JP7235916B2 - 太陽電池及びそのドープ領域構造、電池モジュール並びに光起電システム - Google Patents

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Description

本発明は太陽電池の技術分野に属し、特に太陽電池及びそのドープ領域構造、電池モジュール並びに光起電システムに関する。
太陽電池発電は持続可能なクリーンエネルギーの源であり、半導体ｐ－ｎ接合の光起電効果により、太陽光を電気エネルギーに変換することができ、変換効率は太陽電池の重要な性能指標である。ＩＢＣ（Ｉｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄ ｂａｃｋ ｃｏｎｔａｃｔ）電池、即ち交差指型背面接触電池は、正／負電極がいずれも電池の背面に設計されることによって、金属グリッドによる前面の遮蔽が徹底的に回避され、金属グリッド遮蔽による光学的損失が回避されるとともに、従来より大きい幅で電極を設計可能であることによって、直列抵抗損失が低減され、さらに変換効率が大幅に向上する。また、正面に電極がない設計は、製品の外観がより美しくなり、様々な応用シーンに適する。
従来のドープト多結晶シリコンで不動態化されたＩＢＣ電池は、トンネル層によりドープト多結晶シリコンとシリコン基板との離隔が形成され、それにより、ドープト多結晶シリコン－トンネル層（絶縁層）－シリコン基板積層型の不動態化接触構造が形成される。トンネル層の厚さはトンネル抵抗による影響に非常に敏感であり、トンネル層は、良好な抵抗率を達成するために十分な薄さが必要である一方、良好な不動態化効果を実現するために十分な厚さが必要であり、このため、トンネル層の厚さ範囲に対する制御が厳しく要求されている。しかし、生産プロセスでは、トンネル層厚さの精度制御が困難であり、現在、大規模生産が困難で、後続の生産プロセスにおける熱プロセスにも一定の要求があり、最終的に、電池の変換効率が制限されている。
本発明の実施例の目的は、従来のトンネル層における厚さ精度の高い要求により生産が困難で変換効率が制限されるという問題を解決するように、太陽電池のドープ領域構造を提供することである。
本発明の実施例は以下のように実現される。
太陽電池のドープ領域構造であって、シリコン基板上に順に設けられる第１ドープ層、不動態化層、及び第２ドープ層を含み、前記不動態化層は孔領域において前記第１ドープ層及び／又は前記第２ドープ層を有する多孔構造である。
さらに、前記第１ドープ層と前記第２ドープ層は同じドーピング極性である。
さらに、前記多孔構造の孔径が２０μｍ未満である。
さらに、前記多孔構造の孔径が１０μｍ未満である。
さらに、前記多孔構造の孔径が１０００ｎｍ未満であり、孔は孔径１０００ｎｍ以下のナノスケール孔とされ、孔の面密度は１０６～１０８／ｃｍ２と高くしてもよい。孔が孔径１０００ｎｍ以下のナノスケール孔とされることで、第２ドープ層とシリコン基板の総接触面積が大幅に減少し、抵抗を低下させるとともに再結合の発生を大幅に低減することができることが理解される。
さらに、前記多孔構造の非孔領域に前記第１ドープ層及び／又は前記第２ドープ層と同じドーピング型のドーパントが含有される。
さらに、前記多孔構造の孔領域に前記第１ドープ層及び／又は前記第２ドープ層が部分的に含有される。
さらに、前記多孔構造の孔領域の面積が前記多孔構造の全体面積を占める比率は２０％未満である。
さらに、前記不動態化層の厚さが０．５～１０ｎｍである。
さらに、前記不動態化層の厚さが０．８～２ｎｍである。
さらに、前記不動態化層は酸化層、炭化シリコン層、及び非晶質シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せである。
さらに、前記酸化層は酸化シリコン層、酸化アルミニウム層のうちの１層又は複数層からなる。
さらに、前記不動態化層中の炭化シリコン層は水素化炭化シリコン層を含む。
さらに、前記第１ドープ層のドーピング濃度が前記シリコン基板のドーピング濃度と前記第２ドープ層のドーピング濃度との間にある。
さらに、前記第１ドープ層の接合深さが１．５μｍ未満である。
さらに、前記第１ドープ層はIII族又はＶ族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層である。
さらに、前記第２ドープ層はドープト多結晶シリコン層又はドープト炭化シリコン層又はドープト非晶質シリコン層を含む。
さらに、前記第２ドープ層中のドープト炭化シリコン層は異なる屈折率の少なくとも１層のドープト炭化シリコン膜からなる。
さらに、各前記ドープト炭化シリコン膜の屈折率がシリコン基板から外へ順に低くなる。
さらに、前記第２ドープ層中のドープト炭化シリコン層はドープト水素化炭化シリコン層を含み、前記ドープト水素化炭化シリコン層の電気伝導率が０．０１Ｓ／ｃｍ超であり、厚さが１０ｎｍ超である。
本発明の別の実施例の目的は、シリコン基板と、前記シリコン基板の背面に交互に設けられる、反対の極性を有する第１ドープ領域及び第２ドープ領域と、前記シリコン基板の正面に設けられる第１誘電体層と、前記第１ドープ領域と前記第２ドープ領域との間に設けられる第２誘電体層と、前記第１ドープ領域上に設けられる第１導電層及び前記第２ドープ領域上に設けられる第２導電層と、を含み、前記第１ドープ領域及び／又は前記第２ドープ領域は上記に記載のドープ領域構造を採用する太陽電池をさらに提供することである。
さらに、前記第１ドープ領域及び前記第２ドープ領域のうちの一方は上記に記載のドープ領域構造を採用し、他方は前記シリコン基板の背面内に設けられる第３ドープ層である。
さらに、前記第３ドープ層はIII族又はＶ族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層である。
さらに、前記シリコン基板の背面に凹溝が間隔をおいて設けられ、前記第１ドープ領域と前記第２ドープ領域が各前記凹溝内に交互に設けられる。
さらに、前記シリコン基板の背面に凹溝が間隔をおいて設けられ、前記第１ドープ領域及び前記第２ドープ領域のうちの一方が前記凹溝内に設けられ、他方が前記凹溝外に設けられる。
さらに、前記第１ドープ領域と第２ドープ領域との間に溝が設けられる。
さらに、前記第１ドープ領域及び／又は前記第２ドープ領域が前記凹溝内外の一部の領域に設けられる。
さらに、前記第１誘電体層及び前記第２誘電体層は酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、炭化シリコン層、非晶質シリコン層及び酸化シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せである。
さらに、前記第１誘電体層及び／又は前記第２誘電体層は酸化アルミニウム層及び炭化シリコン層であるか、又は酸化シリコン層及び炭化シリコン層であり、前記第１誘電体層の厚さが５０ｎｍ超であり、前記第２誘電体層の厚さが２５ｎｍ超である。
さらに、前記第１誘電体層中の酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層の厚さが４０ｎｍ未満であり、前記第２誘電体層中の酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層の厚さが２５ｎｍ未満であり、前記第１誘電体層及び／又は前記第２誘電体層中の炭化シリコン層の厚さが１０ｎｍ超である。
さらに、前記第１誘電体層及び／又は前記第２誘電体層中の炭化シリコン層は異なる屈折率の少なくとも１層の炭化シリコン膜からなる。
さらに、各前記炭化シリコン膜の屈折率がシリコン基板から外へ順に低くなる。
さらに、前記第１誘電体層及び／又は前記第２誘電体層の外層にさらにフッ化マグネシウム層が設けられる。
さらに、前記第１導電層及び前記第２導電層はＴＣＯ透明導電膜及び／又は金属電極である。
さらに、前記金属電極は銀電極、銅電極、アルミニウム電極、錫被覆銅電極又は銀被覆銅電極を含む。
さらに、前記銅電極は電気めっきプロセスによって製造される電気めっき銅電極又は物理蒸着によって製造される銅電極である。
さらに、前記シリコン基板の正面と前記第１誘電体層との間にさらに電界層又は浮遊接合が設けられる。
さらに、前記第１ドープ領域及び前記第２ドープ領域のうちの一方がＰ型ドープ領域であり、他方がＮ型ドープ領域であり、前記Ｐ型ドープ領域における不動態化層の厚さが前記Ｎ型ドープ領域における不動態化層の厚さより大きい。
さらに、前記第１ドープ領域及び前記第２ドープ領域のうちの一方がＰ型ドープ領域であり、他方がＮ型ドープ領域であり、前記Ｐ型ドープ領域における不動態化層の孔密度が前記Ｎ型ドープ領域における不動態化層の孔密度より大きい。
本発明の別の実施例の目的は、シリコン基板と、前記シリコン基板の背面に設けられる上記に記載のドープ領域構造と、前記ドープ領域構造上に設けられる第３誘電体層と、前記シリコン基板の正面に順に設けられる第４ドープ層及び第４誘電体層と、前記ドープ領域構造に電気的に接続される第３導電層及び前記第４ドープ層に電気的に接続される第４導電層と、を含み、前記ドープ領域構造と前記第４ドープ層は反対の極性を有する太陽電池をさらに提供することである。
本発明の別の実施例の目的は、上記に記載の１つの太陽電池を含む電池モジュールをさらに提供することである。
本発明の別の実施例の目的は、上記に記載の電池モジュールを含む光起電システムをさらに提供することである。
本発明の別の実施例の目的は、上記に記載のもう１つの太陽電池を含む電池モジュールをさらに提供することである。
本発明の別の実施例の目的は、上記に記載のもう１つの電池モジュールを含む光起電システムをさらに提供することである。
