JP3201880U - 局部不活性化ヘテロ接合を有する太陽電池構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】発電効率と品質を向上できる局部不活性化ヘテロ接合を有する太陽電池構造を提供する。【解決手段】太陽電池構造は、正面と裏面を有する第１導電型の半導体基板１１と、半導体基板の正面に設けられた真性シリコン薄膜１４と、真性シリコン薄膜に設けられた第２導電型のシリコン薄膜１５と、第２導電型のシリコン薄膜に設けられた透明導電酸化物層１６と、透明導電酸化物層に設けられた正面電極パターン１７と、半導体基板の裏面に設けられた裏面不活性化層１２と、裏面不活性化層中に設けられた少なくとも一つの局部開孔領域と、裏面不活性化層に設けられ、局部開孔領域を埋めるとともに、局部開孔領域内に局部裏面電界１０４を形成する裏面接触電極１８とを含む。【選択図】図６

Description

この考案は太陽電池技術分野に関し、特に、裏面局部不活性化（ｌｏｃａｌ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）のヘテロ接合（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）を有する太陽電池構造に関する。
太陽電池の機能原理ついて、太陽光の照射能と半導体材料を利用して電力を発生させることは知られている。その主な材料には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンのシリコン基板又はＩＩＩ―Ｖ族化合物の半導体材料など、及び、電極として用いられる導電ペースト、例えば銀ペースト又はアルミペーストなどが含まれる。
太陽電池の製造方法において、一般的に、まずウエハの表面洗浄と粗化処理を行い、次に拡散工程を行って、ウエハの表面にリンガラス層及びドーピングエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）領域を形成し、さらにエッチング工程によってリンガラス層を除去した後、反射防止層を形成し、その後スクリーン印刷技術を用いて、電池の正面及び裏面において金属ペーストの電極パターンをスクリーン印刷し、その後高温焼結を行うことによって電極を形成する。最後に、直列溶接により電池セルを繋げてモジュールを得る。
ここで、裏面不活性化太陽電池（ＰＥＲＣ）は、太陽電池の裏面に形成された不活性化層（例えば、薄い酸化アルミニウム層）を利用して、電子‐正孔対の再結合（ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）を低減させ、かつ反射防止層（ＡＲＣ）と共同に光を太陽電池内へ反射させることにより、電池の効率を上げるものできる。
この考案の主な目的は、裏面局部不活性化のヘテロ接合を有する太陽電池構造を提供し、電池の効率及び品質を高めることにある。
本考案の一実施例によると、本考案は太陽電池構造を提供し、該太陽電池構造は、正面及び裏面を有する第１導電型の半導体基板と、前記半導体基板の前記正面に設けられた真性シリコン薄膜と、前記真性シリコン薄膜に設けられた第２導電型のシリコン薄膜と、前記第２導電型のシリコン薄膜に設けられた透明導電酸化物層と、前記透明導電酸化物層に設けられた正面電極パターンと、前記半導体基板の前記裏面に設けられた裏面不活性化層と、前記裏面不活性化層中に設けられた少なくとも一つの局部開孔領域と、前記裏面不活性化層に設けられ、前記局部開孔領域を埋めるとともに、前記局部開孔領域内に局部裏面電界を形成する裏面接触電極とを含む。
また、前記真性シリコン薄膜と前記半導体基板とがヘテロ接合構造を構成する。前記真性シリコン薄膜は、真性非晶質薄膜、真性微晶質シリコン薄膜、又はこれらの組み合わせを含む。前記第２導電型のシリコン薄膜は、導電型非晶質シリコン薄膜、導電型微晶質シリコン薄膜、又はこれらの組み合わせを含む。
本考案の上記目的、特徴及び利点をより明確にするため、以下は好ましい実施形態に基づき、かつ図面を参照しながら詳しく説明する。なお、以下の好ましい実施形態と図面は参照に供するのみであり、本考案を制限するものでない。
本考案の太陽電池構造の制作ステップを例示する概略図である。 本考案の太陽電池構造の制作ステップを例示する概略図である。 本考案の太陽電池構造の制作ステップを例示する概略図である。 本考案の太陽電池構造の制作ステップを例示する概略図である。 本考案の太陽電池構造の制作ステップを例示する概略図である。 本考案の太陽電池構造の制作ステップを例示する概略図であり、裏面局部不活性化のヘテロ接合を有する太陽電池構造を示す断面図である。
図１から図６は、本考案に基づき制作した太陽電池構造を示す断面概略図である。図１が示すように、まず、半導体基板１１を提要し、例えば、Ｎ型ドープ結晶シリコン基板又は結晶シリコンウエハであり、その厚さは例えば約１８０−２００マイクロメートル程度であるが、これに限定されない。
次に、化学エッチング工程を利用して、半導体基板１１の表面洗浄処理及び表面粗化（ｓｕｒｆａｃｅ ｔｅｘｔｕｒｅ）処理を行い、半導体基板１１の正面（受光面）Ｓ１において粗化（又はピラミッド型）構造１０１を形成し、かつ半導体基板１１の裏面Ｓ２に平坦表面を形成する。
図２が示すように、化学気相成長（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）工程を利用して、半導体基板１１の裏面Ｓ２に裏面不活性化層１２及び被覆層１３を形成する。例えば、裏面不活性化層１２は酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮｘ）であり、被覆層１３は窒化シリコン（ＳｉＮｘ）であってもよいが、これらに限定されない。
裏面不活性化層１２と被覆層１３はいずれも誘電材料であり、かつ多層膜構造であってもよい。例えば、裏面不活性化層１２は酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、非晶質シリコン（ａ-Ｓｉ）から選ばれてもよい。
別の実施例において、裏面不活性化層１２及び被覆層１３を完成した後、前記の粗化（又はピラミッド型）構造１０１を形成してもよい。
次に、図３が示すように、化学気相成長工程を利用して、半導体基板１１の正面Ｓ１において、真性シリコン薄膜１４及びＰ型シリコン薄膜１５を順に形成することができる。真性シリコン薄膜１４はドーピングされていないシリコン薄膜であり、例えば、真性シリコン薄膜１４は真性非晶質シリコン薄膜（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ）、真性微晶質シリコン薄膜（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。Ｐ型シリコン薄膜１５は、Ｐ型非晶質シリコン薄膜、Ｐ型微晶質薄膜、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。真性シリコン薄膜１４とＮ型半導体基板１１は非晶質シリコン‐結晶シリコン（又は微晶質シリコン‐結晶シリコン）ヘテロ接合構造１００を構成する。
続いて、図４が示すように、物理気相成長（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）工程を利用して、半導体基板１１の正面Ｓ１において透明導電酸化物（tｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、ＴＣＯ）層１６、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を形成するが、これに限定されない。
次に、図５が示すように、レーザ工程を利用して、半導体基板１１の裏面Ｓ２の裏面不活性化層１２及び被覆層１３の中に、局部開孔領域１０３を形成し、かつ局部不活性化層２０を形成する。
続いて、図６が示すように、金属ペースト材料を用いて、半導体基板１１の正面Ｓ１において正面電極パターン１７をスクリーン印刷し、かつ半導体基板１１の裏面Ｓ２に裏面接触電極１８を形成し、裏面接触電極１８により局部開孔領域１０３を埋める。上記金属ペーストは銀ペースト又はアルミニウムペーストであってもよいが、これに限定されない。
最後に、高温高速焼結炉を利用して、正面電極パターン１７及び背面接触電極１８の焼結を行い、かつ局部気候領域１０３において局部裏面電界（ｌｏｃａｌ ｂａｃｋｓｉｄｅ ｆｉｅｌｄ、ｌｏｃａｌ ＢＳＦ）１０４を形成する。
以上の各製造ステップ、順番は例示説明のためであり、ここで用いる技術手段、方法は例示に過ぎず、かつ各膜層の材料も以上に説明したものに限定されない。
例えば、別の実施例において、先に半導体基板１１の正面Ｓ１の真性シリコン薄膜１４、Ｐ型シリコン薄膜１５及び透明導電酸化物層１６を形成した後、半導体基板１１の裏面Ｓ２の裏面不活性化層１２及び被覆層１３を形成してもよい。
本考案の構造の特徴は、太陽電池において、半導体基板１１の正面Ｓ１に位置するヘテロ接合構造１００と、半導体基板１１の裏面Ｓ２に位置する裏面不活性化太陽電池（ＰＥＲＣ）の局部不活性化構造３００を同時に備えることができるため、電池の効率及び品質を高めることができる。
以上は本考案の好ましい実施例であり、本考案の出願請求の範囲に基づいて行ったそれに同等な変更及び修正も本考案の範囲に含まれる。
１１ 半導体基板
１２ 裏面不活性化層
１３ 被覆層
１４ 真性シリコン薄膜
１５ Ｐ型シリコン薄膜
１６ 透明導電酸化物層
１７ 正面電極パターン
１８ 裏面接触電極
２０ 局部不活性化層
１００ ヘテロ接合構造
１０３ 局部開孔領域
１０４ 局部裏面電界
３００ 局部不活性化構造
Ｓ１ 正面（受光面）
Ｓ２ 裏面

