JP3732993B2 - 太陽電池セルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に関するものであり、たとえば太陽電池モジュールに影が生じた場合に発生する逆バイアス電圧から太陽電池セルを保護するバイパスダイオードの機能を付加したバイパス機能付太陽電池セルおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
複数の太陽電池セルを、直列、または並列に組合せて所定の出力電圧および出力電流を得る太陽電池モジュールは、その一部のセルに影が生じた場合、他のセルが発生する電圧が逆方向に印加される。
【0003】
この逆方向に印加された逆バイアス電圧により、影を生じたセルの逆耐電圧を超えると、当該セルがブレイクダウンを生じ多量の電流が流れるので、当該セルの短絡破壊に至る可能性がある。その結果、太陽電池モジュール全体の出力特性が低下する。
【0004】
宇宙用太陽電池モジュールの場合では、衛星の姿勢制御中に衛星本体の一部あるいはアンテナ等構造物の影が太陽電池モジュール上に生ずることがあり得る。地上用太陽電池モジュールの場合では、たとえば、隣接した建築物の影が生じたり、飛来した鳥類が糞を付着させ影を生じることがある。
【0005】
その一例として、太陽電池セルの一連の並列接続からなる太陽電池モジュールの一部のサブモジュールの上に影が生じた場合について考える。
【0006】
図12は、従来の太陽電池モジュールの構成を示す図である。
まず、図12(a)に示すように、太陽電池モジュールMの両端がほぼ短絡状態となるシャントモードでは、影になったサブモジュール11には、影が生じていない他のグループのサブモジュール群12が発生した電力V12が逆バイアス電圧として印加される。したがって、サブモジュール11の電圧をV11とすると、V11=−V12となる。
【0007】
一方、図12(b)に示すように、太陽電池モジュールMに外部電源VBが接続されている場合では、V11=VB−V12となる。すなわち、影になったサブモジュール11のN電極には正の電荷が印加され、その逆バイアス電圧がサブモジュール11を構成する太陽電池セルの耐逆電圧以上であると、その太陽電池セルはブレイクダウンを生じ、その結果短絡破壊に至る可能性がある。そして影の生じたサブモジュール11、さらに全体の太陽電池モジュールMの出力特性が劣化する。
【0008】
この逆バイアス電圧による事故を防止するために、個々の太陽電池セルごとや、特定のモジュール単位ごとにバイパスダイオードを取付けたり、あるいは太陽電池セルにバイパスダイオードを集積した、いわゆるダイオードインテグレーテッド太陽電池が使用されている。
【0009】
その他に、バイパスダイオードの機能を付加した太陽電池セルがある。
次に、従来のバイパスダイオードの機能を付加した太陽電池セルの構成例を、図面を参照して説明する。
【0010】
図13は、従来の太陽電池セルの一例の構造を示す斜視図であり、バイパスダイオードの機能を付加した無反射表面構造を有する高効率太陽電池セルの構造を示す斜視図である。
【0011】
図13を参照して、この太陽電池セルは、第1の導電型たとえばP型シリコン基板1と、基板1の受光面に光エネルギにより発生するキャリアを効率よく取込むために形成した第2の導電型たとえばN型領域2と、基板1の下面に形成したBSF効果のためのP+型領域3と、基板1の受光面の一部に設けられたバイパス用の島状のP+型領域4と、発生した電気を効率よく取出すためにN型領域の表面に設けたN電極7と、入射する光の表面反射を低減するために図示されないN電極接続部を除いたN型領域のほぼ全面を覆う反射防止膜8と、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出すためにP+型領域3の下面ほぼ全面を覆うP電極6とによって構成されている。さらに、この太陽電池セルは、表面反射を減少させるため、受光面側に設けたたとえば逆ピラミッド状の多数の凹凸を有する格子形状からなる無反射表面構造13と、表面でのキャリアの再結合を低減させるために設けたN+拡散層の上には図示されない酸化膜層9とを備えている。前述したように、P型シリコン基板1の裏面にも、キャリアの再結合を低減させるために、P+拡散層3の上には酸化膜層5が形成されている。N+拡散層2と表面電極7とは、図示されない酸化膜層上の開口部を介して、また、P+拡散層3と裏面電極6とは、酸化膜層5上の開口部を介して、それぞれ接続されている。
【0012】
