JP6311968B2 - Solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell.
n型半導体層及びp型半導体層が半導体基板の裏面上に形成された、いわゆる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)。 A so-called back junction solar cell in which an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer are formed on the back surface of a semiconductor substrate is known (for example, Patent Document 1).
裏面接合型の太陽電池においては、n型半導体層が形成されたn型表面及びp型半導体層が形成されたp型表面の上に、それぞれn型電極及びp型電極が形成される。n型電極及びp型電極は、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)などからなる透明電極層を形成し、その上に銅(Cu)などからなる金属電極層を形成し、これらをシード層としてその上にめっき法等により収集電極層を形成することにより作製されている。 In a back junction solar cell, an n-type electrode and a p-type electrode are formed on an n-type surface on which an n-type semiconductor layer is formed and a p-type surface on which a p-type semiconductor layer is formed, respectively. For the n-type electrode and the p-type electrode, for example, a transparent electrode layer made of ITO (indium tin oxide) or the like is formed, a metal electrode layer made of copper (Cu) or the like is formed thereon, and these are used as seed layers. It is produced by forming a collecting electrode layer thereon by plating or the like.
ところで、透明電極層と金属電極層は、化学気相蒸着法(CVD法)やスパッタリング法等の同じ薄膜形成法を用いて形成される場合が多い。このため、透明電極層及び金属電極層を形成する際に同じトレイを用いることなどにより、透明電極層中に金属電極層の金属成分が混入する場合がある。透明電極中に混入した金属成分は、半導体層と半導体基板との接合領域にまで拡散し、パッシベーション性などに悪影響を与える。 By the way, the transparent electrode layer and the metal electrode layer are often formed using the same thin film forming method such as a chemical vapor deposition method (CVD method) or a sputtering method. For this reason, the metal component of a metal electrode layer may mix in a transparent electrode layer by using the same tray when forming a transparent electrode layer and a metal electrode layer. The metal component mixed in the transparent electrode diffuses to the junction region between the semiconductor layer and the semiconductor substrate, and adversely affects the passivation property.
本発明の目的は、透明電極層中に混入された金属成分が、半導体接合領域に拡散するのを低減させることができる太陽電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solar cell that can reduce diffusion of a metal component mixed in a transparent electrode layer into a semiconductor junction region.
本発明の太陽電池は、受光面と裏面とを有する第1導電型または第2導電型の半導体基板と、前記裏面上に形成される第1導電型を有する第1半導体層と、前記裏面上に形成される第2導電型を有する第2半導体層と、前記第1半導体層と電気的に接続された第1透明電極層と、前記第2半導体層と電気的に接続された第2透明電極層と、前記第1透明電極層の上に形成される第1金属電極層と、前記第2透明電極層の上に形成される第2金属電極層と、前記第1金属電極層の上に形成される第1収集電極層と、前記第2金属電極層の上に形成される第2収集電極層と、前記第1半導体層が設けられる第1導電型領域と前記第2半導体層が設けられる第2導電型領域の境界領域に設けられる窒化ケイ素または酸化ケイ素からなる絶縁層とを備え、前記絶縁層は、前記第1半導体層の上に設けられ、前記絶縁層の上に前記第2半導体層が設けられており、前記第1半導体層と前記絶縁層との間に、タングステン含有層が形成されている。 The solar cell of the present invention includes a first conductivity type or second conductivity type semiconductor substrate having a light receiving surface and a back surface, a first semiconductor layer having a first conductivity type formed on the back surface, and the back surface. A second semiconductor layer having a second conductivity type, a first transparent electrode layer electrically connected to the first semiconductor layer, and a second transparent electrically connected to the second semiconductor layer. An electrode layer; a first metal electrode layer formed on the first transparent electrode layer; a second metal electrode layer formed on the second transparent electrode layer; and the first metal electrode layer. A first collecting electrode layer formed on the second metal electrode layer; a second collecting electrode layer formed on the second metal electrode layer; a first conductivity type region in which the first semiconductor layer is provided; and the second semiconductor layer comprising: An insulating layer made of silicon nitride or silicon oxide provided in a boundary region of the second conductivity type region provided The insulating layer is provided on the first semiconductor layer, the second semiconductor layer is provided on the insulating layer, and contains tungsten between the first semiconductor layer and the insulating layer. A layer is formed.
