JP4097549B2 - 太陽電池装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハを用いた太陽電池装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ｐｎ接合特性を改善するために、ｎ型単結晶シリコンウエハとｐ型非晶質シリコン膜との間にｉ型非晶質シリコン膜を設けたＨＩＴ（真性薄膜を有するヘテロ接合：Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer）型構造を有する太陽電池装置が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
このようなＨＩＴ型構造の太陽電池装置では、ｐｎ接合特性の改善により変換効率の向上が期待される。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６１４５６１号公報
【特許文献２】
特開２００１−３４５４６３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＨＩＴ型構造の太陽電池装置においては、単結晶シリコンウエハの周辺部で少数キャリアの再結合速度が大きく、単結晶シリコンウエハの中央部に比べて変換効率が低くなる。それにより、太陽電池装置の全体の出力特性が低下するという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、出力特性が向上された太陽電池装置およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る太陽電池装置は、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層を備え、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極を受光面上の外周部を除く領域に備え、受光面の外周部の少なくとも一部に集電極から離間するように導電性の遮光部が設けられたものである。
【０００８】
本発明に係る太陽電池装置においては、半導体ウエハを用いた光電変換層において発生した光電流が集電極により収集される。この場合、受光面の外周部の少なくとも一部に集電極から離間するように導電性の遮光部を設けることにより出力特性を向上させることができる。
【０００９】
受光面上に受光面電極を介して集電極を備え、導電性の遮光部は、受光面電極から離間するように設けられてもよい。
【００１０】
この場合、受光面電極から離間するように導電性の遮光部を設けることにより出力特性を向上させることができる。
【００１１】
導電性の遮光部と受光面電極との間隔は１００μｍ以上であることが好ましい。それにより、短絡電流を減少させることなく曲線因子および最大出力を向上させることができる。
【００１２】
導電性の遮光部と集電極との間隔は１００μｍ以上であることが好ましい。それにより、短絡電流を減少させることなく曲線因子および最大出力を向上させることができる。
【００１３】
導電性の遮光部は、集電極と同じ材料により形成されてもよい。この場合には、導電性の遮光部を集電極と同じ工程で形成することができる。それにより、製造時間および製造コストが低減される。
【００１４】
第２の発明に係る太陽電池装置は、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層を備え、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極を受光面上の外周部を除く領域に備え、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部が設けられたものである。
【００１５】
本発明に係る太陽電池装置においては、半導体ウエハを用いた光電変換層において発生した光電流が集電極により収集される。この場合、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部を設けることにより、出力特性を向上させることができる。
【００１６】
受光面上に受光面電極を介して集電極を備え、絶縁性の遮光部は、受光面電極に重ならないように設けられてもよい。
【００１７】
それにより、太陽電池装置の短絡電流を減少させることなく曲線因子および最大出力を向上させることができる。
【００１８】
絶縁性の遮光部は、受光面電極に重ならないように設けられることが好ましい。それにより、太陽電池装置の短絡電流を減少させることなく曲線因子および最大出力を向上させることができる。
【００１９】
第３の発明に係る太陽電池装置の製造方法は、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層を形成する工程と、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極を受光面上の外周部を除く領域に形成する工程と、受光面の外周部の少なくとも一部に集電極から離間するように導電性の遮光部を形成する工程とを備えたものである。
【００２０】
本発明に係る太陽電池装置の製造方法によれば、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層が形成され、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極が受光面上の外周部を除く領域に形成され、受光面の少なくとも外周面の一部に集電極から離間するように導電性の遮光部が形成される。
【００２１】
このように、受光面の外周部の少なくとも一部に集電極から離間するように導電性の遮光部を形成することにより、出力特性を向上させることができる。
【００２２】
第４の発明に係る太陽電池装置の製造方法は、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層を形成する工程と、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極を受光面上の外周部を除く領域に形成する工程と、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部を形成する工程とを備えたものである。
【００２３】
本発明に係る太陽電池装置の製造方法によれば、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層が形成され、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極が受光面上の外周部を除く領域に形成され、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部が形成される。
【００２４】
