JP6408616B2 - 太陽電池 - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池に関し、さらに具体的には、異種接合太陽電池に関する。

最近では、太陽電池の効率を改善するために異種接合太陽電池の研究が多く進行しており、代表的な異種接合太陽電池では、真性‐非晶質シリコン（ｉーａ−Ｓｉ）をパッシベーション層として使用する太陽電池と、薄膜のトンネル酸化膜（Thin Tunnel Oxide）をパッシベーション層として使用する太陽電池がある。

このような異種接合太陽電池は、太陽電池用半導体基板の前面と後面にそれぞれ形成されて光学的機能（反射防止膜と反射膜の機能）及び電気的機能（金属電極とのコンタクトなど）を実行する透明導電膜（ＴＣＯ、Transｐarent Conductive Oxide）を備える。

ところで、半導体基板の前面に位置した前面透明導電膜と半導体基板の後面に位置した後面透明導電膜が互いに物理的に接触するようになるとシャント（shunt）抵抗が低くなり、変換効率が低下し、最悪の場合短絡（short）が発生する問題点がある。

これに、従来では、半導体基板の前面の端領域と後面の端領域には、透明導電膜を形成せず、端領域を除外した中心領域にのみ透明導電膜を形成する構造で太陽電池を製造した。

ところで、このような構造の太陽電池は、前面透明導電膜が端領域に形成されないので、前面透明導電膜による反射防止機能が低下し、端領域の半導体基板で生成された電流が集電極に収集されない。したがって、短絡電流密度が減少し、それにより太陽電池の効率が低くなる問題点がある。

本発明の目的は、高効率の太陽電池を提供することにある。

本発明の実施の形態に係る太陽電池は、第１導電型の結晶質半導体基板と半導体基板の前面（front surface）に位置し半導体基板と異種接合を形成する前面ドーピング層と、半導体基板の後面（back surface）に位置し、半導体基板と異種接合を形成する後面ドーピング層と、前面ドーピング層の上に位置する前面透明導電膜及び後面ドーピング層の下に位置する後面透明導電膜を含み、前面ドーピング層と後面ドーピング層の中のいずれか１つは、半導体基板とｐ−ｎ接合を形成するように、第１導電型の反対の第２導電型で形成され、前面ドーピング層と 後面ドーピング層の内、他の一つは、第１導電型で形成され、前面透明導電膜の表面積は、後面透明導電膜の表面積より広く形成される。

前面透明導電膜の第１方向の幅は、半導体基板の第１方向の幅と、同一に形成されるか、半導体基板の第１方向の幅より大きく形成することができる。

半導体基板の前面の端の領域の内、少なくとも一部の領域には、前面透明導電膜が形成されないことがある。

前面透明導電膜が形成されない領域は、半導体基板の前面の端の領域の内、一部の領域に局部的に位置することができる。

前面透明導電膜が形成されない領域は、互いに離隔した複数個でなることができる。

後面透明導電膜の第１方向の幅と第２方向の幅は、半導体基板の第１方向の幅と第２方向の幅よりそれぞれ小さく形成することができる。

半導体基板の後面の端の領域には、後面透明導電膜が形成されないことがある。

後面透明導電膜が形成されない領域は、半導体基板の端に沿って連続的に形成することができる。

本発明の好ましい実施の形態において、半導体基板の前面と後面は、半導体基板の端（edge）から半導体基板の内側に前記端に沿って連続的に形成された端領域と端領域を除外した残りの領域である中心領域をそれぞれ含み、前面透明導電膜は前面の端の領域と中心領域に完全に（entirely）形成されたり、前面の端の領域の内、一部に不連続に形成された未形成部を除外した残りの端領域と中央領域に形成され、後面透明導電膜は後面の端の領域を除外した中心領域のみに形成される。

このような構成の太陽電池に係れば、前面透明導電膜と後面透明導電膜の物理的な接続または物理的な接触を完璧に防止しながらも、光が入射する半導体基板の前面側に位置する前面透明導電膜のサイズを最大限に大きく形成することができる。

したがって、太陽電池の高効率化を達成することができる。

半導体基板の後面の端の領域は、例えば、０．５mm乃至１．５mmの幅、好ましくは０．５mm乃至１．０mmの幅で形成することができる。

そして、半導体基板の前面と後面の内、少なくとも一つは、複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面に形成することができる。

半導体基板が、ｎ型不純物を含有した場合、前面ドーピング層はｐ型不純物を含有したｐ型非晶質シリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ）で形成され、前記後面ドーピング層は、ｎ型不純物を含有したｎ型非晶質シリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ）で形成することができる。

本発明の実施の形態に係る太陽電池は、前面透明導電膜の上に位置する前面集電極と後面透明導電膜の下に位置する後面集電極をさらに含み、前面集電極は、前面ドーピング層と物理的に直接接触せず、後面集電極は、ドーピング層と物理的に直接接触しない。

このような構成に係れば、電極（例えば、金属材質）を焼成する際に、ドーピング層に欠陥が発生することを防止することができる。

前面集電極は、第１方向に延長された複数の第１フィンガー電極と、第１方向と直交する第２方向に延長され、複数の第１フィンガー電極と物理的に接続される少なくとも一つの第１バスバー電極を含むことができる。

