JP2999985B2 - 太陽電池 - Google Patents
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
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- Y—GENERAL 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
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体太陽電池に関
し、特に、太陽電池の光電変換効率の改善に関するもの
である。
し、特に、太陽電池の光電変換効率の改善に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】半導体太陽電池はｐ−ｎ接合を利用した
エネルギ変換器である。その変換効率を高めるための１
手段として、半導体基板の光入射側と反対側の裏面に基
板本体と同じ導電型であって高い不純物濃度の裏面電界
層（ＢＳＦ層とも呼ばれる）を形成し、裏面近傍で光生
成されるキャリアを内部電界で効率的に収集する方法が
知られている。
エネルギ変換器である。その変換効率を高めるための１
手段として、半導体基板の光入射側と反対側の裏面に基
板本体と同じ導電型であって高い不純物濃度の裏面電界
層（ＢＳＦ層とも呼ばれる）を形成し、裏面近傍で光生
成されるキャリアを内部電界で効率的に収集する方法が
知られている。
【０００３】従来、この裏面電界層の形成には、アルミ
ニウムペースト材料をシリコン基板の裏面に印刷した後
に。約７００℃の温度で焼成して形成する方法が多用さ
れている。アルミニウムペーストから半導体基板内への
アルミニウムの拡散によって裏面電界層を形成するとと
もに、同時にアルミニウムの裏面電極の形成され得るの
である。
ニウムペースト材料をシリコン基板の裏面に印刷した後
に。約７００℃の温度で焼成して形成する方法が多用さ
れている。アルミニウムペーストから半導体基板内への
アルミニウムの拡散によって裏面電界層を形成するとと
もに、同時にアルミニウムの裏面電極の形成され得るの
である。
【０００４】しかし、この方法は、高い変換効率が得ら
れる薄型基板であるたとえば２００μｍ以下の厚さの基
板を用いた場合に適用すれば、基板の反りや割れを生じ
る。そこで、薄型基板を用いる場合には三臭化ホウ素
（ＢＢｒ3）を用いて熱拡散法で裏面電界層を形成する
方法が提案されている。
れる薄型基板であるたとえば２００μｍ以下の厚さの基
板を用いた場合に適用すれば、基板の反りや割れを生じ
る。そこで、薄型基板を用いる場合には三臭化ホウ素
（ＢＢｒ3）を用いて熱拡散法で裏面電界層を形成する
方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これらの先行技術のい
ずれの場合においても、裏面電界層の不純物濃度を高め
れば高い内部電界強度がえられるが、裏面電界層の層質
の低下が生じ、裏面電界層内でのキャリアの再結合が多
くなる。したがって、高濃度の不純物の添加は、逆に光
電変換効率の低下を招くという課題がある。
ずれの場合においても、裏面電界層の不純物濃度を高め
れば高い内部電界強度がえられるが、裏面電界層の層質
の低下が生じ、裏面電界層内でのキャリアの再結合が多
くなる。したがって、高濃度の不純物の添加は、逆に光
電変換効率の低下を招くという課題がある。
【０００６】このような先行技術の課題に鑑み、本発明
は裏面電界層の層質を低下させることなく不純物濃度の
高い裏面電界層を形成することによって裏面電界層内で
のキャリアの再結合が少なくて光電変換効率の高い太陽
電池を提供することを目的としている。
は裏面電界層の層質を低下させることなく不純物濃度の
高い裏面電界層を形成することによって裏面電界層内で
のキャリアの再結合が少なくて光電変換効率の高い太陽
電池を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による太陽電池
は、第１導電型の半導体基板と、前記基板内において光
入射側に形成された第２導電型の半導体層と、前記基板
の光入射側の反対側の裏面上に形成された裏面電界層と
を含み、前記裏面電界層は前記基板より高濃度の第１導
電型不純物を含んだ微結晶混合質水素化シリコン膜から
なる太陽電池であって、前記半導体基板の前記微結晶混
合質水素化シリコン膜との界面近傍に、高濃度の第１導
電型不純物層が形成され、前記微結晶混合質水素化シリ
コン膜と半導体基板との間に、複数の開口部を有するシ
リコン酸化膜を設けることを特徴とする。
