JP7149281B2 - フロントコンタクト間に透明伝導膜を有する結晶系太陽電池およびそのような太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Description
10 半導体材料
101 半導体材料の第1の領域
101a 半導体材料の第1の表面
101b 第1の領域の部分領域
102 半導体材料の第2の領域
102a 半導体材料の第2の表面
103 受光面の第1の横に広がった領域
104 受光面の第2の横に広がった領域
105 裏面の第1の横に広がった領域
106 裏面の第2の横に広がった領域
11 第1の表面パッシベーション膜
12 フロントコンタクト
13 第1の透光性の導電材料から成る薄膜
14 第1の反射防止膜
15 誘導体薄膜
16 バックコンタクト
17 裏面コネクタ部
18 第2の表面パッシベーション膜
19 第2の透光性の導電材料から成る薄膜
20 第2の反射防止膜
Claims (29)
- 第1のドーピングが施されている、半導体材料(10)の第1の領域(101)、および第2のドーピングが施されている、前記半導体材料(10)の第2の領域(102)を有しそれにより前記第1の領域(101)と第2の領域(102)との間には、pn接合が存在し、結晶系太陽電池の受光面の第1の横方向に広がった領域(103)内で、前記半導体材料(10)の前記第1の領域(101)と直接または間接的に導電接触する、第1の非透光性の導電材料から成る、最低でも一つのフロントコンタクト(12)および、該結晶系太陽電池の裏面の第1の横方向に広がった領域(105)内で、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)と直接または間接的に導電接触する、第2の非透光性の導電材料から成る、最低でも一つのバックコンタクト(16)を有している、結晶系太陽電池(1)において、該結晶系太陽電池の受光面側では、第2の横方向に広がった領域(104)内だけに、第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)が、前記半導体材料(10)の前記第1の領域(101)に沿って配置されて、前記最低でも一つのフロントコンタクト(12)に導電接続されていること、前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)と、前記半導体材料(10)の前記第1の領域(101)との間に、電荷キャリアが通り抜けることができる第1の表面パッシベーション膜(11)が配置されていることによって、前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)が、前記半導体材料(10)の前記第1の領域(101)と間接的な導電接触状態にあること、および、該結晶系太陽電池の受光面の前記第2の横方向に広がった領域(104)が、該結晶系太陽電池の受光面の前記第1の横方向に広がった領域(103)とは異なり、
前記第1の透光性の導電材料が、アルミニウム・ドープされた酸化亜鉛またはボロン・ドープされた酸化亜鉛であることを特徴とする、結晶系太陽電池(1)。 - 前記第1の表面パッシベーション膜(11)が、前記フロントコンタクト(12)と前記半導体材料(10)の前記第1の領域(101)との間にも配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の結晶系太陽電池。
- 該結晶系太陽電池の裏面の第2の横方向に広がった領域内に、電気絶縁材料から成る薄膜(15)が、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)に沿って配置されていることによって、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)が、前記第2の横方向に広がった領域(106)内においては電気的に絶縁されていること、該結晶系太陽電池の裏面の前記第2の横方向に広がった領域が、該結晶系太陽電池の裏面の前記第1の横方向に広がった領域とは異なることを特徴とする、請求項1または2に記載の結晶系太陽電池。
- 該結晶系太陽電池の裏面の第2の横方向に広がった領域(106)内に、第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)が、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)に沿って配置されて、前記最低でも一つのバックコンタクト(16)に導電接続されていること、前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)が、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)と直接または間接的な導電接触状態にあること、該結晶系太陽電池の裏面の前記第2の横方向に広がった領域(106)が、該結晶系太陽電池の裏面の前記第1の横方向に広がった領域(105)とは異なることを特徴とする、請求項1または2に記載の結晶系太陽電池。
- 前記第2の透光性の導電材料が、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)と前記バックコンタクト(16)との間にも配置されていることを特徴とする、請求項4に記載の結晶系太陽電池。
- 前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)と、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)との間に、および/または、前記バックコンタクト(16)と前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)との間に、電荷キャリアが通り抜けることができる第2の表面パッシベーション膜(18)が配置されていることを特徴とする、請求項4または5に記載の結晶系太陽電池。
- 前記前記第2の透光性の導電材料が、アルミニウム・ドープされた酸化亜鉛またはボロン・ドープされた酸化亜鉛であることを特徴とする、請求項4~6のいずれか一つに記載の結晶系太陽電池。
