JP3589590B2 - 太陽電池セル及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無反射表面形状（以下、テクスチャという）を有する太陽電池セル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池セルのセル断面の一例を図９に示す。
【０００３】
この太陽電池セル１Ｏは、一般にＮＲＳ／ＢＳＦ（Ｎｏｎ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ／Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）型太陽電池と称されるもので、Ｐ型シリコン基板４を有し、この基板４の受光面側には、光エネルギにより発生するキャリアを効率よく取り込むためのＮ＋ 拡散層３がＮ型不純物を熱拡散することで形成されるとともに、表面反射を低減させるために逆ピラミッド型に凹凸したテクスチャ８が施されている。Ｎ＋ 拡散層３の上には表面でのキャリアの再結合を低減させるために酸化膜層７が形成され、また、酸化膜層７が形成されていない開口部には発生した電気を効率よく取り出すための表面電極２が櫛形に形成されてＮ＋ 拡散層３と直接接続されている。さらに、図示されていないＮ電極接続部を除いた太陽電池セル１Ｏのほぼ全面には、入射する光の表面反射を低減するための反射防止膜１０が被覆されている。
【０００４】
Ｐ型シリコン基板４の裏面側には、キャリアの発生量を増加させるために、Ｐ＋ 拡散層５がＰ型不純物を熱拡散することで形成され、その上にはキャリアの再結合を低減させるために酸化膜層７、および裏面から抜け出してしまう長波長光を反射させ、かつ発生した電気を取り出すための裏面電極６がほぼ全面にわたって形成されている。そして、Ｐ＋ 拡散層５と裏面電極６とは酸化膜層７に形成された図示されていない開口部を介して接続されている。
【０００５】
図９に示したようなＮＲＳ／ＢＳＦ型の太陽電池セル１Ｏにおいて、受光面側に形成されるテクスチャ８は、入射光を多重反射させて電池内部へ到達する光量を増加させる役目を果たすものであって、その大きさ、形成面積率、形成具合等によって、発生する電気のエネルギーが変化して出力に大きな影響を及ぼすため、このテクスチャ８の大きさや形状をいかに設定するかが非常に重要な要素となる。
【０００６】
すなわち、図１０に示すように、入射光は、このテクスチャ８によって受光面で多重反射し、表面反射率が低減する。その結果、基板４に吸収される光が増大することにより、より多くの電流を発生させることができる。特に、宇宙用の太陽電池セルの場合は、放射線（宇宙線）を浴びるが、基板４にテクスチャ８があると、テクスチャ８によって基板の平均厚さが薄くなり、かつ、入射光が受光面で屈折し、基板に斜め方向に入射するため、太陽電池セルの表面付近に形成されたＰＮ接合近傍で発生するキャリアが増加し、放射線劣化によるキャリアライフタイムの影響を受けにくくすることができる。
【０００７】
従って、受光表面上により大きいテクスチャ領域を形成することが、太陽電池セル１Ｏの出力改善を図る上で有効である。
【０００８】
そのため、従来の太陽電池セル１Ｏでは、たとえば図１１、図１２および図１３に示すようにテクスチャ８を配置した構成としている。ここで図１１は太陽電池セルの全体を示す平面図、図１２は図１１の符号Ｂで示す部分を拡大して示す平面図、図１３は図１２の符号Ｄで示す部分を拡大して示す平面図である。図において、１Ｏは太陽電池セル、２はグリッド電極、３はバー電極、４は出力電力を取り出すコネクタ（パッド）電極である。
【０００９】
従来の太陽電池セル１Ｏでは、表面電極２の形成箇所を除く全ての領域にテクスチャ８が縦横に配列された状態で形成されており、外周部分１８以外の箇所に形成されている各テクスチャ８は、図１３に示すように、平面視で正方形をした逆ピラミッド型の凹凸を有し、かつ、その大きさや形状は全て同じものとなっている。また、各テクスチャ８間の間隔ｄも全て同一である。さらに、図１１の部分拡大図に示すように、太陽電池セル１Ｏの外周部分１８にもテクスチャ８が形成されている。
【００１０】
図９ないし図１３に示したような形状をもつテクスチャ８を形成するには、従来、たとえば、図１４の（ａ）〜（ｇ）に示すような工程に沿って製作されている。
【００１１】
まず、同図（ａ）に示すように、シリコン基板４を準備する。次に、同図（ｂ）に示すように、このシリコン基板４の表面に熱酸化もしくはＣＶＤ等を用いて酸化膜層７を形成する。続いて、同図（ｃ）に示すように、酸化膜層７の上にレジスト１５を塗布する。そして、同図（ｄ）に示すように、受光面側に所定のテクスチャパターンを露光して現像する。これにより、酸化膜層７の上にはレジスト１５によりテクスチャパターンが形成される。次いで、同図（ｅ）に示すように、エッチング等により不要な部分の酸化膜層７を除去し、その後、レジスト１５を除去する。これで、酸化膜層７によりテクスチャパターンがシリコン基板４上に形成される。この状態で、同図（ｆ）に示すように、所定の温度、濃度の、たとえば高温のアルカリ溶液のようなエッチング液により所定時間エッチングする。シリコン基板４の場合は、結晶面毎に化学薬品に腐食される速度差があり、これを利用した異方性エッチングにより微細な逆ピラミッド型のテクスチャ８を形成することができる。最後に同図（ｇ）に示すように、酸化膜層７を除去することにより、シリコン基板４の受光面側にテクスチャ８の形成が完成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の太陽電池セルは、次の▲１▼、▲２▼に指摘するような問題点を有している。
【００１３】
▲１▼ 前述のごとく、従来の太陽電池セルにおいて、シリコン基板４上のセル外周部以外の箇所に形成される各テクスチャ８は、図１３に示したように、その大きさや形状は同じものであり、しかも、各テクスチャ８間の相互の間隔ｄも全て同一である。
