JP3070912B2 - 太陽電池 - Google Patents
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は結晶シリコンを主構
成体とする太陽電池に関する。
成体とする太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】結晶シリコン太陽電池において、近年高
効率化のために表面層の大部分をパッシベーション層、
すなわち熱酸化膜や堆積法により形成する窒化シリコン
膜等で覆い、少数キャリヤの再結合増加につながる電極
取り出し部の面積をできるだけ低減することが行われて
いる。例えば、アプライド・フィジクス・レターズ、１
９９０年第５７巻第６号、第６０２〜６０４頁に記載さ
れているように、通常のｐ型基板に、ｎ型拡散層による
エミッタ層を表面に設けた太陽電池におけるエミッタ層
のコンタクト周辺部の高濃度エミッタ層とコンタクト、
および裏面の局所的なｐ＋拡散層（コレクタ層）とコレ
クタ層のコンタクトがそれに相当する。そして、その面
積は、コレクタ層と、そのコンタクトを例に取ると、も
ちろん必要最小限度に止めることが望ましいのである
が、報告によれば、２５０μｍ〜５００μｍピッチにお
いて、ｐ＋拡散層サイズが３０μｍ〜１００μｍ角、コ
ンタクトサイズが１０μｍ〜５０μｍ角という範囲が適
当であるとされている。
効率化のために表面層の大部分をパッシベーション層、
すなわち熱酸化膜や堆積法により形成する窒化シリコン
膜等で覆い、少数キャリヤの再結合増加につながる電極
取り出し部の面積をできるだけ低減することが行われて
いる。例えば、アプライド・フィジクス・レターズ、１
９９０年第５７巻第６号、第６０２〜６０４頁に記載さ
れているように、通常のｐ型基板に、ｎ型拡散層による
エミッタ層を表面に設けた太陽電池におけるエミッタ層
のコンタクト周辺部の高濃度エミッタ層とコンタクト、
および裏面の局所的なｐ＋拡散層（コレクタ層）とコレ
クタ層のコンタクトがそれに相当する。そして、その面
積は、コレクタ層と、そのコンタクトを例に取ると、も
ちろん必要最小限度に止めることが望ましいのである
が、報告によれば、２５０μｍ〜５００μｍピッチにお
いて、ｐ＋拡散層サイズが３０μｍ〜１００μｍ角、コ
ンタクトサイズが１０μｍ〜５０μｍ角という範囲が適
当であるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らが上記従来
技術にしたがって太陽電池の試作を行ったところ、最も
良い特性が得られたのは、２５０μｍピッチにおいて、
ｐ＋拡散層サイズが６４μｍ〜１００μｍ角、コンタク
トサイズが１０μｍ角であった。これは、上記従来技術
における報告と矛盾するものではないが、ｐ＋拡散層の
面積が裏面表面積の１０％程度にもなる。すなわち、最
適なｐ＋拡散層の面積は、コンタクト面積に見合った、
直列抵抗増加を抑えるための必要最低限にした場合では
なく、非常に大きいことが明らかになった。このこと
は、拡散層の面積の増加による少数キャリヤの再結合増
加を招くという欠点が生じる。さらに、作製した太陽電
池を分解して評価したところ、本来、高品質の裏面熱酸
化パッシベーションを施したはずの熱酸化膜で覆われた
部分で、キャリヤの実効ライフタイムが大きく低減し太
陽電池の特性が劣化していることが明らかとなった。ま
た、なぜ、このような依存性を示すのかが明らかでな
く、素子の具体的な最適設計が難しいという問題もあっ
た。
技術にしたがって太陽電池の試作を行ったところ、最も
良い特性が得られたのは、２５０μｍピッチにおいて、
ｐ＋拡散層サイズが６４μｍ〜１００μｍ角、コンタク
トサイズが１０μｍ角であった。これは、上記従来技術
における報告と矛盾するものではないが、ｐ＋拡散層の
面積が裏面表面積の１０％程度にもなる。すなわち、最
適なｐ＋拡散層の面積は、コンタクト面積に見合った、
直列抵抗増加を抑えるための必要最低限にした場合では
なく、非常に大きいことが明らかになった。このこと
は、拡散層の面積の増加による少数キャリヤの再結合増
加を招くという欠点が生じる。さらに、作製した太陽電
池を分解して評価したところ、本来、高品質の裏面熱酸
