JP5971499B2 - Solar cell and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
特許文献1には、光電変換効率を向上し得る太陽電池として、p側電極とn側電極との両方が裏面側に設けられた裏面接合型の太陽電池が記載されている。特許文献1に記載の太陽電池は、半導体材料からなる基板の一主面の第1の領域の上に設けられた第1の半導体層と、一主面の第2の領域の上に設けられた第2の半導体層とを有する。第1及び第2の半導体層の一方がp型であり、他方がn型である。第2の半導体層は、第2の領域上から、第1の半導体層の上に跨がって設けられている。第1の領域において、第1の半導体層と第2の半導体層との間には、再結合層が設けられている。この再結合層は、p側電極とp型非晶質半導体層11pとの間を低抵抗化するための層である。第2の半導体層と再結合層との間には、実質的に真性なi型半導体層が配されている。
太陽電池の光電変換効率をさらに改善したいという要望がある。 There is a desire to further improve the photoelectric conversion efficiency of solar cells.
本発明の主な目的は、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することにある。 A main object of the present invention is to provide a solar cell having improved photoelectric conversion efficiency.
本発明に係る太陽電池は、半導体材料からなる基板と、実質的に真性なi型半導体層と、第1のアモルファス半導体層と、第1の微結晶半導体層と、第2の微結晶半導体層と、第2のアモルファス半導体層とを備える。i型半導体層は、基板の一主面の上に配されている。第1のアモルファス半導体層は、i型半導体層の一部分の上に配されている。第1のアモルファス半導体層は、一の導電型を有する。第1の微結晶半導体層は、第1のアモルファス半導体層の上に配されている。第1の微結晶半導体層は、一の導電型を有する。第2の微結晶半導体層は、第1の微結晶半導体層の上に配されている。第2の微結晶半導体層は、他の導電型を有する。第2のアモルファス半導体層は、第2の微結晶半導体層の上と、i型半導体層の第2の微結晶半導体層からの露出部の上とに跨がって配されている。第2のアモルファス半導体層は、他の導電型を有する。第2のアモルファス半導体層と第2の微結晶半導体層とが接触している。 A solar cell according to the present invention includes a substrate made of a semiconductor material, a substantially intrinsic i-type semiconductor layer, a first amorphous semiconductor layer, a first microcrystalline semiconductor layer, and a second microcrystalline semiconductor layer. And a second amorphous semiconductor layer. The i-type semiconductor layer is disposed on one main surface of the substrate. The first amorphous semiconductor layer is disposed on a part of the i-type semiconductor layer. The first amorphous semiconductor layer has one conductivity type. The first microcrystalline semiconductor layer is disposed on the first amorphous semiconductor layer. The first microcrystalline semiconductor layer has one conductivity type. The second microcrystalline semiconductor layer is disposed on the first microcrystalline semiconductor layer. The second microcrystalline semiconductor layer has another conductivity type. The second amorphous semiconductor layer is arranged over the second microcrystalline semiconductor layer and the exposed portion of the i-type semiconductor layer from the second microcrystalline semiconductor layer. The second amorphous semiconductor layer has another conductivity type. The second amorphous semiconductor layer and the second microcrystalline semiconductor layer are in contact with each other.
本発明に係る太陽電池の製造方法では、半導体材料からなる基板の一主面の上に、実質的に真性なi型半導体層を形成する。i型半導体層の上に、一の導電型を有する第1のアモルファス半導体層と、一の導電型を有する第1の微結晶半導体層と、他の導電型を有する第2の微結晶半導体層とをこの順番で形成する。第1のアモルファス半導体層並びに第1及び第2の微結晶半導体層の一部分をエッチングにより除去し、i型半導体層を部分的に露出させる。第2の微結晶半導体層の上と、i型半導体層の露出部の上とに跨がるように、他の導電型を有する第2のアモルファス半導体層を形成する。 In the method for manufacturing a solar cell according to the present invention, a substantially intrinsic i-type semiconductor layer is formed on one main surface of a substrate made of a semiconductor material. On the i-type semiconductor layer, a first amorphous semiconductor layer having one conductivity type, a first microcrystalline semiconductor layer having one conductivity type, and a second microcrystalline semiconductor layer having another conductivity type Are formed in this order. A part of the first amorphous semiconductor layer and the first and second microcrystalline semiconductor layers are removed by etching to partially expose the i-type semiconductor layer. A second amorphous semiconductor layer having another conductivity type is formed so as to straddle over the second microcrystalline semiconductor layer and the exposed portion of the i-type semiconductor layer.