【００１４】
このため、太陽電池セル１Ｏ上のテクスチャ形成面積が小さくなってしまうことがある。すなわち、テクスチャ８形成領域の電極２周辺部分には、大きさの等しいテクスチャパターンは形成できず、平坦部となる。その結果、セルの受光面上において平坦部の占める面積が多くなり、これに伴い、反射率の低減効果が少なくなって太陽電池セル１Ｏとしての出力低下を招く。
【００１５】
▲２▼ また、従来のテクスチャは、図１１の部分拡大図に示したように、太陽電池セル１Ｏの外周部分１８にも形成されている。このために、太陽電池セル１Ｏの製造中においても、ダイシング工程でセルを切り出すときに、セル１Ｏの外周部分１８からクラックや最悪の場合には割れが発生するなどして、取り扱いが難しく、生産性の低下並びに生産ラインの汚染を引き起こしていた。
【００１６】
本発明は、上記の各問題点を解決し、従来品よりも大きなテクスチャ領域を形成することにより、出力を向上させた太陽電池セルを提供することを第１の課題とし、また、テクスチャ構造を持ちながら、クラックや割れが発生しにくい太陽電池セルを提供することを第２の課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の各課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
【００１８】
すなわち、本発明は、受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域にテクスチャが形成された太陽電池セルにおいて、テクスチャが、ほぼ正四角錐の逆ピラミッド型の凹形状を有し、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる大きさに設定されていることを特徴とする太陽電池セルである。
【００１９】
本発明において、テクスチャとは、無反射表面形状を意味する。この無反射表面形状とは、鏡面の反射率を１００％とした場合の反射率が、０．５〜１．０μｍの波長の光に対し反射防止膜がない状態で、約１０％以下の表面形状であればよく、望ましくは表面が実質的に光を吸収して反射しない形状である。このような形状としては、例えば、逆ピラミッド状に窪んだ矩形の開口や、内部に空洞を有する開口などが挙げられる。本発明の太陽電池セルにおいては、多数の微小なテクスチャが受光面に形成された構造となっている。
【００２０】
上記構成においては、周辺部分に形成されたテクスチャの大きさが、内側部分に形成されたテクスチャの大きさよりも小さく設定されていてもよい。
また、周辺部分に形成されたテクスチャの間隔と、内側部分に形成されたテクスチャの間隔とが、異なる大きさに設定されていてもよく、このとき、周辺部分に形成されたテクスチャの大きさが、内側部分に形成されたテクスチャの大きさよりも小さく設定されている場合には、周辺部分に形成されたテクスチャの間隔は、内側部分に形成されたテクスチャの間隔よりも広く設定されることが望ましい。
【００２１】
太陽電池セルは、その外周部分にテクスチャが形成されない非形成領域を有していることが望ましい。非形成領域が設けられる場合、非形成領域の幅は５０μｍ以上であればよい。
【００２２】
また、本発明は、受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域にテクスチャが形成された太陽電池セルであって、テクスチャが、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる形状に設定されていることを特徴とする太陽電池セルである。
【００２３】
上記構成において、内側部分に形成されたテクスチャは矩形の底部を持つ逆ピラミッド型の形状であり、周辺部分に形成されたテクスチャは尖った端部を有する多角形の底部を持つ逆ピラミッド型の形状であってもよい。また、内側部分に形成されたテクスチャはＶ溝状であり、周辺部分に形成されたテクスチャは逆ピラミッド型であってもよい。
【００２４】
別の観点によれば、本発明は、受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域に、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる大きさのテクスチャを形成する太陽電池セルの製造方法であって、基板上に酸化膜で、小さいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅のほうが、大きいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅よりも大きいマスキングパターンを形成し、そのマスキングパターンをマスクとして基板をエッチングすることにより、基板に格子状のテクスチャを形成することからなる太陽電池セルの製造方法である。
【００２５】
また、本発明は、受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域に、周辺部分の大きさがその周辺部分の内側に位置する内側部分の大きさよりも小さいテクスチャを形成する太陽電池セルの製造方法であって、基板上に酸化膜で、小さいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅のほうが、大きいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅よりも大きいマスキングパターンを形成し、そのマスキングパターンをマスクとして基板をエッチングすることにより、基板に格子状のテクスチャを形成することからなる太陽電池セルの製造方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係る太陽電池セルの一例を示す平面図、図２は図１の符号Ａで示す部分を拡大して示す平面図、図３は図２の符号Ｃで示す部分を拡大して示す平面図である。
