JP6048940B2 - 太陽電池及びその製造方法 - 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。
従来、改善された光電変換効率を有する太陽電池として、光電変換部の一主面の上にｐ側電極及びｎ側電極の両方が配された裏面接合型の太陽電池が知られている。例えば特許文献１には、その一例として、ｎ型単結晶シリコン基板と、ｎ型単結晶シリコン基板の一主面の上に配されたｐ型非晶質シリコン膜及びｎ型非晶質シリコン膜と、ｐ型非晶質シリコン膜及びｎ型非晶質シリコン膜のそれぞれとｎ型単結晶シリコン基板との間に配されたｉ型非晶質シリコン膜とを有する光電変換部を備える太陽電池が記載されている。
特許文献１に記載のように、ｐ型非晶質シリコン膜とｎ型非晶質シリコン膜とのそれぞれの間にｉ型非晶質シリコン膜を設けることにより、パッシベーション特性を向上することができる。しかしながら、特許文献１に記載の太陽電池を製造するためには、ｐ型非晶質シリコン膜と、ｎ型非晶質シリコン膜と、ｉ型非晶質シリコン膜という３種類のシリコン膜を形成しなければならない。従って、特許文献１に記載の太陽電池は、複雑な製造プロセスを要する。
本発明は、改善されたパッシベーション特性を有し、且つ製造に複雑なプロセスを必要としない太陽電池を提供することを主な目的とする。
本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、ｐ側電極及びｎ側電極とを備えている。ｐ側電極及びｎ側電極は、光電変換部の上に配されている。光電変換部は、半導体材料からなる基板と、実質的に真性なｉ型非晶質半導体層とを有する。ｉ型非晶質半導体層は、ｐ側電極及びｎ側電極と基板との間に配されている。ｉ型非晶質半導体層のｐ側電極と基板との間に位置している部分に、ｐ型ドーパントが拡散しており、且つ結晶化されたｐ型領域が設けられている。ｉ型非晶質半導体層のｎ側電極と基板との間に位置している部分に、ｎ型ドーパントが拡散しており、且つ結晶化されたｎ型領域が設けられている。
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上に実質的に真性なｉ型非晶質半導体層を形成する。ｉ型非晶質半導体層の一の部分に、ｐ型ドーパントをドープすると共に、当該一の部分を結晶化させる。ｉ型非晶質半導体層の他の部分に、ｎ型ドーパントをドープすると共に、当該他の部分を結晶化させる。ｉ型非晶質半導体層の一の部分の上にｐ側電極を形成する。ｉ型非晶質半導体層の他の部分の上にｎ側電極を形成する。
本発明によれば、改善されたパッシベーション特性を有し、且つ製造に複雑なプロセスを必要としない太陽電池を提供することができる。
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。
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。
（第１の実施形態）
図１及び図２に示されるように、太陽電池１は、光電変換部１０を有する。光電変換部１０は、受光した際に正孔や電子などのキャリアを発生させる部材である。
図１及び図２に示されるように、太陽電池１は、光電変換部１０を有する。光電変換部１０は、受光した際に正孔や電子などのキャリアを発生させる部材である。
光電変換部１０は、第１の主面１０ａと、第２の主面１０ｂとを有する。光電変換部１０は、主として第１の主面１０ａで受光する。このため、第１の主面１０ａを受光面といい、第２の主面１０ｂを裏面ということがある。なお、光電変換部１０は、第１の主面１０ａにおいて受光した際のみにキャリアを発生させるものであってもよいし、第１及び第２の主面１０ａ、１０ｂのいずれにおいて受光した際にもキャリアを発生させるものであってもよい。
光電変換部１０の第２の主面１０ｂの上には、ｎ側電極２１及びｐ側電極２２が配されている。ｎ側電極２１は、電子を収集する電極である。一方、ｐ側電極２２は、正孔を収集する電極である。ｎ側電極２１及びｐ側電極２２のそれぞれは、くし歯状の形状を有する。ｎ側電極２１とｐ側電極２２とは互いに間挿し合っている。
ｎ側電極２１及びｐ側電極２２のそれぞれは、Ａｇ、Ｃｕ、Ｓｎなどの金属や、それらの金属の少なくとも一種を含む合金、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物等の適宜の導電材料により構成することができる。ｎ側電極２１及びｐ側電極２２のそれぞれは、上記のような導電材料からなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。