このように構成される太陽電池セルにおいて、受光面側に形成する無反射表面構造13は、入射光を多重反射させて太陽電池セル内部へ到達する光量を増加させる役割を果たすものであって、その形成具合等によって発生する電力が変化する。そのため、この形状の形成方法をいかに設定するかが非常に重要な要素となる。この太陽電池セルにおいては、無反射表面構造13は、たとえば表面電極7の形成部分や太陽電池の端部を除くすべての領域に形成されている。
【0013】
また、図14は、図13に示す太陽電池セルの上面図である。この図においては、P+型拡散領域用円形領域10が示されている。
【0014】
図14を参照して、この太陽電池セルの無反射表面構造においては、各格子形状の大きさや形状が、すべて同じものとなっている。したがって、無反射表面構造の各格子形状間の間隔も、すべて同一である。
【0015】
次に、このように構成される従来の太陽電池セルの製造方法について説明する。
【0016】
図15および図16は、図13に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【0017】
無反射表面構造は、たとえば図15の(a)〜(g)に示すような工程に従って製作される。
【0018】
まず、図15(a)に示すように、面方位(100)のシリコン基板1を準備する。
【0019】
次に、図15(b)に示すように、このシリコン基板1の表面に、熱酸化もしくはCVD等を用いて、酸化膜9を形成する。
【0020】
続いて、図15(c)に示すように、酸化膜9の上に、レジスト15を塗布する。
【0021】
そして、図15(d)に示すように、受光面側に所定の無反射表面構造13のパターンや、図示されないアライメントマークの部分を露光して現像する。これにより、酸化膜9の上には、レジスト15により無反射表面構造を形成するためのパターンと、図示されないアライメントマークのパターンとが形成される。
【0022】
次いで、図15(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9を除去し、その後レジスト15を除去する。これで、酸化膜9により無反射表面構造のパターンと、図示されないアライメントマークのパターンがシリコン基板1上に形成される。また、この段階で、格子形状間の間隔dが決定される。
【0023】
この状態で、図15(f)に示すように、たとえば高温のアルカリ性溶液のような所定の温度、濃度の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1の場合は、結晶面ごと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、微細な無反射表面構造13を形成することができる。このとき、アライメントマーク部も凹部形状となる。
【0024】
最後に、図15(g)に示すように、酸化膜9を除去することにより、シリコン基板1の受光面側に、無反射表面構造13および図示されないアライメントマークの形成が完了する。
【0025】
次に、図13のような太陽電池セルのバイパス機能を持たせるための構造の形成は、図16(a)〜(e)の断面図に示すような工程によって製造される。
【0026】
まず、図16(a)に示すように、前述の方法から得られた、受光面側に無反射表面構造13および図示されないアライメントマーク部が形成されたP型シリコン基板1を準備する。
【0027】
次に、図16(b)に示すように、P型シリコン基板1の表面に、熱酸化等の方法により、酸化膜9を形成する。
【0028】
次いで、図16(c)に示すように、裏面の酸化膜9を除去し、表面の酸化膜9に複数の開口14をフォトリソグラフィ等により設ける。これらの複数の開口14は、後に形成される島状のP+型領域4に対応するものである。
【0029】
このウエハに、たとえば不純物濃度が1×1020cm-3程度のP+型不純物を拡散する。その後、表面および側面の酸化膜9を除去すると、図16(d)に示すようなウエハが得られる。このウエハは、その表面にたとえばボロン拡散により複数個の島状のP+型領域4が形成され、全面BSF型の場合は、裏面に全面にわたりP+型領域3が形成されている。
【0030】
次いで、図16(e)に示すように、表面および側面にN型領域2を熱拡散等により形成する。島状のP+型領域4は、表面に残っているボロンガラスにより保護されるので、N型領域2の中にP+型領域4の島が残る。この島状のP+型領域4の外周部は、図14に示されるテクスチャ形状13の表面の円形の領域10と同一である。
【0031】
その後、アライメントマーク部を使用し、P+型領域4の島がグリッド間に形成されるように、フォトリソグラフィ等により表電極を形成し、反射防止膜等を形成する。