【００２７】
図において、１は太陽電池セル、２はグリッド電極、３はバー電極、４は出力電力を取り出すコネクタ（パッド）電極である。コネクタ電極４から図中横方向にバー電極３が延出され、バー電極３から図中縦方向にグリッド電極２が延出されている。
【００２８】
太陽電池セル１の受光面側には、これらのコネクタ電極４、バー電極３およびグリッド電極２からなる表面電極が形成され、その表面電極の形成箇所を除く領域には、テクスチャが形成されている。テクスチャの領域で発生された電流は、グリッド電極２とバー電極３とを介してコネクタ電極４から取り出される。
【００２９】
本実施形態では、太陽電池セル１の大きさは縦が約３５ｍｍ、横が約６９ｍｍ、コネクタ電極４の大きさは縦が約１．５ｍｍ、横が約３ｍｍである。バー電極３はコネクタ電極４に近づくほど太くなっており、グリッド電極２はバー電極３に近づくほど太くなっている。グリッド電極２の先端部の太さは約５μｍ、基端部（バー電極３接続部）の太さは約２２μｍである。グリッド電極２のピッチは約０．５４ｍｍである。
【００３０】
この太陽電池セル１では、その受光面側の外周部分１８に、テクスチャが形成されない非形成領域（平坦部）が確保されている。このように、太陽電池セル１の外周部１８にテクスチャの非形成領域を確保することにより、若干の出力低下は発生するものの、従来品に比べて、その部分からクラックや割れが発生することが防止できるため、生産性、信頼性の高いデバイスを提供できる。このテクスチャの非形成領域の部分１８は、セルの端部から５０μｍ程度の幅があれば格段にその効果を発揮し、また、幅が狭いことからテクスチャ構造を形成しないことによる出力の大幅な低下も防ぐことができて都合がよい。
【００３１】
この太陽電池セル１の上記の外周部分１８および表面電極形成箇所を除くテクスチャ形成領域Ｆには、図３に示すように、逆ピラミッド型をしたテクスチャ９ａ〜９ｄが形成されている。
図３の実施形態において、テクスチャ９ａは一辺が１８μｍ、テクスチャ９ｂは一辺が１５μｍ、テクスチャ９ｃは一辺が５μｍ、テクスチャ９ｄは一辺が３μｍの大きさの正方形の逆ピラミッド型である。間隔ｄ１は２μｍ、間隔ｄ２は３μｍの大きさである。なお、この大きさには限定されず、任意の大きさにすることができる。
【００３２】
これらの各テクスチャ９ａ〜９ｄは、互いに大きさが異なっているが、共に正方形をした相似形になっている。
【００３３】
特に、この実施形態では、テクスチャ形成領域Ｆの周辺部分に形成されたテクスチャ９ｂ〜９ｄの大きさは、これよりも内側部分に形成されたテクスチャ９ａの大きさよりも小さくなっている。
【００３４】
これにより、図１１、図１２および図１３に示したような従来のものに比べて、テクスチャ形成領域Ｆ内における平坦部の面積が少なくなり、テクスチャ９ａ〜９ｄの占有面積が大きくなる。
【００３５】
さらに、この実施形態では、テクスチャ形成領域Ｆ内の周辺部分に形成された小さい形状の各テクスチャ９ｂ〜９ｄ間の間隔ｄ２ は、その内側部分に形成された大きい形状のテクスチャ９ａ間の間隔ｄ１ よりも大きくなるように（ｄ１ ＜ｄ２ ）設定されている。
【００３６】
その理由を次に説明する。
【００３７】
図４および図５は、図１４（ｆ）で示した工程でのシリコン基板４のエッチングにおいて、大きさの異なるテクスチャ（たとえば図３の９ａと９ｂの各テクスチャ）を形成する場合のエッチング前後の工程別断面図を示しており、図４はテクスチャ９ａ，９ｂの大きさによらずテクスチャ間が全て同じ間隔ｄのものを形成する場合、図５はテクスチャ９ａ，９ｂの大きさに応じてテクスチャ間の間隔ｄ１ ，ｄ２ を変える場合である。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、酸化膜層７により同じテクスチャ間の間隔ｄのテクスチャパターンがシリコン基板４上に形成されている状態で、実線で示す部分までエッチングが進むと、横方向へのエッチングが始まる。そして、破線で示すピラミッドの頂点が形成できるまでエッチングを行うが、その場合、小さい形状のテクスチャ９ｂの横方向のエッチングは、大きい形状のテクスチャ９ａのエッチングが終了する頃には完全にオーバーエッチングとなり、小さいテクスチャ９ｂの頂点が欠落してしまう。その結果、酸化膜層７を除いたときには、同図（ｂ）及び同図（ｃ）に示すように、小さい形状のテクスチャ９ｂは、設計どおりのテクスチャ構造が形成できないために、若干出力が低下するとともに、外観不良をも引き起こしてしまう。
【００３９】
これに対して、図５（ａ）に示すように、酸化膜層７により異なるテクスチャ間の間隔ｄ１ ，ｄ２ のテクスチャパターンがシリコン基板４上に形成されている状態で、実線で示す部分までエッチングが進むと、横方向へのエッチングが始まる。そして、破線で示すピラミッドの頂点が形成できるまでエッチングを行うが、その場合、小さい形状のテクスチャ９ｂの酸化膜層７のテクスチャ間の間隔ｄ２ は、大きい形状のテクスチャ９ａの酸化膜層７のテクスチャ間の間隔ｄ１ よりも大きい（ｄ１ ＜ｄ２ ）から、大きい形状のテクスチャ９ａのエッチングが終了するときには、小さい形状のテクスチャ９ｂのエッチングも同時期に終了するため、図４に示したようにテクスチャ９ｂの部分がオーバーエッチングされることはない。その結果、酸化膜層７を除いたときには、同図（ｂ）に示すように、小さい形状のテクスチャ９ｂも、設計どおりのテクスチャ構造が形成できることになる。
【００４０】