本発明によれば、透明電極層中に混入された金属成分が、半導体接合領域に拡散するのを低減させることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the diffusion of the metal component mixed in the transparent electrode layer into the semiconductor junction region.
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、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場合がある。 Hereinafter, preferred embodiments will be described. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in each drawing, the member which has the substantially the same function may be referred with the same code | symbol.
(太陽電池の実施形態)
太陽電池1は、図1及び図2に示すように、半導体基板10n、第1半導体層20n、第2半導体層30p、絶縁層40、第1電極50n、第2電極50p、接続電極70n及び、接続電極70pを備える。
(Embodiment of solar cell)
As shown in FIGS. 1 and 2, the solar cell 1 includes a
半導体基板10nは、光を受ける受光面と、受光面とは反対側に設けられる裏面12とを有する。半導体基板10nは、受光面における受光によってキャリア(電子と正孔)を生成する。
The
半導体基板10nは、n型またはp型の導電型を有する単結晶Si、多結晶Siなどの結晶系半導体材料や、GaAs、InPなどの化合物半導体材料を含む一般的な半導体材料によって構成することができる。半導体基板10nの受光面及び裏面12には、微小な凹凸が形成されていてもよい。図示しないが、半導体基板10nの受光面には光の入射を遮る構造体(例えば、電極など)は形成されていない。半導体基板10nは、受光面全面での受光が可能である。受光面は、パッシベーション層に覆われていても良い。パッシベーション層は、キャリアの再結合を抑制するパッシベーション性を有する。パッシベーション層は、例えば、ドーパントを添加せず、あるいは微量のドーパントを添加することによって形成される実質的に真性な非晶質半導体層を含むことができる。
The
半導体基板10nは、第1導電型または第2導電型である。本実施形態では、半導体基板10nが、第1導電型を有する場合について説明する。また、半導体基板10nがn型単結晶シリコン基板であるものとして説明する。従って、本実施形態では、第1導電型は、n型となる。
The
第1半導体層20nは、半導体基板10nの裏面12上に形成される。第1半導体層20nは、長手方向を有するように形成される。この長手方向を長手方向yとする。第1半導体層20nは、半導体基板10nと同一の第1導電型を有する。第1半導体層20nは、n型非晶質半導体層によって構成されている。このような構成によれば、半導体基板10nの裏面12と第1半導体層20nとの界面におけるキャリアの再結合を抑制することができる。
The
第2半導体層30pは、半導体基板10nの裏面12上に形成される。第2半導体層30pは、長手方向yを有するように形成される。第2半導体層30pは、半導体基板10nと異なる第2導電型を有する。第2半導体層30pは、p型非晶質半導体層によって構成されている。このため、半導体基板10nと第2半導体層30pとの接合は、pn接合となる。第2半導体層30pは、絶縁層40上にも形成される。
The
本実施形態では、図2に示されるように、第1半導体層20nは、i型非晶質半導体層22iとn型非晶質半導体層25nとからなる。i型非晶質半導体層22iは、半導体基板10nの裏面12上に形成される。n型非晶質半導体層25nは、i型非晶質半導体層22i上に形成される。このような、n型の半導体基板10n、i型非晶質半導体層22i、n型非晶質半導体層25nという構成によれば、半導体基板10nの裏面12におけるキャリアの再結合をさらに抑制することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
本実施形態では、図2に示されるように、第2半導体層30pは、i型非晶質半導体層32iとp型非晶質半導体層35pとからなる。i型非晶質半導体層32iは、半導体基板10nの裏面12上に形成される。p型非晶質半導体層35pは、i型非晶質半導体層32i上に形成される。このような、n型の半導体基板10n、i型非晶質半導体層32i、p型非晶質半導体層35pという構成によれば、pn接合特性を向上することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