は、第１導電型の半導体基板と、前記基板内において光
入射側に形成された第２導電型の半導体層と、前記基板
の光入射側の反対側の裏面上に形成された裏面電界層と
を含み、前記裏面電界層は前記基板より高濃度の第１導
電型不純物を含んだ微結晶混合質水素化シリコン膜から
なる太陽電池であって、前記半導体基板の前記微結晶混
合質水素化シリコン膜との界面近傍に、高濃度の第１導
電型不純物層が形成され、前記微結晶混合質水素化シリ
コン膜と半導体基板との間に、複数の開口部を有するシ
リコン酸化膜を設けることを特徴とする。
【０００８】本発明による太陽電池においては、裏面電
界層が高濃度の不純物を含んだ微結晶混合質水素化シリ
コン膜で形成されているので、十分な内部電界が生ぜら
れ、キャリアを効率的に収集することができる。また、
微結晶混合質水素化シリコン膜の裏面電界層は、不純物
濃度を高めても従来の裏面電界層のような層質の低下が
ほとんどなく、裏面電界層は複数の開口部を介して半導
体基板と接続されているので、裏面電界層内でのキャリ
アの再結合の増大を抑制することができる。
界層が高濃度の不純物を含んだ微結晶混合質水素化シリ
コン膜で形成されているので、十分な内部電界が生ぜら
れ、キャリアを効率的に収集することができる。また、
微結晶混合質水素化シリコン膜の裏面電界層は、不純物
濃度を高めても従来の裏面電界層のような層質の低下が
ほとんどなく、裏面電界層は複数の開口部を介して半導
体基板と接続されているので、裏面電界層内でのキャリ
アの再結合の増大を抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態による太陽電池の概略的な断面図である。ｐ型単結晶
シリコン基板２５の光入射側にｎ型層２４が形成されて
いる。ｎ型層２４の表面は、入射光の反射を低減するた
めに、たとえばエッチングなどによって凹凸にされてい
る。ｎ型層２４はシリコン酸化膜２３によって覆われて
おり、シリコン酸化膜２３は反射防止膜２２によって覆
われている。電流は、シリコン酸化膜２３と反射防止膜
２２を貫通してｎ型層２４に接続されたグリッド電極２
１を介して取出される。
態による太陽電池の概略的な断面図である。ｐ型単結晶
シリコン基板２５の光入射側にｎ型層２４が形成されて
いる。ｎ型層２４の表面は、入射光の反射を低減するた
めに、たとえばエッチングなどによって凹凸にされてい
る。ｎ型層２４はシリコン酸化膜２３によって覆われて
おり、シリコン酸化膜２３は反射防止膜２２によって覆
われている。電流は、シリコン酸化膜２３と反射防止膜
２２を貫通してｎ型層２４に接続されたグリッド電極２
１を介して取出される。
【００１０】ｐ型基板２５の光入射側と反対側の裏面上
には、同じｐ型の不純物が高濃度に添加された微結晶混
合質水素化シリコン膜からなる裏面電界層２６が形成さ
れている。裏面電界層２６は裏面金属電極２７によって
覆われている。微結晶混合質水素化シリコン膜２６は、
プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）によって
形成することができ、微結晶と非晶質の混合した水素化
シリコンからなっている。プラズマＣＶＤ法には、直流
放電，ラジオ波（ＲＦ）放電，マイクロ波放電およびこ
れらを組合わせた方法、さらにはマイクロ波を用いた電
子サイクロトロン共鳴法などの方法を用いることができ
る。これらの製膜方法は周知であって多くの文献が存在
するので、ここでは説明を省略する。
には、同じｐ型の不純物が高濃度に添加された微結晶混
合質水素化シリコン膜からなる裏面電界層２６が形成さ
れている。裏面電界層２６は裏面金属電極２７によって
覆われている。微結晶混合質水素化シリコン膜２６は、
プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ法）によって
形成することができ、微結晶と非晶質の混合した水素化
シリコンからなっている。プラズマＣＶＤ法には、直流
放電，ラジオ波（ＲＦ）放電，マイクロ波放電およびこ
れらを組合わせた方法、さらにはマイクロ波を用いた電
子サイクロトロン共鳴法などの方法を用いることができ
る。これらの製膜方法は周知であって多くの文献が存在
するので、ここでは説明を省略する。
【００１１】図２は図１の太陽電池のｎ型層２４，ｐ型
層２４，ｐ型基板２５および裏面電界層２６におけるエ
ネルギバンド構造を拡大して示している。水平の一点鎖
線Ｆは、フェルミエネルギレベルを表している。フェル
ミエネルギレベルＦより上側の曲線Ｃは導電帯の下限の
エネルギレベルを表し、下側の曲線Ｖは価電子帯の上限
のエネルギレベルを表している。
層２４，ｐ型基板２５および裏面電界層２６におけるエ