図６は、基板の結晶方位の違いによって、シリコンテクスチャの形成方向が異なった場合を示しており、その基本的な構成は、図１、図２および図３に示した実施形態と同じである。図６の実施形態において、テクスチャ９ｆは一辺が１８μｍ、テクスチャ９ｇは一辺が１５μｍ、テクスチャ９ｈは一辺が１３μｍの大きさの正方形の逆ピラミッド型である。間隔ｄ１は２μｍ、間隔ｄ２は３μｍの大きさである。なお、この大きさには限定されず、任意の大きさにすることができる。このように、図６の場合も、太陽電池セル１の外周部分１８および表面電極形成箇所を除くテクスチャ形成領域Ｆに逆ピラミッド型をしたテクスチャ９ｆ〜９ｈが形成されていて、その領域Ｆの周辺部分に形成されたテクスチャ９ｇ〜９ｈの大きさは、これよりも内側部分に形成されたテクスチャ９ｆの大きさよりも小さくなっている。
【００４１】
図７は他の変形例を示すもので、テクスチャ形成領域Ｆにおいて、その周辺部分とその内側にはそれぞれテクスチャ９ｊ，９ｆが形成されていて、内側のテクスチャ９ｆは逆ピラミッドの正方形のものであるが、周辺部分のテクスチャ９ｊは正方形ではなくて先尖型になっている。これにより、図１１、図１２および図１３に示した従来のものに比べ、テクスチャ９ｊ，９ｆの占有面積をより大きく確保することができる。
【００４２】
図８はさらに他の変形例を示すもので、テクスチャ形成領域Ｆにおいて、その周辺部分とその内側にはそれぞれテクスチャ９ｋ，９ｍが形成されていて、内側のテクスチャ９ｋはＶ溝状であり、また、周辺部分のテクスチャ９ｍは逆ピラミッド型になっている。この場合も周辺部分にテクスチャ９ｍを形成することにより、従来よりもテクスチャ９ｋ，９ｍの占有面積をより大きく確保することができる。
【００４３】
なお、上記の実施形態では、逆ピラミッド型とＶ溝の各テクスチャ９ａ，９ｆ，９ｋについて説明し、他の形状のテクスチャの組み合わせについては特に述べなかったが、これらの組み合わせであっても本発明を適用できるのはもちろんである。
【００４４】
さらに、この実施形態では、ＮＲＳ／ＢＳＦ型の太陽電池セルを例にとって説明したが、ＮＲＳ／ＬＢＳＦ（Ｎｏｎ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ／Ｌｏｃａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ ）型の太陽電池セルや、シリコン以外の結晶を用いた太陽電池セルについても、構造や結晶が異なるだけであるから、本発明を同様に適用できるのは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を奏する。
【００４６】
（１）従来に比べてテクスチャの占有面積をより大きく確保することができるため、電気出力を改善することができる。
【００４７】
特に、宇宙用太陽電池セルの場合は、放射線劣化によるキヤリアライフタイムの影響を受けにくくするために、より大きいテクスチャ領域を形成することが、太陽電池セルの出力改善に有効である。
【００４８】
（２）また、太陽電池セルの外周部分には、出力があまり低下しない程度に平坦なテクスチャ非形成領域を確保しているため、クラックや割れの発生を防止でき、生産性や信頼性の高いデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池セルの一例を示す平面図
【図２】図１の符号Ａで示す部分を拡大して示す平面図
【図３】図２の符号Ｃで示す部分を拡大して示す平面図
【図４】大きさの異なるテクスチャを形成する場合のエッチング前後の工程別断面図で、テクスチャの大きさによらずテクスチャ間の間隔を全て同じ間隔で形成する場合
【図５】大きさの異なるテクスチャを形成する場合のエッチング前後の工程別断面図で、テクスチャの大きさに応じてテクスチャ間の間隔を変える場合
【図６】本発明の他の実施形態の太陽電池セルの一例を示す平面図
【図７】本発明の他の実施形態の太陽電池セルの一例を示す平面図
【図８】本発明の他の実施形態の太陽電池セルの一例を示す平面図
【図９】ＮＲＳ／ＢＳＦ型の太陽電池セルの断面図
【図１０】テクスチャ表面での光の反射と屈折の説明図
【図１１】従来の太陽電池セルの一例を示す平面図
【図１２】図１１の符号Ｂで示す部分を拡大して示す平面図
【図１３】図１２の符号Ｄで示す部分を拡大して示す平面図
【図１４】テクスチャ構造を形成する場合の工程別の断面図
【符号の説明】
１ 太陽電池セル
２ 表面電極
３ Ｎ＋拡散層
４ シリコン基板
５ Ｐ＋拡散層
６ 裏面電極
７ 酸化膜層
８ テクスチャ
９ａ〜９ｋ テクスチャ
１０ 反射防止膜
１５ フォトレジスト
１８ 外周部分
ｄ，ｄ１ ，ｄ２ 間隔
Ｆ テクスチャ形成領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、無反射表面形状（以下、テクスチャという）を有する太陽電池セル及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池セルのセル断面の一例を図９に示す。
【０００３】
この太陽電池セル１Ｏは、一般にＮＲＳ／ＢＳＦ（Ｎｏｎ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ／Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）型太陽電池と称されるもので、Ｐ型シリコン基板４を有し、この基板４の受光面側には、光エネルギにより発生するキャリアを効率よく取り込むためのＮ＋ 拡散層３がＮ型不純物を熱拡散することで形成されるとともに、表面反射を低減させるために逆ピラミッド型に凹凸したテクスチャ８が施されている。Ｎ＋ 拡散層３の上には表面でのキャリアの再結合を低減させるために酸化膜層７が形成され、また、酸化膜層７が形成されていない開口部には発生した電気を効率よく取り出すための表面電極２が櫛形に形成されてＮ＋ 拡散層３と直接接続されている。さらに、図示されていないＮ電極接続部を除いた太陽電池セル１Ｏのほぼ全面には、入射する光の表面反射を低減するための反射防止膜１０が被覆されている。
【０００４】