そして、後面集電極は、第１方向に延長された複数の第２フィンガー電極と、第２方向に延びて、複数の第２フィンガー電極と物理的に接続される少なくとも一つの第２バスバー電極を含むか、後面透明導電膜の後面を全体的に覆う面電極（sheet electrode）を含むことができる。

本発明の実施の形態に係れば、未形成部は 少なくとも一つの第１バスバー電極の両側端部側にそれぞれ位置することができる。

そして、少なくとも一つの第１バスバー電極の両側端部の第１方向の幅は、第２方向に沿って両側端部の間に位置する残りの部分の第１方向の幅より大きく形成されることがあり、少なくとも一つの第１バスバー電極の両側端部は、それぞれ、第１方向に沿って未形成部の両側に分割され、分割された部分との間には、未形成部が位置することができる。

このとき、未形成部を除外した端領域の前面透明導電膜の上にも、第１フィンガー電極が位置することができ少なくとも一つの第１バスバー電極の分割された両側端部は、端の領域に延長され、第１フィンガー電極に物理的に接続することができる。

未形成部の第１方向の幅は、第１バスバー電極の残りの部分の第１方向の幅以下に形成することができ、未形成部の第２方向の長さは、第２方向に隣接した２つのフィンガー電極との間の間隔より小さく形成することができる。

本発明の実施の形態に係る太陽電池は、前面ドーピング層と半導体基板との間に位置する前面パッシベーション層、及び後面ドーピング層と半導体基板との間に位置する後面パッシベーション層をさらに含むことができ、前面パッシベーション層と後面パッシベーション層は、真性非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）またはトンネル酸化膜（tunnel oxide）で形成することができる。

そして、前面パッシベーション層、後面パッシベーション層、前面ドーピング層及び後面ドーピング層の内、少なくとも一つは、半導体基板の側面上に、さらに位置することができ、前面パッシベーション層、後面パッシベーション層、前面ドーピング層及び後面ドーピング層は、半導体基板の側面で互いに重畳することができる。このように、半導体基板の側面で前面パッシベーション層、後面パッシベーション層、前面ドーピング層及び後面ドーピング層が互いに重畳すると、半導体基板の面でのパッシベーション効果を得ることができる。もちろん、半導体基板の側面で前面パッシベーション層と後面パッシベーション層だけ互いに重畳し、前面ドーピング層及び後面ドーピング層が半導体基板の側面上に、さらに位置しなくても、半導体基板の側面で互いに重畳するフ前面パッシベーション層及び後面パッシベーション層によってパッシベーション効果がある。

この時、前面透明導電膜は半導体基板の側面で互いに重畳した前面パッシベーション層、後面パッシベーション層、前面ドーピング層及び後面ドーピング層の上にさらに配置することができる。

本発明の実施の形態に係る太陽電池においては、前面透明導電膜と後面透明導電膜の物理的な接続または物理的な接触を完璧に防止しながらも、光が入射する半導体基板の前面側に位置する前面透明導電膜のサイズを最大限に大きく形成することができる。したがって、太陽電池の高効率化を達成することができる。

本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の前面図及び後面図である。 図１に示した太陽電池をII−II線に沿って切断して示した断面図である。 図１に示した太陽電池において 前面集電極と後面集電極が除去された状態を示す前面図及び後面図である。 本発明の第２実施の形態に係る太陽電池の前面図である。 図４に示した太陽電池で、前面集電極が除去された状態を示す前面図である。 本発明の第３実施の形態に係る太陽電池の断面図である。 図１に示した太陽電池の透明導電膜を形成するための装置として、両面同時蒸着が可能なスパッタリング（sｐuttering）装置の概念図である。 図４に示した太陽電池の透明導電膜を形成するための装置であって、フリップ（flipping：逆転）を用いた両面蒸着が可能なＲＰＤ（remote plasma deposition）装置の概念図である。

本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な実施の形態を有され得るが、特定の実施の形態を図に例示し、詳細に説明する。これは、本発明を特定の実施の形態について限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解され得る。

本発明を説明するにあたって、第１、第２などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用され得るが、前記の構成要素は、前記用語によって限定されないことがある。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用され得る。

例えば、本発明の権利範囲を逸脱しないながら、第１構成要素は、第２構成要素として命名され得、同様に第２構成要素も第１構成要素として命名され得る。

“及び/または"という用語は、複数の関連する記載項目の組み合わせまたは複数の関連する記載項目の内、いずれか１つの項目を含むことができる。

いずれの構成要素が他の構成要素に“接続されて"いるとか、“結合されて”いると言及される場合は、その他の構成要素に直接接続されるか、または結合されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在するかもできると理解され得る。

一方、いずれの構成要素が他の構成要素に“直接接続されて"いるとか、“直接結合されて"いると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないことが理解され得る。

本出願で使用される用語は、単に特定の実施の形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味でない限り、複数の表現を含むことができる。

