JP6982947B1 - 太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュール - Google Patents

太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】耐ＰＩＤ性能と発電効率を向上させる太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールを提供する。【解決手段】基板１０と、第２パッシベーション層２０、分極現象弱化層１８及び窒化ケイ素層１９とを含み、第２パッシベーション層２０は、少なくとも一層の酸化アルミニウムＡｌｘＯｙを含み、酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８＜ｙ／ｘ＜１．６を満たし、少なくとも一層の酸化アルミニウムの全体の屈折率は１．４〜１．６であり、酸化アルミニウム層１７の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、分極現象弱化層１８は、少なくとも一層の酸窒化ケイ素ＳｉｒＯｓＮｔを含み、ｒ＞ｓ＞ｔであり、屈折率は１．５〜１．８であり、厚さは１ｎｍ〜３０ｎｍであり、窒化ケイ素ＳｉｕＮｖにおけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１＜ｕ／ｖ＜４を満たし、窒化ケイ素層１９の屈折率は、１．９〜２．５であり、厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、太陽電池の技術分野に関し、特に太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールに関する。
従来のＰＥＲＣ（Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｅｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ Ｒｅａｒ Ｃｅｌｌ、不動態化エミッタ及びリアセル）電池には、酸化アルミニウム／窒化ケイ素積層を裏面パッシベーション層として用いられ、酸化アルミニウムフィルムは、高い固定負電荷密度を有し、大量の固定負電荷がシリコン表面の電子を遮蔽することができ、これによって、再結合に使用できる電子を減らし、キャリアの表面での再結合を抑制する目的を達成することができる。現在、ＰＥＲＣは既に太陽電池技術の主流となっている。しかしながら、ＰＥＲＣ関連の光起電力モジュールについては、電位誘発減衰効果（ＰＩＤ、Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）は、電池の性能に深刻な悪影響を及ぼし、変換効率を低下させてしまうおそれがある。ＰＩＤ効果を引き起こす重要な原因は、太陽電池の発電過程において、電池セルと光起電力モジュールの他の構造（例えば、パッケージング材料）との間に形成された電位差が電池セルにおける正常な電流経路を乱し、それによって、電力減衰、発電量の減少の不都合を示すようになる、ことを含む。したがって、如何にしてＰＥＲＣ電池の耐ＰＩＤ効果を改善し、かつ高効率を維持するかは、非常に重要となっている。
本発明の実施形態は、太陽電池の耐ＰＩＤ性能を向上させ、太陽電池の発電効率を向上させることができる太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールを提供することを目的とする。
上記の技術的課題を解決するために、本発明の実施形態には、太陽電池が提供され、前記太陽電池は、基板と、前記基板の前面に位置しかつ前記基板から離れる方向に順次設置されたエミッタ、第１パッシベーション層及び第１反射防止層と、前記基板の裏面に位置しかつ前記基板から離れる方向に順次設置された第２パッシベーション層、分極現象弱化層及び少なくとも一層の窒化ケイ素層ＳｉｕＮｖとを含み、前記第２パッシベーション層は、少なくとも一層の酸化アルミニウム層ＡｌｘＯｙを含み、そのうち、酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８＜ｙ／ｘ＜１．６を満たし、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層の全体の屈折率は１．４〜１．６であり、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記分極現象弱化層は、少なくとも一層の酸窒化ケイ素層ＳｉｒＯｓＮｔを含み、そのうち、ｒ＞ｓ＞ｔであり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の屈折率は１．５〜１．８であり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであり、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層におけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１＜ｕ／ｖ＜４を満たし、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層の屈折率は、１．９〜２．５であり、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
また、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層は、積層して設置された複数層の窒化ケイ素ユニット層を含み、前記基板から離れる方向において、前記複数層の窒化ケイ素ユニット層は、積層して設置された第１窒化ケイ素ユニット層、第２窒化ケイ素ユニット層及び第３窒化ケイ素ユニット層を含み、そのうち、前記第１窒化ケイ素ユニット層の厚さは、５ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の厚さは、２０ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の厚さは、４０ｎｍ〜７５ｎｍである。
また、前記基板から離れる方向において、前記複数層の窒化ケイ素ユニット層の屈折率は層ごとに減少し、前記第１窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２．１〜２．５であり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２〜２．３であり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、１．９〜２．１である。
また、前記酸窒化ケイ素層は、ケイ素に富む層であり、そのうち、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３である。
また、前記第２パッシベーション層は、酸化ケイ素層をさらに含み、前記酸化ケイ素層は、前記基板と前記酸化アルミニウム層との間に介在する。
また、前記酸化ケイ素層の厚さは、０．１ｎｍ〜５ｎｍである。
本発明の実施形態には、光起電力モジュールがさらに提供され、前記光起電力モジュールは、少なくとも１つの太陽電池ストリングを含み、前記太陽電池ストリングは、上記の太陽電池を電気的に接続することで構成されている。
本発明の実施形態には、太陽電池の製造方法がさらに提供され、前記太陽電池の製造方法は、
基板を提供することと、
前記基板の前面にかつ前記基板から離れる方向にエミッタ、第１パッシベーション層、第１反射防止層を順次形成することと、
前記基板の裏面にかつ前記基板から離れる方向に第２パッシベーション層、分極現象弱化層、少なくとも一層の窒化ケイ素層ＳｉｕＮｖを順次形成することと、を含み、