化パッシベーションを施したはずの熱酸化膜で覆われた
部分で、キャリヤの実効ライフタイムが大きく低減し太
陽電池の特性が劣化していることが明らかとなった。ま
た、なぜ、このような依存性を示すのかが明らかでな
く、素子の具体的な最適設計が難しいという問題もあっ
た。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における問
題点を解消するものであって、コンタクトに繋がる拡散
層の面積を最小限に抑制しながら、すなわち、コンタク
トにおけるキャリヤの再結合を増加させることなく、セ
ル特性を向上させることができる構造の太陽電池を提供
することにある。
題点を解消するものであって、コンタクトに繋がる拡散
層の面積を最小限に抑制しながら、すなわち、コンタク
トにおけるキャリヤの再結合を増加させることなく、セ
ル特性を向上させることができる構造の太陽電池を提供
することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、本発明は請求項１に記
載のように、結晶シリコンを主構成体とする太陽電池に
おいて、少なくとも、結晶シリコン基板の同一平面内
に、不純物を局所的に島状に導入して、それぞれ独立し
て存在する複数の島状の不純物層を形成し、該島状の不
純物層は、コンタクトホールを通して電極層に繋がる第
１の島状の不純物層と、上記電極層に繋がらない第２の
島状の不純物層の２種類を、それぞれ独立して配設して
なり、上記第１および第２の島状の不純物層の総面積
は、上記同一平面の総面積の１.５％から４％の範囲に
ある構造の太陽電池とするものである。また、本発明は
請求項２に記載のように、請求項１において、隣接する
４個の上記第１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領
域の上記線に接する上記第２の島状の不純物層が存在す
る構造の太陽電池とするものである。また、本発明は請
求項３に記載のように、請求項１において、隣接する４
個の上記第１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領域
の内部に上記第２の島状の不純物層が存在する構造の太
陽電池とするものである。また、本発明は請求項４に記
載のように、請求項１において、隣接する４個の上記第
１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領域に、上記第
２の島状の不純物層が３個または４個存在する構造の太
陽電池とするものである。本発明の太陽電池によれば、
請求項１ないし請求項４に記載のように、ポイントコン
タクト領域、あるいはコンタクト領域の制限された拡散
層に対して、これとは別に、コンタクト領域を有しない
小面積の拡散層を設けるものである。このような構造と
することにより、シリコン基板中の欠陥が、ｐ＋もしく
はｎ＋の拡散によりゲッタリングされて、シリコン基板
中における少数キャリヤの再結合ロスを大きく低減でき
るという効果がある。また、本発明の太陽電池によれ
ば、コンタクト領域がない拡散層部分でもキャリヤ濃度
のロウハイジャンクション効果や、キャリヤの表面反転
効果があり、これらの拡散層のあることが、それだけで
もキャリヤの表面再結合の低減効果を有するものであ
る。
するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構
成とするものである。すなわち、本発明は請求項１に記
載のように、結晶シリコンを主構成体とする太陽電池に
おいて、少なくとも、結晶シリコン基板の同一平面内
に、不純物を局所的に島状に導入して、それぞれ独立し
て存在する複数の島状の不純物層を形成し、該島状の不
純物層は、コンタクトホールを通して電極層に繋がる第
１の島状の不純物層と、上記電極層に繋がらない第２の
島状の不純物層の２種類を、それぞれ独立して配設して
なり、上記第１および第２の島状の不純物層の総面積
は、上記同一平面の総面積の１.５％から４％の範囲に
ある構造の太陽電池とするものである。また、本発明は
請求項２に記載のように、請求項１において、隣接する
