JP3469729B2 - 太陽電池素子 - Google Patents
太陽電池素子Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光入射により光起
電力を発生する太陽電池素子に関する。
電力を発生する太陽電池素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光を直接電気に変換できる太陽電池
素子は、従来から電卓や腕時計等の民生機器用の電源と
して商品化されており、近年においてはビルや個人住宅
等の電源としても使用されている。
素子は、従来から電卓や腕時計等の民生機器用の電源と
して商品化されており、近年においてはビルや個人住宅
等の電源としても使用されている。
【０００３】斯かる従来の太陽電池素子について、図５
に示した素子構造断面図を参照して説明する。
に示した素子構造断面図を参照して説明する。
【０００４】同図に於いて、１０１は単結晶シリコン或
いは多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｐ型の基
板であり、該基板１０１の受光面には、ＰＯＣｌ3ガス
を用いた約９００℃の温度での熱拡散によりＰ（リン）
が拡散されてなるｎ型層１０２が形成されている。そし
て、該ｎ型層１０２上にはＴｉＯ2からなる反射防止膜
１０３及び櫛型状の受光面電極１０４が積層されてい
る。
いは多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｐ型の基
板であり、該基板１０１の受光面には、ＰＯＣｌ3ガス
を用いた約９００℃の温度での熱拡散によりＰ（リン）
が拡散されてなるｎ型層１０２が形成されている。そし
て、該ｎ型層１０２上にはＴｉＯ2からなる反射防止膜
１０３及び櫛型状の受光面電極１０４が積層されてい
る。
【０００５】また、上記基板１０１の背面には、ｐ型の
不純物であるＡｌが高濃度にドープされたｐ型の不純物
層１０５、及びＡｌからなる背面電極１０６が設けられ
ている。
不純物であるＡｌが高濃度にドープされたｐ型の不純物
層１０５、及びＡｌからなる背面電極１０６が設けられ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】斯かる従来の太陽電池
素子に於いて、上記不純物層１０５を形成するにあたっ
ては、まず前記基板１０１の背面に背面電極１０６とな
るＡｌ膜を形成し、斯かる後に約７００℃の温度でＡｌ
膜中のＡｌを基板１０１の背面に熱拡散させて形成して
いた。然し乍ら、ＡｌとＳｉとの熱膨張係数が異なるた
めに、この工程中で結晶系シリコン基板１０１に反りが
生じ易く、この反りのためにその後の工程で基板１０１
の割れが発生し、歩留が低下する、という課題があっ
た。
素子に於いて、上記不純物層１０５を形成するにあたっ
ては、まず前記基板１０１の背面に背面電極１０６とな
るＡｌ膜を形成し、斯かる後に約７００℃の温度でＡｌ
膜中のＡｌを基板１０１の背面に熱拡散させて形成して
いた。然し乍ら、ＡｌとＳｉとの熱膨張係数が異なるた
めに、この工程中で結晶系シリコン基板１０１に反りが
生じ易く、この反りのためにその後の工程で基板１０１
の割れが発生し、歩留が低下する、という課題があっ
た。
【０００７】特に、近年においては材料費の節減のため
に基板の薄膜化が検討されており、上述した基板の反り
の問題は、基板の薄膜化が進む程顕著になっていた。
に基板の薄膜化が検討されており、上述した基板の反り
の問題は、基板の薄膜化が進む程顕著になっていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】斯かる課題を解決するた
めに、本発明の太陽電池素子は、結晶系半導体基板を備
えてなる太陽電池素子であって、前記結晶系半導体基板
の背面に、透光性導電膜を備え、前記結晶系半導体基板
がシリコンからなり、前記透光性導電膜の屈折率（ｎ）
