JP2994842B2 - シリコン太陽電池素子 - Google Patents

シリコン太陽電池素子

Info

Publication number
JP2994842B2
JP2994842B2 JP4035052A JP3505292A JP2994842B2 JP 2994842 B2 JP2994842 B2 JP 2994842B2 JP 4035052 A JP4035052 A JP 4035052A JP 3505292 A JP3505292 A JP 3505292A JP 2994842 B2 JP2994842 B2 JP 2994842B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cell
solar cell
oxide film
silicon solar
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP4035052A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH05235385A (ja
Inventor
正 久松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP4035052A priority Critical patent/JP2994842B2/ja
Publication of JPH05235385A publication Critical patent/JPH05235385A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2994842B2 publication Critical patent/JP2994842B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L31/068Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/056Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52PV systems with concentrators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリコン太陽電池セル
の構造の改良に関するもので、人工衛星の電源である宇
宙用太陽電池セルに使用するときは特に有用なものであ
る。
【0002】
【従来の技術】シリコン太陽電池は、宇宙用太陽電池セ
ルとして最も搭載実績に富み、また他の材料のセルと比
べて経済的にも有利であるため、世界各国の衛星プログ
ラムで採用されている。
【0003】図6は、従来製造されている宇宙用太陽電
池の代表例であるBSFR型太陽電池セルの一例の斜視
図である。P型シリコン基板4の表面に、N+ 拡散層3
および反射防止膜1を形成し、さらにその表面にたとえ
ば、櫛型のN側電極2を形成する。裏面には、BSFR
層となるP+ 拡散層5およびP側電極6が形成されてい
る。
【0004】表1はその出力特性を示す。
【0005】
【表1】
【0006】セル厚さが厚いほど、短絡電流ISCおよび
最大出力Pmax は大きくなるが、解放電圧VOCはセル厚
さによらず一定であり、変換効率ηは14〜15%程度
が得られていた。
【0007】近年人工衛星の大型化,大電力化の流れか
ら、シリコン太陽電池の高出力化が要請されつつあり、
変換効率を高める必要がある。
【0008】シリコン太陽電池セル高効率化の一環とし
て、たとえば、図1に示す構造のセルが本発明者らのグ
ループによって試作された。図6と同一の部分には同一
の符号を付してある。表面はテキスチャー構造7とされ
ている。
【0009】このテキスチャー構造7は、水酸化ナトリ
ウム等のアルカリをエッチング液として用いたSiの異
方性エッチング面であり、(111)面が現われた微細
なピラミッド形状が密集して形成されている。
【0010】この構造は、受光面から入射する光の反射
損失を低減し、セル内に吸収する光の量を増加させる効
果がある。
【0011】裏面は全面にSiO2 の酸化膜8が形成さ
れ、局所的に窓あけされた部分から拡散を行ないP+
散層5を形成している。この酸化膜8を形成すること
で、裏面での反射によって入射光の吸収量を増加させ、
同時に発生した少数キャリアの裏面再結合損失を低減す
るトラッピング効果がある。
【0012】また、セル表面にも薄い酸化膜を形成し、
セル表面における少数キャリアの表面再結合損失の低減
を図ることも検討された。
【0013】ピラミッド状のテキスチャー構造について
は、例えば、Conference Record of19th IEEE Photovol
taic Specialists Conf.1987 p912 〜p917 に、マーチ
ン・グリーンおよびパトリック・キャンベルにより開示
されている。また、テキスチャー構造を有するセルの表
面および裏面に酸化膜を形成した構造は、例えば、19
90年京都におけるインターナショナルPVSEC−5
のテクニカルダイジェストに、マーチン・グリーンによ
り開示されている。
【0014】図7は、2次元シミュレーションで、セル
の厚さWdとISC,VOC,ηの関係が調べられた結果の
一例である(昭和62年度NEDO委託業務成果報告書
/高効率結晶系太陽電池の実用化研究・高効率化技術調
査p66)。
【0015】ここでは、セルの表面および裏面における
光の多重反射と表面および裏面における再結合速度0と
いう理想的な条件を仮定して計算されている。
【0016】これよりVOCは、セル厚さWdが薄いほど
高くなり、ISCはほぼ一定であるから、変換効率ηもセ
ル厚さWdが薄いほど向上することがわかる。
【0017】このVOCの向上は、Wdが小さくなること
によって、バルク領域におけるSRH再結合損失が低減
し、飽和電流密度I0 が低減するためである。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】発明者らのグループに
よる実験によると、実際には、セル厚さWdおよびISC
に関する前述のシミュレーションによる理論計算の結果
と異なることがわかった。
【0019】図8(a)および(b)は図1で示した構
造によるセルの厚さWdを変えた場合の出力特性の実験
結果である。
【0020】同図(a)に示されるように、VOCは、W
dが小さくなるほど向上するが、I SCは低下し、同図