形成された前記第２パッシベーション層は、少なくとも一層の酸化アルミニウム層ＡｌｘＯｙを含み、そのうち、酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８＜ｙ／ｘ＜１．６を満たし、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層の全体の屈折率は１．４〜１．６であり、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、形成された前記分極現象弱化層は、少なくとも一層の酸窒化ケイ素層ＳｉｒＯｓＮｔを含み、そのうち、ｒ＞ｓ＞ｔであり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の屈折率は１．５〜１．８であり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであり、形成された前記少なくとも一層の窒化ケイ素層におけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１＜ｕ／ｖ＜４を満たし、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層の屈折率は、１．９〜２．５であり、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
また、第２パッシベーション層を形成することは、前記基板の裏面に前記少なくとも一層の酸化アルミニウムを堆積し、その反応物は、アルゴンガス、トリメチルアルミニウム及び笑気ガスであり、そのうち、前記アルゴンガス、前記トリメチルアルミニウム及び前記笑気ガスのガス流量比は、１：１：１〜１．５：１：２であることを含む。
また、分極現象弱化層を形成することは、前記酸化アルミニウム層の表面に前記分極現象弱化層における少なくとも一層の酸窒化ケイ素を堆積し、その反応物は、シラン、アンモニアガス及び笑気ガスであり、そのうち、前記シラン、前記アンモニアガス及び前記笑気ガスのガス流量比は、１：１：３〜１：４：６であることを含む。
また、分極現象弱化層を形成することは、前記酸化アルミニウム層の表面に、まず中間酸化ケイ素層を堆積して形成し、その反応物は、シランと笑気ガスであり、そのうち、前記シランと前記笑気ガスのガス流量比は、１：３〜１：６であることと、前記中間酸化ケイ素層を形成した後にアンモニアガスを導入して反応させて前記酸窒化ケイ素層を形成することと、を含む。
また、前記中間酸化ケイ素層を形成した後にアンモニアガスを導入して反応させて酸窒化ケイ素層を形成するステップにおいて、前記アンモニアガスは、前記窒化ケイ素層を製造する際に導入されたガスである。
また、少なくとも一層の窒化ケイ素層を形成することは、前記酸窒化ケイ素層の表面に前記少なくとも一層の窒化ケイ素層を堆積し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、そのうち、前記シランと前記アンモニアガスのガス流量比は、１：１．３〜１：４であることを含む。
また、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層は、三層の窒化ケイ素ユニット層を含み、前記三層の窒化ケイ素ユニット層を形成することは、前記酸窒化ケイ素層の表面に第１窒化ケイ素ユニット層を形成し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、前記シランと前記アンモニアガスのガス流量比は、１：１．３〜１：１．５であることと、前記第１窒化ケイ素ユニット層の表面に第２窒化ケイ素ユニット層を形成し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、そのうち、前記シランと前記アンモニアガスのガス流量比は、１：１．５〜１：２．２であることと、前記第２窒化ケイ素ユニット層の表面に第３窒化ケイ素ユニット層を形成し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、そのうち、前記シランと前記アンモニアガスのガス流量比は、１：２．２〜１：４であることと、を含む。
また、前記第１窒化ケイ素ユニット層の厚さは、５ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の厚さは、２０ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の厚さは、４０ｎｍ〜７５ｎｍである。
また、前記第１窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２．１〜２．５であり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２〜２．３であり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、１．９〜２．１である。
また、第２パッシベーション層を形成することは、前記基板と前記酸化アルミニウム層との間に酸化ケイ素層を形成して前記酸化アルミニウム層と前記基板とを離隔することをさらに含む。
また、前記酸化ケイ素層の厚さは、０．１ｎｍ〜５ｎｍである。
従来技術と比べて、本発明の実施形態には、太陽電池が提供され、前記太陽電池は、基板と、基板の前面に位置しかつ基板から離れる方向に順次設置されたエミッタ、第１パッシベーション層及び第１反射防止層とを含む。太陽電池の裏面に緻密な分極現象弱化層及び少なくとも一層の窒化ケイ素層を増設することにより、パッシベーションと入射光の総合的な利用率を効果的に高め、層間の電位差を小さくし、電池の短絡電流及び開放電圧を向上させるとともに、当該構造を有する電池の耐ＰＩＤ性能を向上させ、電池の高い変換効率を確保することができる。本発明において、酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８＜ｙ／ｘ＜１．６を満たし、少なくとも一層の酸化アルミニウムの全体の屈折率は１．４〜１．６であり、酸化アルミニウム層の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、少なくとも一層の酸窒化ケイ素ＳｉｒＯｓＮｔについて、そのうち、ｒ＞ｓ＞ｔであり、少なくとも一層の酸窒化ケイ素の屈折率は１．５〜１．８であり、酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであり、窒化ケイ素ＳｉｕＮｖにおけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１＜ｕ／ｖ＜４を満たし、窒化ケイ素層の屈折率は、１．９〜２．５であり、窒化ケイ素層の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。窒化ケイ素層、酸化アルミニウム層及び酸窒化ケイ素層における各原子の原子数の大小関係を限定することにより、前記太陽電池の裏面の各膜層の屈折率を適切な屈折率の範囲内にし、太陽電池の裏面全体膜層の屈折率が適切な屈折率の範囲内にありかつ各膜層に適した厚さを有する場合、太陽電池の光利用率を向上させ、電池の光変換効率を向上させることができる。
一つ又は複数の実施形態は、対応する添付の図面における図で例示的に説明されるが、これらの例示的な説明は、実施形態を限定するものではなく、添付の図面における同じ参照番号を持つ部品は類似の部品を表し、特に断りのない限り、添付の図面における図は比例上の制限を形成しない。
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の構成を示す図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の別の構成を示す図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の別の構成を示す図である。 図４は、本発明の第３実施形態に係る太陽電池の製造方法の流れを示す図である。 図５は、本発明の比較例における太陽電池の構成を示す図である。
本発明の目的、技術考案及び利点をより明確にするために、以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態を詳しく説明する。しかしながら、本発明の各実施形態において、本発明に対する理解を便宜にするために、多くの技術的細部まで記載されているが、これらの技術的細部及び以下の各実施形態に基づく各種の変化及び修正がなくても、本発明が保護しようとする技術考案を実現可能であることは、当業者にとっては自明なことである。