Ｐ型シリコン基板４の裏面側には、キャリアの発生量を増加させるために、Ｐ＋ 拡散層５がＰ型不純物を熱拡散することで形成され、その上にはキャリアの再結合を低減させるために酸化膜層７、および裏面から抜け出してしまう長波長光を反射させ、かつ発生した電気を取り出すための裏面電極６がほぼ全面にわたって形成されている。そして、Ｐ＋ 拡散層５と裏面電極６とは酸化膜層７に形成された図示されていない開口部を介して接続されている。
【０００５】
図９に示したようなＮＲＳ／ＢＳＦ型の太陽電池セル１Ｏにおいて、受光面側に形成されるテクスチャ８は、入射光を多重反射させて電池内部へ到達する光量を増加させる役目を果たすものであって、その大きさ、形成面積率、形成具合等によって、発生する電気のエネルギーが変化して出力に大きな影響を及ぼすため、このテクスチャ８の大きさや形状をいかに設定するかが非常に重要な要素となる。
【０００６】
すなわち、図１０に示すように、入射光は、このテクスチャ８によって受光面で多重反射し、表面反射率が低減する。その結果、基板４に吸収される光が増大することにより、より多くの電流を発生させることができる。特に、宇宙用の太陽電池セルの場合は、放射線（宇宙線）を浴びるが、基板４にテクスチャ８があると、テクスチャ８によって基板の平均厚さが薄くなり、かつ、入射光が受光面で屈折し、基板に斜め方向に入射するため、太陽電池セルの表面付近に形成されたＰＮ接合近傍で発生するキャリアが増加し、放射線劣化によるキャリアライフタイムの影響を受けにくくすることができる。
【０００７】
従って、受光表面上により大きいテクスチャ領域を形成することが、太陽電池セル１Ｏの出力改善を図る上で有効である。
【０００８】
そのため、従来の太陽電池セル１Ｏでは、たとえば図１１、図１２および図１３に示すようにテクスチャ８を配置した構成としている。ここで図１１は太陽電池セルの全体を示す平面図、図１２は図１１の符号Ｂで示す部分を拡大して示す平面図、図１３は図１２の符号Ｄで示す部分を拡大して示す平面図である。図において、１Ｏは太陽電池セル、２はグリッド電極、３はバー電極、４は出力電力を取り出すコネクタ（パッド）電極である。
【０００９】
従来の太陽電池セル１Ｏでは、表面電極２の形成箇所を除く全ての領域にテクスチャ８が縦横に配列された状態で形成されており、外周部分１８以外の箇所に形成されている各テクスチャ８は、図１３に示すように、平面視で正方形をした逆ピラミッド型の凹凸を有し、かつ、その大きさや形状は全て同じものとなっている。また、各テクスチャ８間の間隔ｄも全て同一である。さらに、図１１の部分拡大図に示すように、太陽電池セル１Ｏの外周部分１８にもテクスチャ８が形成されている。
【００１０】
図９ないし図１３に示したような形状をもつテクスチャ８を形成するには、従来、たとえば、図１４の（ａ）〜（ｇ）に示すような工程に沿って製作されている。
【００１１】
まず、同図（ａ）に示すように、シリコン基板４を準備する。次に、同図（ｂ）に示すように、このシリコン基板４の表面に熱酸化もしくはＣＶＤ等を用いて酸化膜層７を形成する。続いて、同図（ｃ）に示すように、酸化膜層７の上にレジスト１５を塗布する。そして、同図（ｄ）に示すように、受光面側に所定のテクスチャパターンを露光して現像する。これにより、酸化膜層７の上にはレジスト１５によりテクスチャパターンが形成される。次いで、同図（ｅ）に示すように、エッチング等により不要な部分の酸化膜層７を除去し、その後、レジスト１５を除去する。これで、酸化膜層７によりテクスチャパターンがシリコン基板４上に形成される。この状態で、同図（ｆ）に示すように、所定の温度、濃度の、たとえば高温のアルカリ溶液のようなエッチング液により所定時間エッチングする。シリコン基板４の場合は、結晶面毎に化学薬品に腐食される速度差があり、これを利用した異方性エッチングにより微細な逆ピラミッド型のテクスチャ８を形成することができる。最後に同図（ｇ）に示すように、酸化膜層７を除去することにより、シリコン基板４の受光面側にテクスチャ８の形成が完成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の太陽電池セルは、次の▲１▼、▲２▼に指摘するような問題点を有している。
【００１３】
▲１▼ 前述のごとく、従来の太陽電池セルにおいて、シリコン基板４上のセル外周部以外の箇所に形成される各テクスチャ８は、図１３に示したように、その大きさや形状は同じものであり、しかも、各テクスチャ８間の相互の間隔ｄも全て同一である。
【００１４】
このため、太陽電池セル１Ｏ上のテクスチャ形成面積が小さくなってしまうことがある。すなわち、テクスチャ８形成領域の電極２周辺部分には、大きさの等しいテクスチャパターンは形成できず、平坦部となる。その結果、セルの受光面上において平坦部の占める面積が多くなり、これに伴い、反射率の低減効果が少なくなって太陽電池セル１Ｏとしての出力低下を招く。
【００１５】
▲２▼ また、従来のテクスチャは、図１１の部分拡大図に示したように、太陽電池セル１Ｏの外周部分１８にも形成されている。このために、太陽電池セル１Ｏの製造中においても、ダイシング工程でセルを切り出すときに、セル１Ｏの外周部分１８からクラックや最悪の場合には割れが発生するなどして、取り扱いが難しく、生産性の低下並びに生産ラインの汚染を引き起こしていた。
【００１６】
本発明は、上記の各問題点を解決し、従来品よりも大きなテクスチャ領域を形成することにより、出力を向上させた太陽電池セルを提供することを第１の課題とし、また、テクスチャ構造を持ちながら、クラックや割れが発生しにくい太陽電池セルを提供することを第２の課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の各課題を解決するために、本発明は次の構成を有する。
【００１８】