このように、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部を形成することにより、出力特性を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（１）第１の実施の形態
図１は本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。図２は図１の太陽電池装置の一部の拡大平面図である。図３は図１の太陽電池装置の模式的断面図である。
【００２６】
図１に示すように、ｎ型単結晶シリコンウエハ１は、４つの辺３０からなる略正方形状を有し、４つの角部が直線状に切り取られることにより４つの隅部に斜辺３１が形成されている。
【００２７】
図３に示すように、ｎ型単結晶シリコンウエハ１の主面上にｉ型非晶質シリコン膜１１およびｐ型非晶質シリコン膜１２が順に形成されている。ｎ型単結晶シリコンウエハ１、ｉ型非晶質シリコン膜１１およびｐ型非晶質シリコン膜１２が光電変換層を形成し、ｎ型単結晶シリコンウエハ１が主たる発電層となる。
【００２８】
ｐ型非晶質シリコン膜１２上の周辺部を除く領域に、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）等の透明導電膜からなる受光面電極２が形成されている。図１に示すように、受光面電極２上には複数の集電極３，４が形成されている。集電極３、４は、例えばＡｇ（銀）等の導電性粒子を含む導電性ペーストにより形成される。
【００２９】
本実施の形態では、単結晶シリコンウエハ１上の周辺部のうち４つの隅部の斜辺３１に沿った領域に導電性の遮光部５が塗布により形成されている。導電性の遮光部５は、導電性ペースト等の導電性材料により形成される。導電性ペーストは、Ａｇ等の導電性粒子を含む。
【００３０】
図３に示すように、導電性の遮光部５は、受光面電極２の端部から所定距離ｄ［μｍ］離間するように形成されている。また、導電性の遮光部５は幅Ｗ［ｍｍ］を有する。
【００３１】
図３に示すように、単結晶シリコンウエハ１の裏面には、ｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型非晶質シリコン膜１４が順に形成されている。ｎ型非晶質シリコン膜１４上にＩＴＯ等の透明導電膜からなる受光面電極１５が形成され、受光面電極１５上に複数の集電極１６が形成されている。集電極１６は、例えばＡｇ等の導電性粒子を含む導電性ペーストにより形成される。
【００３２】
本実施の形態の太陽電池装置は、ｐｎ接合特性を改善するためにｎ型単結晶シリコンウエハ１とｐ型非晶質シリコン膜１２との間にｉ型非晶質シリコン膜１１を設けたＨＩＴ型構造を有するとともに、裏面でのキャリアの再結合を防止するためにｎ型単結晶シリコンウエハ１の裏面にｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型非晶質シリコン膜１４を設けたＢＳＦ（Back Surface Field）構造を有する。
【００３３】
なお、本発明は、図３に示される太陽電池装置の構造に限定されず、他の種々の構造を有する太陽電池装置に適用することができる。例えば、単結晶シリコンウエハ１の裏面のｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型晶質シリコン膜１４を設けなくてもよい。
【００３４】
本実施の形態の太陽電池装置においては、単結晶シリコンウエハ１の主面側の受光面電極２および裏面側の受光面電極１２がそれぞれ受光面となる。単結晶シリコンウエハ１において発生したキャリアは、光電流として主面側および裏面側の受光面電極２および１５に拡散し、集電極３，４で収集される。
【００３５】
本実施の形態に係る太陽電池装置では、単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部の隅部の領域に導電性の遮光部５を設けることにより、出力特性を向上させることができる。
【００３６】
このメカニズムは、明確には解析されていないが、次の通りであると考えられる。単結晶シリコンウエハ１の周辺部では、欠陥が存在するため、キャリアの再結合速度が大きい。単結晶シリコンウエハ１上の周辺部に導電性の遮光部５を設けることにより、受光面電極２下の単結晶シリコンウエハ１の領域で発生したキャリアが単結晶シリコンウエハ１の周辺部へ拡散することが抑制される。それにより、出力特性が向上する。
【００３７】
導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄは、後述するように１００μｍ以上であることが好ましい。それにより、短絡電流が減少することなく曲線因子Ｆ．Ｆ．（Fill Factor ）および最大出力Ｐｍａｘが向上する。また、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄは、１０００μｍ以下であることが好ましい。それにより、短絡電流が減少することなく曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘが向上する。この理由は、最も良好な特性を有する半導体ウエハにおいても、少数キャリアの拡散長は約１０００μｍであり、これ以上の距離ｄでは、遮光の効果が少なくなるためである。
【００３８】
なお、導電性の遮光部５が受光面電極２よりも集電極３，４のいずれかに近接している場合には、導電性の遮光部５が集電極３，４から１００μｍ以上離間することが好ましい。
【００３９】
遮光部５の幅Ｗは、後述するように、０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが好ましく、１．７ｍｍがより好ましい。それにより、短絡電流が減少することなく曲線因子Ｆ．Ｆおよび最大出力Ｐｍａｘが向上する。
【００４０】
導電性の遮光部５を集電極３，４と同じ材料を用いて印刷法により形成してもよい。この場合には、導電性の遮光部５を集電極３，４と同じ印刷版を用いて同時に形成することができる。それにより、導電性の遮光部５を形成することによる工程の増加が生じない。
【００４１】
また、導電性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の少なくとも一部の領域に形成してもよい。それにより、太陽電池装置の出力特性をさらに向上させることができる。
【００４２】
導電性の遮光部５が半導体層と非オーミック性の接触を形成する場合には、導電性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。例えば、導電性の遮光部５として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料からなるベースに銀粒子等の導電性粒子を含む導電性ペーストを用いた場合、導電性の遮光部５が半導体層と非オーミック性の接触を形成するため、導電性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。