本発明には、太陽電池が提供され、前記太陽電池は、基板と、基板の前面に位置しかつ基板から離れる方向に順次設置された第１パッシベーション層及び第１反射防止層と、基板の裏面に位置しかつ基板から離れる方向に順次設置された第２パッシベーション層、分極現象弱化層及び窒化ケイ素層とを含む。第２パッシベーション層は、少なくとも一層の酸化アルミニウムＡｌｘＯｙを含み、そのうち、酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８＜ｙ／ｘ＜１．６を満たし、少なくとも一層の酸化アルミニウムの全体の屈折率は１．４〜１．６であり、前記酸化アルミニウム層の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍである。分極現象弱化層は、少なくとも一層の酸窒化ケイ素ＳｉｒＯｓＮｔを含み、そのうち、ｒ＞ｓ＞ｔであり、少なくとも一層の酸窒化ケイ素の屈折率は１．５〜１．８であり、前記酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍである。前記窒化ケイ素ＳｉｕＮｖにおけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１＜ｕ／ｖ＜４を満たし、窒化ケイ素層の屈折率は、１．９〜２．５であり、前記窒化ケイ素層の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
特定の酸化アルミニウム層と窒化ケイ素層との間に酸窒化ケイ素を含む分極現象弱化層を設けることで、酸化アルミニウムと窒化ケイ素の膜層の間の電位差を小さくし、電池の耐ＰＩＤ性能を向上させ、電池の高い変換効率を確保することができる。また、酸化アルミニウム層、酸窒化ケイ素層及び窒化ケイ素層における各原子の原子数の大小関係を限定することにより、前記太陽電池の裏面の各膜層の屈折率を適切な屈折率の範囲内にする。太陽電池の裏面の各膜層の屈折率が適切な屈折率の範囲内にありかつ各膜層に適した厚さを有する場合、太陽電池の光利用率を向上させ、電池の光変換効率を向上させることができる。
以下、本発明の太陽電池の幾つかの実施例を詳しく説明するが、以下の内容は、理解を容易にするための実施細部のみであり、本考案を実施するための必須なものではない。
図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池の構成を示す図である。
図１に示されるように、前記太陽電池は、基板１０を含む。基板１０は、真性シリコン基板１１とエミッタ１２とを含み、真性シリコン基板１１とエミッタ１２とはＰＮ接合を形成する。例えば、真性シリコン基板１１は、Ｐ型基板であってもよく、エミッタ１２は、Ｎ型ドープ層であってもよく、Ｐ型基板とＮ型ドープ層は共にＰＮ接合構造を構成する。選択できるように、真性シリコン基板１１は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、擬似単結晶シリコン基板等を含むが、これらに限らない。なお、基板１０の前面とは、太陽に面する受光面を指し、基板１０の裏面とは、前記前面と対向する面、即ちバックライト面を指す。具体的に、エミッタ１２に近い面は前面であり、真性シリコン基板１１に近い面は裏面である。
前記太陽電池は、基板１０の前面に位置しかつ基板１０から離れる方向に順次積層して設置された第１パッシベーション層１３及び第１反射防止層１４をさらに含む。一部の実施例では、前記太陽電池は、第１パッシベーション層１３と第１反射防止層１４を貫通しかつ基板１０のエミッタ１２とオーミック接触を形成する第１電極１５をさらに含む。
そのうち、第１パッシベーション層１３は、酸化アルミニウム層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層等を含むが、これらに限らなく、第１パッシベーション層１３はキャリアの再結合を低減し、太陽電池の開放電圧を向上させ、短絡電流を上昇させることに用いられる。第１反射防止層１４は、第１パッシベーション層１３と類似または実質的に同一の層として設置されてもよく、例えば、酸化アルミニウム層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層等を含むが、これらに限らない。第１反射防止層１４は、電池表面への光入射の反射率を低減する機能を果たすだけでなく、電池の表面をパッシベーションする機能も果たす。
前記太陽電池は、基板１０の裏面に位置しかつ基板１０から離れる方向に順次積層して設置された第２パッシベーション層２０、分極現象弱化層１８及び少なくとも一層の窒化ケイ素層１９をさらに含む。一部の実施例では、前記太陽電池は、第２パッシベーション層２０、分極現象弱化層１８及び少なくとも一層の窒化ケイ素層１９を貫通しかつ基板１０とオーミック接触を形成する第２電極２１をさらに含む。
第２パッシベーション層２０は、少なくとも一層の酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ（即ち、酸化アルミニウム層１７）を含み、ＡｌｘＯｙにおける酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８〜１．６であり、即ち０．８＜ｙ／ｘ＜１．６であり、選択できるように、０．８＜ｙ／ｘ≦１、１＜ｙ／ｘ＜１．５、または、１．５≦ｙ／ｘ＜１．６である。前記酸化アルミニウム層１７の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、選択できるように、前記酸化アルミニウム層１７の厚さは、５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ等である。前記の特定の厚さを有する酸化アルミニウム層１７を形成する場合、前記酸化アルミニウム層１７における酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８〜１．６に制御され、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層１７の屈折率は１．４〜１．６であり、選択できるように、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層１７の屈折率は１．５５〜１．５９である。なお、酸化アルミニウム層１７が複数層設けられている場合、ここでいう屈折率は、全ての酸化アルミニウム層の全体屈折率であり、即ち、複数層の酸化アルミニウム層の全ての膜層の全体屈折率は１．４〜１．６であり、選択できるように、複数層の酸化アルミニウム層の全ての膜層の全体屈折率は１．５５〜１．５９である。
図１に示すように、第２パッシベーション層２０は、酸化ケイ素層１６をさらに含む。酸化ケイ素層１６は、基板１０と酸化アルミニウム層１７との間に介在する。基板１０と酸化アルミニウム層１７との間に酸化ケイ素層１６を形成して前記酸化アルミニウム層１７と前記基板１０とを離隔することにより、前記酸化アルミニウム層１７と前記基板１０とが直接接触することを回避することができる。緻密な酸化ケイ素層１６ＳｉＯ２の化学的性質が安定しており、基板１０の表面のダングリングボンドを良好に化学的パッシベーションすることができる。そのうち、酸化ケイ素層１６の厚さは、０．１ｎｍ〜５ｎｍであり、選択できるように、酸化ケイ素層１６の厚さは、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ等である。
実験により検証した結果、酸化ケイ素を含まないパッシベーション層と比べて、特別に設計された酸化ケイ素層１６を追加し、例えば、酸化ケイ素層１６の厚さを０．１ｎｍ〜５ｎｍに設定することにより、ＰＩＤの改善率は２１．２％〜２７．７％にも達する。