光電変換部１０は、基板１１と、実質的に真性なｉ型非晶質半導体層１２とを有する。基板１１は、半導体材料からなる。基板１１は、例えば、単結晶シリコン基板などの結晶質シリコンなどにより構成することができる。基板１１は、第１及び第２の主面１１ａ、１１ｂを有する。基板１１の第１の主面１１ａが光電変換部１０の第１の主面１０ａを構成している。
ｉ型非晶質半導体層１２は、第２の主面１１ｂの上に配されている。ｉ型非晶質半導体層１２は、第２の主面１１ｂの実質的に全体を覆っている。ｉ型非晶質半導体層１２の少なくとも一部は、ｎ側電極２１及びｐ側電極２２と基板１１との間に配されている。ｉ型非晶質半導体層１２は、例えば実質的に真性なｉ型のアモルファスシリコンなどにより構成することができる。
ｉ型非晶質半導体層１２の厚みは、５００ｎｍ以下であることが好ましく、１００ｎｍ以下であることがより好ましい。但し、ｉ型非晶質半導体層１２が薄すぎると、キャリアが透過する場合がある。従って、ｉ型非晶質半導体層１２の厚みは、１０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましい。
ｉ型非晶質半導体層１２のｐ側電極２２と基板１１との間に位置している部分には、ｐ型ドーパントが拡散しており、且つ結晶化されたｐ型領域１２ｐが設けられている。ｉ型非晶質半導体層１２のｎ側電極２１と基板１１との間に位置している部分には、ｎ型ドーパントが拡散しており、且つ結晶化されたｎ型領域１２ｎが設けられている。つまり、ｉ型非晶質半導体層１２のｎ側電極２１の下に位置する部分の一部がｎ型領域１２ｎとなり、ｉ型非晶質半導体層１２のｐ側電極２２の下に位置する部分の一部がｐ型領域１２ｐとなるように構成される。
ｐ型領域１２ｐとｎ型領域１２ｎのそれぞれは、ｉ型非晶質半導体層１２の基板１１とは反対側の表面１２ａからｉ型非晶質半導体層１２の基板１１側の表面１２ｂに跨がって設けられている。従って、ｐ型領域１２ｐは、ｐ側電極２２と接触すると共に、基板１１とも接触している。ｎ型領域１２ｎは、ｎ側電極２１と接触すると共に、基板１１とも接触している。
なお、ｐ型ドーパントの具体例としては、例えば、ホウ素等が挙げられる。ｎ型ドーパントの具体例としては、例えば、リン等が挙げられる。
次に、太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
まず、図３に示されるように、半導体材料からなる基板１１の上に、実質的に真性なｉ型非晶質半導体層１２を形成する。ｉ型非晶質半導体層１２は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により形成することができる。
次に、図４に示されるように、ｉ型非晶質半導体層１２の一の部分に、ホウ素等のｐ型ドーパントをドープすると共に、その一の部分を結晶化させる。また、ｉ型非晶質半導体層１２の他の部分の上にリンなどのｎ型ドーパントをドープすると共に、その他の部分を結晶化させる。これにより、ｉ型非晶質半導体層１２にｎ型領域１２ｎ及びｐ型領域１２ｐを形成する。
なお、ｎ型領域１２ｎ及びｐ型領域１２ｐは、ｉ型非晶質半導体層１２にドーパントをドープした後に、例えば、レーザー等を用いてアニールすることにより結晶化させ、形成することができる。また、ｎ型領域１２ｎ及びｐ型領域１２ｐのドープ及び結晶化は、例えば、レーザーを用いてドーパントのドープと結晶化を同時に行ってもよい。
なお、この工程において、基板１１の導電型が変化しない程度であれば基板１１にドーパントがドープされてもよい。
その後、ｉ型非晶質半導体層１２のｎ型領域１２ｎの上に、ｎ側電極２１を形成する。ｉ型非晶質半導体層１２のｐ型領域１２ｐの上に、ｐ側電極２２を形成する。以上の工程により太陽電池１を完成させることができる。
電極２１，２２の形成方法は、使用する導電材料に応じて適宜選択することができる。電極２１，２２は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタリング法、めっき法等により形成することができる。
ところで、特許文献１に記載の太陽電池を製造するためには、ｉ型シリコン膜を形成する工程と、ｉ型シリコン膜をパターニングする工程と、ｎ型シリコン膜を形成する工程と、ｎ型シリコン膜をパターニングする工程と、ｐ型シリコン膜を形成する工程と、ｐ型シリコン膜をパターニングする工程とを行う必要がある。