【0032】
図17は、従来の太陽電池セルの他の例の構造を示す斜視図であり、バイパスダイオードの機能を付加した無反射表面構造を有しない太陽電池セルの構造を示す斜視図である。
【0033】
また、図18は、図17に示す太陽電池セルの上面図である。
図17および図18を参照して、この太陽電池セルは、無反射表面構造13を有していない点で、先に説明した図13に示す太陽電池セルと相違している。
【0034】
次に、図19は、図17に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【0035】
図17に示すような太陽電池セルのバイパス機能を持たせるための構造は、図19(a)〜(g)の断面図に示すような工程によって製造される。
【0036】
まず、図19(a)に示すように、P型シリコン基板1を準備する。
次に、このP型シリコン基板1の表面に、熱酸化等の方法により、酸化膜9を形成すると、図19(b)のようになる。
【0037】
次いで、図19(c)に示すように、P型シリコン基板1表面のセルパターンよりも外側に設けられたアライメントマーク部分の酸化膜9に、開口20をフォトリソグラフィ等により設ける。
【0038】
続いて、アルカリ性の水溶液を用いウエハを短時間エッチングすることにより、P型シリコン基板1のアライメントマーク部分が凹部形状にエッチングされ、図19(d)に示すようなアライメントマーク凹部21付のウエハが得られる。
【0039】
次に、裏面の酸化膜9を除去し、表面の酸化膜9に複数の開口14をフォトリソグラフィ等により設けると、図19(e)のようになる。これらの複数の開口14は、後に形成される島状のP+型領域4に対応するものである。このウエハにたとえば、不純物濃度が1×1020cm-3程度のP+型不純物を拡散する。
【0040】
その後、表面および側面の酸化膜9を除去すると、図19(f)に示すように、その表面にたとえばボロン拡散により複数個の島状のP+型領域4が形成され、BSFR型の場合は、裏面全面にわたりP+型領域3が形成されているウエハが得られる。
【0041】
次いで、図19(g)に示すように、表面および側面にN型領域2を熱拡散等により形成する。島状のP+型領域4と裏面全面のP+型領域3の表面とには、ボロンガラスが残っており、これにより保護されるので、受光面側のN型領域2の中にP+型領域4の島が残る。
【0042】
この島状のP+型領域4は、上記方法にて形成したアライメントマーク凹部21を用いてフォトリソグラフィ等により、表電極グリッド間に形成される。アライメントマーク凹部21がないと、島状のP+型領域4を表電極グリッド間に形成することは不可能であるため、図19(c)、(d)に示す工程が必要となる。その後、反射防止膜8等を形成する。
【0043】
このような太陽電池セルを図12(a)に示すように、多数および並列に接続し、所望の電圧および電流にしたものを、通常の太陽電池モジュールMとして使用する。上記構成の太陽電池セルに逆バイアス電圧が印加されると、受光面側の第2の導電型(たとえばN型)の領域と、この第2の導電型の領域に接して形成された高濃度の第1の導電型(たとえばP型)の領域とによるP+N接合部が逆バイアスされる。この部分は、第1の導電型の基板と第2の導電型の拡散層から形成されるPN接合より、ツェナー降下によってブレイクダウンが発生しやすい。
【0044】
比較的小さな逆バイアス電圧印加の状態において、この領域で逆方向電流を生じさせ、さらに逆バイアス電圧が高くなると、ツェナー降下に至らしめることによって、太陽電池本体に逆バイアス電圧が印加されることを防止することができる。以上を、等価回路で説明する。
【0045】
図20は、バイパス機能付太陽電池セルの等価回路図である。
図20に示すように、NP接合からなる太陽電池に、NP+ダイオードが並列に接続された構造になる。逆バイアス電圧が印加されると、逆方向の漏れ電流が大きいNP+ダイオードの電流が流れるので、太陽電池セルはブレイクダウンから保護される。島状のP+型領域4は、P型シリコン基板1よりは不純物濃度を高くして、島状のP+型領域4とN型領域2との間で形成されるPN接合によって、ツェナー降下によりブレイクダウンが発生するような構造となっている。P+型領域4の不純物濃度は、ツェナー降下を発生させるためには1×1018cm-3以上とすればよい。島状のP+型領域4の合計面積が大きくなると、太陽電池セルの出力が低下するので、ツェナーブレイクダウンが発生し、しかも太陽電池セルが破損しない範囲内で、P+型領域4の合計面積は、できるだけ小さくするように設計する必要がある。