分極現象弱化層１８は、少なくとも一層の酸窒化ケイ素ＳｉｒＯｓＮｔを含み、ＳｉｒＯｓＮｔにおいて、ケイ素含有量＞酸素含有量＞窒素含有量であり、即ちｒ＞ｓ＞ｔである。前記酸窒化ケイ素層は、ケイ素に富む層であり、そのうち、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３である。前記分極現象弱化層１８は両側の膜層間の電池差を小さくして耐ＰＩＤ効果を高めることに用いられる。幾つかの実施例では、前記分極現象弱化層１８における酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであり、選択できるように、前記酸窒化ケイ素層の厚さは、６ｎｍ、１１ｎｍ、１６ｎｍ、２１ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ等である。前記の特定の厚さを有する酸窒化ケイ素層を形成する場合、前記酸窒化ケイ素層において、ケイ素含有量＞酸素含有量＞窒素含有量であり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の屈折率は、１．５〜１．８である。なお、酸窒化ケイ素層が複数層設けられている場合、ここでいう屈折率は、全ての酸窒化ケイ素層の全体屈折率であり、即ち、複数層の酸窒化ケイ素層の全ての膜層の全体屈折率は１．５〜１．８である。
実験により検証した結果、分極現象弱化層１８を含まないパッシベーション層と比べて、特別に設計された分極現象弱化層１８を追加し、例えば、分極現象弱化層１８の厚さを１ｎｍ〜３０ｎｍに設定することにより、ＰＩＤの改善率は４２．８％〜６９．６０％にも達する。
実験により検証した結果、幾つかの実施例において、前記太陽電池の裏面に離隔機能を果たす酸化ケイ素層１６と分極現象弱化層１８の両方を設置することにより、ＰＩＤの改善率は最大８１．６％〜９９．００％にも達する。
前記窒化ケイ素（ＳｉｕＮｖ）層１９について、ＳｉｕＮｖにおけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１〜４であり、即ち１＜ｕ／ｖ＜４であり、選択できるように、１＜ｕ／ｖ≦２または２＜ｕ／ｖ＜４である。前記窒化ケイ素層１９の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍであり、選択できるように、前記窒化ケイ素層１９の厚さは、６０ｎｍ、７５ｎｍ、９０ｎｍ等である。前記の特定の厚さを有する窒化ケイ素層１９を形成する場青、前記窒化ケイ素層１９におけるケイ素と窒素の含有量の比は１〜４に制御されることができ、前記窒化ケイ素層１９の屈折率は１．９〜２．５である。選択できるように、前記窒化ケイ素層１９は積層して設置された複数層の窒化ケイ素ユニット層を含み、例えば、２〜５層がある。前記窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、前記基板１０から離れる方向において層ごとに減少するが、全体の屈折率は１．９〜２．５に制御されるべきである。なお、前記複数層の窒化ケイ素ユニット層の数は、堆積された窒化層の厚さ及び屈折率の必要に応じて設定されることができ、本発明においては、これを限定しない。
以上により、高い耐ＰＩＤ効果と高効率を有する太陽電池を実現するために、前記太陽電池の裏面の第２パッシベーション層２０、分極現象弱化層１８及び窒化ケイ素層１９の厚さ及びそれぞれ対応する屈折率をマッチングするように設計する。第２パッシベーション層２０における酸化アルミニウム層１７、分極現象弱化層１８及び窒化ケイ素層１９の各成分の原子数の大小関係を限定することにより、前記太陽電池の裏面全体膜層の屈折率を適切な屈折率の範囲内にする。太陽電池の裏面全体膜層の屈折率が適切な屈折率の範囲内にありかつ各膜層に適した厚さを有する場合、優れた反射防止効果を有し、太陽電池セルの光利用率を向上させ、太陽電池セルの変換効率を向上させることができる。
本発明において、前記太陽電池の裏面に酸化アルミニウム層１７を増設し、酸化アルミニウム層１７の成長及びアニーリング温度が比較的低いため、高温熱処理を経た酸化アルミニウム層１７におけるアルミニウム原子の八面体構造が四面体構造に変換され、格子間酸素原子が生成され、格子間酸素原子は、基板１０における価電子を奪って固定負電荷を形成し、これにより、酸化アルミニウム層１７は陰電性を示すようになり、また、界面において基板１０の内部に向けられた界面電界を生成することにより、キャリアは界面から迅速に脱出し、界面再結合率を低下させ、基板１０の少数キャリア寿命を延ばすことができる。酸化アルミニウム層１７に位置する分極現象弱化層１８は、ナトリウムイオン、〜ＯＨ及び〜ＣＨ３基の後続の生成物の電池内部への移動を効果的に阻止し、可動イオンの外部電界及び温度、湿度の作用下での移動を阻止し、膜層間の電位差を小さくし、耐ＰＩＤ効果を強化することができ、良好な耐ＰＩＤ性能及び耐老化減衰パフォーマンスを有する。分極現象弱化層１８に位置する窒化ケイ素層１９は、光路マッチングを整合して最良の反射防止効果を達成すると共に、隣接する酸化アルミニウム層１７及び分極現象弱化層１８を保護してペーストの過剰反応腐食を防止することができる。アニーリング後の当該層のＨパッシベーション効果は顕著であり、シリコンチップの少数キャリア寿命をさらに向上させ、Ｎａ＋、〜ＯＨ及び〜ＣＨ３基の後続の生成物の電池内部への移動をある程度で阻止し、電池モジュールの漏電に起因する電力減衰を回避し、上記の酸化アルミニウム層１７及び分極現象弱化層１８を、共同でモジュールの電力損失を低減するようにマッチングし、電池の光減衰及び熱補助光減衰パフォーマンス、耐ＰＩＤ性能を向上させることができる。
幾つかの実施例では、図１に示される窒化ケイ素層１９は、積層して設置された複数の窒化ケイ素ユニット層を有するように設置されており、基板１０から離れて外へ向かう方向において、前記複数の窒化ケイ素ユニット層の屈折率は層ごとに減少する。選択できるように、前記窒化ケイ素層１９は、２〜５層の窒化ケイ素ユニット層を含んでもよい。
１つの選択可能な実施例として、図２に示されるように、前記窒化ケイ素層１９は、三層の窒化ケイ素ユニット層を含む。本実施において、基板１０から離れて外へ向かう方向において、窒化ケイ素層１９は、第１窒化ケイ素ユニット層１９１、第２窒化ケイ素ユニット層１９２及び第３窒化ケイ素ユニット層１９３を含む。本実施において、前記窒化ケイ素層１９の全体の屈折率の範囲は１．９〜２．５であり、前記第１窒化ケイ素ユニット層１９１の厚さは、５〜２０ｎｍであり、前記第２窒化ケイ素ユニット層１９２の厚さは、２０〜４０ｎｍであり、前記第３窒化ケイ素ユニット層１９３の厚さは、４０〜７５ｎｍである。前記第１窒化ケイ素ユニット層１９１の屈折率は、２．１〜２．５であり、前記第２窒化ケイ素ユニット層１９２の屈折率は、２〜２．３であり、前記第３窒化ケイ素ユニット層１９３の屈折率は、１．９〜２．１である。なお、上記の三層の窒化ケイ素ユニット層のうち、２つの窒化ケイ素ユニット層の屈折率が同じ値を取る可能性があるが、実際の取り得る値では、三層の窒化ケイ素ユニット層が選択した屈折率が「基板１０から離れて外へ向かう方向において、前記複数の窒化ケイ素ユニット層の屈折率は層ごとに減少する」という条件を満たすことを確保する必要があり、そのため、三層の窒化ケイ素ユニット層のうち、２つの窒化ケイ素ユニット層の屈折率が同じ値を取る場合は生じない。
別の実現可能な形態として、図３に示されるように、前記窒化ケイ素層１９は、二層の窒化ケイ素ユニット層を含む。本実施例において、基板１０から離れて外へ向かう方向において、窒化ケイ素層１９は、第１窒化ケイ素ユニット層１９１及び第２窒化ケイ素ユニット層１９２を含む。本実施例において、前記窒化ケイ素層１９の全体の屈折率の範囲は１．９〜２．５である。そのうち、前記第１窒化ケイ素ユニット層１９１の厚さは、１５〜４０ｎｍであり、前記第２窒化ケイ素ユニット層１９２の厚さは、３５〜１１０ｎｍである。前記第１窒化ケイ素ユニット層１９１の屈折率は、２．３〜２．５であり、前記第２窒化ケイ素ユニット層１９２の屈折率は、１．９〜２．２である。
