JP3205613U - ヘテロ接合太陽電池構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池効率及び品質を一層高めることができるヘテロ接合太陽電池構造を提供する。【解決手段】ヘテロ接合太陽電池構造は、第１導電型ドープ半導体基板１１と、第１導電型ドープ半導体基板１１の正面Ｓ１上に設けられた真性水素化アモルファスシリコン膜２１と、真性水素化アモルファスシリコン膜２１上に設けられた第２導電型水素化アモルファスシリコン膜２２と、第２導電型水素化アモルファスシリコン膜２２上に直接設置された電極パターン２５と、電極パターン２５及び第２導電型水素化アモルファスシリコン膜２２を被覆する反射防止層２８を含む。電極パターン２５が第２導電型水素化アモルファスシリコン膜２２と直接接触する。【選択図】図６
Description
本考案は太陽電池の技術分野に関し、特にヘテロ接合（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）太陽電池構造に関する。
太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）はｐ型及びｎ型半導体材料が接合して正、負極を構成する光電素子であり、太陽光が太陽電池に照射すると太陽光エネルギーが吸収され、電子及び正孔が発生し、正電荷（正孔）と負電荷（電子）がそれぞれ正（ｐ型）、負極（ｎ型）方向に移動して、直流電流が発生する。このような光電素子は光エネルギーを電気エネルギーに変換できるため、光電池（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ、略称ＰＶ）とも呼ばれている。
通常、太陽電池の製造方法において、まずウエハー表面のクリーニングと粗化処理を行ってから、拡散工程によりウエハーの表面にリンガラス層及びドープエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）領域を形成し、その後エッチング工程によりリンガラス層を除去して、反射防止層を形成し、次にスクリーン印刷技術により電池の正面及び裏面に金属ペーストを用いて電極パターンをスクリーン印刷し、その後高温焼成を行って、電極を形成する。最後に、連続溶接によって電池セルを接続させてモジュールを得る。
近年、当該分野ではヘテロ接合構造（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｔｈｉｎ Ｌａｙｅｒ、略称ＨＩＴ）太陽電池が提案され、アモルファスシリコン薄膜を用いてキャリア表面の再結合速度を低減させて、太陽電池の光電変換効率をさらに高めることができる。しかし、ＨＩＴ太陽電池は工程温度（低温工程を必要とする）の制限により、高温焼成工程（ｆｉｒｉｎｇ）を用いることができないため、反射防止層に窒化ケイ素又は酸化ケイ素を使用することができず、反射防止層としてＴＣＯ導電薄膜を用いる必要がある。
本考案の主な目的は、改良されたヘテロ接合太陽電池構造を提供し、電池効率及び品質を一層高めることにある。
本考案の一実施例によれば、本願が提供するヘテロ接合太陽電池構造は、第１導電型ドープ半導体基板と、前記第１導電型ドープ半導体基板の正面上に設けられた真性水素化アモルファスシリコン膜と、前記真性水素化アモルファスシリコン膜上に設けられた第２導電型水素化アモルファスシリコン膜と、前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜上に直接設置された電極パターンと、前記電極パターン及び前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜を被覆する反射防止層とを含む。前記電極パターンは前記第二導電型水素化アモルファスシリコン膜と直接接触する。
また、前記電極パターンは少なくとも一つのバスバー電極及び少なくとも一つの指状電極を含む。前記反射防止層は前記指状電極を完全に被覆する。前記反射防止層にさらに、前記バスバー電極の上表面のみを露出させる溝が設けられている。
また、前記反射防止層は誘電反射防止層である。例えば、前記誘電反射防止層は窒化ケイ素、酸化ケイ素を含む。
一方、本考案が開示するヘテロ接合太陽電池構造は、第１導電型ドープ半導体基板と、前記第１導電型ドープ半導体基板の正面上に設けられた第１真性水素化アモルファスシリコン膜と、前記第１真性水素化アモルファスシリコン膜上に設けられた第２導電型水素化アモルファスシリコン膜と、前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜上に直接設置された第１電極パターンと、前記第１電極パターン及び前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜を被覆する第一反射防止層と、前記第１導電型ドープ半導体基板の裏面上に設けられた第２真性水素化アモルファスシリコン膜と、前記第２真性水素化アモルファスシリコン膜上に設けられた第１導電型水素化アモルファスシリコン膜と、前記第１導電型水素化アモルファスシリコン膜上に直接設置された第２電極パターンと、前記第２電極パターン及び前記第１導電型水素化アモルファスシリコン 膜を被覆する第二反射防止層とを含む。
また、前記第一反射防止層において、前記第１電極パターンの一部を露出させる第１溝が設けられている。前記第二反射防止層において、前記第２電極パターンの一部を露出させる第二溝が設けられている。前記第一反射防止層及び前記第二反射防止層はいずれも誘電反射防止層である。
本考案の上記目的、特徴及び利点をより明確にすべく、以下はその好ましい実施の形態を用いて、並びに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の形態と図面は参照及び説明が目的であり、本考案を限定するものではない。
図１ないし図５は本考案のヘテロ接合太陽電池の製作方法の概略図である。
図１が示すように、まず第１導電型ドープを有する半導体基板１１を提供し、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ーであり、その厚さが例えば約６０−２００マイクロメートルであるが、これに限定されない。半導体基板１１の正面（受光面）Ｓ１上に、まず表面粗化工程によってピラミッド型構造を形成し、その好ましい高さが２〜６マイクロメートルであってもよいが、これに限定されない。通常、ピラミッド型構造を形成する前に（又は後）、別途ウエハー表面のクリーニング工程を行って、汚染物を除去する。