【００４３】
導電性の遮光部５の代わりに絶縁性の遮光部５を設けてもよい。絶縁性の遮光部５は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料をベースとしてＳｉＯ２ 、Ａｌ２Ｏ３またはその他のセラミックス等の絶縁性粒子を含む。
この場合には、絶縁性の遮光部５と受光面電極２の端部との間に距離を設けなくてもよい。ただし、絶縁性の遮光部５が受光面電極２上に重ならないことが好ましい。それにより、太陽電池装置の短絡電流を損なうことなく、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘを向上させることができる。
【００４４】
絶縁性の遮光部５を用いた場合、絶縁性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。
【００４５】
また、絶縁性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の少なくとも一部の領域に形成してもよい。それにより、太陽電池装置の出力特性をさらに向上させることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態の太陽電池装置は、単結晶シリコンウエハ１の主面側および裏面側が受光面となるが、半導体基板の主面側が受光面となる太陽電池装置の場合には、遮光部５を受光面側に設ければよい。
【００４７】
本発明の太陽電池装置は、本実施の形態の太陽電池装置の構成および材料に限定されず、半導体ウエハを光電変換層として用いた種々の太陽電池装置に適用することができる。例えば、半導体ウエハとして、炭化シリコン等の他の半導体ウエハを用いてもよい。
【００４８】
（２）第２の実施の形態
図４は本発明の第２の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。
【００４９】
図４に示すように、本実施の形態に係る太陽電池装置では、ｎ型単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部のうち４つの辺３０および４つの斜辺３１に沿った領域に導電性の遮光部５が形成されている。導電性の遮光部５の材料は、第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
また、各導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離および導電性の遮光部５の幅は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
本実施の形態に係る太陽電池装置では、単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部の領域のほぼ全体にわたって導電性の遮光部５を設けることにより、出力特性をさらに向上させることができる。
【００５２】
なお、本実施の形態においても、導電性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の領域に形成してもよい。
【００５３】
また、導電性の遮光部５が半導体層と非オーミック性の接触を形成する場合には、導電性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。
【００５４】
本実施の形態においても、導電性の遮光部５の代わりに絶縁性の遮光部５を設けてもよい。絶縁性の遮光部５を用いた場合、絶縁性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。また、絶縁性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の少なくとも一部の領域に形成してもよい。
【００５５】
（３）第３の実施の形態
図５は本発明の第３の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。
【００５６】
図５に示すように、本実施の形態に係る太陽電池装置では、ｎ型単結晶シリコンウエハ１は、４つの辺３２からなる正方形状を有する。単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部のうち４つの辺３２に沿った領域に導電性の遮光部５が形成されている。導電性の遮光部５の材料は、第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
また、各導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離および導電性の遮光部５の幅は、第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
本実施の形態に係る太陽電池装置では、単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部の領域のほぼ全体にわたって導電性の遮光部５を設けることにより、出力特性をさらに向上させることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態においても、導電性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の領域に形成してもよい。
【００６０】
また、導電性の遮光部５が半導体層と非オーミック性の接触を形成する場合には、導電性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。
【００６１】
本実施の形態においても、導電性の遮光部５の代わりに絶縁性の遮光部５を設けてもよい。絶縁性の遮光部５を用いた場合、絶縁性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。また、絶縁性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の少なくとも一部の領域に形成してもよい。
【００６２】
【実施例】
実施例として図１の太陽電池装置を作製し、比較例として導電性の遮光部５を設けない点を除いて図１の実施例と同様の構造を有する太陽電池装置を作製し、出力特性を測定した。
【００６３】
なお、単結晶シリコンウエハ１の辺３０の長さは約８９ｍｍであり、斜辺３１の長さは約１０ｍｍである。
【００６４】
（実施例１）
まず、実施例１では、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが異なる複数の太陽電池装置を作製し、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを測定した。導電性の遮光部５の幅Ｗは１．７ｍｍである。
【００６５】