本発明の第２実施形態は、光起電力モジュールに関し、前記光起電力モジュールは、少なくとも１つの太陽電池ストリングを含み、前記太陽電池ストリングは、上記の太陽電池、例えば、図１〜図３に示される太陽電池を電気的に接続することで構成されている。前記太陽電池ストリングにおいて、前記太陽電池は、直列及び／又は並列に電気的に接続されている。上記のように形成された光起電力モジュールは、積層モジュール、両面モジュール、マルチメインゲートモジュール等が挙げられる。例えば、少なくとも上記いずれかの実施形態の太陽電池からなる電池セルを取得し、導電性材料を用いて電池セル同士を電気的に接続して電池ストリングを形成し、ラミネート加工によりバックプレート、エチレン酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）を電池ストリングと一定の順序で積層し、その後、フレームを積層された構造に取り付けてモジュールを形成する。太陽電池は、吸収された光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。モジュールは、電池セルによって得られた電気エネルギーを負荷に伝送する。
本発明の第３実施形態には、上記の実施例に記載の太陽電池を製造するために、太陽電池の製造方法が提供され、太陽電池の製造方法の流れを示す図は、図４に示されており、具体的に、以下のステップを含む。
ステップ１０１：基板を提供する。
具体的には、基板は、真性シリコン基板とエミッタとを含み、真性シリコン基板とエミッタとはＰＮ接合を形成することができる。例えば、図１〜図３に示されるように、基板１０は、真性シリコン基板１１とエミッタ１２とを含み、真性シリコン基板１１とエミッタ１２とはＰＮ接合を形成する。例えば、真性シリコン基板１１は、Ｐ型基板であってもよく、エミッタ１２は、Ｎ型ドープ層であってもよく、Ｐ型基板とＮ型ドープ層は共にＰＮ接合構造を構成する。選択できるように、真性シリコン基板１１は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、擬似単結晶シリコン基板等を含むが、これらに限らない。なお、基板１０の前面とは、太陽に面する受光面を指し、基板１０の裏面とは、前記前面と対向する面、即ちバックライト面を指す。具体的に、エミッタ１２に近い面は前面であり、真性シリコン基板１１に近い面は裏面である。
ステップ１０２：基板の前面にかつ基板から離れる方向に第１パッシベーション層、第１反射防止層及び第１電極を順次形成する。
図１〜図３に示されるように、本実施例における第１パッシベーション層１３、第１反射防止層は、基板１０から離れる方向において、基板１０の前面に順次積層して設置されている。そのうち、第１パッシベーション層１３は、酸化アルミニウム層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層等を含むが、これらに限らなく、第１パッシベーション層１３はキャリアの再結合を低減し、太陽電池の開放電圧を向上させ、短絡電流を上昇させることに用いられる。第１反射防止層１４は、第１パッシベーション層と類似または実質的に同一の層として設置されてもよく、例えば、酸化アルミニウム層、窒化ケイ素層、酸窒化ケイ素層等を含むが、これらに限らない。第１反射防止層１４は、電池表面への光入射の反射率を低減する機能を果たすだけでなく、電池の表面をパッシベーションする機能も果たす。
前記第１パッシベーション層１３または第１反射防止層１４は、プラズマ励起化学気相堆積法（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積法（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）、化学気相堆積法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）及び物理蒸着法（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）等によって形成されることができる。なお、上記の方法を含むが、これらの方法に限らない。
一部の実施例では、基板１０の前面に第１電極１５をさらに形成し、第１電極１５は、第１パッシベーション層１３と第１反射防止層１４を貫通しかつ基板１０のエミッタ１２とオーミック接触を形成する。前記第１電極１５は、金属化処理により形成されることができ、例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷して前記第１電極を形成する。
ステップ１０３：基板の裏面にかつ基板から離れる方向に第２パッシベーション層を形成する。
図１〜図３に示されるように、基板１０の裏面に第２パッシベーション層を形成する。第２パッシベーション層２０は、少なくとも一層の酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ（例えば、酸化アルミニウム層１７）を含み、ＡｌｘＯｙにおける酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８〜１．６であり、即ち０．８＜ｙ／ｘ＜１．６であり、選択できるように、０．８＜ｙ／ｘ≦１、１＜ｙ／ｘ＜１．５、または、１．５≦ｙ／ｘ＜１．６である。前記酸化アルミニウム層１７の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、選択できるように、前記酸化アルミニウム層１７の厚さは、５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ等である。前記の特定の厚さを有する酸化アルミニウム層１７を形成する場合、前記酸化アルミニウム層１７における酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８〜１．６に制御され、前記の少なくとも一層の酸化アルミニウム層１７の屈折率は１．４〜１．６であり、選択できるように、前記酸化アルミニウム層１７の屈折率は１．５５〜１．５９である。なお、酸化アルミニウム層１７が複数層設けられている場合、ここでいう屈折率は、全ての酸化アルミニウム層の全体屈折率であり、即ち、複数層の酸化アルミニウム層の全ての膜層の全体屈折率は１．４〜１．６であり、選択できるように、複数層の酸化アルミニウム層の全ての膜層の全体屈折率は１．５５〜１．５９である。
幾つかの実施例では、ＰＥＣＶＤにより前記第２パッシベーション層２０における酸化アルミニウム層１７を製造する場合、アルゴンガス、トリメチルアルミニウム及び笑気ガスをその反応物として用いることができ、そのうち、アルゴンガス、トリメチルアルミニウム及び笑気ガスのガス流量比は、１：１：１〜１．５：１：２であり、選択できるように、ガス流量比は、１：１：１〜１：１：２であり、ＰＥＣＶＤ反応チャンバ圧力は０．１３ミリバールである。形成された酸化アルミニウム層１７の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記酸化アルミニウム層１７における酸素含有量とアルミニウム含有量との比（即ち、原子数比）は０．８〜１．６に制御されることができ、前記酸化アルミニウム層１７の屈折率は１．４〜１．６である。
幾つかの実施例では、第２パッシベーション層２０は、酸化ケイ素層１６をさらに含む。酸化ケイ素層１６は、基板１０と酸化アルミニウム層１７との間に介在する。基板１０と酸化アルミニウム層１７との間に酸化ケイ素層１６を形成して前記酸化アルミニウム層１７と基板１０とを離隔する。基板１０のエッチング工程にオゾン（Ｏ３）を添加するという工程により酸化ケイ素層１６を形成する。緻密な酸化ケイ素層１６ＳｉＯ２の化学的性質が安定しており、基板１０の表面のダングリングボンドを良好に化学的パッシベーションすることができる。酸化ケイ素層１６の厚さは、０．１ｎｍ〜５ｎｍであり、選択できるように、酸化ケイ素層１６の厚さは、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ等である。
ステップ１０４：第２パッシベーション層の基板から離れた表面に分極現象弱化層を形成する。
前記分極現象弱化層１８は、中間膜層として、その上下膜層間の電位差を小さくすることに用いられ、電池の耐ＰＩＤ性能を向上させ、電池の高い変換効率を確保することができる。幾つかの実施例において、図１〜図３に示されるように、前記分極現象弱化層１８は、少なくとも一層の酸窒化ケイ素ＳｉｒＯｓＮｔを含み、前記の形成された酸窒化ケイ素における原子数は、特定の関係を有し、ＳｉｒＯｓＮｔにおけるケイ素含有量＞酸素含有量＞窒素含有量であり、即ち、ｒ＞ｓ＞ｔである。酸窒化ケイ素層は、ケイ素に富む層であり、そのうち、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３である。