本発明の実施例で提供される太陽電池のドープ領域構造は、順に設けられる第１ドープ層、不動態化層及び第２ドープ層で従来技術における不動態化接触構造を代替し、不動態化層を多孔構造とし、且つ孔領域において第１ドープ層及び／又は第２ドープ層を有することで、不動態化層の孔領域において導電チャネルが形成され、不動態化層に良好な抵抗率がもたらされ、抵抗による影響に対する不動態化層厚さの感度が低下し、さらに不動態化層の厚さに対する制御要求が低下し、したがって、従来より多様な不動態化層の製造方法が可能である。一実施例において、孔は孔径１０００ｎｍ以下のナノスケール孔とされ、この場合、孔の面密度は１０６～１０８／ｃｍ２と高くしてもよい。孔が孔径１０００ｎｍ以下のナノスケール孔とされることで、第２ドープ層とシリコン基板の総接触面積が大幅に減少し、抵抗を低下させるとともに再結合の発生を大幅に低減することができることが理解される。また、シリコン基板と不動態化層との間に第１ドープ層が設けられることで、表面の電子・正孔を増強する分離電界が形成され、電界不動態化の効果が向上する。また、第１ドープ層はシリコン基板と異なるフェルミ準位を持ち、フェルミ準位を変化させるため、不純物（遷移族金属）の固形物濃度が増加し、追加のゲッタリング効果がもたらされる。また、多孔構造上において第２ドープ層とシリコン基板とが、ドープされた孔領域及び第１ドープ層を介して接続されて、製造される電池の総抵抗をさらに低下させ、最終的に電池の変換効率を高め、従来のトンネル層における厚さ精度の高い要求により生産が困難で変換効率が制限されるという問題を解決する。
本発明の一実施例で提供される太陽電池のドープ領域構造の構造模式図である。 本発明の一実施例で提供される太陽電池の実施時の各種構造模式図である。 本発明の一実施例で提供される太陽電池の実施時の各種構造模式図である。 本発明の一実施例で提供される太陽電池の実施時の各種構造模式図である。 本発明の一実施例で提供される太陽電池の実施時の各種構造模式図である。 本発明の一実施例で提供される太陽電池の実施時の各種構造模式図である。 本発明の一実施例で提供される太陽電池の実施時の各種構造模式図である。 本発明の一実施例で提供される太陽電池の実施時の各種構造模式図である。 本発明の別の実施例で提供される太陽電池の構造模式図である。
本発明の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、以下において、図面と実施例を関連付けて、本発明をさらに詳細に説明する。ここで記載される具体例は本発明を解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するためのものではないことを理解すべきである。
本発明において、特に規定又は限定しない限り、「取付」、「連結」、「接続」、「固定」等の用語は広義に理解すべきであり、例えば、固定接続としてもよく、取り外し可能接続又は一体的接続としてもよく、あるいは、機械的接続としてもよく、電気的接続としてもよく、あるいは、直接接続としてもよく、中間媒体による間接的接続としてもよく、二要素の内部連通としてもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて本発明における上記用語の具体的な意味を理解することができる。本明細書で使用される用語「及び／又は」は、挙げられた１つ又は複数の関連項目の任意の及びあらゆる組合せを含む。
本発明は、順に設けられる第１ドープ層、不動態化層及び第２ドープ層で従来技術における不動態化接触構造を代替し、不動態化層を多孔構造とし、且つ孔領域において第１ドープ層及び／又は第２ドープ層を有することで、不動態化層の孔領域において導電チャネルが形成され、不動態化層に良好な抵抗率がもたらされ、抵抗による影響に対する不動態化層厚さの感度が低下し、さらに不動態化層の厚さに対する制御要求が低下し、したがって、従来より多様な不動態化層の製造方法が可能である。また、シリコン基板と不動態化層との間に第１ドープ層が設けられることで、表面の電子・正孔を増強する分離電界が形成され、電界不動態化の効果が向上する。また、第１ドープ層はシリコン基板と異なるフェルミ準位を持ち、フェルミ準位を変化させるため、不純物（遷移族金属）の固形物濃度が増加し、追加のゲッタリング効果がもたらされる。また、多孔構造上において第２ドープ層とシリコン基板とが、ドープされた孔領域及び第１ドープ層を介して接続されて、製造される電池の総抵抗をさらに低下させ、最終的に電池の変換効率を高め、従来のトンネル層における厚さ精度の高い要求により生産が困難で変換効率が制限されるという問題を解決する。
本発明の実施例は太陽電池のドープ領域構造を提供し、説明の便宜上、本発明の実施例に関する部分のみを示し、図１を参照し、本発明の実施例で提供される太陽電池のドープ領域構造は、シリコン基板１０上に順に設けられる第１ドープ層１１、不動態化層１２、及び第２ドープ層１３を含み、不動態化層１２は孔領域において第１ドープ層１１及び／又は第２ドープ層１３を有する多孔構造である。
本発明の一実施例において、シリコン基板１０は通常作動の間に太陽に向かっている正面及び正面と反対する背面を有し、正面は受光面であり、背面は正面に対してシリコン基板１０の他側に設けられる。つまり、上記正面と背面がシリコン基板１０に位置する側は異なり且つ反対側である。本実施例において、シリコン基板１０はＮ型の単結晶シリコンウェハである。なお、他の実施例において、シリコン基板１０は多結晶シリコンウェハ又は擬似単結晶シリコンウェハ等のような他のタイプのシリコンウェハであってもよく、シリコン基板１０はＰ型としてもよく、それは実用上の要求に応じて設定されるものであり、ここでは具体的に限定しないことが理解される。
本発明の一実施例において、不動態化層１２は好ましくは酸化層、炭化シリコン層、及び非晶質シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せである。本発明の例示の一部として、例えば、不動態化層１２は単一材料の酸化層であってもよく、複数材料の酸化層と非晶質シリコン層の組合せであってもよく、単一材料の異なる屈折率の複数層の非晶質シリコンの組合せであってもよく、また、不動態化層１２は酸窒化シリコン層、窒化シリコン層等であってもよい。不動態化層１２の具体的な構造配置は上記で列挙されたいくつかの形態を含むが、それらに限定されず、不動態化層１２は実用上の要求に応じて設定されるものであり、ここでは具体的に限定しないことが理解される。さらに、不動態化層１２の厚さが０．５～１０ｎｍである。本発明の好ましい実施例として、不動態化層１２の厚さは好ましくは０．８～２ｎｍである。この場合、不動態化層１２の厚さは従来技術におけるトンネル層厚さのようなものとしてもよく、従来のトンネル層厚さより大きくしてもよく、それは実用上の要求に応じて設定されるものであり、ここでは具体的に限定しない。
本発明の好ましい実施例において、具体的には、不動態化層１２は酸化層及び炭化シリコン層であることが好ましく、この場合、酸化層及び炭化シリコン層はシリコン基板１０から外へ順に配列され、酸化層が内側の第１ドープ層１１と接触し、炭化シリコン層が外側の第２ドープ層１３と接触する。さらに、酸化層は酸化シリコン層、酸化アルミニウム層のうちの１層又は複数層からなることが好ましい。したがって、不動態化層１２は酸化層中の酸化シリコン層と酸化アルミニウム層の組合せであってもよい。不動態化層１２中の炭化シリコン層は水素化炭化シリコン層を含む。この場合、水素化炭化シリコン層中の水素が拡散メカニズム及び熱効果の作用下でシリコン基板１０内に入ることによって、シリコン基板１０背面のダングリングボンドが中和され、シリコン基板１０の欠陥が不動態化されておき、さらに禁止帯内のエネルギー帯が価電子帯又は伝導帯内に移動され、キャリアが該不動態化層１２を介して第２ドープ層１３に入る確率が向上する。
さらに、本発明の一実施例において、該不動態化層１２は、追加の化学的エッチング、ドライエッチング又は熱拡散衝撃等の方法によって形成され得る多孔構造であり、それは実用上の要求に応じて製造されるものであり、ここでは具体的に限定しない。指摘すべきことは、多孔構造は平面視で該不動態化層１２を観察する時に多孔構造を呈するが、断面視で該不動態化層１２を観察する時にマルチチャネル構造を呈するものである点である。この場合、多孔構造中の孔は、該不動態化層１２を完全に貫通するものがあり、該不動態化層１２を完全に貫通せず不動態化層１２の表面に凹溝／開口を形成するものもある。多孔構造の孔径が２０μｍ未満であり、具体的には、各孔の平均孔径が２０μｍ未満であってもよく、又は全ての孔のうち９０％の孔の孔径が２０μｍ未満であってもよく、さらに、前記多孔構造の孔径が１０μｍ未満である。さらに、前記多孔構造の孔径が１０００ｎｍ未満であり、この場合、孔は孔径１０００ｎｍ以下のナノスケール孔とされ、孔の面密度は１０６～１０８／ｃｍ２と高くしてもよい。孔が孔径１０００ｎｍ以下のナノスケール孔とされることで、第２ドープ層とシリコン基板の総接触面積が大幅に減少し、抵抗を低下させるとともに再結合の発生を大幅に低減することができることが理解される。また、多孔構造の孔領域の面積が多孔構造の全体面積を占める比率は２０％未満であり、つまり、不動態化層１２上に各孔が疎に分布している。
本発明の一実施例では、多孔構造の孔領域において第１ドープ層１１及び／又は第２ドープ層１３を有し、つまり、孔領域内にはいずれも第１ドープ層１１を嵌め込んでもよく、又はいずれも第２ドープ層１３を嵌め込んでもよく、又は第１ドープ層１１と第２ドープ層１３を混ぜて嵌め込んでもよい。指摘すべきことは、実際の生産製造プロセスにおいて、多孔構造の孔領域には第１ドープ層１１及び／又は第２ドープ層１３が部分的に含有されてもよい点であり、この場合、第１ドープ層１１及び／又は第２ドープ層１３で充填されていない他の部分は空隙領域となる。さらに指摘すべきことは、孔領域内には第１ドープ層１１及び／又は第２ドープ層１３の充填が許容される以外、熱プロセス（太陽電池の生産ではプロセス手順によって複数の高温処理工程が存在し得る）による沈殿又は偏析等の方法で生成される不純物の充填も許容される（例えば、水素、酸素及び各種の金属元素が含有される）点である。