Claims (10)

  1. 局部不活性化ヘテロ接合を有する太陽電池構造であって、
    正面及び裏面を有する第１導電型の半導体基板と、
    前記半導体基板の前記正面に設けられた真性シリコン薄膜と、
    前記真性シリコン薄膜に設けられた第２導電型のシリコン薄膜と、
    前記第２導電型のシリコン薄膜に設けられた透明導電酸化物層と、
    前記透明導電酸化物層に設けられた正面電極パターンと、
    前記半導体基板の前記裏面に設けられた裏面不活性化層と、
    前記裏面不活性化層中に設けられた少なくとも一つの局部開孔領域と、
    前記裏面不活性化層に設けられ、前記局部開孔領域を埋めるとともに、前記局部開孔領域内に局部裏面電界を形成する裏面接触電極とを含む、太陽電池構造。
  2. 前記正面は粗化構造を有する、請求項１に記載の太陽電池構造。
  3. 前記第１導電型はＮ型であり、前記第２導電型はＰ型である、請求項１に記載の太陽電池構造。
  4. 前記裏面不活性化層に設けられた被覆層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池構造。
  5. 前記裏面不活性化層は、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮｘ）酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、非晶質シリコン（a-Ｓｉ）から選ばれる、請求項１に記載の太陽電池構造。
  6. 前記被覆層は窒化シリコンを含む、請求項４に記載の太陽電池構造。
  7. 前記第１導電型の半導体基板はＮ型ドープ結晶シリコン基板である、請求項１に記載の太陽電池構造。
  8. 前記真性シリコン薄膜と前記半導体基板とがヘテロ接合構造を構成する、請求項１に記載の太陽電池構造。
  9. 前記真性シリコン薄膜は、真性非晶質薄膜、真性微晶質シリコン薄膜、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の太陽電池構造。
  10. 前記第２導電型のシリコン薄膜は、導電型非晶質シリコン薄膜、導電型微晶質シリコン薄膜、又はこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の太陽電池構造。
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