i型非晶質半導体層22i、i型非晶質半導体層32i、n型非晶質半導体層25n及びp型非晶質半導体層35pのそれぞれは、水素を含む非晶質半導体によって構成することができる。このような非晶質半導体としては、非晶質シリコン、非晶質シリコンカーバイド、或いは非晶質シリコンゲルマニウムなどが挙げられる。非晶質半導体層には、これに限らず他の非晶質半導体を用いてもよい。i型非晶質半導体層22i、i型非晶質半導体層32i、n型非晶質半導体層25n及びp型非晶質半導体層35pは、それぞれ1種の非晶質半導体によって構成されていてもよい。i型非晶質半導体層22i、i型非晶質半導体層32i、n型非晶質半導体層25n及びp型非晶質半導体層35pは、それぞれ2種以上の非晶質半導体が組み合わされていてもよい。
Each of i-type
図2に示されるように、第1半導体層20nと第2半導体層30pとは、交互に配列される。この配列方向を配列方向xとする。太陽電池1において、配列方向xと長手方向yとは、直交している。
As shown in FIG. 2, the
第1半導体層20nが半導体基板10n上に設けられている第1導電型領域と、第2半導体層30pが半導体基板10n上に設けられている第2導電型領域との間には、境界領域42が形成されている。配列方向xにおける第1半導体層20nの端部27と、第1半導体層20nと隣り合う第2半導体層30pの配列方向xにおける端部37とは、境界領域42において重なっている。境界領域42において、第1半導体層20nの端部27と第2半導体層30pの端部37との間には、絶縁層40が設けられている。絶縁層40は、窒化ケイ素または酸化ケイ素から形成されている。
There is a boundary region between the first conductivity type region in which the
絶縁層40と第1半導体層20nとの間には、タングステン含有層41が形成されている。タングステン含有層41におけるタングステンの含有量は1010〜1012 atoms/cm2、タングステン含有層41の厚みは0.1nm〜100nmである。
A tungsten-containing
第1電極50nは、第1半導体層20nと電気的に接続されている。図1に示されるように、第1電極50nは、長手方向yに沿って形成される。第1電極50nは、第1透明電極層52nと、第1金属電極層53nと、第1収集電極層55nとを有する。第1透明電極層52nは、第1半導体層20n上に形成される。また、絶縁層40上に形成された第2半導体層30p上にも形成される。
The
第1透明電極層52nは、透光性を有する導電性材料によって形成される。第1透明電極層52nとしては、ITO(インジウム錫酸化物)、酸化錫、酸化亜鉛などを用いて形成することができる。第1金属電極層53nは、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、銀(Ag)などを用いて形成することができる。第1収集電極層55nは、第1金属電極層53n上に形成される。第1金属電極層53nを形成した後、めっき法を用いて形成することができる。第1収集電極層55nは、例えば、銅(Cu)、錫(Sn)などから形成することができる。
The first
第2電極50pは、第2半導体層30pと電気的に接続されている。図1に示されるように、第2電極50pは、長手方向yに沿って形成される。第2電極50pは、第2透明電極層52pと、第2金属電極層53pと、第2収集電極層55pとを有する。第2透明電極層52pは、第2半導体層30p上に形成される。第2金属電極層53pは、第2透明電極層52p上に形成される。第2収集電極層55pは、第2透明電極層52p上に形成される。第2透明電極層52p、第2金属電極層53p及び第2収集電極層55pは、それぞれ第1透明電極層52n、第1金属電極層53n第1収集電極層55nと同一の材料を用いることができる。
The
第1電極50n及び第2電極50pは、キャリアを収集する。第1電極50n及び第2電極50pは、短絡を防ぐための分離溝60によって分離されている。分離溝60は、長手方向yに沿って形成される。
The
図1に示されるように、接続電極70nは、複数の第1電極50nの端部と電気的に接続される。接続電極70pは、複数の第2電極50pの端部と電気的に接続される。接続電極70n及び接続電極70pは、複数の第1電極50n及び複数の第2電極50pに収集されたキャリアをさらに収集する。
As shown in FIG. 1, the