実施例１の太陽電池装置の出力特性の測定結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
表１においては、実施例１の太陽電池装置における開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘの測定結果を比較例の太陽電池装置における測定結果を１００として規格化し、規格化した開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを示している。
【００６８】
表１に示すように、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが９０μｍの場合には、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．が向上しているが、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘがやや低下している。
【００６９】
これに対して、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが１００μｍの場合には、短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘが向上している。
【００７０】
また、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが２００μｍの場合には、短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘがさらに向上している。
【００７１】
したがって、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが１００μｍ以上であることが好ましい。
【００７２】
（実施例２）
次に、実施例２では、導電性の遮光部５の幅Ｗが異なる複数の太陽電池装置を作製し、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを測定した。導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄは１００μｍである。
【００７３】
実施例２の太陽電池装置の出力特性の測定結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２においては、実施例２の太陽電池装置における開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘの測定結果を比較例の太陽電池装置における測定結果を１００として規格化し、規格化した開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを示している。
【００７６】
表２に示すように、導電性の遮光部５の幅Ｗが０．９ｍｍの場合には、開放電圧Ｖｏｃおよび短絡電流Ｉｓｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘがやや向上している。
【００７７】
また、導電性の遮光部５の幅Ｗが２．５ｍｍの場合には、開放電圧Ｖｏｃおよび短絡電流Ｉｓｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘがより向上している。
【００７８】
さらに、導電性の遮光部５の幅Ｗが１．７ｍｍの場合には、開放電圧Ｖｏｃおよび短絡電流Ｉｓｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘがさらに向上している。
【００７９】
したがって、導電性の遮光部５の幅Ｗは、０．９ｍｍ〜２．５ｍｍが好ましく、１．７ｍｍがより好ましい。
【００８０】
（実施例３）
さらに、実施例３では、絶縁性の遮光部５を有する太陽電池装置を作製し、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを測定した。絶縁性の遮光部５の材料としては、エポキシ樹脂をベースとして、Ｓｉｏ２ およびＡｌ２Ｏ３粒子を含むペーストを用いた。絶縁性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離は０である。また、絶縁性の遮光部５の幅Ｗは２．５ｍｍである。
【００８１】
【表３】
【００８２】
表３においては、実施例３の太陽電池装置における開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘの測定結果を比較例の太陽電池装置における測定結果を１００として規格化し、規格化した開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを示している。
【００８３】
表３に示すように、絶縁性の遮光部５を有する場合には、開放電圧Ｖｏｃおよび短絡電流Ｉｓｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘが向上している。
【００８４】
したがって、絶縁性の遮光部５を用いた場合にも、出力特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。
【図２】図１の太陽電池装置の一部の拡大平面図である。
【図３】図１の太陽電池装置の模式的断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光起電力装置の平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る光起電力装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 単結晶シリコンウエハ
２ 受光面電極
３，４ 集電極
５ 遮光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハを用いた太陽電池装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ｐｎ接合特性を改善するために、ｎ型単結晶シリコンウエハとｐ型非晶質シリコン膜との間にｉ型非晶質シリコン膜を設けたＨＩＴ（真性薄膜を有するヘテロ接合：Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer）型構造を有する太陽電池装置が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
このようなＨＩＴ型構造の太陽電池装置では、ｐｎ接合特性の改善により変換効率の向上が期待される。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６１４５６１号公報
【特許文献２】