(b)に示すように出力Pmax はWdが100μm付近
で最も大きいことがわかった。
【0021】また、さらに基板の種類,製造条件等につ
いて検討した結果、Pmax の最大値を与えるセル厚さW
dは、公知のシミュレーション結果と異なり、60〜1
50μmであることが実験的に明らかになった。
【0022】この相違の原因は、セルの表面および裏面
における光の多重反射による完全な光吸収や、少数キャ
リア再結合なしという条件が、実際には完全には満たさ
れないためであると考えられる。
【0023】発明者らは、上記光吸収を完全にするため
の光トラッピング構造や、少数キャリア再結合低減につ
いてさらに検討を重ねてきたが、完全な光トラッピング
構造はセルの温度上昇を招き変換効率を下げること、表
面再結合低減のための酸化膜形成が基板のライフタイム
低下を招き変換効率を下げる可能性があること等の問題
があることがわかった。
【0024】よって、上記理論計算で前提となっている
セルの表面および裏面における光の多重反射による完全
な光吸収や、少数キャリア再結合なしの条件は、シリコ
ン太陽電池セルの経済的な有利性を生かすことも考慮す
れば、容易に達成できない条件であり、実際の太陽電池
セル製造においては、セルの厚さを適当な範囲に選定す
ることが最も有利に高効率な太陽電池セルを得ることが
できる条件であるとの結論に至った。
【0025】
【課題を解決するための手段】本発明の宇宙用の太陽電
池においては、半導体基板の表面に反射を低減させる構
造を有する受光面を設け、半導体基板の裏面に酸化膜を
形成し、セルの厚さを60μm以上でかつ150μm以
下とした。
【0026】
【作用】太陽電池素子のセルの厚さを60〜150μm
とすることにより、経済的に効率の高い太陽電池を得る
ことができる。
【0027】
【実施例】図1〜5は、本発明による太陽電池素子の実
施例の斜視図であり、セル厚さは各々60〜150μm
である。いずれも表面の反射防止膜は省略してある。
【0028】図1において、P型シリコン基板4の表面
にはN+ 拡散層3が形成され表面はテキスチャー構造7
となっている。表面の適宜の部分にN側電極2を設けて
ある。裏面には厚さ約0.2μmの酸化膜8およびP側
電極6を積層し、酸化膜8の窓あけした部分から拡散に
よりP+ 拡散層5が形成されている。
【0029】図2は、表面の構造は図1と同様である
が、図2の構造においてはP+ 拡散層5を裏面全面に形
成し、これに厚さ約0.2μmの厚さの酸化膜8および
P側電極6を積層し、P+ 拡散層5とP側電極6とを適
宜の箇所で酸化膜8に穴をあけ接続したものである。
【0030】図3は、図2の構造の表面に格子状のパタ
ーン9を設け、アルカリエッチングによって逆型のピラ
ミッド構造を形成し、裏面は図2と同様の構造とした例
である。
【0031】図4は、表面に溝状のパターン10を設
け、アルカリエッチングによって複数のグルーブを形成
し、裏面は図2と同様の構造としたものである。
【0032】図5は、図1の表面のテキスチャーを図3
の逆ピラミッド状にしたものである。裏面は図1と同様
の構造としたものである。
【0033】裏面については図1および図5に示すよう
に、BSFR層となるP+ 層5を全面に形成せず、酸化
膜8に局所的に窓あけしてから、P+ 拡散を施すことに
よって形成される部分的なBSF構造であってもよい。
【0034】また、表面に厚さ50〜200Å程度の薄
い酸化膜(SiO2 )が形成されていてもよい。
【0035】
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、セルの厚さを60μm
以上でかつ150μm以下にすることにより、宇宙環境
下という地上より光の強度が高くスペクトル的には紫外
域が強い光の環境下で、より高い変換効率が得ることが
でき、従って、宇宙用の場合、電圧が高めであると直列
の接続するセル段数が小さくなり、アレー設計がやり易
くなるというメリットがあり、しかもセルの厚さが60
μm以上であるので、表面にテクスチャーなどの反射防
止構造があっても、最も薄い部分でも約40μm以上で
ウエーハが極端に割れ易い約40μm以下になることが
なく、そのためにウエーハの裏面にサポート用の板を貼
る等の現状の太陽電池の製造プロセスを大幅に変更する
必要がなく、シリコン太陽電池セルの低価格であるとい
うメリットを生かことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の斜視図である。
【図2】本発明の一実施例の斜視図である。
【図3】本発明の一実施例の斜視図である。
【図4】本発明の一実施例の斜視図である。
【図5】本発明の一実施例の斜視図である。
【図6】従来の一例の斜視図である。
【図7】セルの厚さと出力特性のシミュレーションによ
る計算結果のグラフである。
【図8】(a)はWdとVOCおよびISCとの関係を示す
グラフであり、(b)はWdとPmax との関係を示すグ
ラフである。
【符号の説明】
2 N側電極 3 N+ 拡散層 4 P型シリコン基板 5 P+ 拡散層 6 P側電極 7 テキスチャー構造 8 酸化膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の表面に反射を低減させる構
    造を有する受光面を設け、半導体基板の裏面に酸化膜を
    形成し、セルの厚さを60μm以上でかつ150μm以
    下としたことを特徴とする宇宙用のシリコン太陽電池素
    子。
JP4035052A 1992-02-21 1992-02-21 シリコン太陽電池素子 Expired - Lifetime JP2994842B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4035052A JP2994842B2 (ja) 1992-02-21 1992-02-21 シリコン太陽電池素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4035052A JP2994842B2 (ja) 1992-02-21 1992-02-21 シリコン太陽電池素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH05235385A JPH05235385A (ja) 1993-09-10
JP2994842B2 true JP2994842B2 (ja) 1999-12-27