本出願で、“含む"または“有する"などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解され得る。

図面で複数の層と領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分“上に”あるとする時、これは他の部分“真上に”ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆にどの部分が他の部分“真上に”あるとするときは、中間に他の部分がないことを意味する。

異なって定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有することがある。

一般的に使用される事前に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈されることがあり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈されないことがある。

併せて、以下の実施の形態は、当業界で平均的な知識を有する者に、より完全に説明するために提供されているものであって、図面での要素の形状及び大きさなどは、さらに明確な説明のために誇張されることがある。

それでは、添付した図面を参考にして、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施の形態に係る太陽電池の前面図及び後面図であり、図２は図１に示した太陽電池をＸ−Ｘ方向にII−II線に沿って切断して示した断面図であって、図３は図１に示した太陽電池において前面集電極及び後面集電極が除去された状態を示す前面図及び後面図である。

図１〜図３に示すように、本発明の第１実施の形態に係る太陽電池は、結晶質半導体基板１１０を備える。

半導体基板１１０の前面（または光入射面）には、前面パッシベーション層１２０、前面ドーピング層１３０、前面透明導電膜１４０、及び前面集電極１５０が順次積層され、半導体基板１１０の後面には、後面パッシベーション層１６０、後面ドーピング層１７０、後面透明導電膜１８０及び後面集電極１９０が順次積層される。

以下において、「前面」とは、添付の図面で、上に向かう面を言って、「後面」は、添付の図面から下に向かう面をいう。そして、前記「前面」とは、透明導電膜（１４０、１８０）の中で幅が相対的に広い透明導電膜に位置する面をいい、相対的に広い幅を有する透明導電膜が位置する面が前面または光入射面として使用することができる。

基板１１０は、第１導電型、例えば、ｎ型導電型の不純物を含有する結晶質シリコンからなる半導体基板１１０である。この時、シリコンは単結晶質シリコンまたは多結晶質シリコンで有り得る。

基板１１０がｎ型の導電型を有するので、基板１１０は、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含有する。

しかし、これとは異なり、半導体基板１１０は、ｐ型導電型で有り得、シリコン以外の他の半導体物質からなることもできる。基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、基板１１０はホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような３価元素の不純物を 含有され得る。

以下では、基板１１０がｎ型導電型を有する場合を一例として説明する。

このような基板１１０は、表面がテクスチャリング（texturing）されたテクスチャリング表面（texturing surface）を有する。さらに具体的には、基板１１０は、前面パッシベーション層１２０が位置する前面（front surface）と後面パッシベーション層１６０が位置する後面（back surface）がテクスチャリング表面でそれぞれ形成される。

しかし、これとは異なり、半導体基板１１０の後面は、微細な凹凸を備えない実質的に平坦な面で形成することもできる。

半導体基板１１０の前面に位置する前面パッシベーション層１２０と後面に位置する後面パッシベーション層１６０は、実質的に真性であるｉ型非晶質シリコン（ｉ−ａ−Ｓｉ）で形成され、又はトンネル酸化膜（tunnel oxide）で形成することができる。

前面パッシベーション層１２０は、基板１１０の側面まで延長されて形成されることがあり、後面パッシベーション層１６０も基板１１０の側面まで延長されて形成されることがあり、この場合、前面パッシベーション層１２０と後面パッシベーション層１６０は、半導体基板１１０の側面で互いに重畳する。したがって、半導体基板の側面でのパッシベーション効果を得ることができるので、半導体基板の側面が前面及び後面パッシベーション層により覆われてない場合に比べて、パッシベーション効果を向上させることができる。ここで、「互いに重畳」は、半導体基板の側面側から見たときに、前面パッシベーション層と後面パッシベーション層の少なくとも一部が投影面上で互いに重なり合う状態をいう。

前面パッシベーション層１２０上に位置する前面ドーピング層１３０は、基板１１０の導電型と反対の第２導電型、例えば、ｐ型の導電型を有する不純物部として、ｐ型非晶質シリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ）からなり、基板１１０とｐ−ｎ接合及び異種接合（hetero junction）を形成する。

そして、後面パッシベーション層１６０の下に、すなわち、後面に位置する後面ドーピング層１７０は、基板１１０の導電型と同じ第１導電型、例えば、ｎ型の導電型を有する不純物部として、ｎ型非晶質シリコンからなり、基板１１０と異種接合を形成する。

これとは異なり、半導体基板の前面（または光入射面）に位置する前面ドーピング層１３０がｎ型非晶質シリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ）からなり、半導体基板の後面（または光入射面の反対側面）に位置する後面ドーピング層１７０がｐ型非晶質シリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ）からなることもある。

半導体基板１１０と後面ドーピング層１７０がｎ型であり、前面ドーピング層１３０がｐ型である場合、分離された電子は、後面ドーピング層１７０の方向に移動し、分離された正孔は、前面ドーピング層１３０の方向に移動する。

本実施の形態とは異なり、基板１１０と後面ドーピング層１７０がｐ型であり、前面ドーピング層１３０がｎ型である場合、分離された正孔は、後面ドーピング層１７０の方向に移動し、分離された電子は、前面ドーピング層１３０の方向に移動する。