特開２００１−３４５４６３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＨＩＴ型構造の太陽電池装置においては、単結晶シリコンウエハの周辺部で少数キャリアの再結合速度が大きく、単結晶シリコンウエハの中央部に比べて変換効率が低くなる。それにより、太陽電池装置の全体の出力特性が低下するという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、出力特性が向上された太陽電池装置およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る太陽電池装置は、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層を備え、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極を受光面上の外周部を除く領域に備え、受光面の外周部の少なくとも一部に集電極から離間するように導電性の遮光部が設けられたものである。
【０００８】
本発明に係る太陽電池装置においては、半導体ウエハを用いた光電変換層において発生した光電流が集電極により収集される。この場合、受光面の外周部の少なくとも一部に集電極から離間するように導電性の遮光部を設けることにより出力特性を向上させることができる。
【０００９】
受光面上に受光面電極を介して集電極を備え、導電性の遮光部は、受光面電極から離間するように設けられてもよい。
【００１０】
この場合、受光面電極から離間するように導電性の遮光部を設けることにより出力特性を向上させることができる。
【００１１】
導電性の遮光部と受光面電極との間隔は１００μｍ以上であることが好ましい。それにより、短絡電流を減少させることなく曲線因子および最大出力を向上させることができる。
【００１２】
導電性の遮光部と集電極との間隔は１００μｍ以上であることが好ましい。それにより、短絡電流を減少させることなく曲線因子および最大出力を向上させることができる。
【００１３】
導電性の遮光部は、集電極と同じ材料により形成されてもよい。この場合には、導電性の遮光部を集電極と同じ工程で形成することができる。それにより、製造時間および製造コストが低減される。
【００１４】
第２の発明に係る太陽電池装置は、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層を備え、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極を受光面上の外周部を除く領域に備え、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部が設けられたものである。
【００１５】
本発明に係る太陽電池装置においては、半導体ウエハを用いた光電変換層において発生した光電流が集電極により収集される。この場合、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部を設けることにより、出力特性を向上させることができる。
【００１６】
受光面上に受光面電極を介して集電極を備え、絶縁性の遮光部は、受光面電極に重ならないように設けられてもよい。
【００１７】
それにより、太陽電池装置の短絡電流を減少させることなく曲線因子および最大出力を向上させることができる。
【００１８】
絶縁性の遮光部は、受光面電極に重ならないように設けられることが好ましい。それにより、太陽電池装置の短絡電流を減少させることなく曲線因子および最大出力を向上させることができる。
【００１９】
第３の発明に係る太陽電池装置の製造方法は、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層を形成する工程と、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極を受光面上の外周部を除く領域に形成する工程と、受光面の外周部の少なくとも一部に集電極から離間するように導電性の遮光部を形成する工程とを備えたものである。
【００２０】
本発明に係る太陽電池装置の製造方法によれば、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層が形成され、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極が受光面上の外周部を除く領域に形成され、受光面の少なくとも外周面の一部に集電極から離間するように導電性の遮光部が形成される。
【００２１】
このように、受光面の外周部の少なくとも一部に集電極から離間するように導電性の遮光部を形成することにより、出力特性を向上させることができる。
【００２２】
第４の発明に係る太陽電池装置の製造方法は、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層を形成する工程と、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極を受光面上の外周部を除く領域に形成する工程と、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部を形成する工程とを備えたものである。
【００２３】
本発明に係る太陽電池装置の製造方法によれば、少なくとも一面側に受光面を有するとともに半導体ウエハを用いた光電変換層が形成され、光電変換層において発生した光電流を収集するための集電極が受光面上の外周部を除く領域に形成され、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部が形成される。
【００２４】
このように、受光面の外周部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部を形成することにより、出力特性を向上させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（１）第１の実施の形態
図１は本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。図２は図１の太陽電池装置の一部の拡大平面図である。図３は図１の太陽電池装置の模式的断面図である。
【００２６】
図１に示すように、ｎ型単結晶シリコンウエハ１は、４つの辺３０からなる略正方形状を有し、４つの角部が直線状に切り取られることにより４つの隅部に斜辺３１が形成されている。
【００２７】
図３に示すように、ｎ型単結晶シリコンウエハ１の主面上にｉ型非晶質シリコン膜１１およびｐ型非晶質シリコン膜１２が順に形成されている。ｎ型単結晶シリコンウエハ１、ｉ型非晶質シリコン膜１１およびｐ型非晶質シリコン膜１２が光電変換層を形成し、ｎ型単結晶シリコンウエハ１が主たる発電層となる。
【００２８】