【0046】
なお、太陽電池セルに島状のバイパス用の領域を設けたものについては、特開平5−110121号公報や、特開平10−163511号公報等がある。
【0047】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来型の無反射表面構造を有する高効率バイパス機能付太陽電池セルは、あまり逆方向電流が得られず、バイパス機能が得られにくいという問題点を有していた。無反射表面構造上に形成するバイパス機能を付加するためのP+型領域の面積を増加させることにより、逆方向電流は大きくなるが、その増加した分、受光面側のN型拡散領域が減少するため、太陽電池の出力は低下してしまう。よって、無反射表面構造上に形成するP+型領域の面積を変えずに、逆方向電流を大きくすることが課題であった。
【0048】
また、従来型の無反射表面構造を有しないバイパス機能付太陽電池セルは、バイパス機能を有しない太陽電池セルと比較して、著しく製造プロセスが増加し、かつ、あまり逆方向電流が得られず、バイパス機能が得られにくいという問題点を有していた。
【0049】
図17に示すように、太陽電池セル裏面にたとえばP型拡散領域を有するBSFR型や図示されないP型拡散領域を有しないBSR型の双方とも、P+型領域4をN電極グリッド間に形成するために、アライメントマーク部が必要不可欠である。そのため、そのアライメントマーク部を形成するためのフォトリソグラフィの工程が必要となり、バイパス機能のない太陽電池セルに比べ、製造プロセスは大幅に増加してしまう。
【0050】
以上の問題に鑑み、本発明の目的は、無反射表面構造上に形成するP+型領域の面積を変えずに、逆方向電流を大きくするための無反射表面構造を有する高効率バイパス機能付太陽電池セルの構造と、その製造方法を提供することにある。
【0052】
【課題を解決するための手段】
この発明による太陽電池セルは、第1の導電型を有する基板と、基板の受光面側に形成された第2の導電型を有する領域と、第2の導電型を有する領域に形成された電極と、基板および第2の導電型を有する領域の双方に接し、かつ電極と接触しないように配置された、基板より高濃度の領域とを含む太陽電池セルであって、基板は受光面側に無反射表面凹凸構造と平坦部とを有し、無反射表面凹凸構造は、複数の格子形状を有し、第1の部分と、その第1の部分の格子形状の大きさより小さい格子形状の第2の部分とからなり、基板より高濃度の領域は第1の部分に形成される。
【0054】
好ましくは、無反射表面構造の第1および第2の部分は、異なる形状であるとよい。
【0055】
好ましくは、無反射表面構造の第1および第2の部分の格子形状は、それぞれ異なる間隔で形成されているとよい。
【0056】
好ましくは、無反射表面構造の第1の部分の格子形状の間隔は、第2の部分の格子形状の間隔より狭いとよい。
【0057】
図3は、横軸の無反射表面構造の大きさと、縦軸の逆方向電流(IR)との相関を表わした図である。
【0058】
図3を参照して、無反射表面構造の大きさを大きくすることにより、逆方向電流は大きくなることがわかる。したがって、バイパス機能を持たせるためのパターン形成を行なう領域部分の無反射表面構造を、その他の部分と比べ大きくすることにより、逆方向電流を増加させることができる。したがって、パターンの領域を増やさなくてもよいという利点がある。
【0059】
このような構成においては、バイパス機能を持たせるためのパターン形成を行なう領域部分の格子形状が大きい無反射表面構造と、その他の部分の格子形状が小さい無反射表面構造との間の間隔とが、異なる大きさに設定されていてもよく、このとき、格子形状が小さい無反射表面構造間の間隔は、格子形状が大きい無反射表面構造間の間隔よりも広く設定されることが望ましい。
【0060】
また、本発明による太陽電池セルの製造方法は、バイパス機能を持たせるためのパターン形成を行なう領域部分の無反射表面構造の格子形状を、その他の部分と異なる大きさに形成する太陽電池セルの製造方法であって、基板上に酸化膜を用いて、小さい格子形状からなる無反射表面構造の形成領域に位置するマスキングパターンの線幅の方が、大きい格子形状からなる無反射表面構造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、基板にたとえば格子状の無反射表面構造を形成する。
【0061】
以上のように、バイパス機能を持たせるためのパターン形成を行なう部分およびその周辺部の無反射表面構造の格子形状を、その他の部分に比べ大きくすることにより、従来の太陽電池セルに比べ、逆方向電流を大きくすることができることから、バイパス機能を持たせるためのパターンの領域を増やすことなく、逆方向電流が増加する。そのため、出力特性が良好でありながら、逆方向電流も大きい太陽電池セルを提供することができる。