４個の上記第１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領
域の上記線に接する上記第２の島状の不純物層が存在す
る構造の太陽電池とするものである。また、本発明は請
求項３に記載のように、請求項１において、隣接する４
個の上記第１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領域
の内部に上記第２の島状の不純物層が存在する構造の太
陽電池とするものである。また、本発明は請求項４に記
載のように、請求項１において、隣接する４個の上記第
１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領域に、上記第
２の島状の不純物層が３個または４個存在する構造の太
陽電池とするものである。本発明の太陽電池によれば、
請求項１ないし請求項４に記載のように、ポイントコン
タクト領域、あるいはコンタクト領域の制限された拡散
層に対して、これとは別に、コンタクト領域を有しない
小面積の拡散層を設けるものである。このような構造と
することにより、シリコン基板中の欠陥が、ｐ＋もしく
はｎ＋の拡散によりゲッタリングされて、シリコン基板
中における少数キャリヤの再結合ロスを大きく低減でき
るという効果がある。また、本発明の太陽電池によれ
ば、コンタクト領域がない拡散層部分でもキャリヤ濃度
のロウハイジャンクション効果や、キャリヤの表面反転
効果があり、これらの拡散層のあることが、それだけで
もキャリヤの表面再結合の低減効果を有するものであ
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】〈実施の形態１〉 図１は、本実施の形態で例示する太陽電池の構造を示す
斜視図である。図において、ｐ型単結晶シリコン基板１
に、Ｐ2Ｏ5をソースとして高濃度ｎ層２を、熱拡散法に
より形成した。このために、まず、９００℃での熱酸化
により、拡散マスクとして熱酸化膜を形成し、これに穴
開けをして熱拡散を行った。次に、さらに穴開けを行
い、光照射面のほぼ全面に、エミッタ層として低濃度ｎ
層３を形成した。高濃度ｎ層２は太陽電池の作製後でシ
ート抵抗（面積抵抗率）が３０Ω／□、低濃度ｎ層３
は、シート抵抗（面積抵抗率）が３００Ω／□となるよ
うに導入した。その後、熱酸化により表面酸化膜４、お
よび裏面酸化膜６を、１０００℃で１００ｎｍの厚さに
形成し、パッシベーション酸化膜とした。この裏面酸化
膜６を拡散マスクとして、基板裏面に穴開けをして高濃
度ｐ層５および５′の熱拡散を行った。拡散ソースには
ＢＮを用いた。拡散後には、引き続き酸素雰囲気中で熱
処理を行い、拡散層上にも酸化膜を形成した。この裏面
酸化膜６と接する高濃度ｐ層５、５′の上に酸化膜が形
成されたものを、裏面酸化膜６′と呼ぶことにする。裏
面酸化膜６′の高濃度ｐ層５上のみにコンタクトホール
７を形成し、裏面電極８をアルミニウムの抵抗加熱蒸着
により形成した。さらに、表側の酸化膜４にコンタクト
ホールを形成した後、フィンガー電極９を、Ｔｉ／Ｐｄ
／Ａｇの電子ビーム蒸着により形成した。以下、図２、
表１を用いて、本実施の形態で例示した新構造の太陽電
池がもたらすメリットについて述べる。図２は、基板裏
面の高濃度ｐ層５および５′の配置を表わした平面図で
あり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で表わされる、
それぞれ４つの裏面拡散層を単位として示した。（ａ）
は、従来用いられていた一つの高濃度拡散層１１に、一
つのコンタクトホール１２を形成する場合の最も良い特
性が得られた場合を示すものである。縦横２５０μｍピ
ッチ（Ｌ）の間隔に、サイズ（ｗ）が６４μｍ角の高濃
度拡散層１１を形成し、その中に、１０μｍ角のコンタ
クトホール１２を形成した。太陽電池の裏面は、これの
繰り返しからなり、かなりの面積が高濃度拡散層１１で
占められていることが分かる。（ｂ）は、本発明に対す
る参照例を示すものであり、上記と同じピッチ（Ｌ）で
必要最小限のサイズ２０μｍ角のコンタクトホールの無
い高濃度拡散層１３を形成し、４隅の高濃度拡散層には
１０μｍ角のコンタクトホール１２を形成した（黒塗