このような構成の前面ドーピング層１３０と後面ドーピング層１７０は、それぞれ、半導体基板１１０の側面まで延長されて形成することができる。

したがって、半導体基板１１０の側面には、前面パッシベーション層１２０、前面ドーピング層１３０、後面パッシベーション層１６０及び後面ドーピング層１７０が順次積層されて互いに重畳する。しかし、前面ドーピング層は、半導体基板の前面のみ形成されるとともに、後面ドーピング層は、半導体基板の後面のみに形成することもできる。この場合、半導体基板の側面では、前面パッシベーション層と後面パッシベーション層だけ互いに重畳する。

半導体基板１１０の前面と後面は、半導体基板１１０の端（edge）から半導体基板１１０の内側に前記端に沿って連続的に形成された端領域（Ａ１）と端領域（Ａ１）を除外した残りの領域である中心領域（Ａ２）をそれぞれ含む。

本実施の形態において、前面透明導電膜１４０は、半導体基板１１０の前面の端領域（Ａ１）及び中心領域（Ａ２）に完全に（entirely）形成される。

ここで、「完全に形成される」とは、前面透明導電膜１４０が形成されない領域がなく、半導体基板１１０の前面の端領域（Ａ１）と中心領域（Ａ２）に形成されることを意味する。

そして、前面透明導電膜１４０は、半導体基板１１０の側面まで延長されて形成することができる。

この場合、半導体基板１１０の側面には、前面パッシベーション層１２０、前面ドーピング層１３０、後面パッシベーション層１６０、後面ドーピング層１７０及び前面透明導電膜１４０が順次積層されて互いに重畳する。

そして、後面透明導電膜１８０は、半導体基板１１０の後面の端の領域（Ａ１）を除外した中心領域（Ａ２）にのみ形成される。つまり、後面透明導電膜１８０は、半導体基板１１０の後面の端領域（Ａ１）には、形成されない。

したがって、半導体基板１１０の側面まで延長された前面透明導電膜１４０が後面透明導電膜１８０と物理的に接続及び接触（contact）することを防止することができる。また、前面透明導電膜１４０による 半導体基板１１０の前面の カバレッジ（coverage）は、後面透明導電膜１８０による 半導体基板１１０の後面のカバレッジより大きくなることができるので、前面透明導電膜１４０は、後面透明導電膜１８０の平面領域より大きい。また、 前面透明導電膜１４０の第１方向の幅は、 半導体基板１１０の第１方向の幅と同じか、長いこともできる。また、 後面透明導電膜１８０の第１方向の幅と前記第１方向の幅に直交する第２方向の幅は、半導体基板１１０の第１方向の幅及び第２方向の幅より小さいことができる。

下記の表１は、後面透明導電膜１８０の端領域（Ａ１）の大きさ（幅）による太陽電池の特性の違いを実験したデータである。

前記表１を参照すると、半導体基板の後面の端領域（Ａ１）の大きさ（幅）に応じて、主に変る因子（factor）は、短絡電流密度（Ｊｓｃ）として、半導体基板の後面の端領域（Ａ１）の大きさ（幅）が２．０ｍｍで１．０ｍｍに減少することにより、短絡電流密度が増加し、変換効率（efficiency）が増加する傾向があるが、端領域（Ａ１）の大きさ（幅）が０．５ｍｍ未満になると、例えば、端領域（Ａ１）の大きさ（幅）が０．３ｍｍになると 端領域（Ａ１）の大きさ（幅）が０．５ｍｍである場合に比べて、フィルファクター（ＦＦ）が減少して、むしろ変換効率が 減少することがわかる。

これは、半導体基板の後面の端領域（Ａ１）の大きさ（幅）が０．５mm未満である場合、現実的に、後面透明導電膜１８０の一部が前面透明導電膜１４０と電気的に接続されてシャント（shunt）抵抗が減少したことが、その原因と考えられる。

したがって、半導体基板１１０の後面の端領域（Ａ１）の大きさ（幅）は例えば、０．５ｍｍ乃至１．５ｍｍ、特に０．５ｍｍ乃至１．０ｍｍの大きさ（幅）で形成することが望ましいことがわかる。

前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０は、それぞれスズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、セリウム（Ｃｅ）または水素（Ｈ）を不純物として含有する主成分が酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）からなる膜で形成され、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）またはガリウム（Ｇａ）を不純物として含有する主成分が酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる膜で形成され、フッ素（Ｆ）を不純物として含有する主成分が酸化スズ（ＳｎＯ２）膜で形成され、又はタンタル（Ｔａ）、またはチタニウム（Ｔｉ）の内、少なくとも一つを不純物として含有する主成分が酸化インジウムからなる膜で形成されることができる。

前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０は、同一の物質で形成されたり、別の物質で形成することができる。

ここで、「同一の物質」とは、主成分と不純物が同一の物質を言い、「別の物質」とは、主成分と不純物の内、少なくとも一つが異なる物質をいう。

前面透明導電膜１４０は、半導体基板１１０に入射される光の量を増加させるための反射防止作用をし、また、前面ドーピング層１３０に移動した電荷を前面集電極１５０に伝達する作用をする。