本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell which has the improved photoelectric conversion efficiency can be provided.
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。 Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。 Moreover, in each drawing referred in embodiment etc., the member which has a substantially the same function shall be referred with the same code | symbol. The drawings referred to in the embodiments and the like are schematically described, and the ratio of the dimensions of the objects drawn in the drawings may be different from the ratio of the dimensions of the actual objects. The dimensional ratio of the object may be different between the drawings. The specific dimensional ratio of the object should be determined in consideration of the following description.
(太陽電池1の構成)
図1に示されるように、太陽電池1は、半導体材料からなる基板10nを有する。基板10nは、n型またはp型の導電型を有する。本実施形態では、具体的には、基板10nの導電型は、n型である。基板10nは、例えば、n型の結晶半導体材料などにより構成することができる。具体的には、基板10nは、例えば、n型の結晶シリコンにより構成することができる。なお、結晶半導体材料には、単結晶半導体材料と多結晶半導体材料とが含まれるものとする。結晶シリコンには、単結晶シリコンと多結晶シリコンとが含まれるものとする。(Configuration of solar cell 1)
As shown in FIG. 1, the
基板10nは、主として受光する第1の主面10aと第2の主面10bとを有する。第1の主面10aは、受光面側に位置する。ここで、「受光面」とは、2つの主面のうち、主として受光する側の主面をいう。
第1の主面10aの上には、半導体層17i、半導体層17n及び保護層18がこの順番で設けられている。半導体層17iは、実質的に真性なi型半導体材料からなる。半導体層17iは、例えば、i型アモルファスシリコンにより構成することができる。半導体層17iの厚みは、実質的に発電に寄与しない程度の厚み(例えば、0.1nm〜25nm程度)であることが好ましい。半導体層17nの導電型は、基板10nと同じ導電型であるn型である。半導体層17nは、例えばn型アモルファスシリコンにより構成することができる。保護層18は、例えば、窒化珪素などにより構成することができる。保護層18は、半導体層17nを保護する機能とともに、入射光の表面反射を抑制する機能を有していてもよい。
On the first
基板10nの第2の主面10bの上には、実質的に真性なi型半導体層11iaが配されている。i型半導体層11iaは、第2の主面10bの実質的に全体の上に配されている。i型アモルファス半導体層11iaは、発電に実質的に寄与しない程度の厚み(例えば、0.1nm〜25nm程度)を有する。i型アモルファス半導体層11iaは、例えばi型アモルファスシリコンにより構成することができる。
A substantially intrinsic i-type semiconductor layer 11ia is disposed on the second
i型半導体層11iaの一部分の上には、第1のアモルファス半導体層11naが配されている。このため、i型半導体層11iaの一部分は、第1のアモルファス半導体層11naから露出している。第1のアモルファス半導体層11naは、基板10nと同じ導電型を有する。具体的には、第1のアモルファス半導体層11naの導電型は、n型である。もっとも、第1のアモルファス半導体層11naは、基板10nと異なる導電型を有していてもよい。第1のアモルファス半導体層11naは、例えばn型アモルファスシリコンにより構成することができる。第1のアモルファス半導体層11naの厚みは、例えば、1nm〜30nm程度とすることができる。
A first amorphous semiconductor layer 11na is disposed on a part of the i-type semiconductor layer 11ia. For this reason, a part of the i-type semiconductor layer 11ia is exposed from the first amorphous semiconductor layer 11na. The first amorphous semiconductor layer 11na has the same conductivity type as the
第1のアモルファス半導体層11naの上には、微結晶半導体層13が配されている。微結晶半導体層13の厚みは、例えば、2nm〜60nm程度であることが好ましく、2nm〜30nmであることがより好ましい。
A
微結晶半導体層13は、第1の微結晶半導体層13ncと、第2の微結晶半導体層13pcとを有する。第1の微結晶半導体層13ncは、第1のアモルファス半導体層11naの上に設けられている。第1の微結晶半導体層13ncは、第1のアモルファス半導体層11naと接している。第1の微結晶半導体層13ncは、第1のアモルファス半導体層11naと同じ導電型を有する。具体的には、第1の微結晶半導体層13ncの導電型は、n型である。第1の微結晶半導体層13ncは、例えば、n型微結晶シリコンにより構成することができる。第1の微結晶半導体層13ncの厚みは、例えば、1nm〜30nm程度であることが好ましく、1nm〜15nmであることがより好ましい。
The
第2の微結晶半導体層13pcは、第1の微結晶半導体層13ncの上に配されている。第2の微結晶半導体層13pcは、第1の微結晶半導体層13ncと、後述する第2のアモルファス半導体層12paとのそれぞれと接している。第2の微結晶半導体層13pcは、第1の微結晶半導体層13ncとは異なる導電型を有する。具体的には、第2の微結晶半導体層13pcの導電型は、p型である。第2の微結晶半導体層13pcは、例えば、p型微結晶シリコンにより構成することができる。第2の微結晶半導体層13pcの厚みは、例えば、1nm〜30nm程度であることが好ましく、1nm〜15nmであることがより好ましい。 The second microcrystalline semiconductor layer 13pc is disposed on the first microcrystalline semiconductor layer 13nc. The second microcrystalline semiconductor layer 13pc is in contact with each of the first microcrystalline semiconductor layer 13nc and a second amorphous semiconductor layer 12pa described later. Second microcrystalline semiconductor layer 13pc has a conductivity type different from that of first microcrystalline semiconductor layer 13nc. Specifically, the conductivity type of the second microcrystalline semiconductor layer 13pc is p-type. The second microcrystalline semiconductor layer 13pc can be made of, for example, p-type microcrystalline silicon. The thickness of the second microcrystalline semiconductor layer 13pc is, for example, preferably about 1 nm to 30 nm, and more preferably 1 nm to 15 nm.