り）。中央部の高濃度拡散層は、コンタクトホールの無
い高濃度拡散層１３である（白抜き）。（ｃ）、（ｄ）
は、本発明の新構造の太陽電池の一例を示すもので、上
記（ｂ）と同様にして、コンタクトホールの無い高濃度
拡散層１３の数を、それぞれ増加した場合を示してい
る。（ｄ）の場合においてもコンタクトホールの無い高
濃度拡散層１３の面積比率は、従来の（ａ）の場合より
も、ずっと小さいことが分かる。このようにして作製し
た本発明の太陽電池および従来の太陽電池の特性を比較
して表１に示す。
斜視図である。図において、ｐ型単結晶シリコン基板１
に、Ｐ2Ｏ5をソースとして高濃度ｎ層２を、熱拡散法に
より形成した。このために、まず、９００℃での熱酸化
により、拡散マスクとして熱酸化膜を形成し、これに穴
開けをして熱拡散を行った。次に、さらに穴開けを行
い、光照射面のほぼ全面に、エミッタ層として低濃度ｎ
層３を形成した。高濃度ｎ層２は太陽電池の作製後でシ
ート抵抗（面積抵抗率）が３０Ω／□、低濃度ｎ層３
は、シート抵抗（面積抵抗率）が３００Ω／□となるよ
うに導入した。その後、熱酸化により表面酸化膜４、お
よび裏面酸化膜６を、１０００℃で１００ｎｍの厚さに
形成し、パッシベーション酸化膜とした。この裏面酸化
膜６を拡散マスクとして、基板裏面に穴開けをして高濃
度ｐ層５および５′の熱拡散を行った。拡散ソースには
ＢＮを用いた。拡散後には、引き続き酸素雰囲気中で熱
処理を行い、拡散層上にも酸化膜を形成した。この裏面
酸化膜６と接する高濃度ｐ層５、５′の上に酸化膜が形
成されたものを、裏面酸化膜６′と呼ぶことにする。裏
面酸化膜６′の高濃度ｐ層５上のみにコンタクトホール
７を形成し、裏面電極８をアルミニウムの抵抗加熱蒸着
により形成した。さらに、表側の酸化膜４にコンタクト
ホールを形成した後、フィンガー電極９を、Ｔｉ／Ｐｄ
／Ａｇの電子ビーム蒸着により形成した。以下、図２、
表１を用いて、本実施の形態で例示した新構造の太陽電
池がもたらすメリットについて述べる。図２は、基板裏
面の高濃度ｐ層５および５′の配置を表わした平面図で
あり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で表わされる、
それぞれ４つの裏面拡散層を単位として示した。（ａ）
は、従来用いられていた一つの高濃度拡散層１１に、一
つのコンタクトホール１２を形成する場合の最も良い特
性が得られた場合を示すものである。縦横２５０μｍピ
ッチ（Ｌ）の間隔に、サイズ（ｗ）が６４μｍ角の高濃
度拡散層１１を形成し、その中に、１０μｍ角のコンタ
クトホール１２を形成した。太陽電池の裏面は、これの
繰り返しからなり、かなりの面積が高濃度拡散層１１で
占められていることが分かる。（ｂ）は、本発明に対す
る参照例を示すものであり、上記と同じピッチ（Ｌ）で
必要最小限のサイズ２０μｍ角のコンタクトホールの無
い高濃度拡散層１３を形成し、４隅の高濃度拡散層には
１０μｍ角のコンタクトホール１２を形成した（黒塗
り）。中央部の高濃度拡散層は、コンタクトホールの無
い高濃度拡散層１３である（白抜き）。（ｃ）、（ｄ）
は、本発明の新構造の太陽電池の一例を示すもので、上
記（ｂ）と同様にして、コンタクトホールの無い高濃度
拡散層１３の数を、それぞれ増加した場合を示してい
る。（ｄ）の場合においてもコンタクトホールの無い高
濃度拡散層１３の面積比率は、従来の（ａ）の場合より
も、ずっと小さいことが分かる。このようにして作製し
た本発明の太陽電池および従来の太陽電池の特性を比較
して表１に示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】従来の太陽電池である（ａ）と比較して、
本発明の（ｃ）、（ｄ）に示されるコンタクトホールを
形成しない高濃度拡散層の数が増えるほど太陽電池の特
性は向上している。言うまでもなく、参照例（ｂ）、本
発明の（ｃ）、（ｄ）の高濃度拡散層サイズで、（ａ）
と同一形状の場合や、コンタクトホールを形成しない高
濃度拡散層の数が増えて、高濃度拡散層の総面積が
（ａ）以上となった場合には、太陽電池の特性であるＶ
oc（開放電圧）、Ｊsc（短絡電流）、ＦＦ（曲線因
子）、光電変換効率Ｅff（％）のいずれも（ａ）を大き
