JP2994842B2 - シリコン太陽電池素子 - Google Patents
シリコン太陽電池素子Info
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- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
れ、局所的に窓あけされた部分から拡散を行ないP+ 拡
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
い酸化膜(SiO2 )が形成されていてもよい。
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
うメリットを生かすことができる。
る計算結果のグラフである。
グラフであり、(b)はWdとPmax との関係を示すグ
ラフである。
Claims (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。
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-
1992
- 1992-02-21 JP JP4035052A patent/JP2994842B2/ja not_active Expired - Lifetime
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