ｐ型非晶質シリコン膜１２上の周辺部を除く領域に、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）等の透明導電膜からなる受光面電極２が形成されている。図１に示すように、受光面電極２上には複数の集電極３，４が形成されている。集電極３、４は、例えばＡｇ（銀）等の導電性粒子を含む導電性ペーストにより形成される。
【００２９】
本実施の形態では、単結晶シリコンウエハ１上の周辺部のうち４つの隅部の斜辺３１に沿った領域に導電性の遮光部５が塗布により形成されている。導電性の遮光部５は、導電性ペースト等の導電性材料により形成される。導電性ペーストは、Ａｇ等の導電性粒子を含む。
【００３０】
図３に示すように、導電性の遮光部５は、受光面電極２の端部から所定距離ｄ［μｍ］離間するように形成されている。また、導電性の遮光部５は幅Ｗ［ｍｍ］を有する。
【００３１】
図３に示すように、単結晶シリコンウエハ１の裏面には、ｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型非晶質シリコン膜１４が順に形成されている。ｎ型非晶質シリコン膜１４上にＩＴＯ等の透明導電膜からなる受光面電極１５が形成され、受光面電極１５上に複数の集電極１６が形成されている。集電極１６は、例えばＡｇ等の導電性粒子を含む導電性ペーストにより形成される。
【００３２】
本実施の形態の太陽電池装置は、ｐｎ接合特性を改善するためにｎ型単結晶シリコンウエハ１とｐ型非晶質シリコン膜１２との間にｉ型非晶質シリコン膜１１を設けたＨＩＴ型構造を有するとともに、裏面でのキャリアの再結合を防止するためにｎ型単結晶シリコンウエハ１の裏面にｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型非晶質シリコン膜１４を設けたＢＳＦ（Back Surface Field）構造を有する。
【００３３】
なお、本発明は、図３に示される太陽電池装置の構造に限定されず、他の種々の構造を有する太陽電池装置に適用することができる。例えば、単結晶シリコンウエハ１の裏面のｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型晶質シリコン膜１４を設けなくてもよい。
【００３４】
本実施の形態の太陽電池装置においては、単結晶シリコンウエハ１の主面側の受光面電極２および裏面側の受光面電極１２がそれぞれ受光面となる。単結晶シリコンウエハ１において発生したキャリアは、光電流として主面側および裏面側の受光面電極２および１５に拡散し、集電極３，４で収集される。
【００３５】
本実施の形態に係る太陽電池装置では、単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部の隅部の領域に導電性の遮光部５を設けることにより、出力特性を向上させることができる。
【００３６】
このメカニズムは、明確には解析されていないが、次の通りであると考えられる。単結晶シリコンウエハ１の周辺部では、欠陥が存在するため、キャリアの再結合速度が大きい。単結晶シリコンウエハ１上の周辺部に導電性の遮光部５を設けることにより、受光面電極２下の単結晶シリコンウエハ１の領域で発生したキャリアが単結晶シリコンウエハ１の周辺部へ拡散することが抑制される。それにより、出力特性が向上する。
【００３７】
導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄは、後述するように１００μｍ以上であることが好ましい。それにより、短絡電流が減少することなく曲線因子Ｆ．Ｆ．（Fill Factor ）および最大出力Ｐｍａｘが向上する。また、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄは、１０００μｍ以下であることが好ましい。それにより、短絡電流が減少することなく曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘが向上する。この理由は、最も良好な特性を有する半導体ウエハにおいても、少数キャリアの拡散長は約１０００μｍであり、これ以上の距離ｄでは、遮光の効果が少なくなるためである。
【００３８】
なお、導電性の遮光部５が受光面電極２よりも集電極３，４のいずれかに近接している場合には、導電性の遮光部５が集電極３，４から１００μｍ以上離間することが好ましい。
【００３９】
遮光部５の幅Ｗは、後述するように、０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ以下であることが好ましく、１．７ｍｍがより好ましい。それにより、短絡電流が減少することなく曲線因子Ｆ．Ｆおよび最大出力Ｐｍａｘが向上する。
【００４０】
導電性の遮光部５を集電極３，４と同じ材料を用いて印刷法により形成してもよい。この場合には、導電性の遮光部５を集電極３，４と同じ印刷版を用いて同時に形成することができる。それにより、導電性の遮光部５を形成することによる工程の増加が生じない。
【００４１】
また、導電性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の少なくとも一部の領域に形成してもよい。それにより、太陽電池装置の出力特性をさらに向上させることができる。
【００４２】
導電性の遮光部５が半導体層と非オーミック性の接触を形成する場合には、導電性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。例えば、導電性の遮光部５として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料からなるベースに銀粒子等の導電性粒子を含む導電性ペーストを用いた場合、導電性の遮光部５が半導体層と非オーミック性の接触を形成するため、導電性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。
【００４３】
導電性の遮光部５の代わりに絶縁性の遮光部５を設けてもよい。絶縁性の遮光部５は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の樹脂材料をベースとしてＳｉＯ２ 、Ａｌ２Ｏ３またはその他のセラミックス等の絶縁性粒子を含む。
この場合には、絶縁性の遮光部５と受光面電極２の端部との間に距離を設けなくてもよい。ただし、絶縁性の遮光部５が受光面電極２上に重ならないことが好ましい。それにより、太陽電池装置の短絡電流を損なうことなく、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘを向上させることができる。
【００４４】
絶縁性の遮光部５を用いた場合、絶縁性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。
【００４５】