実現可能な形態として、前記酸化アルミニウム層１７の表面に前記分極現象弱化層１８における少なくとも一層の酸窒化ケイ素層を堆積する場合、反応チャンバにシラン、アンモニアガス及び笑気ガスを同時に導入し、そのうち、シラン、アンモニアガス及び笑気ガスのガス流量比は、１：１：３〜１：４：６であり、反応チャンバ圧力は０．２５ミリバールである。形成された酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の屈折率は、１．５〜１．８である。なお、酸窒化ケイ素層が複数層設けられている場合、ここでいう屈折率は、全ての酸窒化ケイ素層の全体屈折率であり、即ち、複数層の酸窒化ケイ素層の全ての膜層の全体屈折率は１．５〜１．８である。
別の実現可能な形態として、前記酸化アルミニウム層１７の表面に、まず中間酸化ケイ素層を堆積して形成し、その反応物は、シランと笑気ガスであり、そのうち、シランと笑気ガスのガス流量比は、１：３〜１：６であり、反応チャンバ圧力は０．２５ミリバールであり、前記中間酸化ケイ素層を形成した後に、アンモニアガスを導入して反応させて前記酸窒化ケイ素層を形成する。つまり、ます、酸化アルミニウムの表面に反応して中間酸化ケイ素層を形成し、その後、アンモニアガスを単独で導入して二酸化ケイ素層と反応させて酸窒化ケイ素層を形成する。形成された酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであり、前記酸窒化ケイ素層の屈折率は、１．５〜１．８である。
一部の実施例では、中間酸化ケイ素層にアンモニアガスを導入して酸窒化ケイ素層を形成するステップにおいて、アンモニアガスは、窒化ケイ素層を製造する際に導入されたガスである。つまり、酸化アルミニウム層１７の表面に、まず中間酸化ケイ素層を堆積して形成し、後の窒化ケイ素層を製造する場合にアンモニアガスを反応物として用いる必要があるという観点から、窒化ケイ素層の製造に必要な一部のアンモニアガスを反応チャンバに導入することができ、当該一部のアンモニアガスは中間酸化ケイ素層と反応して酸窒化ケイ素層を生成する。
ステップ１０５：分極現象弱化層の基板から離れた表面に少なくとも一層の窒化ケイ素層を形成する。
図１〜図３に示されるように、分極現象弱化層１８の表面に窒化ケイ素層１９を形成する。前記窒化ケイ素層１９は、ＳｉｕＮｖとして表すことができ、そのうち、ケイ素原子含有量と窒素原子含有量の比（即ち、原子数比）の値は、１〜４であり、即ち、１＜ｕ／ｖ＜４である。前記窒化ケイ素層１９の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
選択できるように、ＰＥＣＶＤにより前記窒化ケイ素層１９を製造し、シランとアンモニアガスをその反応物として用いることができ、反応チャンバの圧力は、０．２５ミリバールであり、シランとアンモニアガスのガス流量比は１：４であり、形成された窒化ケイ素層１９の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍであり、屈折率は、１．９〜２．５である。選択できるように、前記窒化ケイ素層１９の厚さは、６０ｎｍ、７５ｎｍ、９０ｎｍ等である。
幾つかの実施例では、製造された前記窒化ケイ素層１９は、積層して設置された複数の窒化ケイ素ユニット層からなっている。選択できるように、前記窒化ケイ素層１９は２〜５層の窒化ケイ素ユニット層を含み、例えば、２層、３層等が挙げられる。
実施可能な実施形態として、図２に示されるように、前記窒化ケイ素層１９は、第１窒化ケイ素ユニット層１９１、第２窒化ケイ素ユニット層１９２及び第３窒化ケイ素ユニット層１９３を含む。具体的に、反応物をＰＥＣＶＤ装置の第１反応チャンバ内に導入し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、シランとアンモニアガスのガス流量比は、１：１．３〜１：１．５であり、反応チャンバ内の圧力は、０．２５ミリバールであり、前記ＰＥＣＶＤ工程により第１窒化ケイ素ユニット層１９１を形成し、第１反応チャンバに反応物を継続的に導入し、反応物は、シランとアンモニアガスであり、シランとアンモニアガスのガス流量比は、１：１．５〜１：２．２であり、反応チャンバ内の圧力は、０．２５ミリバールであり、前記ＰＥＣＶＤ工程により第２窒化ケイ素ユニット層１９２を形成し、反応物をＰＥＣＶＤ装置の第２反応チャンバ内に導入し、反応物は、シランとアンモニアガスであり、シランとアンモニアガスのガス流量比は、１：２．２〜１：４であり、第２反応チャンバ内の圧力は、０．２５ミリバールであり、前記ＰＥＣＶＤ工程により第３窒化ケイ素ユニット層１９３を形成する。
上記の工程に基づいてマッチングして製造すると、前記第１窒化ケイ素ユニット層の厚さは、５ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の厚さは、２０ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の厚さは、４０ｎｍ〜７５ｎｍである。前記第１窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２．１〜２．５であり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２〜２．３であり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、１．９〜２．１である。前記記窒化ケイ素層１９の全体の屈折率は、１．９〜２．５である。なお、上記の三層の窒化ケイ素ユニット層のうち、２つの窒化ケイ素ユニット層の屈折率が同じ値を取る可能性があるが、実際の取り得る値では、三層の窒化ケイ素ユニット層が選択した屈折率が「基板１０から離れて外へ向かう方向において、前記の複数の窒化ケイ素ユニット層の屈折率は層ごとに減少する」という条件を満たすことを確保する必要があり、そのため、三層の窒化ケイ素ユニット層のうち、２つの窒化ケイ素ユニット層の屈折率が同じ値を取る場合は生じない。
実施可能な実施形態として、図３に示されるように、前記窒化ケイ素層１９は、第１窒化ケイ素ユニット層１９１及び第２窒化ケイ素ユニット層１９２を含む。具体的に、反応物をＰＥＣＶＤ装置の第１反応チャンバ内に導入し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、シランとアンモニアガスのガス流量比は、１：１．９であり、反応チャンバ内の圧力は、０．２５ミリバールであり、前記ＰＥＣＶＤ工程により第１窒化ケイ素ユニット層１９１を形成し、第１反応チャンバに反応物を継続的に導入し、反応物は、シランとアンモニアガスであり、シランとアンモニアガスのガス流量比は、１：２．８であり、反応チャンバ内の圧力は、０．２５ミリバールであり、前記ＰＥＣＶＤ工程により第２窒化ケイ素ユニット層１９２を形成する。
上記の工程に基づいてマッチングして製造すると、前記第１窒化ケイ素ユニット層の厚さは、１５ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の厚さは、３５ｎｍ〜１１０ｎｍであり、前記第１窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２．３〜２．５であり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、１．９〜２．２である。
ステップ１０６：前記窒化ケイ素層の表面に導電性ペーストを印刷して第２電極を焼結して形成し、前記第２電極は、第２パッシベーション層、分極現象弱化層及び窒化ケイ素層を貫通しかつ基板とオーミック接触を形成する。
以上により、高い耐ＰＩＤ効果と高効率を有する太陽電池を実現するために、上記の製造方法を用いて、前記太陽電池の裏面に第２パッシベーション層２０、分極現象弱化層１８及び窒化ケイ素層１９の厚さ及びそれぞれ対応する屈折率をマッチングするように設計する。前記太陽電池の裏面全体膜層の屈折率を適切な屈折率の範囲内にするように、適切な工程により、第２パッシベーション層２０における酸化アルミニウム層１７、分極現象弱化層１８及び窒化ケイ素層１９の各成分の原子数の大小関係を形成する。太陽電池の裏面全体膜層の屈折率が適切な屈折率の範囲内にありかつ各膜層に適した厚さを有する場合、優れた反射防止効果を有し、太陽電池セルの光利用率を向上させ、太陽電池セルの変換効率を向上させることができる。