図2に示すように、本実施形態では、絶縁層40と第1半導体層20nとの間に、タングステン含有層41が形成されている。上述のように、第2透明電極層52pには、第2金属電極層53pの金属成分である銅(Cu)などが混入する場合がある。第2透明電極層52pに混入した銅(Cu)などの金属成分は、絶縁層40を通り、第1半導体層20nと半導体基板10nの接合領域まで拡散し、パッシベーション性に悪影響を与える。本実施形態では、絶縁層40と第1半導体層20nとの間に、タングステン含有層41が形成されているので、タングステン含有層41で、この金属成分の拡散を防止することができる。なお、タングステン含有層41は、発電に直接関与しない境界領域42内にのみ形成されているので、太陽電池1の電池性能に悪影響を及ぼすことはない。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a tungsten-containing
(太陽電池の製造方法の実施形態)
本実施形態の太陽電池1の製造方法について、図3から図10を参照しながら説明する。図3は、本実施形態の太陽電池1の製造方法を説明するためのフローチャートである。図4から図10は、本実施形態の太陽電池1の製造方法を説明するための図である。
(Embodiment of Solar Cell Manufacturing Method)
The manufacturing method of the solar cell 1 of this embodiment is demonstrated referring FIGS. 3-10. FIG. 3 is a flowchart for explaining a method for manufacturing the solar cell 1 of the present embodiment. 4-10 is a figure for demonstrating the manufacturing method of the solar cell 1 of this embodiment.
図3に示されるように、太陽電池1の製造方法は、工程S1から工程S4を有する。 As FIG. 3 shows, the manufacturing method of the solar cell 1 has process S1 to process S4.
工程S1は、第1導電型の半導体基板10nの裏面12上に、第1導電型を有する第1半導体層20nを形成する工程である。まず、半導体基板10nが準備される。半導体基板10n表面の汚れを除去するため、半導体基板10nには、酸またはアルカリ溶液でエッチングがなされている。半導体基板10nの受光面には光反射低減用のテクスチャ構造が形成されている。半導体基板10nの裏面12は、受光面に比べ平坦にされている。準備された半導体基板10nの裏面12上に、i型非晶質半導体層22iが形成される。形成されたi型非晶質半導体層22i上に、n型非晶質半導体層25nが形成される。i型非晶質半導体層22i及びn型非晶質半導体層25nは、例えば、化学気相蒸着法(CVD法)によって、形成される。この工程S1によって、裏面12上に第1半導体層20nが形成される。
Step S1 is a step of forming the
工程S2は、タングステン含有層41及び絶縁層40を形成する工程である。工程S1により、形成された第1半導体層20n上に、タングステン含有層41及び絶縁層40が形成される。具体的には、図4に示されるように、n型非晶質半導体層25n上に、タングステン含有層41及び絶縁層40が形成される。タングステン含有層41及び絶縁層40を形成する方法としては、タングステン含有層41をCVD法またはスパッタリング法などで形成した後、絶縁層40をCVD法またはスパッタリング法などで形成する方法が挙げられる。また、タングステンを用いたCat―CVD法で絶縁層40を形成する方法により、タングステン含有層41及び絶縁層40を形成してもよい。この場合、Cat―CVD法で、まずタングステン含有層41が形成され、その後、絶縁層40が形成される。
Step S2 is a step of forming the tungsten-containing
工程S3は、第1導電型の半導体基板10nの裏面12上に、第2導電型を有する第2半導体層30pを形成する工程である。工程S3は、工程S31から工程S33を有する。
Step S3 is a step of forming the
工程S31は、第1半導体層20n上に形成されたタングステン含有層41及び絶縁層40を除去する工程である。フォトリソ法又はスクリーン印刷法を用いて、絶縁層40上にレジストを塗布する。垂直方向zから裏面12を見て、第2半導体層30pが形成される部分に該当する絶縁層40上にレジストを塗布する。その後、エッチング液によって、レジストで覆われていない部分のタングステン含有層41及び絶縁層40を溶解及び除去する。これによって、図5に示されるように、第1半導体層20nが露出する。
Step S31 is a step of removing the tungsten-containing