と膜厚（ｄ）との積（ｎｄ）が、４５００〜５０００Å
の範囲にあることを特徴としており、前記透光性導電膜
上に、集電極を備えたことを特徴としている。
めに、本発明の太陽電池素子は、結晶系半導体基板を備
えてなる太陽電池素子であって、前記結晶系半導体基板
の背面に、透光性導電膜を備え、前記結晶系半導体基板
がシリコンからなり、前記透光性導電膜の屈折率（ｎ）
と膜厚（ｄ）との積（ｎｄ）が、４５００〜５０００Å
の範囲にあることを特徴としており、前記透光性導電膜
上に、集電極を備えたことを特徴としている。
【０００９】また、前記結晶系半導体が一導電型を有す
ると共に、該結晶系半導体と前記背面電極との間に、前
記結晶系半導体と同導電型の不純物が高濃度にドープさ
れた不純物層を備えたことを特徴としており、前記不純
物層が、非晶質半導体からなることを特徴としている。
ると共に、該結晶系半導体と前記背面電極との間に、前
記結晶系半導体と同導電型の不純物が高濃度にドープさ
れた不純物層を備えたことを特徴としており、前記不純
物層が、非晶質半導体からなることを特徴としている。
【００１０】
【実施の形態】図１は本発明の実施形態に係わる太陽電
池素子の素子構造断面図である。図中１は単結晶シリコ
ンや多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｐ型の基
板であり、該基板１の受光面にはｎ型層２が形成されて
いる。 ３は該ｎ型層２上に形成されたＴｉＯX、ＳｉＯ
X、ＳｉＮX、ＩＴＯ等からなる反射防止膜、４はＡｇか
らなる櫛型状の受光面電極である。
池素子の素子構造断面図である。図中１は単結晶シリコ
ンや多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｐ型の基
板であり、該基板１の受光面にはｎ型層２が形成されて
いる。 ３は該ｎ型層２上に形成されたＴｉＯX、ＳｉＯ
X、ＳｉＮX、ＩＴＯ等からなる反射防止膜、４はＡｇか
らなる櫛型状の受光面電極である。
【００１１】さらに、前記基板１の背面には前記基板１
と同導電型のｐ型不純物が高濃度にドープされた不純物
層５が設けられ、そしてこの不純物層５上にＩＴＯ，Ｓ
ｎＯ2或いはＺｎＯX等の透明導電材からなる透明導電膜
６が形成されている。
と同導電型のｐ型不純物が高濃度にドープされた不純物
層５が設けられ、そしてこの不純物層５上にＩＴＯ，Ｓ
ｎＯ2或いはＺｎＯX等の透明導電材からなる透明導電膜
６が形成されている。
【００１２】斯かる構成の本発明太陽電池素子によれ
ば、上記透明導電膜６をスパッタ法、蒸着法或いはスク
リーン印刷法等の方法を用いて約２００℃以下の温度で
形成することができるので、従来のような基板１の反り
の発生を抑制でき、歩留の向上した太陽電池素子を得る
ことができる。
ば、上記透明導電膜６をスパッタ法、蒸着法或いはスク
リーン印刷法等の方法を用いて約２００℃以下の温度で
形成することができるので、従来のような基板１の反り
の発生を抑制でき、歩留の向上した太陽電池素子を得る
ことができる。
【００１３】尚、上記透明導電膜６はそのシート抵抗が
高いので、光照射により上記単結晶シリコン基板１内で
発生した光生成キャリアを外部に有効に取り出すために
は、透明導電膜６上にＡｇからなる櫛型状の集電極７を
設けることが好ましい。
高いので、光照射により上記単結晶シリコン基板１内で
発生した光生成キャリアを外部に有効に取り出すために
は、透明導電膜６上にＡｇからなる櫛型状の集電極７を
設けることが好ましい。
【００１４】以下に、斯かる本発明の太陽電池素子を製
造する工程を図面を参照して説明する。
造する工程を図面を参照して説明する。
【００１５】図２は、本実施形態の太陽電池素子を製造
する工程を説明するための工程別素子構造図であり、図
１に示した素子構造図と同一の部分には同一の符号を付
している。
する工程を説明するための工程別素子構造図であり、図
１に示した素子構造図と同一の部分には同一の符号を付