また、絶縁性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の少なくとも一部の領域に形成してもよい。それにより、太陽電池装置の出力特性をさらに向上させることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態の太陽電池装置は、単結晶シリコンウエハ１の主面側および裏面側が受光面となるが、半導体基板の主面側が受光面となる太陽電池装置の場合には、遮光部５を受光面側に設ければよい。
【００４７】
本発明の太陽電池装置は、本実施の形態の太陽電池装置の構成および材料に限定されず、半導体ウエハを光電変換層として用いた種々の太陽電池装置に適用することができる。例えば、半導体ウエハとして、炭化シリコン等の他の半導体ウエハを用いてもよい。
【００４８】
（２）第２の実施の形態
図４は本発明の第２の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。
【００４９】
図４に示すように、本実施の形態に係る太陽電池装置では、ｎ型単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部のうち４つの辺３０および４つの斜辺３１に沿った領域に導電性の遮光部５が形成されている。導電性の遮光部５の材料は、第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
また、各導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離および導電性の遮光部５の幅は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
本実施の形態に係る太陽電池装置では、単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部の領域のほぼ全体にわたって導電性の遮光部５を設けることにより、出力特性をさらに向上させることができる。
【００５２】
なお、本実施の形態においても、導電性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の領域に形成してもよい。
【００５３】
また、導電性の遮光部５が半導体層と非オーミック性の接触を形成する場合には、導電性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。
【００５４】
本実施の形態においても、導電性の遮光部５の代わりに絶縁性の遮光部５を設けてもよい。絶縁性の遮光部５を用いた場合、絶縁性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。また、絶縁性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の少なくとも一部の領域に形成してもよい。
【００５５】
（３）第３の実施の形態
図５は本発明の第３の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。
【００５６】
図５に示すように、本実施の形態に係る太陽電池装置では、ｎ型単結晶シリコンウエハ１は、４つの辺３２からなる正方形状を有する。単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部のうち４つの辺３２に沿った領域に導電性の遮光部５が形成されている。導電性の遮光部５の材料は、第１の実施の形態と同様である。
【００５７】
また、各導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離および導電性の遮光部５の幅は、第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
本実施の形態に係る太陽電池装置では、単結晶シリコンウエハ１の主面上の周辺部の領域のほぼ全体にわたって導電性の遮光部５を設けることにより、出力特性をさらに向上させることができる。
【００５９】
なお、本実施の形態においても、導電性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の領域に形成してもよい。
【００６０】
また、導電性の遮光部５が半導体層と非オーミック性の接触を形成する場合には、導電性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。
【００６１】
本実施の形態においても、導電性の遮光部５の代わりに絶縁性の遮光部５を設けてもよい。絶縁性の遮光部５を用いた場合、絶縁性の遮光部５が単結晶シリコンウエハ１の端面を覆ってもよい。また、絶縁性の遮光部５を単結晶シリコンウエハ１の主面側の周辺部に加えて単結晶シリコンウエハ１の裏面側の周辺部の少なくとも一部の領域に形成してもよい。
【００６２】
【実施例】
実施例として図１の太陽電池装置を作製し、比較例として導電性の遮光部５を設けない点を除いて図１の実施例と同様の構造を有する太陽電池装置を作製し、出力特性を測定した。
【００６３】
なお、単結晶シリコンウエハ１の辺３０の長さは約８９ｍｍであり、斜辺３１の長さは約１０ｍｍである。
【００６４】
（実施例１）
まず、実施例１では、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが異なる複数の太陽電池装置を作製し、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを測定した。導電性の遮光部５の幅Ｗは１．７ｍｍである。
【００６５】
実施例１の太陽電池装置の出力特性の測定結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
表１においては、実施例１の太陽電池装置における開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘの測定結果を比較例の太陽電池装置における測定結果を１００として規格化し、規格化した開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを示している。
【００６８】
表１に示すように、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが９０μｍの場合には、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．が向上しているが、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘがやや低下している。
【００６９】
これに対して、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが１００μｍの場合には、短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘが向上している。
【００７０】