このような作用をする前面透明導電膜１４０は、反射防止特性を考慮し、約７０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さで形成することができる。

後面透明導電膜１８０は、後面反射（back reflect）作用をし、また、後面ドーピング層１７０に移動した電荷を後面集電極１９０に伝達する作用をする。

後面透明導電膜１８０は、前面透明導電膜１４０と、同一の厚さで形成されたり、別の厚さで形成することができる。

前面透明導電膜１４０上には前面集電極１５０が位置し、好ましく、前面集電極１５０は、半導体基板１１０の前面の中心領域（Ａ２）と端領域（Ａ１）にのみ位置する。つまり、前面集電極１５０は、半導体基板１１０の側面には、位置しない。したがって、前面集電極１５０は、前面ドーピング層１３０と物理的に直接接触しない。

前面集電極１５０は、第１方向（Ｘ−Ｘ）に延長され、平行に離隔された複数の第１フィンガー電極（１５０ａ）と、第１方向（Ｘ−Ｘ）と直交する第２方向（Ｙ−Ｙ）に延長され、複数の第１フィンガー電極（１５０ａ）と物理的に接続される少なくとも一つの第１バスバー電極（１５０ｂ）を含むことができ、導電性に優れた金属、例えば銀（Ａｇ）で形成することができる。

後面透明導電膜１８０の下に、すなわち、下部には、後面集電極１９０が位置し、好ましくは、後面集電極１９０は、半導体基板１１０の後面の中心領域（Ａ２）にのみ位置する。つまり、後面集電極１９０は、半導体基板１１０の後面の端領域（Ａ１）と、半導体基板１１０の側面には、位置しない。したがって、後面集電極１９０は、後面ドーピング層１７０と物理的に直接接触しない。

後面集電極１９０は、前面集電極１５０と同じ構造で形成することができる。この場合、後面集電極１９０は、第１方向（Ｘ−Ｘ）に延長され、平行に離隔された複数の第２フィンガー電極（１９０ａ）と、第２方向（Ｙ−Ｙ）に延長され、複数の第２フィンガー電極（１９０ａ）と物理的に接続される少なくとも一つの第２バスバー電極（１９０ｂ）を含むことができ、前面集電極１５０と同一の物質で形成することができる。

これとは異なり、後面集電極１９０と前面集電極１５０は、異なる導電性物質で形成することもできる。

一方、後面集電極１９０の第２バスバー電極（１９０ｂ）は、前面集電極１５０の第１バスバー電極（１５０ｂ）と、互いに対向する位置に位置することができる。

そして、第２方向に互いに隣接した第２フィンガー電極（１９０ａ）の間隔は、第２方向に互いに隣接した第１フィンガー電極（１５０ａ）の間隔より大きく形成することができる。

このように、前面集電極１５０と後面集電極１９０が同じ構造で形成された太陽電池は、両面型太陽電池として使用することができる。

以下、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施の形態に係る太陽電池について説明する。

図４は本発明の第２実施の形態に係る太陽電池の前面図であり、図５は、図４に示した太陽電池で、前面集電極が除去された状態を示す前面図である。

第２実施の形態の太陽電池を説明することに当たって、太陽電池の後面構造は、前述した第１実施の形態と同様に構成されるので、以下では、太陽電池の前面構造についてのみ説明し、前述した第１実施の形態と同一の符号については、詳細な説明を省略する。

第１実施の形態の太陽電池において、前面透明導電膜１４０は、半導体基板１１０の前面の中心領域（Ａ２）と端領域（Ａ１）に完全に形成され、また、半導体基板１１０の側面まで延長された。

しかし、本実施の形態の太陽電池においては、前面透明導電膜１４０が半導体基板１１０前面の端領域（Ａ１）の内、一部に不連続に形成された未形成部（Ａ３）を除外した残りの端領域（Ａ１）と中心領域（Ａ２）に形成される。

すなわち、本実施の形態において、半導体基板１１０の前面の端領域（Ａ１）には、前面透明導電膜１４０が形成されない未形成部（Ａ３）が存在し、未形成部（Ａ３）は、 端領域（Ａ１）の一部に不連続に形成される。

ここで、「不連続的に形成」とは、未形成部（Ａ３）が半導体基板１１０の端に沿って連続的に形成されてはいない形状をいい、このような形状の一例として、アイルランド（island）形状を言うことができる。

したがって、第１方向に隣接した未形成部（Ａ３）との間には、一定の間隔が維持される。

好ましく、未形成部（Ａ３）は、第１バスバー電極（１５０ｂ）の両側端部側にそれぞれ位置することができる。

半導体基板１１０の前面に位置する前面集電極１５０は、半導体基板１１０に入射される光を遮断するので、前面集電極１５０によるシェーディング損失（shading loss）が発生する。

そして、前面集電極１５０の第１バスバー電極（１５０ｂ）には、隣接する太陽電池との電気的接続のための配線が接合され、この配線は、隣接する太陽電池の方向で延長される。

したがって、前面集電極１５０及び隣接する太陽電池との電気的接続のための配線が位置する領域には、光が入射しないため、未形成部（Ａ３）を第１バスバー電極（１５０ｂ）の両方の端部側にそれぞれ位置させると、前面透明導電膜１４０が形成されない未形成部（Ａ３）の全体面積を減らすことができる。