ここで、微結晶半導体層とは、半導体結晶粒を複数個含む層をいう。微結晶半導体層には、実質的に半導体結晶粒のみからなる層が含まれる。また、微結晶半導体層は、半導体結晶粒に加え、半導体のアモルファス領域を有していてもよい。従って、微結晶半導体層は、半導体結晶粒を複数含む層であって、アモルファス半導体層と同様に半導体のアモルファス領域を含む層であってもよい。 Here, the microcrystalline semiconductor layer refers to a layer including a plurality of semiconductor crystal grains. The microcrystalline semiconductor layer includes a layer that substantially includes only semiconductor crystal grains. The microcrystalline semiconductor layer may include an amorphous region of a semiconductor in addition to the semiconductor crystal grains. Therefore, the microcrystalline semiconductor layer is a layer including a plurality of semiconductor crystal grains, and may be a layer including an amorphous region of a semiconductor similarly to the amorphous semiconductor layer.
第2の微結晶半導体層13pcと、i型半導体層11iaの第2の微結晶半導体層13pcからの露出部との上には、第2のアモルファス半導体層12paが配されている。第2のアモルファス半導体層12paは、第2の微結晶半導体層13pcの上と、i型半導体層11iaの第2の微結晶半導体層13pcからの露出部の上とに跨がって配されている。第2のアモルファス半導体層12paと第2の微結晶半導体層13pcとの間には、i型半導体層は設けられていない。第2のアモルファス半導体層12paは、第2の微結晶半導体層13pcと直接接触している。第2のアモルファス半導体層12paは、基板10nとは異なる導電型を有する。具体的には、第2のアモルファス半導体層12paの導電型は、p型である。第2のアモルファス半導体層12paは、例えば、p型アモルファスシリコンにより構成することができる。第2のアモルファス半導体層12paの厚みは、例えば、1nm〜30nm程度とすることができる。
A second amorphous semiconductor layer 12pa is disposed on the second microcrystalline semiconductor layer 13pc and the exposed portion of the i-type semiconductor layer 11ia from the second microcrystalline semiconductor layer 13pc. The second amorphous semiconductor layer 12pa is arranged over the second microcrystalline semiconductor layer 13pc and the exposed portion of the i-type semiconductor layer 11ia from the second microcrystalline semiconductor layer 13pc. Yes. An i-type semiconductor layer is not provided between the second amorphous semiconductor layer 12pa and the second microcrystalline semiconductor layer 13pc. The second amorphous semiconductor layer 12pa is in direct contact with the second microcrystalline semiconductor layer 13pc. The second amorphous semiconductor layer 12pa has a conductivity type different from that of the
第2のアモルファス半導体層12paは、複数のアモルファス半導体層により構成されていてもよい。第2のアモルファス半導体層12paは、例えば、p型ドーパント濃度が相対的に低いアモルファス半導体層と、p型ドーパント濃度が相対的に高いアモルファス半導体層との積層体により構成されていてもよい。 The second amorphous semiconductor layer 12pa may be composed of a plurality of amorphous semiconductor layers. The second amorphous semiconductor layer 12pa may be configured by, for example, a stacked body of an amorphous semiconductor layer having a relatively low p-type dopant concentration and an amorphous semiconductor layer having a relatively high p-type dopant concentration.
