JP7331232B2 - 太陽電池及びその製造方法、太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
後面に第1テクスチャ構造を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前面に位置する第1パッシベーション層と、
前記半導体基板の後面における第1テクスチャ構造に位置するトンネル酸化層と、
前記トンネル酸化層の表面に位置する、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層と、
前記ドープ導電層の表面に位置する第2パッシベーション層と、を含み、
前記半導体基板の後面における第1テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造を有し、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第1サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第1サブ構造の頂部表面との距離は、2μm以下であり、前記最外側の第1サブ構造の頂部表面の1次元寸法は、45μm以下であることを特徴とする。
テクスチャリング後の半導体基板の前面に対してドーピング処理を行い、ドープ層を形成する工程と、
アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行うことで、前記半導体基板の後面に第1テクスチャ構造を形成する工程と、
前記半導体基板の後面における第1テクスチャ構造上にトンネル酸化層を形成する工程と、
前記トンネル酸化層の表面に多結晶シリコン層を堆積形成し、前記多結晶シリコン層に対してドーピング処理を行い、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層を形成する工程と、
前記半導体基板の前面に第1パッシベーション層を形成する工程と、
前記ドープ導電層の表面に第2パッシベーション層を形成する工程とを含み、
前記第1テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造を有し、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第1サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第1サブ構造の頂部表面との距離が2μm以下であり、前記最外側の第1サブ構造の頂部表面の1次元寸法が45μm以下であることを特徴とする。
5質量%~15質量%のアルカリ溶液を用いて前記半導体基板の後面を洗浄し、多孔質シリコンを除去することと、
スプレー方式で前記アルカリ溶液の微小液滴を前記半導体基板の後面に滴下して粗化処理を行い、そして5質量%~10質量%のフッ化水素酸で予備洗浄を行うことと、
研磨液を用いて前記半導体基板の後面に対して研磨を行い、研磨温度が、70℃~80℃であり、研磨時間が260s未満であり、ただし、前記研磨液は、NaOHを1質量%~15質量%、KOHを1質量%~15質量%、及び添加剤を0.5質量%~2.5質量%含むことと、
水酸化カリウムを5質量%~15質量%、及び過酸化水素を15質量%~40質量%含む混合液を用いて前記研磨液に含まれる有機成分を除去することと、
研磨後の半導体基板を水洗、乾燥処理することとを含む。
(2)前記トンネル酸化層を堆積形成する過程中に、昇温速度を0.5℃/min~3℃/minに、堆積温度を560℃~620℃に、堆積時間を3min~10minに制御する;
(3)前記トンネル酸化層の堆積温度は、前記多結晶シリコン層の堆積温度よりも低い;
(4)前記トンネル酸化層は、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層及酸化ハフニウム層のうちの少なくとも1種を含む;
(5)前記トンネル酸化層の厚さは、0.8nm~2nmである。
ドーピング濃度が高くなることを抑制し、接触抵抗率を低下し、太陽電池の開放電圧を向上し、フィルファクター及び光電変換効率を向上することができる。
体基板の後面の研磨後の状態は、ナノレベルの厚さを有する極薄トンネル酸化層に一定の影響を与えることができ、トンネル酸化層と半導体基板との間の接触抵抗率が高くなることを引き起こしやすく、太陽電池のフィルファクターの不安定さを引き起こしやすく、電池の光電変換効率に影響を与えることが可能である。
後面に第1テクスチャ構造12を有し、前面にピラミッド状の微構造を含んでもよい第2テクスチャ構造11を有する半導体基板10と、
半導体基板10の前面に位置する第1パッシベーション層20と、
半導体基板10の後面における第1テクスチャ構造上に位置するトンネル酸化層30と、
トンネル酸化層30の表面に位置する、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層40と、