図２が示すように、表面粗化工程が完了した後、続いて化学気相成長（ＣＶＤ）工程を行って、半導体基板１１の正面Ｓ１上に真性水素化アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜２１、第２導電型（ｐ型）水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜（以下ｐ型水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜とする）２２を成長させ、同時に半導体基板１１の裏面Ｓ２上に真性水素化アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜３１、第１導電型（ｎ型）水素化アモルファスシリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜（以下ｎ型水素化アモルファスシリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜とする）３２を成長させる。
上記薄膜はプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）法を利用して形成することが可能であり、ＣＶＤ温度範囲が２０ないし２００℃であり、例えば成長過程でホウ素を添加することによりｐ型ドープを提供して、ｐ型水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜２２を形成し、成長過程でリン素を添加することによりｎ型ドープを提供して、ｎ型水素化アモルファスシリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜３２を形成する。上記薄膜の成長方法は周知技術であるため詳細を省略する。
図３が示すように、次にスクリーン印刷工程により、半導体基板１１の正面Ｓ１のｐ型水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜２２上に金属ペーストをスクリーン印刷して、電極パターン２５を形成し、かつ半導体基板１１の裏面Ｓ２のｎ型水素化アモルファスシリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜３２上に金属ペーストをスクリーン印刷して、電極パターン３５を形成する。なお、電極パターン２５及び電極パターン３５はバスバー電極２５ａ、３５ａ及び指状電極を含んでもよい（図の断面においてバスバー電極２５ａ、３５ａのみが示されている）。
図４が示すように、続いて、化学気相成長工程により、半導体基板１１の正面Ｓ１及裏面Ｓ２にそれぞれ誘電反射防止層２８及び誘電反射防止層３８を成長させて、例えば、誘電反射防止層２８及び誘電反射防止層３８が窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒酸化ケイ素又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
最後に、図５が示すように、後に行われる電池セルのモジュール接続を簡単にできるよう、レーザー照射又はエッチングなどの方法を用いて、バスバー電極２５ａ、３５ａの真上の誘電反射防止層２８及び誘電反射防止層３８をそれぞれ除去し、半導体基板１１の正面Ｓ１及び裏面Ｓ２においてそれぞれ溝２９及び溝３９を形成して、バスバー電極２５ａ、３５ａの上表面を露出させる。そして、縁辺の絶縁化などの後処理を行ってもよいが、これは当該分野の周知技術であるため詳細を省略する。
従来のＨＩＴ太陽電池は、ｐ型水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜２２及びｎ型水素化アモルファスシリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜３２の上にさらに透明導電酸化（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、ＴＣＯ）層を形成し、例えば、酸化インジウムスズ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、酸化アルミニウム亜鉛（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＡＺＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＩＧＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ｇａｌｌｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ、ＧＺＯ）、二酸化スズ（ＳｎＯ２）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）である。
しかし、このような構造は反射防止の最適条件を提供することができないため、出願人は改良型のヘテロ接合太陽電池構造を提案しており、上記の透明導電酸化層を必要とせず、反射防止層として窒化ケイ素又は酸化ケイ素を用いることにより、反射防止の最適条件を提供し、電池の効率及び品質を一層高めることができる。
図６は本考案のヘテロ接合太陽電池構造の部分的透視図である。簡潔の見地から、半導体基板１１の正面Ｓ１上の構造特徴のみを図示している。
図６が示すように、本考案の構造上の特徴は、バスバー電極２５ａ及び指状電極２５ｂがｐ型水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜２２上に直接形成され、かつｐ型水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜２２と直接接触することにあり、これは従来のヘテロ接合太陽電池構造のバスバー電極及び指状電極均が透明導電酸化層上に形成される特徴と大きく異なっている。
本考案の構造上もう一つの特徴は、指状電極２５ｂが完全に誘電反射防止層２８に被覆され、バスバー電極２５ａの上表面のみが露出されることにある。バスバー電極２５ａの側壁も誘電反射防止層２８に被覆されてもよい。半導体基板１１の裏面Ｓ２上の構造特徴について、図５が示すように、正面Ｓ１と類似するため省略する。
また、このような構造特徴により、バスバー電極２５ａ及び指状電極２５ｂに照射した光線は反射された後、誘電反射防止層２８によって電池の内部へ再反射されるため、電池の効率を高めることができる。