すなわち、本発明は、受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域にテクスチャが形成された太陽電池セルにおいて、テクスチャが、ほぼ正四角錐の逆ピラミッド型の凹形状を有し、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる大きさに設定されていることを特徴とする太陽電池セルである。
【００１９】
本発明において、テクスチャとは、無反射表面形状を意味する。この無反射表面形状とは、鏡面の反射率を１００％とした場合の反射率が、０．５〜１．０μｍの波長の光に対し反射防止膜がない状態で、約１０％以下の表面形状であればよく、望ましくは表面が実質的に光を吸収して反射しない形状である。このような形状としては、例えば、逆ピラミッド状に窪んだ矩形の開口や、内部に空洞を有する開口などが挙げられる。本発明の太陽電池セルにおいては、多数の微小なテクスチャが受光面に形成された構造となっている。
【００２０】
上記構成においては、周辺部分に形成されたテクスチャの大きさが、内側部分に形成されたテクスチャの大きさよりも小さく設定されていてもよい。
また、周辺部分に形成されたテクスチャの間隔と、内側部分に形成されたテクスチャの間隔とが、異なる大きさに設定されていてもよく、このとき、周辺部分に形成されたテクスチャの大きさが、内側部分に形成されたテクスチャの大きさよりも小さく設定されている場合には、周辺部分に形成されたテクスチャの間隔は、内側部分に形成されたテクスチャの間隔よりも広く設定されることが望ましい。
【００２１】
太陽電池セルは、その外周部分にテクスチャが形成されない非形成領域を有していることが望ましい。非形成領域が設けられる場合、非形成領域の幅は５０μｍ以上であればよい。
【００２２】
また、本発明は、受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域にテクスチャが形成された太陽電池セルであって、テクスチャが、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる形状に設定されていることを特徴とする太陽電池セルである。
【００２３】
上記構成において、内側部分に形成されたテクスチャは矩形の底部を持つ逆ピラミッド型の形状であり、周辺部分に形成されたテクスチャは尖った端部を有する多角形の底部を持つ逆ピラミッド型の形状であってもよい。また、内側部分に形成されたテクスチャはＶ溝状であり、周辺部分に形成されたテクスチャは逆ピラミッド型であってもよい。
【００２４】
別の観点によれば、本発明は、受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域に、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる大きさのテクスチャを形成する太陽電池セルの製造方法であって、基板上に酸化膜で、小さいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅のほうが、大きいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅よりも大きいマスキングパターンを形成し、そのマスキングパターンをマスクとして基板をエッチングすることにより、基板に格子状のテクスチャを形成することからなる太陽電池セルの製造方法である。
【００２５】
また、本発明は、受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域に、周辺部分の大きさがその周辺部分の内側に位置する内側部分の大きさよりも小さいテクスチャを形成する太陽電池セルの製造方法であって、基板上に酸化膜で、小さいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅のほうが、大きいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅よりも大きいマスキングパターンを形成し、そのマスキングパターンをマスクとして基板をエッチングすることにより、基板に格子状のテクスチャを形成することからなる太陽電池セルの製造方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態に係る太陽電池セルの一例を示す平面図、図２は図１の符号Ａで示す部分を拡大して示す平面図、図３は図２の符号Ｃで示す部分を拡大して示す平面図である。
【００２７】
図において、１は太陽電池セル、２はグリッド電極、３はバー電極、４は出力電力を取り出すコネクタ（パッド）電極である。コネクタ電極４から図中横方向にバー電極３が延出され、バー電極３から図中縦方向にグリッド電極２が延出されている。
【００２８】
太陽電池セル１の受光面側には、これらのコネクタ電極４、バー電極３およびグリッド電極２からなる表面電極が形成され、その表面電極の形成箇所を除く領域には、テクスチャが形成されている。テクスチャの領域で発生された電流は、グリッド電極２とバー電極３とを介してコネクタ電極４から取り出される。
【００２９】
本実施形態では、太陽電池セル１の大きさは縦が約３５ｍｍ、横が約６９ｍｍ、コネクタ電極４の大きさは縦が約１．５ｍｍ、横が約３ｍｍである。バー電極３はコネクタ電極４に近づくほど太くなっており、グリッド電極２はバー電極３に近づくほど太くなっている。グリッド電極２の先端部の太さは約５μｍ、基端部（バー電極３接続部）の太さは約２２μｍである。グリッド電極２のピッチは約０．５４ｍｍである。
【００３０】
この太陽電池セル１では、その受光面側の外周部分１８に、テクスチャが形成されない非形成領域（平坦部）が確保されている。このように、太陽電池セル１の外周部１８にテクスチャの非形成領域を確保することにより、若干の出力低下は発生するものの、従来品に比べて、その部分からクラックや割れが発生することが防止できるため、生産性、信頼性の高いデバイスを提供できる。このテクスチャの非形成領域の部分１８は、セルの端部から５０μｍ程度の幅があれば格段にその効果を発揮し、また、幅が狭いことからテクスチャ構造を形成しないことによる出力の大幅な低下も防ぐことができて都合がよい。