- 第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)が2・103~100・103S/mの範囲内の導電率を有する第1の透光性の導電材料から成り、かつ/または、第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)が2・103~100・103S/mの範囲内の導電率を有する第2の透光性の導電材料から成る、請求項4~7のいずれか一つに記載の結晶系太陽電池。
- 前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)および/または前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)が、10から100nmまでの範囲内の厚さを有することを特徴とする、請求項4~8のいずれか一つに記載の結晶系太陽電池。
- 前記第1および前記第2の非透光性の導電材料が、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、バナジウム、および、これらを組み合わせたものおよびこれらの合金から成る群から選択されることを特徴とする、請求項1~9のいずれか一つに記載の結晶系太陽電池。
- 前記第1および/または前記第2の表面パッシベーション膜(11,18)が、1~20nmまでの範囲内の厚さを有し、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、および酸化アルミニウムから成る群から選択される材料から成ることを特徴とする、請求項6に記載の結晶系太陽電池。
- 第1の横方向に広がった領域が上面図において太陽電池(1)の受光面の総面積に占める比率は、1.5から3.0%までの範囲内にあることを特徴とする、請求項1~11のいずれか一つに記載の結晶系太陽電池。
- 結晶系太陽電池(1)の製造方法であって、
-第1の領域(101)と第2の領域(102)とを有する半導体材料(10)を準備する工程、前記第1の領域(101)および前記第2の領域(102)には、前記第1の領域(101)と前記第2の領域(102)との間にpn接合が存在するように、ドーピングが施され、
-前記半導体材料(10)の第1の表面(101a)の上に、またはこれに接して、電荷キャリアが通り抜けることができる第1の表面パッシベーション膜(11)を作製する工程、前記半導体材料(10)の前記第1の領域(101)だけが前記第1の表面(101a)と境を接し、
-前記半導体材料(10)の前記第1の表面(101a)の第1の横方向に広がった領域(103)内に位置する前記第1の表面パッシベーション膜(11)の上に、第1の非透光性の導電材料を塗布して、前記第1の非透光性の導電材料と、前記半導体材料(10)の前記第1の表面(101a)の前記第1の横方向に広がった領域(103)内に位置する前記半導体材料(10)の前記第1の領域(101)との間に、最低でも一つの直接的または間接的な導電接触部(12)を作製する工程、
-前記第1の非透光性の導電材料を塗布した後に、前記半導体材料(10)の前記第1の表面の第2の横方向に広がった領域内に位置する前記第1の表面パッシベーション膜(11)の上に、第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)を施す工程、前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)と前記第1の非透光性の導電材料との間の導電接触部、ならびに、前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)と前記半導体材料(10)の前記第1の領域(101)との間の導電接触部を、作製する工程、前記第2の横方向に広がった領域(104)が、前記第1の横方向に広がった領域(103)とは異なり、および、
-前記半導体材料(10)の第2の表面(102a)の第1の横方向に広がっている領域(105)内に、第2の非透光性の導電材料を塗布して、前記第2の非透光性の導電材料と、前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)の前記第1の横方向に広がった領域(105)内に前記半導体(10)の前記第2の領域(102)との間に、最低でも一つの直接的または間接的な導電接触部(16)を作製する工程、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)だけが前記第2の表面(102a)と境を接し、また前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)が、前記半導体材料(10)の前記第1の表面(101a)とは反対側に位置することを有しており、
前記第1の透光性の導電材料が、アルミニウム・ドープされた酸化亜鉛またはボロン・ドープされた酸化亜鉛であり、
アルミニウム・ドープされた酸化亜鉛のアルミニウム源がトリメチルアルミニウムであり、および、ボロン・ドープされた酸化亜鉛のボロン源がジボランである方法。 - 前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)の前記第1の横方向に広がった領域(105)内に、前記第2の非透光性の導電材料を塗布する工程の前または後に、前記半導体材料(10)の前記第2の領域(102)が、第2の横方向に広がった領域(106)内においては電気的に絶縁されているように、前記半導体材料(10)の前記第2の表面の前記第2の横方向に広がった領域(106)内に位置する前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)に沿って、電気絶縁材料から成る薄膜(15)を施す工程、前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)の前記第2の横方向に広がった領域(106)が、前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)の前記第1の横方向に広がった領域(105)とは異なることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)の前記第1の横方向に広