さらに、本発明の一実施例において、多孔構造の非孔領域に第１ドープ層１１及び／又は第２ドープ層１３と同じドーピング型のドーパントが含有され、例えば、第１ドープ層１１及び第２ドープ層１３がＮ型ドーピング（例えば、リンドーピング）によるものである場合、不動態化層１２の非孔領域に、拡散したＮ型ドーパントが含有される。
本発明の一実施例において、第１ドープ層１１がシリコン基板１０と不動態化層１２との間に位置し、第１ドープ層１１はイオン注入等の方法でシリコン基板１０上に直接沈着されるドープ層であってもよく、この場合、第１ドープ層１１はシリコン基板１０上に位置し、それに応じて、不動態化層１２は第１ドープ層１１上で製造されるものとなる。第１ドープ層１１は、第２ドープ層１３を製造する時、ドーピング源が不動態化層１２を直接通過するか又は多孔構造中の孔を通過することでシリコン基板１０内に形成したドープ層であってもよく、この場合、第１ドープ層１１はシリコン基板１０内に位置し、それに応じて、不動態化層１２はシリコン基板１０上で直接製造されるものとなり、さらに、第２ドープ層１３を製造する時、それは熱によってシリコン基板１０中に拡散し、シリコン基板１０中の一部が拡散して第１ドープ層１１となる。この場合、第１ドープ層１１のドーピング濃度がシリコン基板１０のドーピング濃度と第２ドープ層１３のドーピング濃度との間にあり、また、本発明の好ましい実施例において、第１ドープ層１１と第２ドープ層１３は同じドーピング極性であり、例えば、第２ドープ層１３がＮ型ドープ層である場合、第１ドープ層１１もそれに応じてＮ型ドープ層であることが好ましい。指摘すべきことは、第１ドープ層１１及び第２ドープ層１３のドーピング極性はシリコン基板１０のドーピング極性と異なってもよい点であり、例えば、本実施例においてシリコン基板１０はＮ型単結晶シリコンであるが、第１ドープ層１１及び第２ドープ層１３はＰ型ドープ層であってもよい。
好ましくは、第１ドープ層１１の材料はシリコン基板１０と同様にし、つまり、シリコン基板１０が単結晶シリコンウェハである場合、第１ドープ層１１も単結晶シリコンウェハとし、且つ第１ドープ層１１はIII族又はＶ族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層であることが好ましく、この場合、第２ドープ層１３がＮ型ドープ層であれば、第１ドープ層１１は窒素、リン、ヒ素等のＶ族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層となり、第２ドープ層１３がＰ型ドープ層であれば、第１ドープ層１１はホウ素、アルミニウム、ガリウム等のIII族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層となる。シリコン基板１０が他のタイプのシリコンウェハとされた場合、第１ドープ層１１はそれに応じてIII族又はＶ族元素でドープされた他のタイプのドープトシリコンウェハとしてもよいことが理解される。
さらに、本発明の一実施例において、第１ドープ層１１は離散型又は連続型分布としてもよく、それは完全に連続的にシリコン基板１０と不動態化層１２との間に設けられてもよく、離散的に不動態化層１２の各孔領域近傍に局所分布してもよく、この場合、第１ドープ層１１の分布はドーピングプロセスによって制御可能であり、ドーピング時間が長いほど、ドープ量が多くなり、連続する第１ドープ層１１の割合が、シリコン基板１０上を完全に被覆する１層の第１ドープ層１１が形成されるまで、高くなる。さらに、第１ドープ層１１の接合深さが１．５μｍ未満である。
本発明の一実施例において、第２ドープ層１３はドープト多結晶シリコン層又はドープト炭化シリコン層又はドープト非晶質シリコン層を含む。第２ドープ層１３中のドープト炭化シリコン層は異なる屈折率の少なくとも１層のドープト炭化シリコン膜からなり、且つ各ドープト炭化シリコン膜の屈折率はシリコン基板１０から外へ順に低くなる。指摘すべきことは、ドープト炭化シリコン膜の厚さ及びその屈折率は実用上の要求に応じて設定してもよく、主にシリコン基板１０から外へ順に低くなることを満たせばよく、ここでは具体的に限定しない点である。炭化シリコン材料の光学的バンドギャップが広く吸収係数が低いため、寄生吸収を低減することもでき、短絡電流密度を効果的に増加できる。さらに、第２ドープ層１３中のドープト炭化シリコン層はドープト水素化炭化シリコン層を含み、ドープト水素化炭化シリコン層の電気伝導率が０．０１Ｓ／ｃｍ超であり、厚さが１０ｎｍ超である。それに応じて、その電気伝導率及び厚さは他の値としてもよく、ドープト水素化炭化シリコン層の電気伝導率及び厚さを制御することで第２ドープ層１３の電気伝導性要求を満たせばよく、ここでは具体的に限定しない。指摘すべきことは、第１ドープ層１１及び第２ドープ層１３は同じ材料又は異なる材料を選択し得る点であり、例えば、第１ドープ層１１及び第２ドープ層１３は共にドープト多結晶シリコンであってもよく、又は第１ドープ層１１はドープト単結晶シリコン、第２ドープ層１３はドープト炭化シリコンである等のようにしてもよい。
本実施例において、順に設けられる第１ドープ層、不動態化層及び第２ドープ層で従来技術における不動態化接触構造を代替し、不動態化層を多孔構造とし、且つ孔領域において第１ドープ層及び／又は第２ドープ層を有することで、不動態化層の孔領域において導電チャネルが形成され、不動態化層に良好な抵抗率がもたらされ、抵抗による影響に対する不動態化層厚さの感度が低下し、さらに不動態化層の厚さに対する制御要求が低下し、したがって、従来より多様な不動態化層の製造方法が可能である。また、シリコン基板と不動態化層との間に第１ドープ層が設けられることで、表面の電子・正孔を増強する分離電界が形成され、電界不動態化の効果が向上する。また、第１ドープ層はシリコン基板と異なるフェルミ準位を持ち、フェルミ準位を変化させるため、不純物（遷移族金属）の固形物濃度が増加し、追加のゲッタリング効果がもたらされる。また、多孔構造上において第２ドープ層とシリコン基板とが、ドープされた孔領域及び第１ドープ層を介して接続されて、製造される電池の総抵抗をさらに低下させ、最終的に電池の変換率を高め、従来のトンネル層における厚さ精度の高い要求により生産が困難で変換効率が制限されるという問題を解決する。
本発明の第２実施例は太陽電池を提供し、説明の便宜上、本発明の実施例に関する部分のみを示し、図２～図８を参照し、本発明の実施例で提供される太陽電池は、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の背面に交互に設けられる、反対の極性を有する第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０と、シリコン基板１０の正面に設けられる第１誘電体層４０と、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に設けられる第２誘電体層５０と、第１ドープ領域２０上に設けられる第１導電層６０及び第２ドープ領域３０上に設けられる第２導電層７０と、を含み、第１ドープ領域２０及び／又は第２ドープ領域３０は前記実施例に記載のドープ領域構造を採用する。
したがって、本発明の一実施例において、図２、図４及び図６を参照し、太陽電池は、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がいずれも前記実施例に記載のドープ領域構造を採用してもよく、この場合、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０は反対の極性を有するため、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０における第１ドープ層と第２ドープ層は反対のドーピング極性を有し、例えば、第１ドープ領域２０における第１ドープ層及び第２ドープ層がＰ型ドープ層である場合、第２ドープ領域３０における第１ドープ層及び第２ドープ層は反対のドーピング極性を有するＮ型ドープ層となり、この場合、第１ドープ領域２０はＰ型ドープ領域であり、第２ドープ領域３０はＮ型ドープ領域である。当然ながら、第１ドープ領域２０はＮ型ドープ領域で、第２ドープ領域３０はＰ型ドープ領域であってもよい。したがって、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方はＰ型ドープ領域であり、他方はＮ型ドープ領域である。
当然、太陽電池は、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造を採用し、他方が従来の構造（例えば、不動態化接触構造又は拡散構造等）を採用してもよい。図３、図５、図７及び図８を参照し、本実施例において、好ましくは、他方はシリコン基板１０の背面内に設けられる第３ドープ層であり、つまり、他方は従来の拡散構造を採用する。当然、選択的に、他方は従来の不動態化接触構造を採用してもよく、この場合、不動態化接触構造はトンネル層及びドープ領域（図示せず）を含む。指摘すべきことは、この場合、第３ドープ層は同様にIII族又はＶ族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層である点であり、その具体的な構造は前記実施例における第１ドープ層についての記載を参照すればよく、ここで指摘すべきことは、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０は反対の極性を有するが、第１ドープ層と第２ドープ層は同じドーピング極性であるため、第１ドープ層及び第３ドープ層はそれぞれ異なる族の元素でドープされ、つまり、第１ドープ層がIII族元素でドープされた場合、第３ドープ層がＶ族元素でドープされ、第１ドープ層がＶ族元素でドープされた場合、第３ドープ層がIII族元素でドープされる点である。