【００３１】
この太陽電池セル１の上記の外周部分１８および表面電極形成箇所を除くテクスチャ形成領域Ｆには、図３に示すように、逆ピラミッド型をしたテクスチャ９ａ〜９ｄが形成されている。
図３の実施形態において、テクスチャ９ａは一辺が１８μｍ、テクスチャ９ｂは一辺が１５μｍ、テクスチャ９ｃは一辺が５μｍ、テクスチャ９ｄは一辺が３μｍの大きさの正方形の逆ピラミッド型である。間隔ｄ１は２μｍ、間隔ｄ２は３μｍの大きさである。なお、この大きさには限定されず、任意の大きさにすることができる。
【００３２】
これらの各テクスチャ９ａ〜９ｄは、互いに大きさが異なっているが、共に正方形をした相似形になっている。
【００３３】
特に、この実施形態では、テクスチャ形成領域Ｆの周辺部分に形成されたテクスチャ９ｂ〜９ｄの大きさは、これよりも内側部分に形成されたテクスチャ９ａの大きさよりも小さくなっている。
【００３４】
これにより、図１１、図１２および図１３に示したような従来のものに比べて、テクスチャ形成領域Ｆ内における平坦部の面積が少なくなり、テクスチャ９ａ〜９ｄの占有面積が大きくなる。
【００３５】
さらに、この実施形態では、テクスチャ形成領域Ｆ内の周辺部分に形成された小さい形状の各テクスチャ９ｂ〜９ｄ間の間隔ｄ２ は、その内側部分に形成された大きい形状のテクスチャ９ａ間の間隔ｄ１ よりも大きくなるように（ｄ１ ＜ｄ２ ）設定されている。
【００３６】
その理由を次に説明する。
【００３７】
図４および図５は、図１４（ｆ）で示した工程でのシリコン基板４のエッチングにおいて、大きさの異なるテクスチャ（たとえば図３の９ａと９ｂの各テクスチャ）を形成する場合のエッチング前後の工程別断面図を示しており、図４はテクスチャ９ａ，９ｂの大きさによらずテクスチャ間が全て同じ間隔ｄのものを形成する場合、図５はテクスチャ９ａ，９ｂの大きさに応じてテクスチャ間の間隔ｄ１ ，ｄ２ を変える場合である。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、酸化膜層７により同じテクスチャ間の間隔ｄのテクスチャパターンがシリコン基板４上に形成されている状態で、実線で示す部分までエッチングが進むと、横方向へのエッチングが始まる。そして、破線で示すピラミッドの頂点が形成できるまでエッチングを行うが、その場合、小さい形状のテクスチャ９ｂの横方向のエッチングは、大きい形状のテクスチャ９ａのエッチングが終了する頃には完全にオーバーエッチングとなり、小さいテクスチャ９ｂの頂点が欠落してしまう。その結果、酸化膜層７を除いたときには、同図（ｂ）及び同図（ｃ）に示すように、小さい形状のテクスチャ９ｂは、設計どおりのテクスチャ構造が形成できないために、若干出力が低下するとともに、外観不良をも引き起こしてしまう。
【００３９】
これに対して、図５（ａ）に示すように、酸化膜層７により異なるテクスチャ間の間隔ｄ１ ，ｄ２ のテクスチャパターンがシリコン基板４上に形成されている状態で、実線で示す部分までエッチングが進むと、横方向へのエッチングが始まる。そして、破線で示すピラミッドの頂点が形成できるまでエッチングを行うが、その場合、小さい形状のテクスチャ９ｂの酸化膜層７のテクスチャ間の間隔ｄ２ は、大きい形状のテクスチャ９ａの酸化膜層７のテクスチャ間の間隔ｄ１ よりも大きい（ｄ１ ＜ｄ２ ）から、大きい形状のテクスチャ９ａのエッチングが終了するときには、小さい形状のテクスチャ９ｂのエッチングも同時期に終了するため、図４に示したようにテクスチャ９ｂの部分がオーバーエッチングされることはない。その結果、酸化膜層７を除いたときには、同図（ｂ）に示すように、小さい形状のテクスチャ９ｂも、設計どおりのテクスチャ構造が形成できることになる。
【００４０】
図６は、基板の結晶方位の違いによって、シリコンテクスチャの形成方向が異なった場合を示しており、その基本的な構成は、図１、図２および図３に示した実施形態と同じである。図６の実施形態において、テクスチャ９ｆは一辺が１８μｍ、テクスチャ９ｇは一辺が１５μｍ、テクスチャ９ｈは一辺が１３μｍの大きさの正方形の逆ピラミッド型である。間隔ｄ１は２μｍ、間隔ｄ２は３μｍの大きさである。なお、この大きさには限定されず、任意の大きさにすることができる。このように、図６の場合も、太陽電池セル１の外周部分１８および表面電極形成箇所を除くテクスチャ形成領域Ｆに逆ピラミッド型をしたテクスチャ９ｆ〜９ｈが形成されていて、その領域Ｆの周辺部分に形成されたテクスチャ９ｇ〜９ｈの大きさは、これよりも内側部分に形成されたテクスチャ９ｆの大きさよりも小さくなっている。
【００４１】
図７は他の変形例を示すもので、テクスチャ形成領域Ｆにおいて、その周辺部分とその内側にはそれぞれテクスチャ９ｊ，９ｆが形成されていて、内側のテクスチャ９ｆは逆ピラミッドの正方形のものであるが、周辺部分のテクスチャ９ｊは正方形ではなくて先尖型になっている。これにより、図１１、図１２および図１３に示した従来のものに比べ、テクスチャ９ｊ，９ｆの占有面積をより大きく確保することができる。
【００４２】
図８はさらに他の変形例を示すもので、テクスチャ形成領域Ｆにおいて、その周辺部分とその内側にはそれぞれテクスチャ９ｋ，９ｍが形成されていて、内側のテクスチャ９ｋはＶ溝状であり、また、周辺部分のテクスチャ９ｍは逆ピラミッド型になっている。この場合も周辺部分にテクスチャ９ｍを形成することにより、従来よりもテクスチャ９ｋ，９ｍの占有面積をより大きく確保することができる。
【００４３】
なお、上記の実施形態では、逆ピラミッド型とＶ溝の各テクスチャ９ａ，９ｆ，９ｋについて説明し、他の形状のテクスチャの組み合わせについては特に述べなかったが、これらの組み合わせであっても本発明を適用できるのはもちろんである。