本発明において、前記太陽電池の裏面に酸化アルミニウム層１７を増設し、酸化アルミニウム層１７の成長及びアニーリング温度が比較的低いため、高温熱処理を経た酸化アルミニウム層１７におけるアルミニウム原子の八面体構造が四面体構造に変換され、格子間酸素原子が生成され、格子間酸素原子は、基板１０における価電子を奪って固定負電荷を形成し、これにより、酸化アルミニウム層１７は陰電性を示すようになり、また、界面において基板１０の内部に向けられた界面電界を生成することにより、キャリアは界面から迅速に脱出し、界面再結合率を低下させ、基板１０の少数キャリア寿命を延ばすことができる。酸化アルミニウム層１７に位置する分極現象弱化層１８は、ナトリウムイオン、〜ＯＨ及び〜ＣＨ３基の後続の生成物の電池内部への移動を効果的に阻止し、可動イオンの外部電界及び温度、湿度の作用下での移動を阻止し、膜層間の電位差を小さくし、耐ＰＩＤ効果を強化することができ、良好な耐ＰＩＤ性能及び耐老化減衰パフォーマンスを有する。分極現象弱化層１８に位置する窒化ケイ素層１９は、光路マッチングを整合して最良の反射防止効果を達成すると共に、隣接する酸化アルミニウム層１７及び分極現象弱化層１８を保護してペーストの過剰反応腐食を防止することができる。アニーリング後の当該層のＨパッシベーション効果は顕著であり、シリコンチップの少数キャリア寿命をさらに向上させ、Ｎａ＋、〜ＯＨ及び〜ＣＨ３基の後続の生成物の電池内部への移動をある程度で阻止し、電池モジュールの漏電に起因する電力減衰を回避し、上記の酸化アルミニウム層１７及び分極現象弱化層１８を、共同でモジュールの電力損失を低減するようにマッチングし、電池の光減衰及び熱補助光減衰パフォーマンス、耐ＰＩＤ性能を向上させることができる。
比較例
比較例には、ＰＥＲＣ電池の背面構造が提供され、具体的な構造は図５に示されており、ＰＮ接合を有する基板１０と、基板１０の前面に位置しかつ基板１０から離れる方向に順次設置された第１パッシベーション層１３、第１反射防止層１４及び第１電極１５と、基板１０の裏面に位置しかつ基板１０から離れる方向に順次設置された第２パッシベーション層２０、窒化ケイ素層１９及び第２電極２１とを含む。前記第２パッシベーション層２０は、少なくとも一層の酸化アルミニウム層１７ＡｌｘＯｙを含み、そのうち、酸素含有量とアルミニウム含有量との比は、０．８＜ｙ／ｘ＜１．６を満たし、前記少なくとも一層の酸化アルミニウムの全体の屈折率は、１．４〜１．６であり、かつ、酸化アルミニウム層１７の厚さは、４ｎｍ〜２０ｎｍである。窒化ケイ素ＳｉｕＮｖにおけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１＜ｕ／ｖ＜４を満たし、前記窒化ケイ素層の屈折率は、１．９〜２．５であり、かつ、前記窒化ケイ素層の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。第２パッシベーション層２０は、酸化ケイ素層１６をさらに含む。酸化ケイ素層１６は、基板１０と酸化アルミニウム層１７との間に介在する。基板１０と酸化アルミニウム層１７との間に酸化ケイ素層１６を形成して前記酸化アルミニウム層１７と前記基板１０とを離隔することにより、前記酸化アルミニウム層１７と前記基板１０とが直接接触することを回避することができる。
図１に示される本発明の太陽電池の構造と比べて、相違点は、前記比較例の背面構造が分極現象弱化層１８を有しないことにあり、他の構造及び製造方法はいずれも同じであり、比較実験により以下のことが発見された。
Figure 0006982947
そのうち、太陽電池の変換効率＝（開放電圧＊短絡電流＊フィルファクタ）／（電池面積＊太陽光の放射強度）＊１００％であり、そして、開放電圧、短絡電流、フィルファクタは変換効率に正比例していることが分かる。また、少数キャリア寿命が長いほど、変換効率が高くなる。表におけるデータから分かるように、裏面にＳｉｒＯｓＮｔが増設された太陽電池の変換効率は、裏面にＳｉｒＯｓＮｔが設置されていない太陽電池よりも０．１１８％高い。
上記の各方法のステップの分割は、説明を明確にするだけのものであり、実現する場合には、１つのステップに統合したり、あるステップを分割して複数のステップに分解したりしてもよく、同じ論理関係を含む限り、本発明の保護範囲内に含まれる。アルゴリズムまたはプロセスに無関係な変更を追加したり、重要でない設計を導入したりしても、そのアルゴリズムとプロセスを変更しない核心となる設計はいずれも本発明の保護範囲内に含まれる。
本実施形態は第１実施形態に関連する方法の実施形態であり、本実施形態は第１実施形態と互いに合わせて実施することができる。第１実施形態に言及された関連技術の細部は、本実施形態において依然として有効であり、重複を減らすために、ここで再び説明しない。それに対応して、本実施形態に言及された関連技術の細部は第１実施形態にも適用可能である。
当業者であれば、上記の各実施形態は本発明を実現する具体的な実施例であるが、実用上では本発明の精神と範囲を逸脱することなく、形態及び細部において様々な変更が可能であることが理解できる。

Claims (18)

  1. 基板と、
    前記基板の前面に位置しかつ前記基板から離れる方向に順次設置された第１パッシベーション層及び第１反射防止層と、
    前記基板の裏面に位置しかつ前記基板から離れる方向に順次設置された第２パッシベーション層、分極現象弱化層及び少なくとも一層の窒化ケイ素層ＳｉｕＮｖとを含み、
    前記第２パッシベーション層は、少なくとも一層の酸化アルミニウム層ＡｌｘＯｙを含み、そのうち、酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８＜ｙ／ｘ＜１．６を満たし、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層の全体の屈折率は１．４〜１．６であり、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記分極現象弱化層は、少なくとも一層の酸窒化ケイ素層ＳｉｒＯｓＮｔを含み、そのうち、ｒ＞ｓ＞ｔであり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の屈折率は１．５〜１．８であり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであり、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層におけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１＜ｕ／ｖ＜４を満たし、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層の屈折率は、１．９〜２．５であり、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする太陽電池。