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がいずれも前記実施例に記載のドープ領域構造を採用する場合、第１ドープ領域２０における各層の構造に選択される材料及び厚さは第２ドープ領域３０における各層の構造と同一又は異なってもよく、例えば、第１ドープ領域２０における不動態化層が具体的に酸化シリコン層及び炭化シリコン層を選択する場合、第２ドープ領域３０における不動態化層は第１ドープ領域２０における不動態化層と同様に選択してもよく、又は第１ドープ領域２０における不動態化層と異なる材料の層、例えば酸化アルミニウム層及び炭化シリコン層等を選択してもよい。
また、第１ドープ領域２０における不動態化層と第２ドープ領域３０における不動態化層は同じ厚さとしてもしなくてもよく、好ましくは、第１ドープ領域２０における不動態化層と第２ドープ領域３０における不動態化層が同じ材料であるか否かに関わらず、第１ドープ層がIII族元素でドープされた場合に対応する不動態化層の厚さはより厚くし、第１ドープ層がＶ族元素でドープされた場合に対応する他の不動態化層の厚さはより薄くする。つまり、Ｐ型ドープ領域における不動態化層の厚さはＮ型ドープ領域における不動態化層の厚さより大きくなり、それは主に、Ｐ型ドープ領域にホウ素ドーピング等のプロセスが必要で、要求される温度がより高く、且つ数回の熱処理プロセスが必要であるので、不動態化層をより厚くする必要があるからである。本実施例において、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０における各層構造の材料及び厚さは実用上の要求に応じて設定され、ここでは具体的に限定しない。
また、本発明の好ましい実施例において、Ｐ型ドープ領域における不動態化層の孔密度はＮ型ドープ領域における不動態化層の孔密度より大きい。孔密度とは、単位面積の孔の数を指し、つまり、同じ単位面積で、Ｐ型ドープ領域における不動態化層の孔数はＮ型ドープ領域における不動態化層の孔数より多い。それは主に、Ｐ型ドープ領域の導電性が低いので、導電能力を高めるためにより多くの孔が必要であるとともに、Ｐ型ドープ領域における不動態化層の厚さが大きいので、導電能力を高めるためにより多くの孔が必要であるからである。
本発明の一実施例において、第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０は酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、炭化シリコン層、非晶質シリコン層及び酸化シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せである。該第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０は不動態化の役割を果たし、且つ第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０は少なくとも１層の構造とされ、各層はシリコン基板１０から外へ屈折率が順に低くなるように配置され、それによって、シリコン基板１０に近付く膜層は不動態化の役割を果たし、シリコン基板１０から離れる膜層は反射防止の役割を果たすようになり、反射防止の効果が増強され、さらに光に対するシリコン基板１０の吸収及び利用が増加し、短絡電流密度が増加する。第１誘電体層４０及び第２誘電体中の異なる構造の各膜層は、異なる屈折率の複数層の膜からなり、且つ上記のシリコン基板１０から外へ屈折率が順に低くなるように配置されてもよく、例えば、第１誘電体層４０中の酸化シリコン層はシリコン基板１０から外へ屈折率が順に低くなる複数層の酸化シリコン膜からなってもよい。
指摘すべきことは、該第１誘電体層４０と第２誘電体層５０は同じ構造としてもしなくてもよく、第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０は実用上の要求に応じて各膜層の構造が設定され、ここでは具体的に限定しない点である。好ましくは、第１誘電体層４０と第２誘電体層５０は同じであるようにし、それによって、同一のプロセスによってシリコン基板１０の正背面をそれぞれ製造して第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０を得ることができる。
本発明の好ましい実施例において、第１誘電体層４０及び／又は第２誘電体層５０は酸化アルミニウム層と炭化シリコン層による二層構造、又は酸化シリコン層と炭化シリコン層による二層構造であることが好ましい。この場合、第１誘電体層４０の全体厚さが５０ｎｍ超であり、第２誘電体層５０の全体厚さが２５ｎｍ超である。第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０の具体的な構造配置は上記で列挙された具体例を含むが、それらに限定しないことが理解される。
さらに、本発明の一実施例において、第１誘電体層４０中の酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層の厚さが４０ｎｍ未満であり、第２誘電体層５０中の酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層の厚さが２５ｎｍ未満であり、第１誘電体層４０及び／又は第２誘電体層５０中の炭化シリコン層の厚さが１０ｎｍ超である。この場合、第１誘電体層４０及び／又は第２誘電体層５０中の炭化シリコン層は、水素不動態化の効果をもたらすだけでなく、光学的バンドギャップが大きく、吸収係数が小さいため、寄生光吸収を低減することもできる。
指摘すべきことは、本発明の実施例に示す多層構造は、いずれもシリコン基板１０から外への順で配置される点であり、例えば、上記の第１誘電体層４０が酸化アルミニウム層及び炭化シリコン層である場合、酸化アルミニウム層はシリコン基板１０に近く、炭化シリコン層は外側に近い。また、指摘すべきことは、明細書の図面において、図２から図８に示すように、第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０が二層構造であるもののみが示される点であり、第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０は他の層数としてもよく、具体的な構造は実際の要求に応じて設定され、完全に明細書の図面に示したとおりではないことが理解される。また、指摘すべきことは、本発明の各図面は、太陽電池内の各構造の具体的な分布を記述するためのものに過ぎず、各構造の実寸大に対応するものではなく、それらは本実施例における具体的な実寸大を完全に対応して示すものではなく、本実施例で提供される具体的なパラメータに準ずるものとする点である。
さらに、第１誘電体層４０及び／又は第２誘電体層５０中の炭化シリコン層は異なる屈折率の少なくとも１層の炭化シリコン膜からなる。各層の炭化シリコン膜の屈折率はシリコン基板１０から外へ順に低くなる。選択的に、上記各種材料の屈折率は一般に、単結晶シリコンの屈折率３．８８、非晶質シリコンの屈折率３．５～４．２、多結晶シリコンの屈折率３．９３、炭化シリコンの屈折率２～３．８８、窒化シリコンの屈折率１．９～３．８８、酸窒化シリコンの屈折率１．４５～３．８８、酸化シリコンの屈折率１．４５、酸化アルミニウムの屈折率１．６３のように選定してもよい。上記各種材料の屈折率は、実用上の要求に応じて他の値にしてもよく、ここでは具体的に限定しないことが理解される。
さらに、本発明の一実施例において、第１誘電体層４０及び／又は第２誘電体層５０の外層にさらにフッ化マグネシウム層が設けられ、つまり、上記第１誘電体層４０及び第２誘電体層５０に選定される酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、炭化シリコン層、非晶質シリコン層及び酸化シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せの基に、第１誘電体層４０及び／又は第２誘電体層５０の外層にさらに１つのフッ化マグネシウム層が設けられてもよい。フッ化マグネシウム層は屈折率要求が最も低く、一般的に１．４とし、それは反射防止という光学的作用を増強するためのものである。
さらに、本発明の一実施例において、シリコン基板１０の正面と第１誘電体層４０との間にさらに電界層又は浮遊接合が設けられ、具体的には、シリコン基板１０はリン拡散によって電界層が製造されるか、又はホウ素拡散によって浮遊接合が製造され、この場合、電界層又は浮遊接合は該太陽電池の前面電界となる。
本発明の一実施例において、第１導電層６０及び／又は第２導電層７０はＴＣＯ透明導電膜及び／又は金属電極である。金属電極は銀電極、銅電極、アルミニウム電極、錫被覆銅電極又は銀被覆銅電極を含む。さらに、銅電極は電気めっきプロセスによって製造される電気めっき銅電極又は物理蒸着によって製造される銅電極である。該電気めっき銅はニッケル、クロム、チタン、タングステン電極をシード層又は保護層とする。指摘すべきことは、第１導電層６０及び第２導電層７０も同じ材料又は異なる材料を選択し得る点であり、例えば、第１導電層６０及び第２導電層７０はいずれもアルミニウム電極を選択するか、又は第１導電層６０は銀電極を、第２導電層７０はアルミニウム電極を選択する。