第１バスバー電極（１５０ｂ）は、両方の端部の第１方向の幅（Ｗ１）が第２方向（Ｙ−Ｙ）に沿って両側端部の間に位置する残りの部分の第１方向の幅（Ｗ２）より大きく形成される。

そして、第１バスバー電極（１５０ｂ）の両側端部は、それぞれ、第１方向（Ｘ−Ｘ）に沿って未形成部（Ａ３）の両側に分割され、分割された部分との間には、未形成部（Ａ３）が位置する。つまり、第１バスバー電極（１５０ｂ）の両側端部は、未形成部（Ａ３））には、位置しない。したがって、第１バスバー電極（１５０ｂ）の両側端部が 未形成部（Ａ３）に位置する前面ドーピング層と物理的に接触しない。

この時、未形成部を除外した端領域の前面透明導電膜の上にも、第１フィンガー電極（１５０ａ）が位置することができ、分割された第１バスバー電極（１５０ｂ）の両側端部は、端領域（Ａ１）に延長され、第１フィンガー電極（１５０ａ）に物理的に接続することができる。

未形成部（Ａ３）の第１方向の幅（Ｗ３）は、第１バスバー電極（１５０ｂ）の残りの部分の第１方向の幅（Ｗ２）以下で形成することができ、未形成部（Ａ３）の第２方向の長さ（Ｌ１）は、第２方向（Ｙ−Ｙ）に隣接した２つの第１フィンガー電極（１５０ａ）との間の間隔（Ｄ１）より大きく、又は小さく形成することができ、同一に形成することもできる。

以下、図６を参照して、本発明の第３実施の形態に係る太陽電池について説明する。

図６は、本発明の第３実施の形態に係る太陽電池の断面図である。

第３実施の形態の太陽電池を説明するに当たって、太陽電池の前面構造は、前述した第１実施の形態または第２実施の形態と同様に構成されるので、以下では、太陽電池の後面構造についてのみ説明し、前述した第１実施の形態及び第２実施の形態と同一の図面符号については、詳細な説明を省略する。

第１実施の形態の太陽電池における後面集電極１９０は、第２フィンガー電極（１９０ａ）及び第２バスバー電極（１９０ｂ）で構成された。

しかし、本実施の形態の太陽電池においては、後面集電極１９０’が後面透明導電膜１８０の後面を全体的に覆う面電極（sheet electrode）で構成される。

このように、後面集電極１９０’が面電極で構成された太陽電池は、半導体基板１１０の後面を介して光が入射しないため、片面型太陽電池として使用することができる。

前術の太陽電池は、モジュール化工程により、太陽電池モジュールに製造することができる。

太陽電池モジュールは、隣接する太陽電池を配線（インターコネクタまたはリボン）に電気的に接続した複数の太陽電池を一対の基板の間に位置させ、封止材を両基板の間に配置してラミネート工程を実施することにより製造することができる。

以下、前述した太陽電池の製造方法について簡単に説明する。

先ず、第１実施の形態に係る太陽電池の製造方法について説明すると、ｎ型単結晶シリコン基板を洗浄して不純物を除去し、水酸化ナトリウム水溶液からなるエッチング液を用いてエッチングを行うことにより、シリコン基板の前面と後面にそれぞれテクスチャ表面を形成した半導体基板１１０を用意する。

次に、例えば、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、基板１１０の前面と側面にｉ型非晶質シリコンからなる前面パッシベーション層１２０とｐ型非晶質シリコンからなる前面ドーピング層１３０を順次形成し、基板１１０の後面と側面にｉ型非晶質シリコンからなる後面パッシベーション層１６０とｎ型非晶質シリコンからなる後面ドーピング層１７０を順次形成する。

したがって、半導体基板１１０の側面から前面パッシベーション層１２０、前面ドーピング層１３０、後面パッシベーション層１６０及び後面ドーピング層１７０が互いに重畳する。

次に、図７に示したスパッタリング（sputtering）装置を用いて、前面ドーピング層１３０上に前面透明導電膜１４０を形成するとともに、後面ドーピング層１７０の後面に後面透明導電膜１８０を形成する。

図７に示すスパッタリング装置は、半導体基板１１０の両面、すなわち前面と後面に透明導電膜（１４０、１８０）を同時に形成可能な装置として、真空蒸着原料物質（sputtering target）２００は、トレイ（tray）２１０に安置された半導体基板１１０の前面上と後面の下にそれぞれ位置する。

したがって、図７に示すスパッタリング装置を用いる場合、前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０は、同一のスパッタリング工程で同時に形成することができる。

この時、半導体基板１１０を安置するトレイ２１０は、半導体基板１１０の後面と物理的に直接接触する接触部２１２を備え、接触部２１２は、半導体基板１１０の後面の端領域（Ａ１）をカバーする形状に形成される。