【0062】
この発明に関連する太陽電池セルは、第1の導電型を有する基板と、基板の受光面側に形成された第2の導電型を有する領域と、第2の導電型を有する領域に形成された電極と、基板および第2の導電型を有する領域の双方に接し、かつ電極と接触しないように配置された、基板より高濃度の領域とを含む太陽電池セルであって、基板の受光面側に形成された凹部にその基板より高濃度の領域が、形成されていることを特徴としている。
【0063】
図10は、横軸のエッチング加工時間と、縦軸の逆方向電流との相関を表わしたものである。
【0064】
図10を参照して、エッチング加工時間を長くすることにより、逆方向電流が大きくなることがわかる。このように、本発明に関連する太陽電池セルは、バイパス機能を持たせるためのパターン部分の面積が同一であっても、逆方向電流を増加させることができる。
【0065】
また、この方法による太陽電池セルの製造方法は、パターニングした表面酸化膜の窓の部分をエッチングして凹部とした後、当該表面酸化膜を拡散マスクとして不純物を拡散することにより、高濃度の領域を形成することを特徴としている。
【0066】
この発明に関連する太陽電池セルの製造方法は、バイパス機能を持たせるためのパターン形状を凹部に形成することを特徴とする太陽電池セルの製造方法であって、その凹部の加工をアルカリ性水溶液等にて実施し、加工時間を長くして凹部を深くすることにより、パターン部分の面積が同一であっても、逆方向電流を大きくすることができる。
【0067】
また、この製造方法は、バイパス機能を持たせるためのパターン形状を凹部に形成するときに、アライメントマーク部をウエハ上に形成することができるため、フォトリソグラフィ工程の回数を減らすことができ、工程の削減による低コスト化も期待できる。
【0068】
以上のように、バイパス機能を持たせるためのパターンを凹部に形成することにより、従来の太陽電池セルに比べ、生産性が向上することに加え、バイパス機能を持たせるためのパターンの領域を増やすことなく、逆方向電流が増加するため、出力特性が良好でありながら、逆方向電流も大きい太陽電池セルを提供することができる。
【0069】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明による無反射表面構造を有するバイパス機能付高効率太陽電池セルの実施の形態の一例の斜視図である。
【0070】
また、図2は、図1に示す太陽電池セルの上面図であり、本発明に係るバイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分の拡大図である。図2を参照して、バイパスダイオード機能を付加するための導電型領域10が、無反射表面構造の中に形成されている。図1および図2は、それぞれ、従来例として先に説明した図13および図14に対応する。以下の説明において、従来と同一の部分は同一の符号で示す。
【0071】
この実施の形態による太陽電池セルが従来のものと異なるところは、図1に示すように、受光面側に設けられた島状のP+型領域4が、他の部分と異なった大きさの格子形状からなる無反射表面構造上に形成されているところである。すなわち、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分の無反射表面構造13aの大きさが、他の部分13bと比べ大きくなっている。
【0072】
このように構成される本発明による太陽電池セルの製造工程および工程順序は、先に図16(a)〜(e)において説明した従来型と同一である。しかしながら、本発明による太陽電池セルは、無反射表面構造の大きさが異なるため、無反射表面構造の各格子形状間の間隔は変える方が望ましい。具体的には、小さい無反射表面構造の各格子形状間の間隔は、大きい無反射表面構造の各格子形状間の間隔よりも大きくなるように、設定することが必要である。以下、詳細に説明する。
【0073】
図4および図5は、図1に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【0074】
図4および図5は、図15(f)で示した工程でのシリコン基板1のエッチングにおいて、格子形状の大きさが異なる無反射表面構造(たとえば、図2の無反射表面構造13aおよび13b)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いる。図4は、無反射表面構造13aおよび13bの大きさによらず、無反射表面構造の各格子形状間がすべて同じ間隔dのものを形成する場合を示し、図5は無反射表面構造13aおよび13bの大きさに応じて、無反射表面構造の各格子形状間の間隔d1、およびd2を変える場合を示している。