さらに、本発明の一実施例において、シリコン基板１０の正面は第１誘電体層４０を製造する前にさらにテクスチャリングプロセスが施され、それによって、正面で形成されるモフォロジーはアルカリ研磨面、機械研磨面、ランダムピラミッド状、逆ピラミッド状、球冠状、Ｖ字溝状、及び上記モフォロジー間のモフォロジーを含むが、それらに限定されないようになり、この場合、シリコン基板１０の正面で形成される表面モフォロジーは、正面の太陽光反射を低減し、太陽電池の変換効率を高めることに寄与する。
さらに、本発明の一実施例において、第２誘電体層５０はシリコン基板１０上の第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間の領域のみを被覆してもよく、第１ドープ領域２０及び／又は第２ドープ領域３０まで延在して被覆してもよい。この場合、第２誘電体層５０がシリコン基板１０上の第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間の領域のみを被覆すれば、第１導電層６０は電気的接続のために第１ドープ領域２０の背面全面を被覆し、第２導電層７０は電気的接続のために第２ドープ領域３０の背面全面を被覆する。第２誘電体層５０が第１ドープ領域２０及び／又は第２ドープ領域３０まで延在して被覆すれば、第１導電層６０は電気的接続のために、第１ドープ領域２０における第２誘電体層５０で被覆されていない余剰部分の背面を被覆し、第２導電層７０は電気的接続のために、第２ドープ領域３０における第２誘電体層５０で被覆されていない余剰部分の背面を被覆する。第２誘電体層５０が背面全面を完全に被覆すれば、第１導電層６０は穿孔等の方式で該第２誘電体層５０を貫通して第１ドープ領域２０に電気的に接続され、第２導電層７０は穿孔等の方式で該第２誘電体層５０を貫通して第２ドープ領域３０に電気的に接続される。第１導電層６０及び第２導電層７０の導電極性は第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０の極性によって決定され、ここでは具体的に限定しない。
本発明の一実施例において、図２及び図３を参照し、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０はシリコン基板１０の背面上に交互に設けられ、この場合、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０が直接接続することによる漏電等の不具合を回避するために、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられ、この場合、溝によって第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０が分離され、それに応じて、第２誘電体層５０も溝上を被覆する。指摘すべきことは、溝とシリコン基板１０とが接触する表面モフォロジーはさらに粗テクスチャ構造が設けられてもよい点であり、該粗テクスチャ構造は通常、テクスチャリングによって形成され、アルカリ研磨面、機械研磨面、ランダムピラミッド状、逆ピラミッド状、球冠状、Ｖ字溝状、及び上記モフォロジー間のモフォロジーを含むが、それらに限定されず、一般的には、酸テクスチャリングによって不規則な半球型テクスチャを形成し、アルカリテクスチャリングによってピラミッド状テクスチャを形成するか、又は、アルカリテクスチャリングによってピラミッド状テクスチャを先に形成してから酸テクスチャリングによってピラミッドの先端部を丸め処理してもよく、この場合、シリコン基板１０背面の溝部に形成される表面モフォロジーは、光に対するシリコン基板１０の吸収及び再利用を増加させ、短絡電流密度を増加させ、さらに太陽電池の変換効率を高めることに寄与する。
本発明の別の実施例において、図４及び図５を参照し、シリコン基板１０の背面に凹溝が間隔をおいて設けられ、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０が各凹溝内に交互に設けられ、凹溝は、レーザーアブレーション方法、又はマスク（例えば、ハードマスク、酸化シリコンマスク、窒化シリコンマスク、フォトレジストマスク等）とウェット／ドライエッチングの組合せによって作製してもよく、この場合、シリコン基板１０の背面に間隔をおいて開設された凹溝により、シリコン基板１０の隣接する二凹溝間にある領域は略ボス状となり、それによって、シリコン基板１０自体の凹溝間のボス構造で、凹溝内に設けられる第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０の離隔を実現することができる。当然、選択的に、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間にさらに溝が設けられてもよく、この場合、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０がシリコン基板１０自体の凹溝間のボス構造及び溝構造によって二重離隔が実現されるように、ボス構造又は凹溝内に溝を設けてもよい。
また、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０に少なくとも前記実施例に記載のドープ領域構造が含まれ、ここで指摘すべきことは、ドープ領域構造中の不動態化層は凹溝の底壁上のみを被覆するか、又は凹溝の側壁上を延在して被覆してもよい点である。好ましくは、不動態化層は凹溝の底壁及び側壁上を被覆し、この場合、第１ドープ層もそれに応じて凹溝の底壁及び側壁上に設けられ、それによって、シリコン基板１０で生成されるキャリアも凹溝側壁上の不動態化層によって容易に分離されて対応する第２ドープ層内に選択的に収集され、キャリアの凹溝底壁及び側壁での多次元収集に寄与する。指摘すべきことは、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０は対応する凹溝内の一部の領域にそれぞれ設けられてもよい点である。
さらに、本発明の一実施例において、凹溝は円弧形、台形、又は方形である。凹溝は好ましくは円弧形又は台形とし、凹溝を円弧形又は台形とした場合、凹溝内壁による光反射効果がより良好であるため、ドープ領域構造としての不動態化層と第１ドープ層との接触表面積を増加させることもできる。当然、凹溝を方形とした場合、実際の生産プロセスがより簡単であり、また、指摘すべきことは、各凹溝の形状は同じであってもなくてもよい点であり、例えば、第１ドープ領域２０が設けられた凹溝及び第２ドープ領域３０が設けられた凹溝はいずれも方形であり、又は第１ドープ領域２０が設けられた凹溝は方形で、第２ドープ領域３０が設けられた凹溝は円弧形等であり、したがって、各凹溝の形状は実用上の要求に応じて設定され、ここでは具体的に限定しない。さらに、各凹溝の幅及び深さは同じであってもなくてもよく、それらは実用上の要求に応じて設定され、ここでは具体的に限定しない。
さらに、本発明の一実施例において、第１ドープ領域２０の総厚さ及び／又は第２ドープ領域３０の総厚さは凹溝の深さより大きいもの、それより小さいもの、及びそれに等しいものがある。第１ドープ領域２０の総厚さ及び／又は第２ドープ領域３０の総厚さが凹溝の深さ以下である場合、第１ドープ領域２０及び／又は第２ドープ領域３０は凹溝から延出せず、この場合、凹溝間のボス構造によって第１ドープ領域２０及び／又は第２ドープ領域３０の離隔が直接実現される。第１ドープ領域２０の総厚さ及び／又は第２ドープ領域３０の総厚さが凹溝の深さより大きい場合、第１ドープ領域２０及び／又は第２ドープ領域３０は各凹溝間のボス領域まで延在してもよく、つまり、例えば、第１ドープ領域２０は各凹溝間の一部の領域又は全部の領域に延在してもよいが、隣接する第２ドープ領域３０と接触しない。
さらに、本発明の一実施例において、各凹溝間のボス領域にあるシリコン基板１０の背面は粗テクスチャ構造を有する。該粗テクスチャ構造は通常、テクスチャリングによって形成され、アルカリ研磨面、機械研磨面、ランダムピラミッド状、逆ピラミッド状、球冠状、Ｖ字溝状、及び上記モフォロジー間のモフォロジーを含むが、それらに限定されず、一般的には、酸テクスチャリングによって不規則な半球型テクスチャを形成し、アルカリテクスチャリングによってピラミッド状テクスチャを形成するか、又はアルカリテクスチャリングによってピラミッド状テクスチャを先に形成してから酸テクスチャリングによってピラミッドの先端部を丸め処理してもよい。粗テクスチャ構造は、シリコン基板１０の背面全面として設けてもよいことが理解される。
本発明の更に別の実施例において、図６、図７及び図８を参照し、シリコン基板１０の背面に凹溝が間隔をおいて設けられ、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が凹溝内に設けられ、他方が凹溝外に設けられる。図６及び図７を参照し、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との離隔を実現するために、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられてもよく、この場合、溝によって第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０とが分離される。図８を参照し、凹溝内外の第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０で被覆されていないシリコン基板１０において第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との分離を実現するように、第１ドープ領域２０及び／又は第２ドープ領域３０を凹溝内外の一部の領域に設けてもよい。当然、凹溝の深さを設定することで、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０とが接触しないようにしてもよい。凹溝、及び凹溝内外に設けられる第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０についての他の具体的な説明は上記の記載を参照すればよく、ここでは説明を省略する。