している。
【００１６】まず、同図（Ａ）に示す工程に於いては、
抵抗率が１Ω・ｃｍで厚さが約３５０μｍのｐ型単結晶
シリコン基板１の受光面の深さ約１μｍ迄の領域に、Ｐ
ＯＣｌ3ガスを用いて約９００℃の温度でＰ（リン）を
熱拡散してｎ型層２を形成する。
抵抗率が１Ω・ｃｍで厚さが約３５０μｍのｐ型単結晶
シリコン基板１の受光面の深さ約１μｍ迄の領域に、Ｐ
ＯＣｌ3ガスを用いて約９００℃の温度でＰ（リン）を
熱拡散してｎ型層２を形成する。
【００１７】次いで、同図（Ｂ）に示す工程に於いて
は、前記ｎ型層２上にスパッタ法を用いてＴｉＯXから
なる反射防止膜３を形成し、該反射防止膜上にＡｇペー
ストを用いて櫛型状の受光面電極４をスクリーン印刷法
により形成する。また、基板１の背面にＡｌペーストを
用いてＡｌ膜６’をスクリーン印刷法により形成する。
尚、上記反射防止膜３としてはＳｉＯX，ＳｉＮX，或い
はＩＴＯを用いてもよい。
は、前記ｎ型層２上にスパッタ法を用いてＴｉＯXから
なる反射防止膜３を形成し、該反射防止膜上にＡｇペー
ストを用いて櫛型状の受光面電極４をスクリーン印刷法
により形成する。また、基板１の背面にＡｌペーストを
用いてＡｌ膜６’をスクリーン印刷法により形成する。
尚、上記反射防止膜３としてはＳｉＯX，ＳｉＮX，或い
はＩＴＯを用いてもよい。
【００１８】そして、同図（Ｃ）に示す工程に於いて
は、Ａｌ膜６’が形成された上記基板１を約７００℃の
温度で加熱し、上記受光面電極４を焼成すると共にその
一部に前記反射防止膜３を貫通させ、上記ｎ型層２と接
触させる。加えて、前記Ａｌ膜６’からＡｌを基板１に
熱拡散させ、Ａｌが高濃度にドープされたｐ型の不純物
層５を形成する。尚、この工程中でＳｉとＡｌとの熱膨
張係数の違いにより基板１に反りが発生することとな
る。
は、Ａｌ膜６’が形成された上記基板１を約７００℃の
温度で加熱し、上記受光面電極４を焼成すると共にその
一部に前記反射防止膜３を貫通させ、上記ｎ型層２と接
触させる。加えて、前記Ａｌ膜６’からＡｌを基板１に
熱拡散させ、Ａｌが高濃度にドープされたｐ型の不純物
層５を形成する。尚、この工程中でＳｉとＡｌとの熱膨
張係数の違いにより基板１に反りが発生することとな
る。
【００１９】そして、同図（Ｄ）に示す工程に於いて
は、上記Ａｌ膜６’を例えば塩酸等のエッチング溶液で
除去する。斯かる如くＡｌ膜６’を除去することで上述
した基板１の反りが解消される。
は、上記Ａｌ膜６’を例えば塩酸等のエッチング溶液で
除去する。斯かる如くＡｌ膜６’を除去することで上述
した基板１の反りが解消される。
【００２０】さらに、同図（Ｅ）に示す工程に於いて
は、上記不純物層５上に、ＩＴＯからなる透光性導電膜
６及びＡｇからなる櫛型状の集電極７を、夫々スパッタ
法及びスクリーン印刷法を用いて形成する。
は、上記不純物層５上に、ＩＴＯからなる透光性導電膜
６及びＡｇからなる櫛型状の集電極７を、夫々スパッタ
法及びスクリーン印刷法を用いて形成する。
【００２１】以上の工程により本実施形態の太陽電池素
子が製造される。
子が製造される。
【００２２】表１に、種々の膜厚の単結晶シリコン基板
を用いて製造した本発明太陽電池素子と、従来構造の太
陽電池素子との歩留を測定した結果を示す。
を用いて製造した本発明太陽電池素子と、従来構造の太
陽電池素子との歩留を測定した結果を示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】表１に示す如く、本発明によれば基板の膜
厚を１００μｍまで薄膜化した場合であっても約９８％
と、従来の太陽電池素子よりも高い歩留を有しており、
基板の薄膜化が可能であることがわかる。
厚を１００μｍまで薄膜化した場合であっても約９８％
と、従来の太陽電池素子よりも高い歩留を有しており、
基板の薄膜化が可能であることがわかる。
【００２５】尚、本実施形態に於いては、上記不純物層
５をＡｌに熱拡散により形成したが、これに限らずｐ型
