかった。
反射の低減には大きな効果があるが、実際には印刷法に
よる電極形成の際にペーストが凹部へ広がり、電極の占
有率および拡散層への接触面積が増加し、短絡電流の減
少や開放電圧の低下があるため、反射低減の効果が変換
効率の向上に十分に寄与できていなかった。
【００１３】本発明の目的は、上記問題点を解決し、凹
凸形成による表面反射の低減に伴う短絡電流の増加の効
果を最大限に生かし、さらに、従来スクリーン印刷法で
は成しえなかった接触面積を電極面積より小さくするこ
とによって、開放電圧を向上させた太陽電池を得ること
にある。
凸形成による表面反射の低減に伴う短絡電流の増加の効
果を最大限に生かし、さらに、従来スクリーン印刷法で
は成しえなかった接触面積を電極面積より小さくするこ
とによって、開放電圧を向上させた太陽電池を得ること
にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の太陽電池は、第
１の導電型の半導体基板の受光面側に形成された多数の
凹凸と、凹凸に沿って形成された第２の導電型の層と、
第２の導電型の層の表面に形成された反射防止膜と、受
光面電極が形成される凸部付近の凹部を埋めて実質的に
平坦化するように凹部に形成された透明絶縁層と、凸部
に沿って形成され凸部のみにおいて第２の導電型の層と
接触する受光面電極とを設けた。
１の導電型の半導体基板の受光面側に形成された多数の
凹凸と、凹凸に沿って形成された第２の導電型の層と、
第２の導電型の層の表面に形成された反射防止膜と、受
光面電極が形成される凸部付近の凹部を埋めて実質的に
平坦化するように凹部に形成された透明絶縁層と、凸部
に沿って形成され凸部のみにおいて第２の導電型の層と
接触する受光面電極とを設けた。
【００１５】
【作用】受光面電極が形成される凸部付近の凹部は透明
絶縁層によって埋められ表面は平坦化されているから、
この上に電極ペーストを印刷した場合、ペーストは実質
的に平らな面に印刷されることになり、ペーストの広が
りは無く、占有率の小さな電極の形成が可能である。ま
た、電極の拡散層への接触は凸部のみであるため、接触
面積は電極の占有面積よりも小さく、開放電圧を向上さ
せることが可能である。
絶縁層によって埋められ表面は平坦化されているから、
この上に電極ペーストを印刷した場合、ペーストは実質
的に平らな面に印刷されることになり、ペーストの広が
りは無く、占有率の小さな電極の形成が可能である。ま
た、電極の拡散層への接触は凸部のみであるため、接触
面積は電極の占有面積よりも小さく、開放電圧を向上さ
せることが可能である。
【００１６】
【実施例】図２（ａ）〜（ｆ）は、本発明による太陽電
池の製作工程を示す断面図である。
池の製作工程を示す断面図である。
【００１７】まず、図２（ａ）に示すように、単結晶ま
たは多結晶のＰ型シリコン基板１の受光面側の表面に多
数の溝１−１を形成する。本実施例においては溝１−１
はダイサーによって形成した。このときダイサーのブレ
ードの厚みを５０μｍとし、溝１−１の深さを５０μ
ｍ、溝１−１のピッチを１００μｍとした。
たは多結晶のＰ型シリコン基板１の受光面側の表面に多
数の溝１−１を形成する。本実施例においては溝１−１
はダイサーによって形成した。このときダイサーのブレ
ードの厚みを５０μｍとし、溝１−１の深さを５０μ
ｍ、溝１−１のピッチを１００μｍとした。
【００１８】次に、基板を洗浄した後、ダイシング時の
破砕層の除去および溝の角を取り、より反射が低くなる
Ｖ字型状にするため、フッ酸と硝酸の混合液によって基
板のエッチングを行なった。
破砕層の除去および溝の角を取り、より反射が低くなる
Ｖ字型状にするため、フッ酸と硝酸の混合液によって基
板のエッチングを行なった。
【００１９】次に、図２（ｂ）に示すように、ＰＯＣｌ
3 を用いたガス拡散によってＮ型拡散層２を形成し、そ
の表面にパッシベーション層３として熱酸化法により薄
い熱酸化膜を形成した。その上に、反射防止膜４として
常圧ＣＶＤ法によって酸化チタン膜を形成した。
3 を用いたガス拡散によってＮ型拡散層２を形成し、そ
の表面にパッシベーション層３として熱酸化法により薄
い熱酸化膜を形成した。その上に、反射防止膜４として
常圧ＣＶＤ法によって酸化チタン膜を形成した。
【００２０】次いで、図２（ｃ）に示すように、エッチ
ングによって裏面の不要なＮ型拡散層を取り除いた後、
ＢＳＦ層５および裏面電極６を、Ａｌペーストを印刷・
焼成することによって形成した。
ングによって裏面の不要なＮ型拡散層を取り除いた後、
ＢＳＦ層５および裏面電極６を、Ａｌペーストを印刷・
焼成することによって形成した。
【００２１】次に、図２（ｄ）に示すように、表面に電
極と同様のパターンを持つ透明絶縁層として、酸化錫層
７を形成し溝の凹部を埋める。図３（ａ）はその側面図