【0075】
まず、図4(a)に示す場合には、酸化膜層9により、無反射表面構造の各格子形状間の間隔dが同じ無反射表面形状パターンがシリコン基板1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。底が現れると、エッチングにより露出した基板1の(111)面は、(100)面に比較してエッチング速度が遅いため、それまで同じだったエッチング速度が、下方向に比べ横方向へのエッチング速度が速くなるように変化する。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なうが、その場合、小さい無反射表面構造13bの横方向へのエッチングは、大きい無反射表面構造13a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る。そのため、小さい無反射表面構造13bの頂点が欠落してしまう。その結果、酸化膜層9を除いたときには、図4(b)に示すように、小さい無反射表面構造13bは設計どおりの形状が形成できないため、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。
【0076】
これに対して、図5(a)に示す場合には、酸化膜層9により無反射表面構造の各格子形状間の間隔d1およびd2が異なる無反射表面形状パターンがシリコン基板1上に形成されている状態で、実線に示す部分までエッチングが進む。底が現れると、それまで同じだったエッチング速度が、下方向に比べ横方向へのエッチング速度が速くなるように変化する。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なうが、その場合、小さい無反射表面構造13bの酸化膜層9の各格子形状間の間隔d2は、大きい無反射表面構造13aの酸化膜層9の各格子形状間の間隔d1よりも大きい(d1<d2)。そのため、大きい無反射表面構造13aのエッチングが終了するときには、小さい無反射表面構造13bのエッチングも同時期に終了する。そのため、図4に示したように、無反射表面構造13bの部分がオーバーエッチングされるようなことはない。その結果、酸化膜層9を除いたときには、図5(b)に示すように、小さい無反射表面構造13bも、設計どおりの構造が形成できることになる。
【0077】
図6は、図1に示す本願発明の一実施形態の太陽電池セルの変形例を示す斜視図である。
【0078】
また、図7は、図6に示す太陽電池セルの上面図である。
図6および図7を参照して、この太陽電池セルにおいては、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分の無反射表面構造13aが逆ピラミッド型であり、その他の部分の無反射表面構造13cはV溝型になっている。この場合においても、導電型領域を設ける部分の無反射表面構造13aの大きさは、その他の部分の無反射表面構造13cより大きく、上述の方法による無反射表面構造の各格子形状間の間隔を考慮した設計が必要であり、本発明の方法により得られるこのような無反射表面構造パターンを持つ太陽電池セルからも、同様の効果を得ることができる。
【0079】
上述の方法から製造される無反射表面構造上にバイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける場合、具体的には、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分のみ、他の部分と比較して大きい無反射表面構造に形成する必要がある。これにより、島状P+型領域面積を増やすことなく、逆方向電流が増加するため、出力特性が良好でありながら、逆方向電流も大きい太陽電池セルを提供することができる。
【0080】
図8は、本発明に関連して、無反射表面構造を有しないバイパス機能付太陽電池セルの一例を示す斜視図である。
【0081】
また、図9は、図8に示す太陽電池セルの上面図であり、本発明に関連するバイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分の拡大図である。図9を参照して、バイパスダイオード機能を付加するための導電型領域10が、凹部に形成されている。図8および図9は、それぞれ従来例として先に説明した図17および図18に対応する。以下の説明において、従来と同一の部分は同一の符号で示す。