の不純物が高濃度にドープされた非晶質半導体を用いて
も良い。
５をＡｌに熱拡散により形成したが、これに限らずｐ型
の不純物が高濃度にドープされた非晶質半導体を用いて
も良い。
【００２６】図３は、斯かる非晶質半導体を不純物層５
に用いた、本発明の他の実施形態に係わる太陽電池素子
の素子構造断面図である。尚、図２に示した太陽電池素
子と同一の部分には同一の符号を付している。
に用いた、本発明の他の実施形態に係わる太陽電池素子
の素子構造断面図である。尚、図２に示した太陽電池素
子と同一の部分には同一の符号を付している。
【００２７】同図に示す如く、本実施形態によれば結晶
系シリコン基板１の背面に、ｐ型の不純物であるＢが高
濃度にドープされた非晶質半導体からなるｐ型の不純物
層５’が形成されている。
系シリコン基板１の背面に、ｐ型の不純物であるＢが高
濃度にドープされた非晶質半導体からなるｐ型の不純物
層５’が形成されている。
【００２８】斯かる非晶質半導体からなる不純物層５’
はプラズマＣＶＤ法を用いて約２００℃以下の低温で形
成することができるので、基板１に反りが生じることが
ない。加えて、前述した実施形態の如く、不純物層の形
成にあたって一端Ａｌ膜を形成し、この膜中のＡｌを熱
拡散させた後に該Ａｌ膜をエッチングにより除去する、
という複雑な工程が不要となるので、生産性の向上も図
ることができる。
はプラズマＣＶＤ法を用いて約２００℃以下の低温で形
成することができるので、基板１に反りが生じることが
ない。加えて、前述した実施形態の如く、不純物層の形
成にあたって一端Ａｌ膜を形成し、この膜中のＡｌを熱
拡散させた後に該Ａｌ膜をエッチングにより除去する、
という複雑な工程が不要となるので、生産性の向上も図
ることができる。
【００２９】尚、図３に示した太陽電池素子に於いて、
結晶系シリコン基板１と不純物層５’との間に、不純物
を添加せずに形成した、膜厚１００Å程度の実質的に真
性の非晶質半導体層を設けてもよい。斯かる構成とすれ
ば、結晶系シリコン基板１と、非晶質半導体からなる不
純物層５’とが接する界面の特性を向上することがで
き、光電変換効率の向上を図ることも可能となる。
結晶系シリコン基板１と不純物層５’との間に、不純物
を添加せずに形成した、膜厚１００Å程度の実質的に真
性の非晶質半導体層を設けてもよい。斯かる構成とすれ
ば、結晶系シリコン基板１と、非晶質半導体からなる不
純物層５’とが接する界面の特性を向上することがで
き、光電変換効率の向上を図ることも可能となる。
【００３０】また、基板１の受光面に配される反射防止
膜３及び受光面電極４の配置は、本実施形態の如く受光
面電極４を基板１の受光面に配置し、これを反射防止膜
３で覆う形態としても構わない。
膜３及び受光面電極４の配置は、本実施形態の如く受光
面電極４を基板１の受光面に配置し、これを反射防止膜
３で覆う形態としても構わない。
【００３１】図４は、本発明太陽電池素子のさらに別の
実施形態を示す素子構造断面図である。本実施形態に於
いては、ｎ型の結晶系シリコン基板１１の受光面に、膜
厚約１００Åの真性の非晶質シリコンからなるｉ型層１
２及び膜厚約１００Åのｐ型非晶質シリコンからなるｐ
型層１３がこの順に積層されている。そして、該ｐ型層
１３上には膜厚約７００ÅのＩＴＯからなる透光性導電
膜１４及びＡｇからなる櫛型状の受光面電極１５が形成
される。
実施形態を示す素子構造断面図である。本実施形態に於
いては、ｎ型の結晶系シリコン基板１１の受光面に、膜
厚約１００Åの真性の非晶質シリコンからなるｉ型層１
２及び膜厚約１００Åのｐ型非晶質シリコンからなるｐ
型層１３がこの順に積層されている。そして、該ｐ型層
１３上には膜厚約７００ÅのＩＴＯからなる透光性導電
膜１４及びＡｇからなる櫛型状の受光面電極１５が形成
される。
【００３２】また、前記基板１１の背面には、膜厚約１
００Åの真性の非晶質シリコンからなるｉ型層１５及び
膜厚約１００Åの高濃度にドープされたｎ型非晶質シリ