したがって、図７に示すスパッタリング装置を用いて、前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０を形成すると、半導体基板１１０の前面の中心領域（Ａ２）と 端領域（Ａ１）に完全に形成され、半導体基板１１０の側面まで延長された前面透明導電膜１４０と、半導体基板１１０の後面の中心領域（Ａ２）にのみ形成された後面透明導電膜１８０を得ることができる。

前述の製造方法で成膜された前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０の結晶化のために一定温度で一定時間の間アニーリング（annealing）工程を実施することができる。

次いで、スクリーン印刷法を用いて、前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０上の所定の領域に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に銀（Ａｇ）粉末を混練した銀ペースト（Ａｇ paste）を前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０上のフィンガー電極領域とバスバー電極領域に形成し、設定温度で設定時間の間加熱することにより、銀ペーストを硬化して前面集電極１５０と後面集電極１９０を形成する。

以下、第２実施の形態に係る太陽電池の製造方法について説明すると、前述した第１実施の形態に係る太陽電池の製造方法と同様に、半導体基板１１０の前面と側面にｉ型非晶質シリコンからなる前面パッシベーション層１２０とｐ型非晶質シリコンからなる前面ドーピング層１３０を順に形成し、基板１１０の後面と側面にｉ型非晶質シリコンからなる後面パッシベーション層１６０とｎ型非晶質シリコンからなる後面ドーピング層１７０を順に形成する。

したがって、半導体基板１１０の側面から前面パッシベーション層１２０、前面ドーピング層１３０、後面パッシベーション層１６０及び後面ドーピング層１７０が互いに重畳する。

次に、図８に示したＲＰＤ（remote plasma deposition）装置を用いて、前面ドーピング層１３０上に前面透明導電膜１４０を形成するとともに、後面ドーピング層１７０の後面に後面透明導電膜１８０を形成する。

図８に示したＲＰＤ装置は、半導体基板１１０をフリップ（flipping）することにより、半導体基板１１０の両面、すなわち前面と後面に透明導電膜（１４０、１８０）を順次形成可能な装置として、真空蒸着原料物質（sputtering target）２００は、トレイ（tray）（２１０、２２０）に安置された半導体基板１１０の後面の下にのみ位置する。

したがって、図８に示すＲＰＤ装置を用いる場合、後面透明導電膜１８０と、前面透明導電膜１４０は、順次に形成することができる。

この時、後面透明導電膜１８０を形成するために、半導体基板１１０を安置するトレイ２１０は、半導体基板１１０の後面と物理的に直接接触する接触部２１２を備え、接触部２１２は、半導体基板１１０の後面の端領域（Ａ１）をカバーする形状に形成される。

そして、前面透明導電膜１４０を形成するために、半導体基板１１０を安置するトレイ２２０は、半導体基板１１０の前面と物理的に直接接触する接触部２２２を備え、接触部２１２は、半導体基板１１０の後面の端領域（Ａ１）の中で未形成部（Ａ３）をカバーする形状に形成される。

したがって、図８に示すＲＰＤ装置を用いて、後面透明導電膜１８０を形成すると、半導体基板１１０の後面の中心領域（Ａ２）のみ形成された後面透明導電膜１８０を得ることができる。

そして、後面透明導電膜１８０を形成した後、半導体基板１１０を裏返し、半導体基板１１０の前面がトレイ２２０の内部の安置部２２２と接触するように半導体基板１１０をトレイ２２０に安置した状態で、前面透明導電膜１４０を形成すると、半導体基板１１０の前面の中心領域（Ａ２）と、未形成部（Ａ３）を除外した端領域（Ａ１）に形成された前面透明導電膜１４０を得ることができる。

以降、必要な場合には、前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０の結晶化のためのアニーリング（annealing）工程を実施することができ、スクリーン印刷法を用いて、前面集電極１５０と後面集電極１９０を形成する。

Claims (24)