  2. 前記少なくとも一層の窒化ケイ素層は、積層して設置された複数層の窒化ケイ素ユニット層を含み、前記基板から離れる方向において、前記複数層の窒化ケイ素ユニット層は、積層して設置された第１窒化ケイ素ユニット層、第２窒化ケイ素ユニット層及び第３窒化ケイ素ユニット層を含み、そのうち、前記第１窒化ケイ素ユニット層の厚さは、５ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の厚さは、２０ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の厚さは、４０ｎｍ〜７５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記基板から離れる方向において、前記複数層の窒化ケイ素ユニット層の屈折率は層ごとに減少し、前記第１窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２．１〜２．５であり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２〜２．３であり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、１．９〜２．１であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記酸窒化ケイ素層は、ケイ素に富む層であり、そのうち、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記第２パッシベーション層は、酸化ケイ素層をさらに含み、前記酸化ケイ素層は、前記基板と前記酸化アルミニウム層との間に介在することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  6. 前記酸化ケイ素層の厚さは、０．１ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
  7. 少なくとも１つの太陽電池ストリングを含む光起電力モジュールであって、
    前記太陽電池ストリングは、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の太陽電池を電気的に接続することで構成されていることを特徴とする光起電力モジュール。
  8. 基板を提供することと、
    前記基板の前面にかつ前記基板から離れる方向に第１パッシベーション層、第１反射防止層を順次形成することと、
    前記基板の裏面にかつ前記基板から離れる方向に第２パッシベーション層、分極現象弱化層、少なくとも一層の窒化ケイ素層ＳｉｕＮｖを順次形成することと、を含み、
    形成された前記第２パッシベーション層は、少なくとも一層の酸化アルミニウム層ＡｌｘＯｙを含み、そのうち、酸素含有量とアルミニウム含有量との比は０．８＜ｙ／ｘ＜１．６を満たし、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層の全体の屈折率は１．４〜１．６であり、前記少なくとも一層の酸化アルミニウム層の厚さは４ｎｍ〜２０ｎｍであり、形成された前記分極現象弱化層は、少なくとも一層の酸窒化ケイ素層ＳｉｒＯｓＮｔを含み、そのうち、ｒ＞ｓ＞ｔであり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の屈折率は１．５〜１．８であり、前記少なくとも一層の酸窒化ケイ素層の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍであり、形成された前記少なくとも一層の窒化ケイ素層におけるケイ素含有量と窒素含有量との比は、１＜ｕ／ｖ＜４を満たし、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層の屈折率は、１．９〜２．５であり、前記少なくとも一層の窒化ケイ素層の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする太陽電池の製造方法。
  9. 第２パッシベーション層を形成することは、
    前記基板の裏面に前記少なくとも一層の酸化アルミニウムを堆積し、その反応物は、アルゴンガス、トリメチルアルミニウム及び笑気ガスであり、そのうち、前記アルゴンガス、前記トリメチルアルミニウム及び前記笑気ガスのガス流量比は、１：１：１〜１．５：１：２であることを含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
  10. 分極現象弱化層を形成することは、
    前記酸化アルミニウム層の表面に前記分極現象弱化層における少なくとも一層の酸窒化ケイ素を堆積し、その反応物は、シラン、アンモニアガス及び笑気ガスであり、そのうち、前記シラン、前記アンモニアガス及び前記笑気ガスのガス流量比は、１：１：３〜１：４：６であることを含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
  11. 分極現象弱化層を形成することは、
    前記酸化アルミニウム層の表面に、まず中間酸化ケイ素層を堆積して形成し、その反応物は、シランと笑気ガスであり、そのうち、前記シランと前記笑気ガスのガス流量比は、１：３〜１：６であることと、
    前記中間酸化ケイ素層を形成した後にアンモニアガスを導入して反応させて前記酸窒化ケイ素層を形成することと、を含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 前記中間酸化ケイ素層を形成した後にアンモニアガスを導入して反応させて前記酸窒化ケイ素層を形成するステップにおいて、前記アンモニアガスは、前記窒化ケイ素層を製造する際に導入されたガスであることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。
  13. 少なくとも一層の窒化ケイ素層を形成することは、
    前記酸窒化ケイ素層の表面に前記少なくとも一層の窒化ケイ素層を堆積し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、そのうち、前記シランと前記アンモニアガスのガス流量比は、１：１．３〜１：４であることを含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の太陽電池の製造方法。
  14. 前記少なくとも一層の窒化ケイ素層は、三層の窒化ケイ素ユニット層を含み、
    前記三層の窒化ケイ素ユニット層を形成することは、
    前記酸窒化ケイ素層の表面に第１窒化ケイ素ユニット層を形成し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、前記シランと前記アンモニアガスのガス流量比は、１：１．３〜１：１．５であることと、
    前記第１窒化ケイ素ユニット層の表面に第２窒化ケイ素ユニット層を形成し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、そのうち、前記シランと前記アンモニアガスのガス流量比は、１：１．５〜１：２．２であることと、
    前記第２窒化ケイ素ユニット層の表面に第３窒化ケイ素ユニット層を形成し、その反応物は、シランとアンモニアガスであり、そのうち、前記シランと前記アンモニアガスのガス流量比は、１：２．２〜１：４であることと、を含むことを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
  15. 前記第１窒化ケイ素ユニット層の厚さは、５ｎｍ〜２０ｎｍであり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の厚さは、２０ｎｍ〜４０ｎｍであり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の厚さは、４０ｎｍ〜７５ｎｍであることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
  16. 前記第１窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２．１〜２．５であり、前記第２窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、２〜２．３であり、前記第３窒化ケイ素ユニット層の屈折率は、１．９〜２．１であることを特徴とする請求項１４または１５に記載の太陽電池の製造方法。
  17. 第２パッシベーション層を形成することは、
    前記基板と前記酸化アルミニウム層との間に酸化ケイ素層を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
  18. 前記酸化ケイ素層の厚さは、０．１ｎｍ〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１７に記載の太陽電池の製造方法。
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