したがって、本発明の一実施例において、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０はいずれもシリコン基板１０の背面に設けられてもよく、又はいずれもシリコン基板１０において間隔をおいて設けられた凹溝上に設けられてもよく、又はシリコン基板１０において間隔をおいて設けられた凹溝内外にそれぞれ設けられてもよい。また、第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０は少なくとも前記実施例に記載のドープ領域構造を含み、及び第３ドープ層からなる拡散構造又はトンネル層及びドープ領域からなる不動態化接触構造を含み、それゆえ、製造される太陽電池は、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がいずれもシリコン基板１０の背面に設けられ、且つ第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がいずれも前記実施例に記載のドープ領域構造であり、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられる電池１、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がいずれもシリコン基板１０の背面に設けられ、且つ第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造であり、他方が第３ドープ層からなる拡散構造であり、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられる電池２、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がいずれもシリコン基板１０の背面に設けられ、且つ第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造であり、他方がトンネル層及びドープ領域からなる不動態化接触構造であり、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられる電池３、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がシリコン基板１０の凹溝内に交互に設けられ、且つ第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がいずれも前記実施例に記載のドープ領域構造である電池４、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がシリコン基板１０の凹溝内に交互に設けられ、且つ第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造であり、他方が第３ドープ層からなる拡散構造である電池５、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がシリコン基板１０の凹溝内に交互に設けられ、且つ第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造であり、他方がトンネル層及びドープ領域からなる不動態化接触構造である電池６、
第１ドープ領域２０が凹溝内に設けられ第２ドープ領域３０がボス上に設けられ、且つ第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０がいずれも前記実施例に記載のドープ領域構造であり、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられてもよい電池７、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造であり、他方が第３ドープ層からなる拡散構造であり、且つドープ領域構造がボス上に設けられ、拡散構造が凹溝内に設けられ、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられてもよい電池８、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造であり、他方が第３ドープ層からなる拡散構造であり、且つドープ領域構造が凹溝内に設けられ、拡散構造がボス上に設けられ、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられてもよい電池９、
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造であり、他方がトンネル層及びドープ領域からなる不動態化接触構造であり、且つドープ領域構造がボス上に設けられ、不動態化接触構造が凹溝内に設けられ、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられてもよい電池１０、又は
第１ドープ領域２０及び第２ドープ領域３０のうちの一方が前記実施例に記載のドープ領域構造であり、他方がトンネル層及びドープ領域からなる不動態化接触構造であり、且つドープ領域構造が凹溝内に設けられ、不動態化接触構造がボス上に設けられ、第１ドープ領域２０と第２ドープ領域３０との間に溝が設けられてもよい電池１１であり得る。
本実施例において、従来技術における不動態化接触構造に代えてドープ領域構造を設け、ドープ領域構造中の不動態化層を多孔構造とし、且つ孔領域において第１ドープ層及び／又は第２ドープ層を有することで、不動態化層の孔領域において導電チャネルが形成され、不動態化層に良好な抵抗率がもたらされ、抵抗による影響に対する不動態化層厚さの感度が低下し、さらに不動態化層の厚さに対する制御要求が低下し、したがって、従来より多様な不動態化層の製造方法が可能である。また、シリコン基板と不動態化層との間に第１ドープ層が設けられることで、表面の電子・正孔を増強する分離電界が形成され、電界不動態化の効果が向上する。また、第１ドープ層はシリコン基板と異なるフェルミ準位を持ち、フェルミ準位を変化させるため、不純物（遷移族金属）の固形物濃度が増加し、追加のゲッタリング効果がもたらされる。また、多孔構造上において第２ドープ層とシリコン基板とが、ドープされた孔領域及び第１ドープ層を介して接続されて、製造される電池の総抵抗をさらに低下させ、最終的に電池の変換効率を高め、従来のトンネル層における厚さ精度の高い要求により生産が困難で変換効率が制限されるという問題を解決する。
本発明の第３実施例は太陽電池を提供し、説明の便宜上、本発明の実施例に関する部分のみを示し、図９を参照し、本発明の実施例で提供される太陽電池は、
シリコン基板１０と、
シリコン基板１０の背面に設けられる前記実施例に記載のドープ領域構造１と、
ドープ領域構造１上に設けられる第３誘電体層８０と、
シリコン基板１０の正面に順に設けられる第４ドープ層９０及び第４誘電体層１００と、
ドープ領域構造１に電気的に接続される第３導電層１１０及び第４ドープ層９０に電気的に接続される第４導電層１２０と、を含み、
ドープ領域構造１と第４ドープ層９０は反対の極性を有する。
該第４ドープ層９０はIII族又はＶ族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層であり、具体的には前記実施例に記載のドープ領域構造１中の第１ドープ層を参照すればよく、ここで指摘すべきことは、ドープ領域構造１と第４ドープ層９０は反対の極性を有するため、第１ドープ層及び第４ドープ層９０はそれぞれ異なる族の元素でドープされ、つまり、第１ドープ層がIII族元素でドープされた場合、第４ドープ層９０がＶ族元素でドープされ、第１ドープ層がＶ族元素でドープされた場合、第４ドープ層９０がIII族元素でドープされる点である。
本発明の一実施例において、第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００は酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、炭化シリコン層、非晶質シリコン層及び酸化シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せである。該第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００は不動態化の役割を果たし、且つ第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００は少なくとも１層の構造とし、各層はシリコン基板１０から外へ屈折率が順に低くなるように配置され、それによって、シリコン基板１０に近付く膜層は不動態化の役割を果たし、シリコン基板１０から離れる膜層は反射防止の役割を果たし、反射防止の効果が増強され、さらに光に対するシリコン基板１０の吸収及び利用が増加し、短絡電流密度が増加する。第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００中の異なる構造の各膜層は、異なる屈折率の複数層の膜からなり、且つ上記のシリコン基板１０から外へ屈折率が順に低くなるように配置されてもよく、例えば、第３誘電体層８０中の酸化シリコン層はシリコン基板１０から外へ屈折率が順に低くなる複数層の酸化シリコン膜からなる。