ネルギバンド構造を拡大して示している。水平の一点鎖
線Ｆは、フェルミエネルギレベルを表している。フェル
ミエネルギレベルＦより上側の曲線Ｃは導電帯の下限の
エネルギレベルを表し、下側の曲線Ｖは価電子帯の上限
のエネルギレベルを表している。
【００１２】微結晶混合質シリコン膜２６はｐ型の不純
物が高濃度に添加されているので、ｐ型基板２５内にお
いて裏面電界層２６の近傍に強電界領域ＶGが形成され
る。この強電界領域ＶGは、光電変換によって生じた空
孔を効率的に裏面電界層２６内に引抜くように作用す
る。また、微結晶混合質水素化シリコン膜２６は、単結
晶シリコン基板２５より大きなエネルギ禁制帯幅を有し
ているので基板２５を透過してきた光をほとんど吸収せ
ず、裏面金属電極２７で反射された光が基板２５内へ戻
されるのを許容する。さらに、基板２５と裏面電界層２
６との界面において、導電帯Ｃに高い電位壁ＣBが形成
されるので、その界面近傍における基板２５内の電子は
裏面電界層２６内への逆拡散が阻止され裏面電界層２６
内における正孔との再結合が低減される。
物が高濃度に添加されているので、ｐ型基板２５内にお
いて裏面電界層２６の近傍に強電界領域ＶGが形成され
る。この強電界領域ＶGは、光電変換によって生じた空
孔を効率的に裏面電界層２６内に引抜くように作用す
る。また、微結晶混合質水素化シリコン膜２６は、単結
晶シリコン基板２５より大きなエネルギ禁制帯幅を有し
ているので基板２５を透過してきた光をほとんど吸収せ
ず、裏面金属電極２７で反射された光が基板２５内へ戻
されるのを許容する。さらに、基板２５と裏面電界層２
６との界面において、導電帯Ｃに高い電位壁ＣBが形成
されるので、その界面近傍における基板２５内の電子は
裏面電界層２６内への逆拡散が阻止され裏面電界層２６
内における正孔との再結合が低減される。
【００１３】以上のように、微結晶混合質水素化シリコ
ン膜の裏面電界層２６を用いることによって、裏面電界
層２６内での光吸収損失が少なく、高濃度不純物添加に
基づく層質の低下による裏面電界層２６内でのキャリア
の再結合の増大を伴うことなく従来よりも強い内部電界
を形成することができ、太陽電池の光電変換効率を高め
ることができる。
ン膜の裏面電界層２６を用いることによって、裏面電界
層２６内での光吸収損失が少なく、高濃度不純物添加に
基づく層質の低下による裏面電界層２６内でのキャリア
の再結合の増大を伴うことなく従来よりも強い内部電界
を形成することができ、太陽電池の光電変換効率を高め
ることができる。
【００１４】図３は、本発明の第２の実施の形態による
太陽電池を示す断面図である。図３の太陽電池は図１の
ものと類似しているが、シリコン基板２５の底面はシリ
コン酸化膜２８によって覆われている。シリコン酸化膜
２８には複数のドット状の開孔が開けられており、シリ
コン酸化膜２８の底面を覆うように形成された微結晶混
合質水素化シリコン膜の裏面電界層２６はそれらの開孔
を介して基板２５に接続されている。すなわち、図３の
太陽電池においては裏面電界層２６が限定された複数の
開孔を介して基板２５に接続されているので、基板２５
と裏面電界層２６との界面近傍におけるキャリアの再結
合を一層減少させることができる。
太陽電池を示す断面図である。図３の太陽電池は図１の
ものと類似しているが、シリコン基板２５の底面はシリ
コン酸化膜２８によって覆われている。シリコン酸化膜
２８には複数のドット状の開孔が開けられており、シリ
コン酸化膜２８の底面を覆うように形成された微結晶混
合質水素化シリコン膜の裏面電界層２６はそれらの開孔
を介して基板２５に接続されている。すなわち、図３の
太陽電池においては裏面電界層２６が限定された複数の
開孔を介して基板２５に接続されているので、基板２５
と裏面電界層２６との界面近傍におけるキャリアの再結
合を一層減少させることができる。
【００１５】図４は本発明の第３の実施の形態による太
陽電池を示す断面図である。図３の太陽電池も図１Ａの
ものに類似しているが、ｐ型シリコン基板２５内におい
てｐ型の裏面電界層２６との界面近傍に高濃度のｐ型層
２９が形成されている。このｐ型層２９は、裏面電界層
２６よりも低濃度であるが、基板２５よりも高濃度（の
不純物を含んでおり、裏面電界層２６による強電界領域
を基板２５の内部に向けて広げるように作用する。すな
わち、図４の太陽電池においては、基板２５の内部で裏
面電界層２６から遠い位置にある正孔をも効率的に裏面
電界層２６内へ引抜くことが可能であり、光電変換効率
が高められる。
陽電池を示す断面図である。図３の太陽電池も図１Ａの
ものに類似しているが、ｐ型シリコン基板２５内におい