であり、図４（ａ）はその斜視図である。酸化錫層７
は、テトラアルコキシ錫をアルコール類およびエーテル
類を主体とする有機溶剤に溶解し、さらにセルローズ類
等のバインダーを加えた塗布液を、スクリーン印刷によ
って印刷し、これを１００〜１５０℃の温度で５〜１０
分乾燥させた後、酸素ガス雰囲気中で６００〜７００℃
の温度で１０ないし２０分焼成することによって形成し
た。印刷用のスクリーンパターンは、太陽電池の電極部
と同等であるがその線幅が電極の線幅に比べて２〜４倍
程度の太さをもつパターンとした。ここで形成された酸
化錫層の線幅が広いが、酸化錫層は透明であるため入射
光量に殆ど影響を与えない。
極と同様のパターンを持つ透明絶縁層として、酸化錫層
７を形成し溝の凹部を埋める。図３（ａ）はその側面図
であり、図４（ａ）はその斜視図である。酸化錫層７
は、テトラアルコキシ錫をアルコール類およびエーテル
類を主体とする有機溶剤に溶解し、さらにセルローズ類
等のバインダーを加えた塗布液を、スクリーン印刷によ
って印刷し、これを１００〜１５０℃の温度で５〜１０
分乾燥させた後、酸素ガス雰囲気中で６００〜７００℃
の温度で１０ないし２０分焼成することによって形成し
た。印刷用のスクリーンパターンは、太陽電池の電極部
と同等であるがその線幅が電極の線幅に比べて２〜４倍
程度の太さをもつパターンとした。ここで形成された酸
化錫層の線幅が広いが、酸化錫層は透明であるため入射
光量に殆ど影響を与えない。
【００２２】次いで、この基板を塩酸中に浸漬すること
によって酸化錫層のエッチングを行なう。図１（ｅ）に
示すように、溝の凸部の頂上部の反射防止膜４が露出し
た時点でエッチングを止めることによって、実質的に平
坦化された表面が得られる。図３（ｂ）はその側面図で
あり、図４（ｂ）はその斜視図である。このとき、反射
防止膜４はエッチングされずに表面に残る。
によって酸化錫層のエッチングを行なう。図１（ｅ）に
示すように、溝の凸部の頂上部の反射防止膜４が露出し
た時点でエッチングを止めることによって、実質的に平
坦化された表面が得られる。図３（ｂ）はその側面図で
あり、図４（ｂ）はその斜視図である。このとき、反射
防止膜４はエッチングされずに表面に残る。
【００２３】次いで、図２（ｆ）に示すように、溝の頂
上部の凸部表面の反射防止膜４を中心とし、その付近の
酸化錫層７を含む受光面電極予定領域に、銀ペーストを
スクリーン印刷法によって印刷し、これを乾燥・焼成す
ることによって受光面電極８を形成する。図３（ｃ）は
その側面図であり、図４（ｃ）はその斜視図である。こ
のとき溝の頂上の凸部では、銀ペーストは前記反射防止
膜４およびパッシベーション層３を貫通しＮ型拡散層２
と接触するが、溝の凹部では、酸化錫層７はその厚さが
厚いため、銀ペーストは貫通できない。従って、受光面
電極８のＮ型拡散層２との接触面積は電極面積に比べて
大幅に低減される。
上部の凸部表面の反射防止膜４を中心とし、その付近の
酸化錫層７を含む受光面電極予定領域に、銀ペーストを
スクリーン印刷法によって印刷し、これを乾燥・焼成す
ることによって受光面電極８を形成する。図３（ｃ）は
その側面図であり、図４（ｃ）はその斜視図である。こ
のとき溝の頂上の凸部では、銀ペーストは前記反射防止
膜４およびパッシベーション層３を貫通しＮ型拡散層２
と接触するが、溝の凹部では、酸化錫層７はその厚さが
厚いため、銀ペーストは貫通できない。従って、受光面
電極８のＮ型拡散層２との接触面積は電極面積に比べて
大幅に低減される。
【００２４】以上の工程によって、図１に示されるよう
な本発明による太陽電池素子が完成する。
な本発明による太陽電池素子が完成する。
【００２５】本発明による太陽電池の光電変換特性を従
来の構造を持つ太陽電池と比較したものが下記の表１で
ある。
来の構造を持つ太陽電池と比較したものが下記の表１で
ある。
【００２６】
【表１】
【００２７】従来の構造とは酸化錫層を形成せず、直接
電極を形成したものである。本発明による太陽電池は従
来の構造を持つ太陽電池と比較すると、短絡電流，開放
電圧ともに向上しており、反射の低減，占有率および接
触面積の低減がなされていることが分かる。
電極を形成したものである。本発明による太陽電池は従
来の構造を持つ太陽電池と比較すると、短絡電流，開放
電圧ともに向上しており、反射の低減，占有率および接
触面積の低減がなされていることが分かる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、反射低減のために表面
に凹凸を形成した太陽電池において、簡単な方法で電極
の占有率および電極の拡散層への接触面積を小さくする
ことができ、その結果従来より高効率の太陽電池を得る
ことができる。