ドープ導電層40の表面に位置する第2パッシベーション層50と、を含み、
前記第1テクスチャ構造12は、少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造を含み、
前記少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造は、前記後面から遠く離れ前記後面に垂直である方向において、最外側の第1サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第1サブ構造の頂部表面との距離は、2μm以下であり、前記最外側の第1サブ構造の頂部表面の1次元寸法は、45μm以下であることを特徴とする。
例で、前記1次元寸法は、基板の後面における所定範囲の領域内において、複数の最外側の第1サブ構造の頂部表面の1次元寸法の平均値であってもよい。最外側の第1サブ構造の頂部表面の平均1次元寸法は、具体的に、2μm、5μm、8μm、12μm、15μm、18μm、20μm、25μm、28μm、30μm、35μm、40μm、42μm、40μm、又は45μmなどであってもよい。好ましくは、最外側の第1サブ構造の頂部表面の平均1次元寸法は、10μm~15μmの範囲である。
ことで、接触抵抗に起因するフィルファクターの低下を抑制することができる。
ン-酢酸ビニル共重合体(EVA)接着膜、ポリエチレンオクテン共弾性体(POE)接着膜、又はポリエチレンテレフタレート(PET)接着膜であってもよい。
工程S20:テクスチャリング後の半導体基板の前面に対してドーピング処理を行い、ドープ層を形成する;
工程S30:アルカリ溶液を用いて半導体基板の後面に対して研磨処理を行うことで、半導体基板の後面に第1テクスチャ構造を形成し、前記第1テクスチャ構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造を含み、また、前記少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第1サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第1サブ構造の頂部表面との距離が2μm以下であり、前記最外側の第1サブ構造の頂部表面の1次元寸法が45μm以下である;
工程S40:半導体基板の後面における第1テクスチャ構造上にトンネル酸化層を形成する;
工程S50:トンネル酸化層の表面に多結晶シリコン層を堆積形成し、多結晶シリコン層に対してドーピング処理を行い、前記半導体基板と同じ導電型のドーピング元素を有するドープ導電層を形成する;
工程S60:半導体基板の前面に第1パッシベーション層を形成する;
工程S70:ドープ導電層の表面に第2パッシベーション層を形成する。
化層の表面上のドープ導電層の局所ドーピング濃度が高くなることを抑制し、接触抵抗率を低下し、太陽電池の開放電圧を向上し、フィルファクター及び光電変換効率を向上することができる。
さらに、スプレー方式でアルカリ溶液の微小液滴を半導体基板の後面に滴下して粗化処理を行い、そして5質量%~10質量%のフッ化水素酸で予備洗浄を行い、
研磨液を用いて半導体基板の後面に対して研磨を行い、研磨温度が70℃~80℃であり、研磨時間が260s未満であり、ただし、研磨液は、NaOHを1質量%~15質量%、KOHを1質量%~15質量%、及び添加剤を0.5質量%~2.5質量%含み、
水酸化カリウムを5質量%~15質量%、及び過酸化水素を15質量%~40質量%を含む混合液を用いてエッチング液に含まれる有機成分を除去し、
研磨後の半導体基板を水洗、乾燥処理する。
に、2μm、5μm、8μm、12μm、15μm、18μm、20μm、25μm、28μm、30μm、35μm、40μm、42μm、40μm又は45μmなどであってもよい。好ましくは、最外側の第1サブ構造の頂部表面の平均1次元寸法は、10μm~15μmの範囲である。
的に、トンネル酸化層30の厚さは、0.8nm、0.9nm、1.0nm、1.2nm、1.4nm、1.6nm、1.8nm、又は2nmなどであってもよい。トンネル酸化層30の厚さとは、トンネル酸化層の形成面に対する厚さである。第1テクスチャ構造上に形成されたトンネル酸化層30の厚さは、サブ構造の斜面の法線方向を厚さ方向とし、断面を観察して計算することで得られる。トンネル酸化層30の厚さが大きすぎると、トンネル酸化層の接触抵抗の低下に不利である。トンネル酸化層の厚さを制御することで、接触抵抗に起因するフィルファクターの低下を抑制することができる。
まず、アルカリによる研磨後の半導体基板を堆積装置に置き、20L~60Lの酸素源(例えば、酸素、亜酸化窒素、オゾンであってもよい)を流し、0.5℃/min~3℃/minの昇温速度で、堆積装置内の温度を560℃~620℃まで加熱し、堆積時間を3min~10minとし、トンネル酸化層30を形成すること、
酸素を流した後、恒温段階に入り、そして、適量のシランガスを流し、多結晶シリコン層を形成すること、及び