以上は本考案の好ましい実施例に過ぎず、本考案の請求の範囲内で行った均等な変更及び修正はすべて本考案の範囲に属する。
１１ 半導体基板
２１ 真性水素化アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜
２２ 第２導電型（ｐ型）水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜
２５ 電極パターン
２５ａ バスバー電極
２５ｂ 指状電極
２８ 誘電反射防止層
２９ 溝
３１ 真性水素化アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜
３２ 第１導電型（ｎ型）水素化アモルファスシリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜
３５ 電極パターン
３５ａ バスバー電極
３８ 誘電反射防止層
３９ 溝
Ｓ１ 正面（受光面）
Ｓ２ 裏面
２１ 真性水素化アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜
２２ 第２導電型（ｐ型）水素化アモルファスシリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜
２５ 電極パターン
２５ａ バスバー電極
２５ｂ 指状電極
２８ 誘電反射防止層
２９ 溝
３１ 真性水素化アモルファスシリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜
３２ 第１導電型（ｎ型）水素化アモルファスシリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜
３５ 電極パターン
３５ａ バスバー電極
３８ 誘電反射防止層
３９ 溝
Ｓ１ 正面（受光面）
Ｓ２ 裏面
Claims (15)
- ヘテロ接合太陽電池構造であって、
第１導電型ドープ半導体基板と、
前記第１導電型ドープ半導体基板の正面上に設けられた真性水素化アモルファスシリコン膜と、
前記真性水素化アモルファスシリコン膜上に設けられた第２導電型水素化アモルファスシリコン膜と
前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜上に直接設置された電極パターンと、
前記電極パターン及び前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜を被覆する反射防止層とを含む、ヘテロ接合太陽電池構造。 - 前記電極パターンは前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜と直接接触する、請求項１に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記電極パターンは少なくとも一つのバスバー電極及び少なくとも一つの指状電極を含む、請求項１に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記反射防止層は前記指状電極を完全に被覆する、請求項３に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記反射防止層はさらに、前記バスバー電極の上表面のみを露出させる溝が設けられている、請求項３に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記反射防止層は誘電反射防止層である、請求項１に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記誘電反射防止層は窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒酸化ケイ素又はこれらの組み合わせを含む、請求項６に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記第１導電型がｎ型であり、前記第２導電型がｐ型である、請求項１に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- ヘテロ接合太陽電池構造であって、
第１導電型ドープ半導体基板と、
前記第１導電型ドープ半導体基板の正面上に設けられた第１真性水素化アモルファスシリコン膜と、
前記第１真性水素化アモルファスシリコン膜上に設けられた第２導電型水素化アモルファスシリコン膜と、
前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜上に直接設置された第１電極パターンと、
前記第１電極パターン及び前記第２導電型水素化アモルファスシリコン膜を被覆する第一反射防止層と、
前記第１導電型ドープ半導体基板の裏面上に設けられた第２真性水素化アモルファスシリコン膜と、
前記第２真性水素化アモルファスシリコン膜上に設けられた第１導電型水素化アモルファスシリコン膜と、
前記第１導電型水素化アモルファスシリコン膜上に直接設置された第２電極パターンと、
前記第２電極パターン及び前記第１導電型水素化アモルファスシリコン膜を被覆する第二反射防止層とを含む、ヘテロ接合太陽電池構造。 - 前記第一反射防止層において、前記第１電極パターンの一部を露出させる第１溝が設けられている、請求項９に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記第二反射防止層において、前記第２電極パターンの一部を露出させる第二溝が設けられている、請求項９に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記第一反射防止層及び前記第二反射防止層はいずれも誘電反射防止層である、請求項９に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記誘電反射防止層は窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒酸化ケイ素又はその組み合わせを含む、請求項１２に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記第１導電型がｎ型であり、前記第２導電型がｐ型である、請求項９に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
- 前記正面が受光面である、請求項９に記載のヘテロ接合太陽電池構造。
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