く下回った。以上の結果は、ボロン拡散による基板のゲ
ッタリング効果によると考えられる。すなわち、裏面に
局所的にボロン拡散を行うことにより、その周辺がゲッ
タリングされ、基板内でのキャリヤの再結合ロスが減少
するものと考えられる。従来構造では、基板のゲッタリ
ング効果を得るには裏面総面積の６％から１６％もの拡
散面積が必要であった。このことは、拡散層での少数キ
ャリヤの再結合ロスに繋がる。一方、本発明の構造で
は、裏面総面積の１.５％から４％程度に留まり、拡散
層での少数キャリヤの再結合ロスは大きく低減された。
本発明の（ｃ）、（ｄ）に示されるコンタクトホールを
形成しない高濃度拡散層の数が増えるほど太陽電池の特
性は向上している。言うまでもなく、参照例（ｂ）、本
発明の（ｃ）、（ｄ）の高濃度拡散層サイズで、（ａ）
と同一形状の場合や、コンタクトホールを形成しない高
濃度拡散層の数が増えて、高濃度拡散層の総面積が
（ａ）以上となった場合には、太陽電池の特性であるＶ
oc（開放電圧）、Ｊsc（短絡電流）、ＦＦ（曲線因
子）、光電変換効率Ｅff（％）のいずれも（ａ）を大き
く下回った。以上の結果は、ボロン拡散による基板のゲ
ッタリング効果によると考えられる。すなわち、裏面に
局所的にボロン拡散を行うことにより、その周辺がゲッ
タリングされ、基板内でのキャリヤの再結合ロスが減少
するものと考えられる。従来構造では、基板のゲッタリ
ング効果を得るには裏面総面積の６％から１６％もの拡
散面積が必要であった。このことは、拡散層での少数キ
ャリヤの再結合ロスに繋がる。一方、本発明の構造で
は、裏面総面積の１.５％から４％程度に留まり、拡散
層での少数キャリヤの再結合ロスは大きく低減された。
【０００９】〈実施の形態２〉本実施の形態において
は、上記実施の形態１とほぼ同一の素子形状で、ｎ型単
結晶シリコン基板に太陽電池を形成した。したがって、
太陽電池の構成は図１に示すものとほぼ同じであるが、
ただ、ｐをｎ型に、ｎをｐ型に変えた構造とした。ｎ型
単結晶シリコン基板に、実施の形態１と同様にして、ｐ
型拡散層と熱酸化膜を形成した。次に、上記酸化膜を拡
散マスクとして、基板裏面に穴開けをして高濃度ｎ層の
熱拡散を行った。このとき、高濃度ｎ層の間隔は１５０
μｍとした。拡散後に、引き続き酸素雰囲気中で熱処理
を行った。この結果、高濃度ｎ層上にも薄く裏面酸化膜
が形成された。実施の形態１と同様にして、コンタクト
ホールを一部の高濃度ｎ層上に形成し、裏面電極をアル
ミニウムの抵抗加熱蒸着により形成した。さらに、表側
の酸化膜に、コンタクトホール形成後、フィンガー電極
をＴｉ／Ｐｄ／Ａｇの電子ビーム蒸着により形成した。
ｐ型単結晶シリコン基板の場合と同様に、すべての拡散
層にコンタクトを形成した場合と比べて、それぞれ、Ｊ
sc（ｍＡ／ｃｍ2）＝３１.９、Ｖoc（Ｖ）＝０.６６２
が、Ｊsc＝３３.１、Ｖoc＝０.６８１に向上した。すな
わち、リン（Ｐ）を用いた場合においてもゲッタリング
効果があることは明らかである。したがって、ｐ型結晶
シリコン基板へのｎ型拡散、あるいはｎ型結晶シリコン
基板へのｐ型拡散であっても上記実施の形態１と同様の
本発明の効果が得られることが分かる。
は、上記実施の形態１とほぼ同一の素子形状で、ｎ型単
結晶シリコン基板に太陽電池を形成した。したがって、
太陽電池の構成は図１に示すものとほぼ同じであるが、
ただ、ｐをｎ型に、ｎをｐ型に変えた構造とした。ｎ型
単結晶シリコン基板に、実施の形態１と同様にして、ｐ
型拡散層と熱酸化膜を形成した。次に、上記酸化膜を拡
散マスクとして、基板裏面に穴開けをして高濃度ｎ層の
熱拡散を行った。このとき、高濃度ｎ層の間隔は１５０
μｍとした。拡散後に、引き続き酸素雰囲気中で熱処理
を行った。この結果、高濃度ｎ層上にも薄く裏面酸化膜
が形成された。実施の形態１と同様にして、コンタクト
ホールを一部の高濃度ｎ層上に形成し、裏面電極をアル
ミニウムの抵抗加熱蒸着により形成した。さらに、表側
の酸化膜に、コンタクトホール形成後、フィンガー電極
をＴｉ／Ｐｄ／Ａｇの電子ビーム蒸着により形成した。
ｐ型単結晶シリコン基板の場合と同様に、すべての拡散
層にコンタクトを形成した場合と比べて、それぞれ、Ｊ
sc（ｍＡ／ｃｍ2）＝３１.９、Ｖoc（Ｖ）＝０.６６２