レジストによるパターン形成以外の方法としては、例えば、エッチングペーストにより、タングステン含有層41及び絶縁層40を部分的に除去する方法がある。これらに限らず、他の方法により、タングステン含有層41及び絶縁層40を部分的に除去しても良い。
As a method other than the pattern formation using the resist, for example, there is a method of partially removing the tungsten-containing
工程S32は、タングステン含有層41及び絶縁層40が除去されることにより露出した第1半導体層20nを除去する工程である。露出した第1半導体層20nをアルカリ洗浄する。これにより、図6に示されるように、半導体基板10nが露出する。
Step S32 is a step of removing the
工程S32では、除去されずに残ったタングステン含有層41及び絶縁層40が第1半導体層20nを保護する保護層として働く。
In step S32, the tungsten-containing
工程S33は、第1半導体層20nが除去されることにより露出した半導体基板10n上に第2半導体層30pを形成する工程である。半導体基板10nの裏面12上に、i型非晶質半導体層32iが形成される。形成されたi型非晶質半導体層32i上に、p型非晶質半導体層35pが形成される。i型非晶質半導体層32i及びp型非晶質半導体層35pは、例えば、CVD法によって、形成される。この工程S33によって、裏面12上に第2半導体層30pが形成される。図7に示されるように、太陽電池1において、第2半導体層30pは、全面に渡って形成される。従って、第2半導体層30pは、裏面12上だけでなく、絶縁層40上にも形成される。
Step S33 is a step of forming the
工程S4は、第1電極50n及び第2電極50pを形成する工程である。工程S4は、工程S41から工程S44を有する。
Step S4 is a step of forming the
工程S41は、第2半導体層30p、絶縁層40及びタングステン含有層41を除去する工程である。絶縁層40上に形成された第2半導体層30p上に、フォトリソ法やスクリーン印刷法を用いて、第2半導体層30pを残したい部分にレジストを塗布する。その後、エッチング液を用いて処理を行うことにより、図8に示されるように、レジストが塗布された第2半導体層30p部分、絶縁層40及びタングステン含有層41の部分が残る。レジストが塗布されなかった第2半導体層30p部分、絶縁層40及びタングステン含有層41の部分は、除去される。
Step S41 is a step of removing the
本実施形態では、第2半導体層30pと絶縁層40及びタングステン含有層41を、それぞれ別のエッチング液を用いてエッチングしている。第2半導体層30pは、例えば、フッ化水素酸を用いてエッチングしている。絶縁層40及びタングステン含有層41は、例えば、フッ化水素(HF)を用いてエッチングしている。
In the present embodiment, the
工程S42は、透明電極層52を形成する工程である。図9に示されるように、第1半導体層20n上及び第2半導体層30p上に、物理蒸着法(PVD法)を用いて、透明電極層52を形成する。
Step S42 is a step of forming the
その後、本実施形態では、PVD法を用いて、金属電極層53を形成する。金属電極層53には、例えば、Cuが用いられる。
Thereafter, in the present embodiment, the
工程S43は、短絡を防ぐための分離溝60を形成する工程である。レーザーを用いて、分離溝60を形成する。分離溝60を形成することにより、透明電極層52及び金属電極層53をそれぞれ分離して、第1透明電極層52nと第2透明電極層52p及び第1金属電極層53nと第2金属電極層53pを形成する。本実施形態では、レーザーを用いて分離溝60を形成しているが、例えば、レジストとエッチング液とを用いて分離溝60を形成してもよい。
Step S43 is a step of forming a
工程S44は、第1収集電極55n及び第2収集電極55pを形成する工程である。めっき法により、第1金属電極層53nの上に第1収集電極55nを形成し、第2金属電極層53pの上に第2収集電極55pを形成する。なお、スクリーン印刷法により、導電性ペーストを金属電極層53上に塗布し、その後、導電性ペーストを焼成することによって第1収集電極55n及び第2収集電極55pを形成してもよい。
Step S44 is a step of forming the
以上のようにして、図2に示される太陽電池1を製造することができる。 As described above, the solar cell 1 shown in FIG. 2 can be manufactured.