指摘すべきことは、該第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００は同じ構造としてもしなくてもよく、第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００は各膜層の構造が実用上の要求に応じて設定され、ここでは具体的に限定しない点である。好ましくは、第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００は同じであるようにし、それによって、同一のプロセスによってシリコン基板１０の正背面をそれぞれ製造して第４誘電体層１００及び第３誘電体層８０を得ることができる。
本発明の好ましい実施例において、第３誘電体層８０及び／又は第４誘電体層１００は酸化アルミニウム層と炭化シリコン層による二層構造、又は酸化シリコン層と炭化シリコン層による二層構造であることが好ましく、この場合、第３誘電体層８０の全体厚さが２５ｎｍ超であり、第４誘電体層１００の全体厚さが５０ｎｍ超である。第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００の具体的な構造配置は上記で列挙された具体例を含むが、それらに限定されないことが理解される。
さらに、本発明の一実施例において、第３誘電体層８０中の酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層の厚さが２５ｎｍ未満であり、第４誘電体層１００中の酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層の厚さが４０ｎｍ未満であり、第３誘電体層８０及び／又は第４誘電体層１００中の炭化シリコン層の厚さが１０ｎｍ超である。この場合、第３誘電体層８０及び／又は第４誘電体層１００中の炭化シリコン層は、水素不動態化の効果をもたらすだけでなく、光学的バンドギャップが大きく、吸収係数が小さいため、寄生光吸収を低減することもできる。
指摘すべきことは、本発明の実施例に示す多層構造は、いずれもシリコン基板１０から外への順で配置される点であり、例えば、上記の第３誘電体層８０が酸化アルミニウム層及び炭化シリコン層である場合、酸化アルミニウム層はシリコン基板１０に近く、炭化シリコン層は外側に近い。また、指摘すべきことは、明細書の図面において、図９に示すように、第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００が二層構造であるもののみが示される点であり、第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００は他の層数としてもよく、具体的な構造は実際の要求に応じて設定され、完全に明細書の図面に示したとおりではないことが理解される。また、指摘すべきことは、本発明の各図面は、太陽電池内の各構造の具体的な分布を記述するためのものに過ぎず、各構造の実寸大に対応するものではなく、それらは本実施例における具体的な実寸大を完全に対応して示すものではなく、本実施例で提供される具体的なパラメータに準ずるものとする点である。
さらに、第３誘電体層８０及び／又は第４誘電体層１００中の炭化シリコン層は異なる屈折率の少なくとも１層の炭化シリコン膜からなる。各層の炭化シリコン膜の屈折率はシリコン基板１０から外へ順に低くなる。選択的に、上記各種材料の屈折率は一般に、単結晶シリコンの屈折率３．８８、非晶質シリコンの屈折率３．５～４．２、多結晶シリコンの屈折率３．９３、炭化シリコンの屈折率２～３．８８、窒化シリコンの屈折率１．９～３．８８、酸窒化シリコンの屈折率１．４５～３．８８、酸化シリコンの屈折率１．４５、酸化アルミニウムの屈折率１．６３のように選定してもよい。上記各種材料の屈折率は、実用上の要求に応じて他の値にしてもよく、ここでは具体的に限定しないことが理解される。
さらに、本発明の一実施例において、第３誘電体層８０及び／又は第４誘電体層１００の外層にさらにフッ化マグネシウム層が設けられ、つまり、上記第３誘電体層８０及び第４誘電体層１００に選定される酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、炭化シリコン層、非晶質シリコン層及び酸化シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せの基に、第３誘電体層８０及び／又は第４誘電体層１００の外層にさらに１つのフッ化マグネシウム層が設けられてもよい。フッ化マグネシウム層は屈折率要求が最も低く、一般的に１．４とし、それは反射防止という光学的作用を増強するためのものである。
本発明の一実施例において、第３導電層１１０及び／又は第４導電層１２０はＴＣＯ透明導電膜及び／又は金属電極である。金属電極は銀電極、銅電極、アルミニウム電極、錫被覆銅電極又は銀被覆銅電極を含む。さらに、銅電極は電気めっきプロセスによって製造される電気めっき銅電極又は物理蒸着によって製造される銅電極である。該電気めっき銅はニッケル、クロム、チタン、タングステン電極をシード層又は保護層とする。指摘すべきことは、第３導電層１１０及び第４導電層１２０は同じ材料又は異なる材料を選択し得る点であり、例えば、第３導電層１１０及び第４導電層１２０はいずれもアルミニウム電極を選択するか、又は第３導電層１１０は銀電極を、第４導電層１２０はアルミニウム電極を選択する。さらに、第３導電層１１０は穿孔等の方式で該第３誘電体層８０を貫通してドープ領域構造１に電気的に接続され、第４導電層１２０は穿孔等の方式で該第４誘電体層１００を貫通して第４ドープ層９０に電気的に接続される。第３導電層１１０及び第４導電層１２０の導電極性はドープ領域構造１及び第４ドープ層９０の極性によって決定され、ここでは具体的に限定しない。
さらに、本発明の一実施例において、シリコン基板１０の正面は第４誘電体層１００を製造する前にさらにテクスチャリングプロセスが施され、それによって、正面で形成されるモフォロジーはアルカリ研磨面、機械研磨面、ランダムピラミッド状、逆ピラミッド状、球冠状、Ｖ字溝状、及び上記モフォロジー間のモフォロジーを含むが、それらに限定されないようになり、この場合、シリコン基板１０の正面で形成される表面モフォロジーは、正面の太陽光反射を低減し、太陽電池の変換効率を高めることに寄与する。
本実施例において、従来技術における不動態化接触構造に代えてドープ領域構造を設け、ドープ領域構造中の不動態化層を多孔構造とし、且つ孔領域において第１ドープ層及び／又は第２ドープ層を有することで、不動態化層の孔領域において導電チャネルが形成され、不動態化層に良好な抵抗率がもたらされ、抵抗による影響に対する不動態化層厚さの感度が低下し、さらに不動態化層の厚さに対する制御要求が低下し、したがって、従来より多様な不動態化層の製造方法が可能である。また、シリコン基板と不動態化層との間に第１ドープ層が設けられることで、表面の電子・正孔を増強する分離電界が形成され、電界不動態化の効果が向上する。また、第１ドープ層はシリコン基板と異なるフェルミ準位を持ち、フェルミ準位を変化させるため、不純物（遷移族金属）の固形物濃度が増加し、追加のゲッタリング効果がもたらされる。また、多孔構造上において第２ドープ層とシリコン基板とが、ドープされた孔領域及び第１ドープ層を介して接続されて、製造される電池の総抵抗をさらに低下させ、最終的に電池の変換効率を高め、従来のトンネル層における厚さ精度の高い要求により生産が困難で変換効率が制限されるという問題を解決する。
本発明の第４実施例は、前記実施例２に記載の太陽電池を含む電池モジュールをさらに提供する。
本発明の第５実施例は、前記実施例４に記載の電池モジュールを含む光起電システムをさらに提供する。
本発明の第６実施例は、前記実施例３に記載の太陽電池を含む電池モジュールをさらに提供する。
本発明の第７実施例は、前記実施例６に記載の電池モジュールを含む光起電システムをさらに提供する。
以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び原則内において行われる任意の修正、同等の代替、改善等は、全て本発明の保護範囲に含まれるものとする。
１～９ ：電池
１０ ：シリコン基板
１１ ：第１ドープ層
１２ ：不動態化層
１３ ：第２ドープ層
２０ ：第１ドープ領域
３０ ：第２ドープ領域
４０ ：第１誘電体層
５０ ：第２誘電体層
６０ ：第１導電層
７０ ：第２導電層
８０ ：第３誘電体層
９０ ：第４ドープ層
１００ ：第４誘電体層
１１０ ：第３導電層
１２０ ：第４導電層

Claims (42)

  1. シリコン基板上に順に設けられる第１ドープ層、不動態化層、及び第２ドープ層を含み、
    前記不動態化層は孔領域を有する多孔構造であり、前記不動態化層は前記孔領域において前記第１ドープ層及び／又は前記第２ドープ層を有し、前記第２ドープ層と前記シリコン基板は、ドープされた前記孔領域及び前記第１ドープ層を介して接続されることを特徴とする、太陽電池のドープ領域構造。