がった領域(105)内に、前記第2の非透光性の導電材料を塗布する工程の前または後に、前記半導体材料(10)の前記第2の表面の第2の横方向に広がった領域(106)内に位置する前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)に沿って、第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)を施す工程、前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)と第2の非透光性の導電材料との間の導電接触部、ならびに、前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)と前記半導体材(10)の前記第2の領域(102)との間の導電接触部を、作製する工程、前記第2の表面(102a)の前記第2の横方向に広がった領域(106)が、前記第2の表面(102a)の前記第1の横方向に広がった領域(105)とは異なることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 前記半導体材料(10)の第2の表面(102a)の第1の横方向に広がった複数の領域(105)内に、前記第2の非透光性の導電材料を塗布する工程の前、および、前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)を施す工程の前に、前記半導体材料(10)の前記第2の表面(102a)の上に、またはこれに接して、電荷キャリアが通り抜けることができる第2の表面パッシベーション膜(18)が作製されることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
- 前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)に沿って、第1の反射防止膜(14)が、および/または、前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)に沿って、第2の反射防止膜(20)が、施されることを特徴とする、請求項15または16に記載の方法。
- 前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)および前記第1の反射防止膜(14)、および/または、前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)および前記第2の反射防止膜(20)が、一つの設備内で、真空状態が途切れることなく、施されることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)および/または前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)が、プラズマゾーン内にプラズマが存在しているPECVDプロセスを利用して析出されることを特徴とする、請求項15または16に記載の方法。
- 前記PECVDプロセスの間に、マイクロ波によりエネルギがプラズマ中に導入されることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)および/または前記第2の透光性の導電材料から成る薄膜(19)が、前記半導体材料(10)の被覆されなければならないそれぞれ表面(101a,102a)からプラズマゾーンが空間的に後退されているPECVDプロセスを利用して析出されることを特徴とする、請求項19または20に記載の方法。
- 前記半導体材料(10)の被覆されなければならない表面(101a,102a)が、直線運動を行いながら前記プラズマソーンを通過すること特徴とする、請求項19または20に記載の方法。
- 前記第2の透光性の導電材料が、アルミニウム・ドープされた酸化亜鉛またはボロン・ドープされた酸化亜鉛であって、前記PECVDプロセスが、亜鉛の供給元としてのジメチル亜鉛、またはジエチル亜鉛、酸素の供給元としての一酸化二窒素および/または酸素、および不活性ガスおよび/または窒素を出発材料として用いて、実施されることを特徴とする、請求項20~22のいずれか一つに記載の方法。
- アルミニウム・ドープされた酸化亜鉛のアルミニウム源としてトリメチルアルミニウムが使用され、および、ボロン・ドープされた酸化亜鉛のボロン源としてジボランが使用されること特徴とする、請求項23に記載の方法。
- 第1の横方向に広がった領域が、上面図において結晶系太陽電池(1)の受光面の総面積に占める比率は、1.5から3.0%までの範囲内にあることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 半導体材料(10)の第1の表面の第2の横方向に広がった領域(104)において前記第1の表面パッシベーション膜(11)に第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)を塗布した後、200~560℃の範囲の温度の温度処理を行うことを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 第1の反射防止膜(14)および/または第2の反射防止膜(20)を施した後、200~560℃の範囲の温度の温度処理を行うことを特徴とする、請求項17に記載の方法。
- 前記温度処理が、放射照度が1000W/m2以上の強さで通常の(白色)光を用いた数秒から数分間にわたる薄膜構造全体の照射を含むことを特徴とする、請求項26または27に記載の方法。
- 100~400℃の範囲において、遠隔プラズマを用いるPECVD法を使用して、半導体材料(10)の第1の表面の第2の横方向に広がった領域(104)内だけに、選択的に、第1の透光性の導電材料から成る薄膜が形成されることを特徴とし、かつ、
半導体材料(10)の第1の表面の第2の横方向に広がった領域において前記第1の表面パッシベーション膜(11)に第1の透光性の導電材料から成る薄膜(13)を形成した後、200~560℃の範囲の温度の温度処理を行うことを特徴とする、請求項13に記載の方法。
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