コンからなる不純物層１６がこの順に積層されている。
そして、該不純物層１６上にはＩＴＯからなる透光性電
極膜１７及びＡｇからなる櫛型状の集電極１８が形成さ
れている。
００Åの真性の非晶質シリコンからなるｉ型層１５及び
膜厚約１００Åの高濃度にドープされたｎ型非晶質シリ
コンからなる不純物層１６がこの順に積層されている。
そして、該不純物層１６上にはＩＴＯからなる透光性電
極膜１７及びＡｇからなる櫛型状の集電極１８が形成さ
れている。
【００３３】斯かる構造の太陽電池素子によれば、結晶
系シリコン基板以外の各層の形成を、プラズマＣＶＤ
法、スパッタ法、蒸着法、或いはスクリーン印刷法等の
方法を用いて全て約２００℃以下の温度で行うことがで
きるので、基板の反りの発生を防止でき、且つ製造コス
トの低減も図ることができる。
系シリコン基板以外の各層の形成を、プラズマＣＶＤ
法、スパッタ法、蒸着法、或いはスクリーン印刷法等の
方法を用いて全て約２００℃以下の温度で行うことがで
きるので、基板の反りの発生を防止でき、且つ製造コス
トの低減も図ることができる。
【００３４】ところで、上述の各実施形態に示した本発
明太陽電池素子にあっては、結晶系シリコン基板の背面
に備えられる透明導電膜と櫛型状の集電極とから、背面
電極が構成されることとなる。従って、この背面電極は
透光性を有しており、このため結晶系半導体基板を透過
して背面電極に達した光は、その殆どが該背面電極を透
過して外部に失われてしまう。
明太陽電池素子にあっては、結晶系シリコン基板の背面
に備えられる透明導電膜と櫛型状の集電極とから、背面
電極が構成されることとなる。従って、この背面電極は
透光性を有しており、このため結晶系半導体基板を透過
して背面電極に達した光は、その殆どが該背面電極を透
過して外部に失われてしまう。
【００３５】そこで、本発明にあっては、透光性導電膜
の屈折率（ｎ）と膜厚（ｄ）の積ｎｄを約４５００〜５
０００Åの範囲とすることで、結晶系シリコン基板を透
過した光を、該基板と透光性導電膜との接触界面で反射
させるようにした。即ち、この接触界面での光の反射は
結晶系シリコン基板と透光性導電膜との屈折率の差によ
り生じるため、透光性導電膜の屈折率と膜厚の積ｎｄを
上記範囲とすることで、接触界面での光の反射を最大と
でき、光電変換効率の向上を図ることができる。
の屈折率（ｎ）と膜厚（ｄ）の積ｎｄを約４５００〜５
０００Åの範囲とすることで、結晶系シリコン基板を透
過した光を、該基板と透光性導電膜との接触界面で反射
させるようにした。即ち、この接触界面での光の反射は
結晶系シリコン基板と透光性導電膜との屈折率の差によ
り生じるため、透光性導電膜の屈折率と膜厚の積ｎｄを
上記範囲とすることで、接触界面での光の反射を最大と
でき、光電変換効率の向上を図ることができる。
【００３６】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明太陽電池素子
によれば、結晶系半導体基板を備えて成る太陽電池素子
の背面に透光性導電膜を備えたので、従来のように基板
の反りが発生することがなく歩留が向上する。
によれば、結晶系半導体基板を備えて成る太陽電池素子
の背面に透光性導電膜を備えたので、従来のように基板
の反りが発生することがなく歩留が向上する。
【図１】本発明の実施形態に係わる太陽電池素子の素子
構造断面図である。
構造断面図である。
【図２】本発明太陽電池素子の製造工程を説明するため
の、工程別素子構造図である。
の、工程別素子構造図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係わる太陽電池素子の
素子構造断面図である。
素子構造断面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態に係わる太陽電池
素子の素子構造断面図である。
素子の素子構造断面図である。