が、Ｊsc＝３３.１、Ｖoc＝０.６８１に向上した。すな
わち、リン（Ｐ）を用いた場合においてもゲッタリング
効果があることは明らかである。したがって、ｐ型結晶
シリコン基板へのｎ型拡散、あるいはｎ型結晶シリコン
基板へのｐ型拡散であっても上記実施の形態１と同様の
本発明の効果が得られることが分かる。
【００１０】〈参考例〉 ｐ型多結晶シリコン基板に、実施の形態１と同様に、ｎ
型拡散層と熱酸化膜を形成した。酸化膜を拡散マスクと
して、基板裏面に穴開けをして、高濃度ｐ層の熱拡散を
行った。このとき、高濃度ｐ層の間隔は、単結晶シリコ
ン基板の場合よりも、より密に１００μｍ間隔とした。
これを図３に示す。図３は、図２と同様に、基板裏面の
高濃度ｐ層の配置を示した図である。裏面から見た多結
晶粒を模式的に示し、その上に形成した裏面拡散層を示
した。縦、横１００μｍピッチ（Ｌ）の間隔に、サイズ
（ｗ）が２５μｍ角の高濃度拡散層を形成し、その中に
１０μｍ角のコンタクトホール１２を形成した（黒塗
り）。さらに、中央に、コンタクトホールを形成しない
４０μｍ角の高濃度拡散層１３（白抜き）を形成した。
これにより、基板を形成する多結晶シリコンの結晶粒の
ほぼすべてに、高濃度ｐ層を形成することができた。こ
れまでは、直列抵抗の低減が達成できる範囲で、高濃度
ｐ層の面積をできるだけ小さくすることが考えられてい
たので、コンタクトホールのない高濃度ｐ層（白抜き）
のような拡散は行われず、高濃度ｐ層のない結晶粒も、
かなりの割合で生じていた。しかし、本発明の実施の形
態の太陽電池の構造をとることにより、ほとんどの結晶
粒表面に高濃度ｐ層が形成され、そのゲッタリング効果
によって、結晶粒中のキャリヤのライフタイムを大きく
改善することができた。これにより、太陽電池の特性を
大きく改善することができた。なお、本実施の形態にお
ける太陽電池では、構造の複雑化を防ぐために、一般に
行われている表面の光閉じ込め構造は採用しなかった
が、通常のランダムテクスチャー構造や、逆ピラミッド
構造に形成しても全く問題は生じない。太陽電池の、よ
り高い効率を得るために、上記の構造や、多層の無反射
コーティングを行っても良い。さらに、本実施の形態に
おける太陽電池の材料は、各種の結晶シリコン基板を用
いることができ、異種基板上の４０μｍ程度以下の結晶
シリコン薄膜においても、上記と同様の効果を示す。ま
た、これらを組み合わせたヘテロ接合の太陽電池の場合
においても、本発明の構造を適用することにより同様の
効果が得られる。また、太陽電池の作製プロセスにおい
ても、本実施の形態では熱拡散法を用いたが、７００℃
程度、あるいはそれ以上の熱処理を伴うインプラ法、Ｃ
ＶＤ法、ＭＢＥ法、蒸着法、スピンオン法など、本発明
の構造の太陽電池を形成できる技術ならば、いずれを用
いても良い。
型拡散層と熱酸化膜を形成した。酸化膜を拡散マスクと
して、基板裏面に穴開けをして、高濃度ｐ層の熱拡散を
行った。このとき、高濃度ｐ層の間隔は、単結晶シリコ
ン基板の場合よりも、より密に１００μｍ間隔とした。
これを図３に示す。図３は、図２と同様に、基板裏面の
高濃度ｐ層の配置を示した図である。裏面から見た多結
晶粒を模式的に示し、その上に形成した裏面拡散層を示
した。縦、横１００μｍピッチ（Ｌ）の間隔に、サイズ
（ｗ）が２５μｍ角の高濃度拡散層を形成し、その中に
１０μｍ角のコンタクトホール１２を形成した（黒塗
り）。さらに、中央に、コンタクトホールを形成しない
４０μｍ角の高濃度拡散層１３（白抜き）を形成した。
これにより、基板を形成する多結晶シリコンの結晶粒の
ほぼすべてに、高濃度ｐ層を形成することができた。こ
れまでは、直列抵抗の低減が達成できる範囲で、高濃度
ｐ層の面積をできるだけ小さくすることが考えられてい
たので、コンタクトホールのない高濃度ｐ層（白抜き）
のような拡散は行われず、高濃度ｐ層のない結晶粒も、
かなりの割合で生じていた。しかし、本発明の実施の形
態の太陽電池の構造をとることにより、ほとんどの結晶
粒表面に高濃度ｐ層が形成され、そのゲッタリング効果
によって、結晶粒中のキャリヤのライフタイムを大きく
改善することができた。これにより、太陽電池の特性を
大きく改善することができた。なお、本実施の形態にお