Family

ID=12431270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4035052A Expired - Lifetime JP2994842B2 (ja) 1992-02-21 1992-02-21 シリコン太陽電池素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2994842B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08204220A (ja) * 1995-01-31 1996-08-09 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池セル、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュール群
JP2002246625A (ja) * 2001-02-21 2002-08-30 Sharp Corp 太陽電池の製造方法
JP2005327871A (ja) * 2004-05-13 2005-11-24 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池及びその製造方法
WO2014075060A1 (en) * 2012-11-12 2014-05-15 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Univerisity Nanostructured window layer in solar cells

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6161849U (ja) * 1984-09-26 1986-04-25
JPH02244681A (ja) * 1989-03-15 1990-09-28 Mitsubishi Electric Corp 太陽電池
JPH0716023B2 (ja) * 1989-06-30 1995-02-22 シャープ株式会社 カバーガラス付太陽電池セル

Also Published As

Publication number Publication date
JPH05235385A (ja) 1993-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10505058B2 (en) Photovoltaic device
US5261970A (en) Optoelectronic and photovoltaic devices with low-reflectance surfaces
US20040084077A1 (en) Solar collector having an array of photovoltaic cells oriented to receive reflected light
KR20010014686A (ko) 박막 반도체 장치 및 그 제조 방법
WO2010048547A2 (en) Photovoltaic device with increased light trapping
US4608451A (en) Cross-grooved solar cell
US4931412A (en) Method of producing a thin film solar cell having a n-i-p structure
US4620364A (en) Method of making a cross-grooved solar cell
JP2994842B2 (ja) シリコン太陽電池素子
KR101023144B1 (ko) 전사법을 이용한 태양전지 및 그 제조방법
JPH11330517A (ja) 太陽電池,及び太陽電池モジュール
US4956685A (en) Thin film solar cell having a concave n-i-p structure
US20110056548A1 (en) Wafer-Based Solar Cell with Deeply Etched Structure
JP3133494B2 (ja) 光起電力素子
US20120090682A1 (en) Solar Cell and Manufacturing Method Thereof
JP3107923B2 (ja) 太陽光を利用した発電装置
USH1856H (en) Lapped substrate for enhanced backsurface reflectivity in a thermophotovoltaic energy conversion system
JP4131474B2 (ja) マイクロ粒子層型の高効率太陽電池
TWI294186B (en) Photovoltaic device, photovoltaic element and manufacturing method thereof
JP2931451B2 (ja) 太陽電池素子
JP3172368B2 (ja) 光起電力装置
Cudzinovic et al. Process simplifications to the Pegasus solar cell-SunPower's high-efficiency bifacial silicon solar cell
Bai et al. Light‐trapping and back surface structures for polycrystalline silicon solar cells
US20240038911A1 (en) Flip-chip solar cell
JPS6381986A (ja) 光電変換素子

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071022

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081022

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081022

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091022

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091022

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101022

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111022

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121022

Year of fee payment: 13

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121022

Year of fee payment: 13