に凹凸を形成した太陽電池において、簡単な方法で電極
の占有率および電極の拡散層への接触面積を小さくする
ことができ、その結果従来より高効率の太陽電池を得る
ことができる。
【図１】本発明による太陽電池の斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は本発明の製作工程を示す略断
面図である。
面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図２（ｄ）〜（ｆ）
に対する側面図である。
に対する側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図２（ｄ）〜（ｆ）
に対する斜視図である。
に対する斜視図である。
【符号の説明】 １ ｐ型シリコン基板 ２ Ｎ型拡散層 ３ パッシベーション層 ４ 反射防止膜 ５ ＢＳＦ層 ６ 裏面電極 ７ 酸化錫層 ８ 受光面電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥野 哲啓 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 横沢 雄二 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−288476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−13774（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−71677（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−355970（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 31/04
Claims (1)
- 【請求項１】 第１の導電型の半導体基板の受光面側に
形成された多数の凹凸と、 凹凸に沿って形成された第２の導電型の層と、 第２の導電型の層の表面に形成された反射防止膜と、 受光面電極が形成される凸部付近の凹部を埋めて実質的
に凸部と平坦化するように凹部に形成された透明絶縁層
と、 凸部に沿って形成され凸部のみにおいて第２の導電型の
層と接触する受光面電極、 とよりなることを特徴とする光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4215033A JP2835415B2 (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4215033A JP2835415B2 (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 光電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0661512A JPH0661512A (ja) | 1994-03-04 |
| JP2835415B2 true JP2835415B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=16665645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4215033A Expired - Fee Related JP2835415B2 (ja) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2835415B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012043670A1 (ja) * | 2010-09-30 | 2012-04-05 | 三洋電機株式会社 | 太陽電池および太陽電池モジュール |
| WO2012105068A1 (ja) * | 2011-02-04 | 2012-08-09 | 三菱電機株式会社 | パターン形成方法および太陽電池の製造方法 |
| JP6394618B2 (ja) * | 2016-01-26 | 2018-09-26 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池および太陽電池の製造方法 |
-
1992
- 1992-08-12 JP JP4215033A patent/JP2835415B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0661512A (ja) | 1994-03-04 |
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