それに対して、本実施形態では、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層を形成する工程と、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層をパターニングする工程とを行う必要が必ずしもない。従って、パターニング工程を少なくすることができる。従って、太陽電池１は、製造に複雑なプロセスを要さない。
また、太陽電池１では、基板１１の主面１１ｂの実質的に全体がｉ型非晶質半導体層１２で覆われているため、優れたパッシベーション特性を実現することができる。
即ち、太陽電池１は、優れたパッシベーション特性を有し、且つ、製造に複雑なプロセスを要さないものである。
また、太陽電池１では、ｎ型領域１２ｎとｐ型領域１２ｐのそれぞれがｉ型非晶質半導体層１２の表面１２ａと表面１２ｂとに跨がって設けられている。このため、基板１１と電極２１，２２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得ることができる。
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
（第２の実施形態）
図５に示される太陽電池２は、ｎ型領域１２ｎ及びｐ型領域１２ｐの構成において太陽電池１と異なり、その他は太陽電池１と実質的に同様の構成を有する。
図５に示される太陽電池２は、ｎ型領域１２ｎ及びｐ型領域１２ｐの構成において太陽電池１と異なり、その他は太陽電池１と実質的に同様の構成を有する。
太陽電池２では、ｎ型領域１２ｎとｐ型領域１２ｐとが、それぞれ、厚み方向におけるｉ型非晶質半導体層１２の一部に設けられている。ｉ型非晶質半導体層１２は、ｎ型領域１２ｎ及びｐ型領域１２ｐのそれぞれと基板１１との間に、実質的に真性なｉ型領域１２ｉを有する。このため、パッシベーション特性をさらに改善することができる。
なお、ｉ型領域１２ｉの厚みは、ヘテロ接合を損なわない程度であることが好ましい。具体的には、ｉ型領域１２ｉの厚みは、０．５ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜１５ｎｍであることが好ましい。
本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
１，２…太陽電池
１０…光電変換部
１０ａ…第１の主面
１０ｂ…第２の主面
１１…半導体材料からなる基板
１２…ｉ型非晶質半導体層
１２ｉ…ｉ型領域
１２ｎ…ｎ型領域
１２ｐ…ｐ型領域
２１…ｎ側電極
２２…ｐ側電極
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１０ａ…第１の主面
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１２…ｉ型非晶質半導体層
１２ｉ…ｉ型領域
１２ｎ…ｎ型領域
１２ｐ…ｐ型領域
２１…ｎ側電極
２２…ｐ側電極
Claims (5)
- 光電変換部と、
前記光電変換部の上に配されたｐ側電極及びｎ側電極と、
を備え、
前記光電変換部は、
半導体材料からなる基板と、
前記ｐ側電極及び前記ｎ側電極と前記基板との間に配された実質的に真性なｉ型非晶質半導体層と、
を有し、
前記ｉ型非晶質半導体層の前記ｐ側電極と前記基板との間に位置している部分に、ｐ型ドーパントが拡散しており、且つ結晶化されたｐ型領域が設けられており、
前記ｉ型非晶質半導体層の前記ｎ側電極と前記基板との間に位置している部分に、ｎ型ドーパントが拡散しており、且つ結晶化されたｎ型領域が設けられており、
前記ｐ型領域及び前記ｎ型領域が前記ｉ型非晶質半導体層の前記基板とは反対側の表面から前記基板側の表面に跨がって設けられている、太陽電池。 - 請求項１に記載の太陽電池であって、
前記ｉ型非晶質半導体層は、前記ｐ型領域及び前記ｎ型領域と前記基板との間に、実質的に真性なｉ型領域を有する。 - 請求項１または２に記載の太陽電池であって、
前記ｉ型非晶質半導体層の厚みが、１０ｎｍ以上である。 - 半導体材料からなる基板の上に実質的に真性なｉ型非晶質半導体層を形成する工程と、
前記ｉ型非晶質半導体層の一の部分に、ｐ型ドーパントをドープすると共に、当該一の部分を結晶化させる工程と、
前記ｉ型非晶質半導体層の他の部分に、ｎ型ドーパントをドープすると共に、当該他の部分を結晶化させる工程と、
前記ｉ型非晶質半導体層の一の部分の上にｐ側電極を形成する工程と、
前記ｉ型非晶質半導体層の他の部分の上にｎ側電極を形成する工程と、
を備える太陽電池の製造方法。 - 請求項４に記載の太陽電池の製造方法であって、
前記ｉ型非晶質半導体層の厚みが、１０ｎｍ以上である。
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