【００４４】
さらに、この実施形態では、ＮＲＳ／ＢＳＦ型の太陽電池セルを例にとって説明したが、ＮＲＳ／ＬＢＳＦ（Ｎｏｎ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ／Ｌｏｃａｌｌｙ ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ ）型の太陽電池セルや、シリコン以外の結晶を用いた太陽電池セルについても、構造や結晶が異なるだけであるから、本発明を同様に適用できるのは言うまでもない。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を奏する。
【００４６】
（１）従来に比べてテクスチャの占有面積をより大きく確保することができるため、電気出力を改善することができる。
【００４７】
特に、宇宙用太陽電池セルの場合は、放射線劣化によるキヤリアライフタイムの影響を受けにくくするために、より大きいテクスチャ領域を形成することが、太陽電池セルの出力改善に有効である。
【００４８】
（２）また、太陽電池セルの外周部分には、出力があまり低下しない程度に平坦なテクスチャ非形成領域を確保しているため、クラックや割れの発生を防止でき、生産性や信頼性の高いデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池セルの一例を示す平面図
【図２】図１の符号Ａで示す部分を拡大して示す平面図
【図３】図２の符号Ｃで示す部分を拡大して示す平面図
【図４】大きさの異なるテクスチャを形成する場合のエッチング前後の工程別断面図で、テクスチャの大きさによらずテクスチャ間の間隔を全て同じ間隔で形成する場合
【図５】大きさの異なるテクスチャを形成する場合のエッチング前後の工程別断面図で、テクスチャの大きさに応じてテクスチャ間の間隔を変える場合
【図６】本発明の他の実施形態の太陽電池セルの一例を示す平面図
【図７】本発明の他の実施形態の太陽電池セルの一例を示す平面図
【図８】本発明の他の実施形態の太陽電池セルの一例を示す平面図
【図９】ＮＲＳ／ＢＳＦ型の太陽電池セルの断面図
【図１０】テクスチャ表面での光の反射と屈折の説明図
【図１１】従来の太陽電池セルの一例を示す平面図
【図１２】図１１の符号Ｂで示す部分を拡大して示す平面図
【図１３】図１２の符号Ｄで示す部分を拡大して示す平面図
【図１４】テクスチャ構造を形成する場合の工程別の断面図
【符号の説明】
１ 太陽電池セル
２ 表面電極
３ Ｎ＋拡散層
４ シリコン基板
５ Ｐ＋拡散層
６ 裏面電極
７ 酸化膜層
８ テクスチャ
９ａ〜９ｋ テクスチャ
１０ 反射防止膜
１５ フォトレジスト
１８ 外周部分
ｄ，ｄ１ ，ｄ２ 間隔
Ｆ テクスチャ形成領域
Claims (10)
- 受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域にテクスチャが形成された太陽電池セルにおいて、
テクスチャが、ほぼ正四角錐の逆ピラミッド型の凹形状を有し、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる大きさに設定されていることを特徴とする太陽電池セル。 - 周辺部分に形成されたテクスチャの大きさが、内側部分に形成されたテクスチャの大きさよりも小さい請求項１記載の太陽電池セル。
- 周辺部分に形成されたテクスチャの間隔と、内側部分に形成されたテクスチャの間隔とが、異なる大きさに設定されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池セル。
- 周辺部分に形成されたテクスチャの間隔が、内側部分に形成されたテクスチャの間隔よりも広い請求項３記載の太陽電池セル。
- 太陽電池セルが、その外周部分にテクスチャが形成されない非形成領域を有していることを特徴とする請求項１記載の太陽電池セル。
- 非形成領域の幅が５０μｍ以上であることを特徴とする請求項５記載の太陽電池セル。
- 太陽電池セルがＮＲＳ／ＢＳＦ型太陽電池セルである請求項１記載の太陽電池セル。
- 受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域にテクスチャが形成された太陽電池セルであって、
テクスチャが、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる形状に設定され、内側部分に形成されたテクスチャは矩形の底部を持つ逆ピラミッド型の形状であり、周辺部分に形成されたテクスチャは尖った端部を有する多角形の底部を持つ逆ピラミッド型の形状である太陽電池セル。 - 受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域にテクスチャが形成された太陽電池セルであって、
テクスチャが、テクスチャ形成領域の周辺部分とその周辺部分よりも内側に位置する内側部分とで、異なる形状に設定され、内側部分に形成されたテクスチャはＶ溝状であり、周辺部分に形成されたテクスチャは逆ピラミッド型である太陽電池セル。 - 受光面側の表面電極の形成箇所を除く領域に、周辺部分の大きさがその周辺部分の内側に位置する内側部分の大きさよりも小さいテクスチャを形成する太陽電池セルの製造方法であって、
基板上に酸化膜で、小さいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅のほうが、大きいテクスチャの形成領域に位置するマスキングパターンの線幅よりも大きいマスキングパターンを形成し、そのマスキングパターンをマスクとして基板をエッチングすることにより、基板に格子状のテクスチャを形成することからなる太陽電池セルの製造方法。
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