1. 第１導電型の結晶質半導体基板と、
   前記半導体基板の前面（front surface）及び側面(side surface)に位置し、前記半導体基板と異種接合を形成する前面ドーピング層と、
   前記半導体基板の後面（back surface）及び側面(side surface)に位置し、前記半導体基板と異種接合を形成する後面ドーピング層と、
   前記前面ドーピング層の上に位置する前面透明導電膜と、
   前記後面ドーピング層の下に位置する後面透明導電膜と
   を含み、
   前記前面ドーピング層と、前記後面ドーピング層の中のいずれか１つは、前記半導体基板とｐ−ｎ接合を形成するように前記第１導電型の反対の第２導電型で形成され、前記前面ドーピング層と、前記後面ドーピング層の内、他の一つは、前記第１導電型で形成され、
   前記前面透明導電膜の表面積は、前記後面透明導電膜の表面積より広く形成され、
   前記半導体基板の側面から前記前面透明導電膜は前記後面ドーピング層をカバーし、
   前記前面透明導電膜の第１方向の幅は、前記半導体基板の第１方向の幅と、同一に形成されるか、前記半導体基板の第１方向の幅より大きく形成され、
   前記半導体基板の前記前面の端の領域の内、少なくとも一部の領域には、前記前面透明導電膜が形成されない、太陽電池。
2. 前記前面透明導電膜が形成されない領域は、前記半導体基板の前記前面の端の領域の内、一部の領域に局部的に位置する、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記前面透明導電膜が形成されない領域は、互いに離隔した複数本からなる、請求項２に記載の太陽電池。
4. 前記後面透明導電膜の第１方向の幅と第２方向の幅は、前記半導体基板の第１方向の幅と第２方向の幅よりそれぞれ小さく形成される、請求項１に記載の太陽電池。
5. 前記半導体基板の前記後面の端の領域には、前記後面の透明導電膜が形成されない、請求項４に記載の太陽電池。
6. 前記後面透明導電膜が形成されない領域は、前記半導体基板の端に沿って連続的に形成される、請求項５に記載の太陽電池。
7. 前記半導体基板の前記前面及び前記後面は前記半導体基板の端（edge）から前記半導体基板の内側に前記端に沿って連続的に形成された端領域と、前記端の領域を除外した残りの領域である中心領域をそれぞれ含み、
   前記前面透明導電膜は、前記前面の端の領域と中心領域に完全に（entirely）形成されるか、前記前面の端の領域の内、一部に不連続に形成された未形成部を除外した残りの前記端領域及び前記中心領域に形成され、
   前記後面透明導電膜は、前記後面の端の領域を除外した前記中心領域のみに形成される、請求項１に記載の太陽電池。
8. 前記半導体基板の前記後面の端の領域は、０．５mm乃至１．５mmの幅で形成される、請求項７に記載の太陽電池。
9. 前記半導体基板の前記後面の端の領域は、０．５mm乃至１．０mmの幅で形成される、請求項７に記載の太陽電池。
10. 前記半導体基板の前記前面及び前記後面の内、少なくとも一つは、複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面に形成される、請求項７に記載の太陽電池。
11. 前記半導体基板は、ｎ型不純物を含み、前記前面ドーピング層は、ｐ型不純物を含有したｐ型非晶質シリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ）で形成され、前記後面ドーピング層は、ｎ型不純物を含有したｎ型非晶質シリコン（ｎ−ａ−Ｓｉ）で形成される、請求項７に記載の太陽電池。
12. 前記前面透明導電膜の上に位置する前面集電極と前記後面透明導電膜の下に位置する後面集電極をさらに含む、請求項７に記載の太陽電池。
13. 前記前面集電極は、前記前面ドーピング層と物理的に直接接触せず、前記後面集電極は、前記後面ドーピング層と物理的に直接接触しない、請求項１２に記載の太陽電池。
14. 前記前面集電極は、第１方向に延長された複数の第１フィンガー電極と、前記第１方向と直交する第２方向に延長され、複数の第１フィンガー電極と物理的に接続される少なくとも一つの第１バスバー電極を含み、前記後面集電極は、前記第１方向に延長された複数の第２フィンガー電極と前記第２方向に延長され、複数の第２フィンガー電極と物理的に接続される少なくとも一つの第２バスバー電極を含むか、前記後面透明導電膜の後面を全体的に覆う面電極（sheet electrode）を含む、請求項１３に記載の太陽電池。
15. 前記未形成部は、少なくとも一つの前記第１バスバー電極の両側端部側にそれぞれ位置する、請求項１４に記載の太陽電池。
16. 前記第１バスバー電極の両側端部の第１方向の幅は、前記第２方向に沿って、前記両方の端部の間に位置する残りの部分の第１方向の幅より大きく形成される、請求項１５に記載の太陽電池。
17. 前記少なくとも一つの第１バスバー電極の両側端部は、それぞれ前記第１方向に沿って、前記未形成部の両側に分割され、分割された部分との間には、前記未形成部が位置する、請求項１６に記載の太陽電池。
18. 前記未形成部を除外した前記端の領域の前記前面透明導電膜の上にも前記第１フィンガー電極が位置し、前記分割された第１バスバー電極の両側端部は、前記端の領域に延長されて前記第１フィンガー電極に物理的に接続される、請求項１６に記載の太陽電池。
19. 前記未形成部の第１方向の幅は、少なくとも一つの前記第１バスバー電極の前記残りの部分の第１方向の幅以下に形成される、請求項１６に記載の太陽電池。
20. 前記未形成部の第２方向の長さは、前記第２方向に隣接した２つのフィンガー電極間の間隔より小さく形成される、請求項１６に記載の太陽電池。
21. 前記前面ドーピング層と前記半導体基板との間に位置する前面パッシベーション層と、前記後面ドーピング層と前記半導体基板との間に位置する後面パッシベーション層とをさらに含む、請求項１４に記載の太陽電池。
22. 前記前面パッシベーション層と、前記後面パッシベーション層は、真性非晶質シリコン（i−a−Si）またはトンネル酸化膜（tunnel oxide）で形成される、請求項２１に記載の太陽電池。
23. 前記前面パッシベーション層と、前記後面パッシベーション層の内、少なくとも一つは、前記半導体基板の側面上に、さらに位置する、請求項２１に記載の太陽電池。
24. 前記前面パッシベーション層、前記後面パッシベーション層、前記前面ドーピング層と、前記後面ドーピング層は、前記半導体基板の側面から互いに重畳する、請求項２３に記載の太陽電池。