JP6430090B1 - 太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
<1−1.太陽電池素子>
第1実施形態に係る太陽電池素子10の構成を、図1から図4に基づいて説明する。ここでは、太陽電池素子10の一例として、PERC(Passivated Emitter Rear Cell)型の太陽電池素子を挙げて説明する。
次に、太陽電池素子10の製造方法の各工程について、図5から図11を用いて詳細に説明する。
Etching:RIE)法などを使用したドライエッチングを用いることができる。
Deposition:PECVD)法またはスパッタリング法を用いて形成することができる。例えば、PECVD法を用いる場合には、事前に半導体基板1を反射防止層5の成膜中の温度よりも高い温度で加熱しておく。その後、シラン(SiH4)とアンモニア(NH3)との混合ガスを、窒素(N2)で希釈し、50Paから200Paの反応圧力において、グロー放電分解でプラズマ化させて、加熱した半導体基板1上に堆積させることで反射防止層5を形成する。このとき、成膜温度を350℃から650℃程度とし、事前加熱する温度を成膜温度よりも50℃程度高くする。また、グロー放電に必要な高周波電源の周波数を、10kHzから500kHzとする。また、ガスの流量は反応室の大きさなどによって適宜決定される。ガスの流量は、例えば150ml/分(sccm)から6000ml/分(sccm)の範囲とされる。シランの流量Aとアンモニアの流量Bとの流量比(B/A)は、例えば0.5から15とされる。
次に、第1実施形態に係る太陽電池素子10の実施例について説明する。第1実施形態に係る太陽電池素子10の実施例は、次のようにして作製した。
上記のように作製した太陽電池素子10の実施例および参考例のそれぞれについて、第1素子面10a側の出力取出電極6aと、第2素子面10b側の第2電極7と、に端子を取り付けた。また、太陽電池素子10の実施例および参考例のそれぞれの第1素子面10aが被写体となるように、撮像素子を配置した。そして、太陽電池素子10の実施例および参考例のそれぞれについて、出力取出電極6aと第2電極7との間に一定の電流を流しながら、第1素子面10aにおける発光(Electro Luminescence:EL)の状態を撮像素子で撮影する検査(太陽電池EL検査ともいう)を実施した。このとき、太陽電池EL検査装置(ITES製のPVX100)を使用した。
上記のように作製した太陽電池素子10の実施例について、第1素子面10aにおける外周部から約15mmの位置(第1測定位置ともいう)と、第1素子面10aにおける外周部から約70mmの位置(第2測定位置ともいう)とについて、反射率の測定を行った。ここでは、300nmから1200nmの波長範囲について、10nm毎の波長の光を時間順次に第1素子面10aに照射し、その際の第1素子面10aからの反射光を積分球で集光し、ダイオードを用いて反射光の強度を測定した。つまり、波長が300nmの光を第1素子面10aに照射して反射光の強度を測定し、波長が310nmの光を第1素子面10aに照射して反射光の強度を測定し、・・・、波長が1200nmの光を第1素子面10aに照射して反射光の強度を測定した。このとき、各波長の光を第1素子面10a上の10mm四方の領域に照射した。そして、各波長の光について、第1素子面10aにおける反射光の強度(第1強度ともいう)I1を、第1素子面10aに照射した入射光の強度(第2強度ともいう)I2で除することで、反射率R(=(I1/I2)×100)[%]を算出した。
第1実施形態に係る太陽電池素子10では、例えば、半導体基板1の第1面1a側に被覆部Pc1が存在している。この被覆部Pc1は、パッシベーション層9と反射防止膜5とを含む複数の層が積層された状態で存在している積層部分Ps1を有している。この積層部分Ps1では、パッシベーション層9は、第1面1aにおける外周部1op側から中央部1cp側に近づくにつれて厚さが減少している状態にある変厚領域Ad1を有している。換言すれば、半導体基板1の第1面1a側では、第1面1aの外周部1op側に近づくにつれて、結晶欠陥の密度に対応して厚さが増加するようにパッシベーション層9が位置している。この場合には、例えば、半導体基板1の表面では、パッシベーション層9の存在によって、未結合手の終端化などによる結晶欠陥の不活性化が実現される。これにより、例えば、半導体基板1のうちの第1面1a側において少数キャリアの再結合が低減され得る。そして、上記変厚領域Ad1は、例えば、上述した太陽電池素子10の製造方法によって容易に形成され得る。したがって、太陽電池素子10における光電変換効率が容易に向上し得る。
本開示は上述の第1実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
上記第1実施形態において、例えば、図14で示されるように、半導体基板1の第1面1aの上に、反射防止層5が位置し、この反射防止層5の上にパッシベーション層9が位置していてもよい。具体的には、例えば、半導体基板1の第1面1a側に位置している被覆部Pc1Aが、上記第1実施形態の被覆部Pc1を基本構成として、パッシベーション層9と反射防止層5との位置が上下逆に変更されたものでもよい。
上記各実施形態において、例えば、図15で示されるように、半導体基板1の第1面1a側にも、保護層11が位置していてもよい。具体的には、例えば、半導体基板1の第1面1a側に位置している被覆部Pc1Bが、上記第1実施形態の被覆部Pc1を基本構成として、パッシベーション層9と反射防止層5との間に保護層11が位置するように変更されたものでもよい。図15の例では、被覆部Pc1Bは、半導体基板1の第1面1aの上に位置しているパッシベーション層9と、このパッシベーション層9の上に位置している保護層11と、この保護層11の上に位置している反射防止層5と、を有している。このような保護層11は、例えば、次のようにして形成され得る。