てｐ型の裏面電界層２６との界面近傍に高濃度のｐ型層
２９が形成されている。このｐ型層２９は、裏面電界層
２６よりも低濃度であるが、基板２５よりも高濃度（の
不純物を含んでおり、裏面電界層２６による強電界領域
を基板２５の内部に向けて広げるように作用する。すな
わち、図４の太陽電池においては、基板２５の内部で裏
面電界層２６から遠い位置にある正孔をも効率的に裏面
電界層２６内へ引抜くことが可能であり、光電変換効率
が高められる。
【００１６】図５は、本発明の第４の実施の形態による
太陽電池を示す断面図である。図５の太陽電池は図３と
図４の太陽電池の構造を兼ね備えており、裏面電界層２
６はシリコン酸化膜２８の複数の開孔（開口）を介して
高濃度のｐ型層２９に接続されている。したがって、図
５の太陽電池は、図３と図４の太陽電池の光電変換特性
を兼ね備えている。
太陽電池を示す断面図である。図５の太陽電池は図３と
図４の太陽電池の構造を兼ね備えており、裏面電界層２
６はシリコン酸化膜２８の複数の開孔（開口）を介して
高濃度のｐ型層２９に接続されている。したがって、図
５の太陽電池は、図３と図４の太陽電池の光電変換特性
を兼ね備えている。
【００１７】図６は、本発明の第５の実施の形態による
太陽電池を示す断面図である。図６の太陽電池は図５の
ものに類似しているが、高濃度のｐ型層２９が酸化膜２
８の複数の開口部付近のみに限定して形成されている。
図６の太陽電池においては、基板２５よりは少し層質が
劣る高濃度ｐ型層２９の領域を必要以上に大きくせず、
ｐ型層２９内でのキャリアの再結合を低減するように意
図されている。
太陽電池を示す断面図である。図６の太陽電池は図５の
ものに類似しているが、高濃度のｐ型層２９が酸化膜２
８の複数の開口部付近のみに限定して形成されている。
図６の太陽電池においては、基板２５よりは少し層質が
劣る高濃度ｐ型層２９の領域を必要以上に大きくせず、
ｐ型層２９内でのキャリアの再結合を低減するように意
図されている。
【００１８】以上の実施の形態では、ｐ型の単結晶シリ
コン基板を用いた場合について説明したが、ｎ型基板を
用いた場合にも本発明は同様に適用し得ることが理解さ
れよう。その場合、ｎ型基板の光入射側の不純物層はｐ
型であり、裏面電界層である微結晶混合質水素化シリコ
ン膜はｎ型の不純物を高濃度に添加したものが用いられ
る。また、シリコン基板は単結晶に限らず、多結晶のシ
リコン基板を用いることも可能である。
コン基板を用いた場合について説明したが、ｎ型基板を
用いた場合にも本発明は同様に適用し得ることが理解さ
れよう。その場合、ｎ型基板の光入射側の不純物層はｐ
型であり、裏面電界層である微結晶混合質水素化シリコ
ン膜はｎ型の不純物を高濃度に添加したものが用いられ
る。また、シリコン基板は単結晶に限らず、多結晶のシ
リコン基板を用いることも可能である。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、太陽電
池中の裏面電界層が高濃度の不純物を含んだ微結晶混合
質水素化シリコン膜で形成されているので、十分な内部
電界が生ぜられ、キャリアを効率的に収集することがで
きる。また、微結晶混合質水素化シリコン膜の裏面電界
層は、不純物濃度を高めても従来の裏面電界層のような
層質の低下がほとんどなく、裏面電界層は複数の開口部
を介して半導体基板と接続されているので、裏面電界層
内でのキャリアの再結合の増大を抑制することができ、
しかも、基板の内部で裏面電界層から遠い位置にある正
孔をも効率的に裏面電界層内へ引き抜くことが可能であ
り、光電変換効率が高められる。すなわち、本発明によ
れば、光電変換効率の高い太陽電池を提供することがで
きる。
池中の裏面電界層が高濃度の不純物を含んだ微結晶混合
質水素化シリコン膜で形成されているので、十分な内部
電界が生ぜられ、キャリアを効率的に収集することがで
きる。また、微結晶混合質水素化シリコン膜の裏面電界
層は、不純物濃度を高めても従来の裏面電界層のような
層質の低下がほとんどなく、裏面電界層は複数の開口部
を介して半導体基板と接続されているので、裏面電界層
内でのキャリアの再結合の増大を抑制することができ、
しかも、基板の内部で裏面電界層から遠い位置にある正
孔をも効率的に裏面電界層内へ引き抜くことが可能であ
り、光電変換効率が高められる。すなわち、本発明によ
れば、光電変換効率の高い太陽電池を提供することがで
きる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による太陽電池の概
略的な断面図である。
略的な断面図である。
【図２】図１の太陽電池におけるエネルギバンド構造の
拡大図である。
拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態による太陽電池の概
略的な断面図である。
略的な断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態による太陽電池の概
略的な断面図である。
略的な断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態による太陽電池の概
略的な断面図である。
略的な断面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態による太陽電池の概
略的な断面図である。
略的な断面図である。
２１ グリッド電極 ２２ 反射防止膜 ２３ シリコン酸化膜 ２４ ｎ型シリコン層 ２５ ｐ型シリコン基板 ２６ ｐ型の微結晶混合質水素化シリコン膜 ２７ 裏面金属電極 ２８ シリコン酸化膜 ２９ 高濃度のｐ型シリコン層
Claims (2)
- 【請求項１】 第１導電型の半導体基板と、前記基板内
において光入射側に形成された第２導電型の半導体層
と、前記基板の光入射側の反対側の裏面上に形成された
裏面電界層とを含み、前記裏面電界層は前記基板より高
濃度の第１導電型不純物を含んだ微結晶混合質水素化シ
リコン膜からなる太陽電池であって、前記半導体基板の
前記微結晶混合質水素化シリコン膜との界面近傍に、高
濃度の第１導電型不純物層が形成され、前記微結晶混合
質水素化シリコン膜と半導体基板との間に、複数の開口
部を有するシリコン酸化膜を設けることを特徴とする太
陽電池。 - 【請求項２】 前記高濃度の不純物層が、シリコン酸化
膜の開口部付近に形成されていることを特徴とする請求
項１記載の太陽電池。
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|---|---|---|---|
| JP9322705A JP2999985B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9322705A JP2999985B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 太陽電池 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2326292A Division JP2994735B2 (ja) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | 太陽電池 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190033A JPH10190033A (ja) | 1998-07-21 |
| JP2999985B2 true JP2999985B2 (ja) | 2000-01-17 |
Family
ID=18146711
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9322705A Expired - Fee Related JP2999985B2 (ja) | 1997-11-25 | 1997-11-25 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2999985B2 (ja) |
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| KR20120091629A (ko) | 2011-02-09 | 2012-08-20 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 |
| KR102045001B1 (ko) * | 2013-06-05 | 2019-12-02 | 엘지전자 주식회사 | 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
| JP2016092238A (ja) | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池及びその製造方法 |
-
1997
- 1997-11-25 JP JP9322705A patent/JP2999985B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10190033A (ja) | 1998-07-21 |
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