  2. 前記第１ドープ層と前記第２ドープ層は同じドーピング極性であることを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  3. 前記多孔構造の孔径が２０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  4. 前記多孔構造の非孔領域に前記第１ドープ層及び／又は前記第２ドープ層と同じドーピング型のドーパントが含有されることを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  5. 前記多孔構造の前記孔領域に前記第１ドープ層及び／又は前記第２ドープ層が部分的に含有されることを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  6. 前記多孔構造の前記孔領域の面積が前記多孔構造の全体面積を占める比率は２０％未満であり、前記多孔構造の各孔が前記不動態化層上に疎に分布することを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  7. 前記不動態化層の厚さが０．５～１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  8. 前記不動態化層の厚さが０．８～２ｎｍであることを特徴とする、請求項７に記載のドープ領域構造。
  9. 前記不動態化層は酸化層、炭化シリコン層、及び非晶質シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せであることを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  10. 前記酸化層は酸化シリコン層、酸化アルミニウム層のうちの１層又は複数層からなることを特徴とする、請求項９に記載のドープ領域構造。
  11. 前記不動態化層中の炭化シリコン層は水素化炭化シリコン層を含むことを特徴とする、請求項９に記載のドープ領域構造。
  12. 前記第１ドープ層のドーピング濃度が前記シリコン基板のドーピング濃度と前記第２ドープ層のドーピング濃度との間にあることを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  13. 前記第１ドープ層の接合深さが１．５μｍ未満であり、前記第１ドープ層が離散的に前記不動態化層の各孔領域に居所分布することを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  14. 前記第１ドープ層はIII族又はＶ族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層であり、前記第１ドープ層が完全に連続的に前記シリコン基板と前記不動態化層との間に設けられることを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  15. 前記第２ドープ層はドープト多結晶シリコン層又はドープト炭化シリコン層又はドープト非晶質シリコン層を含むことを特徴とする、請求項１に記載のドープ領域構造。
  16. 前記第２ドープ層中のドープト炭化シリコン層は異なる屈折率の少なくとも１層のドープト炭化シリコン膜からなることを特徴とする、請求項１５に記載のドープ領域構造。
  17. 各前記ドープト炭化シリコン膜の屈折率が前記シリコン基板から外へ順に低くなることを特徴とする、請求項１６に記載のドープ領域構造。
  18. 前記第２ドープ層中のドープト炭化シリコン層はドープト水素化炭化シリコン層を含み、前記ドープト水素化炭化シリコン層の電気伝導率が０．０１Ｓ／ｃｍ超であり、厚さが１０ｎｍ超であることを特徴とする、請求項１５に記載のドープ領域構造。
  19. 前記シリコン基板と
    前記シリコン基板の背面に交互に設けられる、反対の極性を有する第１ドープ領域及び第２ドープ領域と、
    前記シリコン基板の正面に設けられる第１誘電体層と、
    前記第１ドープ領域と前記第２ドープ領域との間に設けられる第２誘電体層と、
    前記第１ドープ領域上に設けられる第１導電層及び前記第２ドープ領域上に設けられる第２導電層と、を含み、
    前記第１ドープ領域及び／又は前記第２ドープ領域は請求項１から１８のいずれか１項に記載のドープ領域構造を採用することを特徴とする、太陽電池。
  20. 前記第１ドープ領域及び前記第２ドープ領域のうちの一方は請求項１から１８のいずれか１項に記載のドープ領域構造を採用し、他方は前記シリコン基板の背面内に設けられる第３ドープ層であることを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  21. 前記第３ドープ層はIII族又はＶ族元素でドープされたドープト単結晶シリコン層であることを特徴とする、請求項２０に記載の太陽電池。
  22. 前記シリコン基板の背面に凹溝が間隔をおいて設けられ、前記第１ドープ領域と前記第２ドープ領域が各前記凹溝内に交互に設けられることを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  23. 前記シリコン基板の背面に凹溝が間隔をおいて設けられ、前記第１ドープ領域及び前記第２ドープ領域のうちの一方が前記凹溝内に設けられ、他方が前記凹溝外に設けられることを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  24. 前記第１ドープ領域と前記第２ドープ領域との間に溝が設けられることを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  25. 前記第１ドープ領域及び／又は前記第２ドープ領域が前記凹溝内外の一部の領域に設けられることを特徴とする、請求項２３に記載の太陽電池。
  26. 前記第１誘電体層及び前記第２誘電体層は酸化アルミニウム層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層、炭化シリコン層、非晶質シリコン層及び酸化シリコン層のうちの１つ又は複数の組合せであることを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  27. 前記第１誘電体層及び／又は前記第２誘電体層は酸化アルミニウム層及び炭化シリコン層であるか、又は酸化シリコン層及び炭化シリコン層であり、
    前記第１誘電体層の厚さが５０ｎｍ超であり、前記第２誘電体層の厚さが２５ｎｍ超であることを特徴とする、請求項２６に記載の太陽電池。
  28. 前記第１誘電体層中の酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層の厚さが４０ｎｍ未満であり、前記第２誘電体層中の酸化アルミニウム層又は酸化シリコン層の厚さが２５ｎｍ未満であり、前記第１誘電体層及び／又は前記第２誘電体層中の炭化シリコン層の厚さが１０ｎｍ超であることを特徴とする、請求項２７に記載の太陽電池。
  29. 前記第１誘電体層及び／又は前記第２誘電体層中の炭化シリコン層は異なる屈折率の少なくとも１層の炭化シリコン膜からなることを特徴とする、請求項２６に記載の太陽電池。
  30. 各前記炭化シリコン膜の屈折率がシリコン基板から外へ順に低くなることを特徴とする、請求項２９に記載の太陽電池。
  31. 前記第１誘電体層及び／又は前記第２誘電体層の外層にさらにフッ化マグネシウム層が設けられることを特徴とする、請求項２６に記載の太陽電池。
  32. 前記第１導電層及び前記第２導電層はＴＣＯ透明導電膜及び／又は金属電極であることを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  33. 前記金属電極は銀電極、銅電極、アルミニウム電極、錫被覆銅電極又は銀被覆銅電極を含むことを特徴とする、請求項３２に記載の太陽電池。
  34. 前記金属電極は銅電極であることを特徴とする、請求項３３に記載の太陽電池。
  35. 前記シリコン基板の正面と前記第１誘電体層との間にさらに電界層又は浮遊接合が設けられることを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  36. 前記第１ドープ領域及び前記第２ドープ領域のうちの一方がＰ型ドープ領域であり、他方がＮ型ドープ領域であり、前記Ｐ型ドープ領域における前記不動態化層の厚さが前記Ｎ型ドープ領域における前記不動態化層の厚さより大きいことを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  37. 前記第１ドープ領域及び前記第２ドープ領域のうちの一方がＰ型ドープ領域であり、他方がＮ型ドープ領域であり、前記Ｐ型ドープ領域における前記不動態化層の孔密度が前記Ｎ型ドープ領域における前記不動態化層の孔密度より大きいことを特徴とする、請求項１９に記載の太陽電池。
  38. 前記シリコン基板と、
    前記シリコン基板の背面に設けられる請求項１から１８のいずれか１項に記載のドープ領域構造と、
    前記ドープ領域構造上に設けられる第３誘電体層と、
    前記シリコン基板の正面に順に設けられる第４ドープ層及び第４誘電体層と、
    前記ドープ領域構造に電気的に接続される第３導電層及び前記第４ドープ層に電気的に接続される第４導電層と、を含み、
    前記ドープ領域構造と前記第４ドープ層は反対の極性を有することを特徴とする、太陽電池。
  39. 請求項１９に記載の太陽電池を含むことを特徴とする、電池モジュール。
  40. 請求項３９に記載の電池モジュールを含むことを特徴とする、光起電システム。
  41. 請求項３８に記載の太陽電池を含むことを特徴とする、電池モジュール。
  42. 請求項４１に記載の電池モジュールを含むことを特徴とする、光起電システム。
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