ける太陽電池では、構造の複雑化を防ぐために、一般に
行われている表面の光閉じ込め構造は採用しなかった
が、通常のランダムテクスチャー構造や、逆ピラミッド
構造に形成しても全く問題は生じない。太陽電池の、よ
り高い効率を得るために、上記の構造や、多層の無反射
コーティングを行っても良い。さらに、本実施の形態に
おける太陽電池の材料は、各種の結晶シリコン基板を用
いることができ、異種基板上の４０μｍ程度以下の結晶
シリコン薄膜においても、上記と同様の効果を示す。ま
た、これらを組み合わせたヘテロ接合の太陽電池の場合
においても、本発明の構造を適用することにより同様の
効果が得られる。また、太陽電池の作製プロセスにおい
ても、本実施の形態では熱拡散法を用いたが、７００℃
程度、あるいはそれ以上の熱処理を伴うインプラ法、Ｃ
ＶＤ法、ＭＢＥ法、蒸着法、スピンオン法など、本発明
の構造の太陽電池を形成できる技術ならば、いずれを用
いても良い。
【００１１】
【発明の効果】以上、本発明によれば、通常の電極との
コンタクトをとる局所高濃度拡散層のみではなく、コン
タクトをとらない局所高濃度拡散層を付加することによ
り、拡散層の有するゲッタリング効果を最大限に引き出
すことができる。特に、熱酸化膜で覆われた部分の基板
のバルクライフタイムを著しく改善できる効果がある。
また、本発明の優れた性能を有する太陽電池を、従来の
太陽電池の作製工程を変えることなく容易に歩留まり良
く製造できる効果がある。
コンタクトをとる局所高濃度拡散層のみではなく、コン
タクトをとらない局所高濃度拡散層を付加することによ
り、拡散層の有するゲッタリング効果を最大限に引き出
すことができる。特に、熱酸化膜で覆われた部分の基板
のバルクライフタイムを著しく改善できる効果がある。
また、本発明の優れた性能を有する太陽電池を、従来の
太陽電池の作製工程を変えることなく容易に歩留まり良
く製造できる効果がある。
【図１】本発明の実施の形態で例示した太陽電池の構成
を示す模式図。
を示す模式図。
【図２】本発明の実施の形態で例示した太陽電池の裏面
の高濃度拡散層の配置について従来技術と比較して示し
た説明図。
の高濃度拡散層の配置について従来技術と比較して示し
た説明図。
【図３】本発明の参考例として例示した多結晶シリコン
太陽電池の裏面の高濃度拡散層の配置を示した説明図。
太陽電池の裏面の高濃度拡散層の配置を示した説明図。
１…Ｐ型単結晶シリコン基板 ２…高濃度ｎ層 ３…低濃度ｎ層 ４…表面酸化膜 ５…高濃度ｐ層 ５′…高濃度ｐ層 ６…裏面酸化膜 ６′…裏面酸化膜 ７…コンタクトホール ８…裏面電極 ９…フィンガー電極 １０…結晶粒界 １１…高濃度拡散層 １２…コンタクトホールを形成した高濃度拡散層 １３…コンタクトホールを形成しない高濃度拡散層 Ｌ…ピッチ ｗ…サイズ （ａ）…従来型太陽電池の高濃度拡散層の配置 （ｂ）…参照例における高濃度拡散層の配置 （ｃ）、（ｄ）…本発明の太陽電池の高濃度拡散層の配
置
置
フロントページの続き (72)発明者 筒井 謙 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (72)発明者 蕨迫 光紀 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平３−285360（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−45945（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−78709（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 31/04 H01L 31/042
Claims (4)
- 【請求項１】結晶シリコンを主構成体とする太陽電池に
おいて、少なくとも、結晶シリコン基板の同一平面内
に、不純物を局所的に島状に導入して、それぞれ独立し
て存在する複数の島状の不純物層を形成し、該島状の不
純物層は、コンタクトホールを通して電極層に繋がる第
１の島状の不純物層と、上記電極層に繋がらない第２の
島状の不純物層の２種類を、それぞれ独立して配設して