また、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが２００μｍの場合には、短絡電流Ｉｓｃおよび開放電圧Ｖｏｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘがさらに向上している。
【００７１】
したがって、導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄが１００μｍ以上であることが好ましい。
【００７２】
（実施例２）
次に、実施例２では、導電性の遮光部５の幅Ｗが異なる複数の太陽電池装置を作製し、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを測定した。導電性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離ｄは１００μｍである。
【００７３】
実施例２の太陽電池装置の出力特性の測定結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
表２においては、実施例２の太陽電池装置における開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘの測定結果を比較例の太陽電池装置における測定結果を１００として規格化し、規格化した開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを示している。
【００７６】
表２に示すように、導電性の遮光部５の幅Ｗが０．９ｍｍの場合には、開放電圧Ｖｏｃおよび短絡電流Ｉｓｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘがやや向上している。
【００７７】
また、導電性の遮光部５の幅Ｗが２．５ｍｍの場合には、開放電圧Ｖｏｃおよび短絡電流Ｉｓｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘがより向上している。
【００７８】
さらに、導電性の遮光部５の幅Ｗが１．７ｍｍの場合には、開放電圧Ｖｏｃおよび短絡電流Ｉｓｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘがさらに向上している。
【００７９】
したがって、導電性の遮光部５の幅Ｗは、０．９ｍｍ〜２．５ｍｍが好ましく、１．７ｍｍがより好ましい。
【００８０】
（実施例３）
さらに、実施例３では、絶縁性の遮光部５を有する太陽電池装置を作製し、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを測定した。絶縁性の遮光部５の材料としては、エポキシ樹脂をベースとして、Ｓｉｏ２ およびＡｌ２Ｏ３粒子を含むペーストを用いた。絶縁性の遮光部５と受光面電極２の端部との間の距離は０である。また、絶縁性の遮光部５の幅Ｗは２．５ｍｍである。
【００８１】
【表３】
表３においては、実施例３の太陽電池装置における開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘの測定結果を比較例の太陽電池装置における測定結果を１００として規格化し、規格化した開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを示している。
【００８３】
表３に示すように、絶縁性の遮光部５を有する場合には、開放電圧Ｖｏｃおよび短絡電流Ｉｓｃが減少することなく、比較例に比べて、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘが向上している。
【００８４】
したがって、絶縁性の遮光部５を用いた場合にも、出力特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。
【図２】図１の太陽電池装置の一部の拡大平面図である。
【図３】図１の太陽電池装置の模式的断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光起電力装置の平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る光起電力装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 単結晶シリコンウエハ
２ 受光面電極
３，４ 集電極
５ 遮光部
Claims (9)
- 少なくとも一面側に受光面を有するとともに単結晶シリコンウエハを用いた光電変換層と、
前記受光面上の周辺部を除く領域に形成された受光面電極と、
前記受光面電極上に形成された集電極とを備え、
前記受光面上の周辺部の少なくとも一部に導電性の遮光部が前記受光面電極から離間するように設けられたことを特徴とする太陽電池装置。 - 前記導電性の遮光部と前記受光面電極との間隔は１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
- 前記導電性の遮光部と前記集電極との間隔は１００μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池装置。
- 前記導電性の遮光部は、前記集電極と同じ材料により形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池装置。
- 少なくとも一面側に受光面を有するとともに単結晶シリコンウエハを用いた光電変換層と、
前記受光面上の周辺部を除く領域に形成された受光面電極と、
前記受光面電極上に形成された集電極とを備え、
前記受光面上の周辺部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部が設けられたことを特徴とする太陽電池装置。 - 前記絶縁性の遮光部は、前記受光面電極に重ならないように設けられたことを特徴とする請求項５記載の太陽電池装置。
- 前記絶縁性の遮光部は、前記集電極に重ならないように設けられたことを特徴とする請求項５または６記載の太陽電池装置。
- 少なくとも一面側に受光面を有するとともに単結晶シリコンウエハを用いた光電変換層を形成する工程と、
前記受光面上の周辺部を除く領域に受光面電極を形成する工程と、
前記受光面電極上に集電極を形成する工程と、
前記受光面上の周辺部の少なくとも一部に導電性の遮光部を前記受光面電極から離間するように形成する工程とを備えたことを特徴とする太陽電池装置の製造方法。 - 少なくとも一面側に受光面を有するとともに単結晶シリコンウエハを用いた光電変換層を形成する工程と、
前記受光面上の周辺部を除く領域に受光面電極を形成する工程と、
前記受光面電極上に集電極を形成する工程と、
前記受光面上の周辺部の少なくとも一部に絶縁性の遮光部を形成する工程とを備えたことを特徴とする太陽電池装置の製造方法。
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