第2のアモルファス半導体層12paの微結晶半導体層13の上に位置する部分の上には、n側電極16nが設けられている。一方、第2のアモルファス半導体層12paの微結晶半導体層13が設けられていない領域に位置する部分の上には、p側電極15pが設けられている。電極15p、16nは、例えば、Ag、Cuなどの金属の少なくとも一種により構成することができる。
An n-
太陽電池1では、第1のアモルファス半導体層11naと第2のアモルファス半導体層12paとの間に、微結晶半導体層13が設けられている。この微結晶半導体層13は、第1のアモルファス半導体層11naと、n側電極16nとの間を低抵抗化する層である。微結晶半導体層13は、再結合中心となり得る欠陥準位を有する。このため、微結晶半導体層13において、電子と正孔との再結合とが生じやすい。よって、微結晶半導体層13を介して電流が流れる。
In the
(太陽電池1の製造方法)
次に、太陽電池1の製造方法の一例について説明する。(Manufacturing method of solar cell 1)
Next, an example of the manufacturing method of the
まず、半導体材料からなる基板10nの第2の主面10bの上に、i型半導体層21iaを形成する。このi型半導体層21iaは、i型半導体層11iaを構成するためのものである。i型半導体層21iaの厚みは、i型半導体層11iaの厚みよりも大きい。i型半導体層21iaは、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成することができる。
First, the i-type semiconductor layer 21ia is formed on the second
次に、i型半導体層21iaの上に、一の導電型(本実施形態ではn型)を有する第1のアモルファス半導体層21naと、一の導電型を有する第2の微結晶半導体層23ncと、他の導電型(本実施形態ではp型)を有する第2の微結晶半導体層23pcとをこの順番で形成する。これらの半導体層21na、23nc、23pcも、i型半導体層21iaと同様に、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成することができる。 Next, on the i-type semiconductor layer 21ia, a first amorphous semiconductor layer 21na having one conductivity type (n-type in this embodiment), a second microcrystalline semiconductor layer 23nc having one conductivity type, and Then, the second microcrystalline semiconductor layer 23pc having another conductivity type (p-type in this embodiment) is formed in this order. These semiconductor layers 21na, 23nc, and 23pc can also be formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, similarly to the i-type semiconductor layer 21ia.
次に、第1のアモルファス半導体層21na並びに第1及び第2の微結晶半導体層23nc、23pcの一部分をエッチングにより除去することにより、i型半導体層21iaからi型半導体層11iaを形成すると共に、第1のアモルファス半導体層21na並びに第1及び第2の微結晶半導体層23nc、23pcから、第1のアモルファス半導体層11na並びに第1及び第2の微結晶半導体層13nc、13pcを形成する。第1のアモルファス半導体層21na並びに第1及び第2の微結晶半導体層23nc、23pcのエッチングは、第1のアモルファス半導体層21na並びに第1及び第2の微結晶半導体層23nc、23pcを溶解させやすく、i型半導体層21iaを溶解させにくいエッチング液を用いて行うことが好ましい。このようなエッチング液としては、例えば、フッ酸を含むエッチング液などが挙げられる。 Next, by removing a part of the first amorphous semiconductor layer 21na and the first and second microcrystalline semiconductor layers 23nc and 23pc by etching, the i-type semiconductor layer 11ia is formed from the i-type semiconductor layer 21ia, and The first amorphous semiconductor layer 11na and the first and second microcrystalline semiconductor layers 13nc and 13pc are formed from the first amorphous semiconductor layer 21na and the first and second microcrystalline semiconductor layers 23nc and 23pc. The etching of the first amorphous semiconductor layer 21na and the first and second microcrystalline semiconductor layers 23nc and 23pc facilitates dissolution of the first amorphous semiconductor layer 21na and the first and second microcrystalline semiconductor layers 23nc and 23pc. It is preferable to use an etchant that hardly dissolves the i-type semiconductor layer 21ia. Examples of such an etchant include an etchant containing hydrofluoric acid.