上記実施形態では、半導体基板10nが、第1導電型、すなわちn型を有する場合について説明したが、半導体基板10nは、第2導電型、すなわちp型を有していてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
上記実施形態において、第1半導体層20nは、i型非晶質半導体層22iとn型非晶質半導体層25nとから構成されているが、n型非晶質半導体層25nのみから構成されていてもよい。同様に、第2半導体層30pも、p型非晶質半導体層35pのみから構成されていてもよい。
In the above embodiment, the
1…太陽電池
10n…半導体基板
12…裏面
20n…第1半導体層
22i…i型非晶質半導体層
25n…n型非晶質半導体層
27…第1半導体層の端部
30p…第2半導体層
32i…i型非晶質半導体層
35p…p型非晶質半導体層
37…第2半導体層の端部
40…絶縁層
41…タングステン含有層
42…境界領域
50n…第1電極
50p…第2電極
52…透明電極層
52n…第1透明電極層
52p…第2透明電極層
53…金属電極層
53n…第1金属電極層
53p…第2金属電極層
55n…第1収集電極層
55p…第2収集電極層
60…分離溝
70n,70p…接続電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (3)
前記裏面上に形成される第1導電型を有する第1半導体層と、
前記裏面上に形成される第2導電型を有する第2半導体層と、
前記第1半導体層と電気的に接続された第1透明電極層と、
前記第2半導体層と電気的に接続された第2透明電極層と、
前記第1透明電極層の上に形成される第1金属電極層と、
前記第2透明電極層の上に形成される第2金属電極層と、
前記第1金属電極層の上に形成される第1収集電極層と、
前記第2金属電極層の上に形成される第2収集電極層と、
前記第1半導体層が設けられる第1導電型領域と前記第2半導体層が設けられる第2導電型領域の境界領域に設けられる窒化ケイ素または酸化ケイ素からなる絶縁層とを備え、
前記絶縁層は、前記第1半導体層の上に設けられ、前記絶縁層の上に前記第2半導体層が設けられており、前記第1半導体層と前記絶縁層との間に、タングステン含有層が形成されており、
前記タングステン含有層におけるタングステンの含有量は、10 10 〜10 12 atms/cm 2 である、太陽電池。 A first conductivity type or second conductivity type semiconductor substrate having a light receiving surface and a back surface;
A first semiconductor layer having a first conductivity type formed on the back surface;
A second semiconductor layer having a second conductivity type formed on the back surface;
A first transparent electrode layer electrically connected to the first semiconductor layer;
A second transparent electrode layer electrically connected to the second semiconductor layer;
A first metal electrode layer formed on the first transparent electrode layer;
A second metal electrode layer formed on the second transparent electrode layer;
A first collecting electrode layer formed on the first metal electrode layer;
A second collection electrode layer formed on the second metal electrode layer;
A first conductivity type region provided with the first semiconductor layer and an insulating layer made of silicon nitride or silicon oxide provided in a boundary region of the second conductivity type region provided with the second semiconductor layer;
The insulating layer is provided on the first semiconductor layer, the second semiconductor layer is provided on the insulating layer, and a tungsten-containing layer is provided between the first semiconductor layer and the insulating layer. Is formed ,
The solar cell in which the tungsten content in the tungsten-containing layer is 10 10 to 10 12 atms / cm 2 .
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