【図５】従来の太陽電池素子の素子構造断面図である。
１…単結晶シリコン基板、２…ｎ型層、３…反射防止
膜、４…受光面電極 ５…ｐ型層、６…透光性導電膜、７…集電極 １１…単結晶シリクン基板、１２，１６…ｉ型非晶質シ
リコン層、 １３…ｐ型非晶質シリコン層、１４…透光性導電膜、１
５…受光面電極 １７…ｎ型非晶質シリコン層、１８…透光性導電膜、１
９…集電極 １０１…単結晶シリコン基板、１０２…ｎ型層、１０３
…反射防止膜 １０４…受光面電極、１０５…ｐ型層、１０６…背面電
極
膜、４…受光面電極 ５…ｐ型層、６…透光性導電膜、７…集電極 １１…単結晶シリクン基板、１２，１６…ｉ型非晶質シ
リコン層、 １３…ｐ型非晶質シリコン層、１４…透光性導電膜、１
５…受光面電極 １７…ｎ型非晶質シリコン層、１８…透光性導電膜、１
９…集電極 １０１…単結晶シリコン基板、１０２…ｎ型層、１０３
…反射防止膜 １０４…受光面電極、１０５…ｐ型層、１０６…背面電
極
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭59−169185（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−102504（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−124779（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−263731（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−94767（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−78710（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−54678（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−37784（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
Claims (4)
- 【請求項１】 結晶系半導体基板を備えてなる太陽電池
素子であって、前記結晶系半導体基板の背面に、透光性
導電膜を備え、前記結晶系半導体基板がシリコンからな
り、前記透光性導電膜の屈折率（ｎ）と膜厚（ｄ）との
積（ｎｄ）が、４５００〜５０００Åの範囲にあること
を特徴とする太陽電池素子。 - 【請求項２】 前記透光性導電膜上に、集電極を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池素子。 - 【請求項３】 前記結晶系半導体基板が一導電型を有す
ると共に、該結晶系半導体基板と前記背面電極との間
に、前記結晶系半導体基板と同導電型の不純物が高濃度
にドープされた不純物層を備えたことを特徴とする請求
項１または２記載の太陽電池素子。 - 【請求項４】 前記不純物層が、非晶質半導体からなる
ことを特徴とする請求項３記載の半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29070796A JP3469729B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 太陽電池素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29070796A JP3469729B2 (ja) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | 太陽電池素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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