上記各実施形態において、例えば、図16および図17で示されるように、第1面1aの中央部1cpおよびその周辺にも、パッシベーション層9が存在していてもよい。具体的には、例えば、半導体基板1の第1面1a側に位置している被覆部Pc1Cが、上記第1実施形態の被覆部Pc1を基本構成として、第1面1aの中央部1cpおよびその周辺にもパッシベーション層9が存在するように変更されたものでもよい。図16および図17の例では、半導体基板1の第1面1aを平面透視した場合に、被覆部Pc1Cにおいて、パッシベーション層9は、第1面1aの中央部1cpの上に位置している領域(存在領域ともいう)Pm1Cを有している。このとき、存在領域Pm1Cにおけるパッシベーション層9の厚さは、パッシベーション層9の素材および固定電荷密度の大きさなどに応じて変更されるが、例えば、5nm以下とされる。この場合には、例えば、半導体基板1の第1面1a側における中央部1cpの表層部において、未結合手の終端化などによる結晶欠陥の不活性化によって、少数キャリアの再結合が生じにくくなる。その一方で、例えば、パッシベーション層9が負の固定電荷を有していても、パッシベーション層9の厚さが5nm以下であれば、少数キャリアの再結合は増加しにくい。したがって、例えば、太陽電池素子10における光電変換効率が向上し得る。また、図17において、第1面1aの中央部1cpおよびその周辺に存在しているパッシベーション層9は、一定の膜厚を有しているが、中央部1cpのパッシベーション層9も外周部1op側に近づくにつれて、膜厚が厚くなるように位置していてもよい。
上記各実施形態では、例えば、半導体基板1の第1面1a側において、酸化アルミニウムを主成分とするパッシベーション層9の上に、さらにシリカの層が位置していてもよい。この場合には、例えば、積層部分Ps1にシリカの層が加わることで、第1素子面10aの外周部1op側の領域における反射率が低減され得る。
1a 第1面
1b 第2面
1c 第3面
1cp 中央部
1fi 第1半導体基板
1op 外周部
1se 第2半導体基板
2 第2半導体領域
3 第1半導体領域
4 第3半導体領域
5 反射防止層
6 第1電極
7 第2電極
8 第3電極
9 パッシベーション層(第1パッシベーション層)
10 太陽電池素子
10a 第1素子面
10b 第2素子面
11 保護層
Ad1,Ad1A 変厚領域
Lf0 カセット
Pc1,Pc1A,Pc1B,Pc1C 被覆部
Pm1 不存在領域
Pm1C 存在領域
Ps1,Ps1A,Ps1B 積層部分
Tr0 溝部
Claims (10)
- 第1面側に存在している第1導電型の第1半導体領域と、前記第1面とは逆側の第2面側に位置している前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2半導体領域と、を有する半導体基板と、
該半導体基板の前記第1面側に位置している被覆部と、を備え、
該被覆部は、パッシベーション層と反射防止層とを含む複数の層が積層された状態で存在している積層部分を有し、
前記積層部分において、前記パッシベーション層は、前記第1面の外周部側から中央部側に近づくにつれて厚さが減少している状態にある領域を有している、太陽電池素子。 - 請求項1に記載の太陽電池素子であって、
前記積層部分において、前記パッシベーション層は、前記第1面に接している状態で位置している、太陽電池素子。 - 請求項1に記載の太陽電池素子であって、
前記積層部分において、前記反射防止層は、前記第1面に接している状態で位置している、太陽電池素子。 - 請求項1から請求項3の何れか1つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
前記積層部分において、前記パッシベーション層と前記反射防止層とが接している状態で位置している、太陽電池素子。 - 請求項1から請求項4の何れか1つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
前記積層部分における青色光から紫外光にかけた波長域に係る反射率は、前記第1面のうちの前記外周部側から前記中央部側に近づくにつれて減少している状態にある、太陽電池素子。 - 請求項1から請求項5の何れか1つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
前記パッシベーション層は、前記半導体基板の、前記第1面側、前記第2面側、および前記第1面と前記第2面とをつないでいる状態にある第3面側に位置している、太陽電池素子。 - 請求項6に記載の太陽電池素子であって、
前記半導体基板の前記第2面側において、前記パッシベーション層上に保護層が位置している、太陽電池素子。 - 請求項1から請求項7の何れか1つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
前記第1面を平面透視した場合に、前記パッシベーション層は、前記中央部の上に位置している領域を有している、太陽電池素子。 - 請求項1から請求項8の何れか1つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
前記反射防止層は、前記第1面の前記中央部に接している状態で位置している、太陽電池素子。 - 第1面側に存在している第1導電型の第1半導体領域と、前記第1面とは逆側の第2面側に存在している前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2半導体領域と、をそれぞれ有する、第1半導体基板および第2半導体基板、を準備する第1工程と、
前記第1半導体基板の前記第1面と、前記第2半導体基板の前記第1面と、が接近し且つ対向するように、前記第1半導体基板と前記第2半導体基板とを配置している状態で、前記第1半導体基板および前記第2半導体基板のそれぞれの表面の上に、パッシベーション層を形成する第2工程と、を有し、
前記第2工程において、前記第1半導体基板および前記第2半導体基板のそれぞれの前記第1面における外周部側から中央部側に近づくにつれて厚さが減少している状態にある領域を有するように前記パッシベーション層を形成する、太陽電池素子の製造方法。
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