なり、上記第１および第２の島状の不純物層の総面積
は、上記同一平面の総面積の１.５％から４％の範囲に
あることを特徴とする太陽電池。 - 【請求項２】請求項１において、隣接する４個の上記第
１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領域の上記線に
接する上記第２の島状の不純物層が存在していることを
特徴とする太陽電池。 - 【請求項３】請求項１において、隣接する４個の上記第
１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領域の内部に上
記第２の島状の不純物層が存在していることを特徴とす
る太陽電池。 - 【請求項４】請求項１において、隣接する４個の上記第
１の島状の不純物層を結ぶ線で囲まれた領域に、上記第
２の島状の不純物層が３個または４個存在していること
を特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9064656A JP3070912B2 (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9064656A JP3070912B2 (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 太陽電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10261810A JPH10261810A (ja) | 1998-09-29 |
| JP3070912B2 true JP3070912B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=13264494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9064656A Expired - Fee Related JP3070912B2 (ja) | 1997-03-18 | 1997-03-18 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3070912B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101964373A (zh) * | 2010-08-18 | 2011-02-02 | 中国科学院半导体研究所 | 一种宽谱光伏效应的双结太阳电池及其制备方法 |
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| JP2012049424A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 太陽電池及びその製造方法 |
| JP5494511B2 (ja) * | 2011-01-31 | 2014-05-14 | 信越化学工業株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
| CN111628047B (zh) * | 2020-06-01 | 2023-02-28 | 常州顺风太阳能科技有限公司 | 一种N型TOPCon太阳能电池的制作方法 |
-
1997
- 1997-03-18 JP JP9064656A patent/JP3070912B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101964373A (zh) * | 2010-08-18 | 2011-02-02 | 中国科学院半导体研究所 | 一种宽谱光伏效应的双结太阳电池及其制备方法 |
| CN101964373B (zh) * | 2010-08-18 | 2012-11-14 | 中国科学院半导体研究所 | 一种宽谱光伏效应的双结太阳电池及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10261810A (ja) | 1998-09-29 |
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