【0082】
この太陽電池セルが従来のものと異なるところは、図8に示すように、受光面側に設けられた島状のP+型領域4が、他の部分と異なり、凹部に形成されているところである。
【0083】
図11は、図8に示すバイパス機能付太陽電池セルの製造工程を示す断面図である。この図11は、従来例として先に説明した図19に対応する。以下の説明において、従来と同一の部分は同一の符号で示す。
【0084】
この太陽電池の製造工程が従来のものと異なるところは、図11に示すように、フォトリソグラフィの回数を低減したところである。具体的には、従来の製造方法では、フォトリソグラフィを図19(c)と図19(e)にて実施している。図19(c)では、ウエハ上にアライメントマーク20を形成し、図19(e)ではそのアライメントマークを用い、ガラスマスクの位置を合せて、島状P+型領域の開口14を形成している。
【0085】
これに対して、図11に図解された製造工程は、図11(c)にてアライメントマーク20と島状P+型領域の開口14の形成を同時に実施するため、アライメントマークを用い、ガラスマスクの位置を合せて実施するフォトリソグラフィの回数を1回削減することが可能である。そのため、生産性の向上による低コスト化が期待できる。
【0086】
また、アライメントマーク20と島状P+型領域の開口14の形成を同時に実施するため、図11(d)に示すように、島状P+型領域は凹部19に形成されるが、図10に示すように、島状P+型領域の開口部分のアルカリ性水溶液等によるエッチング加工時間を長くし、凹部の深さを増加させることにより、逆方向電流も増加する。このことから、島状P+型領域面積を増やすことなく、逆方向電流が増加する。そのため、出力特性が良好でありながら、逆方向電流も大きい太陽電池セルを提供することができる。
【0087】
なお、説明の都合上、上述した各例はP型シリコン基板を用いた太陽電池セルについて述べたが、N型基板もしくはGaAs等シリコン単結晶以外の基板を用いた太陽電池セルに対しても、本発明は応用可能である。
【0088】
また、上述した各例は、NRS/BSF型シリコン太陽電池セルの場合、またはBSFR型シリコン太陽電池セルの場合について述べたが、NRS/LBSF型シリコン太陽電池セルやBSR型シリコン太陽電池セルに対しても、本発明は応用可能である。
【0089】
さらに、上述した各例は、バイパス機能を持たせるためのパターンが円形で、表電極グリットの中央に形成される場合について述べたが、パターンが円形でない場合や、表電極グリットの中央に形成しない場合に関しても、本発明は応用可能である。
【0090】
また、基板の違いによって、シリコン上の無反射表面構造の形成方向は変更可能であるが、本発明は、無反射表面構造の形成方向がどのような向きであっても、応用可能である。
【0091】
さらに、上述した各例は、逆ピラミッド型について述べたが、V溝型、正ピラミッド型等の他の無反射表面構造に対しても、本発明は応用可能であり、かつ、組合せについても、上述した例では、逆ピラミッド型とV溝型との組合せのみについて述べたが、他の無反射表面構造の組合せに対しても、本発明は応用可能である。
【0092】
また、本発明は、宇宙用太陽電池にも、地上用太陽電池にも適用可能である。
【0093】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、逆バイアス電圧によって短絡破壊が起こりにくい、従来品と比べて性能のよい太陽電池セルを、低コストで製造することができる。特に、保守の困難な、たとえば宇宙用太陽電池アレイのような場合、逆バイアス電圧に対する保護に著しい効果を発揮し、ひいてはアレイ全体の信頼性を向上させることができる。
【0094】
また、本発明によれば、外付ダイオードを必要としないため、太陽電池セルの製造コストを低下させることができる。
【0095】
さらに、本発明によれば、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を形成する部分の無反射表面構造の大きさを、それ以外の部分と比べて大きくすることにより、導電型領域の面積を増加させなくても、逆方向電流を多く流すことができる。その結果、従来型のバイパス機能付高効率太陽電池セルと比べ、デバイス特性の向上が期待できる。
【0096】