次に、第2の微結晶半導体層13pcの上と、i型半導体層11iaの第2の微結晶半導体層13pcからの露出部の上とに跨がるように、第2のアモルファス半導体層12paを形成する。この第2のアモルファス半導体層12paも、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成することができる。 Next, the second amorphous semiconductor layer 12pa extends over the second microcrystalline semiconductor layer 13pc and the exposed portion of the i-type semiconductor layer 11ia from the second microcrystalline semiconductor layer 13pc. Form. The second amorphous semiconductor layer 12pa can also be formed by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
その後、電極15p、16nを形成することにより太陽電池1を完成させることができる。電極15p、16nは、例えば、メッキや導電性ペーストの印刷などにより形成することができる。
Thereafter, the
上述のように、特許文献1に記載の太陽電池では、第2の半導体層と再結合層との間に、実質的に真性なi型半導体層が配されている。このi型半導体層によって、第2の半導体層と再結合層との間の電気抵抗率が高くなっている。
As described above, in the solar cell described in
一方、太陽電池1では、第2の微結晶半導体層13pcと第2のアモルファス半導体層12paとの間にはi型半導体層が設けられておらず、第2の微結晶半導体層13pcと第2のアモルファス半導体層12paとが接触している。このため、第2の微結晶半導体層13pcと第2のアモルファス半導体層12paとの間の電気抵抗率を低くすることができる。従って、改善された光電変換効率を実現することができる。
On the other hand, in the
また、i型半導体層11iaを形成した後は、基板10nの第2の主面10bが露出しない。このため、第2の主面10bのパッシベーション性の低下を抑制することができる。また、第2の微結晶半導体層13pcと第2のアモルファス半導体層12paとの間にi型半導体層を設ける必要が必ずしもないため、太陽電池1の製造工程を簡略化することができる。
Further, after the i-type semiconductor layer 11ia is formed, the second
1…太陽電池
10n…基板
10a…第1の主面
10b…第2の主面
11ia…i型アモルファス半導体層
11na…第1のアモルファス半導体層
12pa…第2のアモルファス半導体層
13…微結晶半導体層
13nc…第1の微結晶半導体層
13pc…第2の微結晶半導体層
15p…p側電極
16n…n側電極DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基板の一主面の上に配された実質的に真性なi型半導体層と、
前記i型半導体層の一部分の上に配されており、一の導電型を有する第1のアモルファス半導体層と、
前記第1のアモルファス半導体層の上に配されており、前記一の導電型を有する第1の微結晶半導体層と、
前記第1の微結晶半導体層の上に配されており、他の導電型を有する第2の微結晶半導体層と、
前記第2の微結晶半導体層の上と、前記i型半導体層の前記第2の微結晶半導体層からの露出部の上とに跨がって配されており、前記他の導電型を有する第2のアモルファス半導体層と、
を備え、
前記第2のアモルファス半導体層と前記第2の微結晶半導体層とが接触している、太陽電池。A substrate made of a semiconductor material;
A substantially intrinsic i-type semiconductor layer disposed on one major surface of the substrate;
A first amorphous semiconductor layer disposed on a portion of the i-type semiconductor layer and having one conductivity type;
A first microcrystalline semiconductor layer disposed on the first amorphous semiconductor layer and having the one conductivity type;
A second microcrystalline semiconductor layer disposed on the first microcrystalline semiconductor layer and having another conductivity type;
It extends over the second microcrystalline semiconductor layer and the exposed portion of the i-type semiconductor layer from the second microcrystalline semiconductor layer, and has the other conductivity type. A second amorphous semiconductor layer;
With
A solar cell in which the second amorphous semiconductor layer and the second microcrystalline semiconductor layer are in contact with each other.
前記i型半導体層の上に、一の導電型を有する第1のアモルファス半導体層と、前記一の導電型を有する第1の微結晶半導体層と、他の導電型を有する第2の微結晶半導体層とをこの順番で形成する工程と、
前記第1のアモルファス半導体層並びに第1及び第2の微結晶半導体層の一部分をエッチングにより除去し、前記i型半導体層を部分的に露出させる工程と、
前記第2の微結晶半導体層の上と、前記i型半導体層の露出部の上とに跨がるように、前記他の導電型を有する第2のアモルファス半導体層を形成する工程と、
を有する太陽電池の製造方法。Forming a substantially intrinsic i-type semiconductor layer on one main surface of a substrate made of a semiconductor material;
On the i-type semiconductor layer, a first amorphous semiconductor layer having one conductivity type, a first microcrystalline semiconductor layer having the one conductivity type, and a second microcrystal having another conductivity type. Forming a semiconductor layer in this order;
Removing a part of the first amorphous semiconductor layer and the first and second microcrystalline semiconductor layers by etching to partially expose the i-type semiconductor layer;
Forming a second amorphous semiconductor layer having the other conductivity type so as to straddle over the second microcrystalline semiconductor layer and an exposed portion of the i-type semiconductor layer;
The manufacturing method of the solar cell which has this.
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