最後に、多結晶シリコン層に対してin-situドーピングを行い、ドープ導電層40を形成することを含む。
下させることが困難であった。実施例1に比べて、半導体基板の後面における第1テクスチャ構造中のサブ構造同士の間の距離を制御し、且つ第2パッシベーション層の屈折率を制御することで、両者が相乗作用を発揮し、接触抵抗率をよりよく低下させ、太陽電池の開放電圧、フィルファクター及び光電変換効率を向上させることができた。
Claims (13)
- 後面に非ピラミッド状の微構造、前面にピラミッド状の微構造を有するN型半導体基板と、
前記N型半導体基板の前面におけるピラミッド状の微構造上に位置する第1パッシベーション層と、
前記N型半導体基板の後面における非ピラミッド状の微構造上に位置するトンネル酸化層と、
前記トンネル酸化層の表面に位置するドープ導電層と、
前記ドープ導電層の表面に位置する第2パッシベーション層と、を含む太陽電池であって、
前記非ピラミッド状の微構造は、少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造、及び互いに積み重ねられずに隣接して配列される2つ又は複数の第2サブ構造を含み、
前記後面から遠く離れる前記第2サブ構造の頂部表面の1次元寸法は、45μm以下であり、
前記第1サブ構造及び前記第2サブ構造の頂部表面は、多角形平面であり、
前記ピラミッド状の微構造は、前記半導体基板の前面から遠く離れる頂部と、前記半導体基板の前面に近づく底部とを有し、
前記前面から遠く離れ且つ前記前面に垂直である方向において、前記ピラミッド状の微構造の頂部と底部との距離が5μm以下である、ことを特徴とする太陽電池。 - 前記少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造は、前記後面から遠く離れ且つ前記後面に垂直である方向において、最外側の第1サブ構造の頂部表面とそれに隣接する第1サブ構造の頂部表面との距離は、2μm以下である、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記少なくとも部分的に積み重ねられた2つ又は複数の第1サブ構造のうち、最外側の第1サブ構造の頂部表面の1次元寸法が45μm以下である、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記第1サブ構造の頂部表面は、菱形、方形、台形、略菱形、略方形、略台形のうちの少なくとも1つである、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記トンネル酸化層は、酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層、酸化モリブデン層、及び酸化ハフニウム層のうちの少なくとも1つを含み、
前記トンネル酸化層の厚さは、0.8nm~2nmである、請求項1に記載の太陽電池。 - 前記トンネル酸化層のバンドギャップ幅は、3.0eV超である、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記N型半導体基板の前面にP型ドープ層が形成された、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記第1パッシベーション層は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、酸窒化シリコン層のうちの少なくとも1つを含み、厚さが10~120nmである、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記第1パッシベーション層は、酸化アルミニウム層と窒化シリコン層との積層パッシベーション構造であり、
前記酸化アルミニウム層の厚さは2nm~10nmであり、前記窒化シリコン層の厚さは50nm~110nmである、請求項1に記載の太陽電池。 - 前記第1パッシベーション層は、順に積層設置された酸化アルミニウム層、窒化シリコン層及び酸窒化シリコン層の積層パッシベーション構造であり、
前記酸化アルミニウム層の厚さ範囲は2nm~10nmであり、前記窒化シリコン層の厚さ範囲は40nm~80nmであり、前記酸窒化シリコン層の厚さ範囲は10nm~60nmである、請求項1に記載の太陽電池。 - 前記ドープ導電層は、N型ドープ多結晶シリコン層であり、
前記ドープ導電層の厚さは、60nm~200nmである、請求項1に記載の太陽電池。 - 前記第2パッシベーション層は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、及び酸窒化シリコン層のうちの少なくとも1つを含み、厚さが70~120nmである、請求項1に記載の太陽電池。
- 請求項1~12のいずれか1項に記載の太陽電池を含む太陽電池ストリングを複数備える太陽電池モジュール。
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