なお、本発明に関連して、受光面側に無反射表面構造がない太陽電池セルの場合は、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を形成する部分を、エッチングにより凹部に形成することにより、従来セルの場合と比べて、工程の短縮が可能となり、低コスト化を実現することができる。また、凹部の深さを増加させることにより、導電型領域の面積を増加させなくても、逆方向電流を多く流すことができる。その結果、従来型のバイパス機能付太陽電池セルと比べて、デバイス特性の向上も期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る無反射表面構造を有するバイパス機能付高効率太陽電池セルの実施の形態の一例の斜視図である。
【図2】 図1に示す太陽電池セルの上面図である。
【図3】 無反射表面構造の大きさと逆方向電流との相関を表わした図である。
【図4】 図1に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図5】 図1に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図6】 図1に示す太陽電池セルの変形例を示す斜視図である。
【図7】 図6に示す太陽電池セルの上面図である。
【図8】 本発明に関連して、無反射表面構造を有しないバイパス機能付太陽電池セルの一例を示す斜視図である。
【図9】 図8に示す太陽電池セルの上面図である。
【図10】 エッチング加工時間と逆方向電流との相関を表わした図である。
【図11】 図8に示す太陽電池セルの製造工程を示す断面図である。
【図12】 従来の太陽電池モジュールの構成を示す図である。
【図13】 従来の太陽電池セルの一例の構造を示す斜視図である。
【図14】 図13に示す太陽電池セルの上面図である。
【図15】 図13に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図16】 図13に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図17】 従来の太陽電池セルの他の例の構造を示す斜視図である。
【図18】 図17に示す太陽電池セルの上面図である。
【図19】 図17に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図20】 バイパス機能付太陽電池セルの等価回路図である。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板、2 N型領域、3 P+型領域、4 P+型領域、5 酸化膜、6 P電極、7 N電極、8 反射防止膜、9 酸化膜、10 P+型拡散領域用円形領域、11 影になったサブモジュール、12 サブモジュール群、13 無反射表面構造、14 島状P+型拡散領域用開口、15 レジスト、19 P+型拡散領域用凹部、20 アライメントマーク部分の開口、21 アライメントマーク凹部。
Claims (5)
- 第1の導電型を有する基板と、
前記基板の受光面側に形成された第2の導電型を有する領域と、
前記第2の導電型を有する領域に形成された電極と、
前記基板および前記第2の導電型を有する領域の双方に接し、かつ、前記電極と接触しないように配置された、前記基板より高濃度の領域と、
を含む太陽電池セルであって、
前記基板は、受光面側に無反射表面凹凸構造と平坦部とを有し、
前記無反射表面凹凸構造は、複数の格子形状を有し、第1の部分と、前記第1の部分の格子形状の大きさより小さい格子形状の第2の部分とからなり、
前記基板より高濃度の領域は、前記第1の部分に形成される、太陽電池セル。 - 前記無反射表面凹凸構造の第1および第2の部分は、異なる形状である、請求項1記載の太陽電池セル。
- 前記無反射表面凹凸構造の第1および第2の部分の格子形状は、それぞれ異なる間隔で形成されている、請求項1記載の太陽電池セル。
- 前記無反射表面凹凸構造の第1の部分の格子形状の間隔は、前記第2の部分の格子形状の間隔より狭い、請求項3記載の太陽電池セル。
- 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の太陽電池セルを製造する方法であって、
前記基板上に、酸化膜を用いてマスキングパターンを形成し、当該マスキングパターンをマスクとして、前記基板をエッチングするステップを備え、
前記小さい格子形状を有する無反射表面凹凸構造の形成領域に位置するマスキングパターンの線幅の方が、大きい格子形状を有する無反射表面凹凸構造の形成領域に位置するマスキングパターンの線幅より大きいことを特徴とする、太陽電池セルの製造方法。
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