JP7381687B1 - 太陽電池および光起電力モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】光電変換効率を向上させることに有利である太陽電池および光起電力モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池は、基板と、第１および第２ピラミッド構造と、第３および第４ピラミッド構造と、第１トンネル層及び第１ドーピング導電層と、第２トンネル層及び第２ドーピング導電層と、を含み、基板の前面に金属パターン領域と非金属パターン領域があり、第１と第２ピラミッド構造が金属パターン領域中に位置し、第１ピラミッド構造のボトム寸法が第２ピラミッド構造のボトム寸法より大きく、第３と第４ピラミッド構造が非金属パターン領域中に位置し、第３ピラミッド構造のボトム寸法が第４ピラミッド構造のボトム寸法より大きく、第１ピラミッド構造の金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は、第３ピラミッド構造の非金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合よりも大きい。
【選択図】図１

Description

本願の実施例は、太陽電池の分野に関し、特に太陽電池および光起電力モジュールに関する。
太陽電池は優れた光電変換能力を持っており、通常、太陽電池を製造する過程において、まず、基板にテクスチャを作成し、基板前面と基板裏面にテクスチャ構造を持たせる必要がある。テクスチャ構造は、基板の入射光に対する吸収、後に基板に成長する膜層の均一性及び基板界面との接触性能に重要な影響をもたらし、太陽電池の光電変換性能にも影響を及ぼす。
従来の太陽電池には光電変換効率が低いという問題がある。
本願の実施例には、少なくとも太陽電池の光電変換効率を向上させることに有利である太陽電池および光起電力モジュールが提供される。
本願の実施例には、太陽電池が提供され、当該太陽電池は、基板と、第１ピラミッド構造および第２ピラミッド構造と、第３ピラミッド構造および第４ピラミッド構造と、第１トンネル層及び第１ドーピング導電層と、第２トンネル層及び第２ドーピング導電層と、を含み、前記基板の前面に金属パターン領域と非金属パターン領域があり、前記第１ピラミッド構造と前記第２ピラミッド構造が前記金属パターン領域中に位置し、前記第１ピラミッド構造のボトム寸法が前記第２ピラミッド構造のボトム寸法より大きく、前記第３ピラミッド構造と前記第４ピラミッド構造が前記非金属パターン領域中に位置し、前記第３ピラミッド構造のボトム寸法が前記第４ピラミッド構造のボトム寸法より大きく、ここで、前記第１ピラミッド構造の金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は、前記第３ピラミッド構造の非金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合よりも大きく、前記第１トンネル層及び前記第１ドーピング導電層は前記金属パターン領域中の基板の前面部分に位置し、かつ前記基板から離れる方向に沿って設けられ、前記第２トンネル層及び前記第２ドーピング導電層は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沿って設けられる。
また、前記第１ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は、前記第２ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合より大きい。
また、前記第１ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は８０％～９０％であり、前記第２ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は１０％～２０％である。
また、前記第１ピラミッド構造のボトムの一次元寸法は０．７μｍ～３μｍであり、前記第２ピラミッド構造のボトムの一次元寸法は１μｍ未満である。
また、前記第１トンネル層の厚さは０．５ｎｍ～５ｎｍであり、前記第１ドーピング導電層の厚さは２０ｎｍ～３００ｎｍである。
また、前記第１ドーピング導電層は第１ドーピング元素を含み、前記第１ドーピング元素はアニールによって活性化された後、活性化された第１ドーピング元素を獲得し、前記第１ドーピング導電層における前記第１ドーピング元素の活性化率は４０％～８０％である。
また、前記活性化された第１ドーピング元素の濃度は１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～６×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３である。
また、前記第１ピラミッド構造のトップからボトムまでの高さは、前記第２ピラミッド構造のトップからボトムまでの高さ以上である。
また、前記第３ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は、前記第４ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合より大きい。
また、前記第３ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は５０％～７０％であり、前記第４ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は３０％～５０％である。
また、前記第３ピラミッド構造のボトムの一次元寸法は０．７μｍ～３μｍであり、前記第４ピラミッド構造のボトムの一次元寸法は１μｍ未満である。
また、前記非金属パターン領域中の基板の前面部分の反射率は０．８％～２％である。
また、第１パッシベーション層をさらに含み、前記第１パッシベーション層の第１部分は前記第１ドーピング導電層の前記基板から離れた表面に位置し、前記第１パッシベーション層の第２部分は前記非金属パターン領域中の基板の前面部分に位置する。
また、前記第１パッシベーション層の第１部分は前記第１パッシベーション層の第２部分と面一ではない。
また、第１電極をさらに含み、前記第１電極は前記金属パターン領域に設けられ、前記第１ドーピング導電層と電気的に接続される。
また、拡散領域をさらに含み、前記拡散領域は前記金属パターン領域中の前記基板部分に位置し、前記拡散領域のトップは前記第１トンネル層と接触し、前記拡散領域のドーピング元素濃度が前記基板のドーピング元素濃度より大きい。
また、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素のタイプは前記基板のドーピング元素のタイプと同じであり、前記第２ドーピング導電層のドーピング元素のタイプは前記第１ドーピング導電層のドーピング元素のタイプと異なる。
また、前記基板はＮ型基板である。
また、前記第１ドーピング導電層の材料は炭化ケイ素、アモルファスシリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含み、前記第２ドーピング導電層の材料は炭化ケイ素、アモルファスシリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含む。
それに応じて、本願の実施例には、光起電力モジュールがさらに提供され、当該光起電力モジュールは、上記のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなるセルストリングと、セルストリングの表面を覆うための封止層と、封止層のセルストリングから離れた表面を覆うためのカバープレートと、を含む。
本願の実施例に係る技術案は少なくとも以下の利点を有する。
本願の実施例に係る太陽電池の技術案では、寸法の大きな第１ピラミッド構造が金属パターン領域に占める面積割合を第１割合とし、寸法の大きな第３ピラミッド構造が非金属パターン領域に占める面積割合を第２割合とし、第１割合が第２割合よりも大きく、つまり、寸法の大きな第３ピラミッド構造の非金属パターン領域に占める面積割合に比べて、寸法が大きな第１ピラミッド構造の金属パターン領域に占める面積割合をより大きくすることで、非金属パターン領域におけるピラミッド構造に比べて、金属パターン領域におけるピラミッド構造の寸法均一度が高くなり、粗さがより大きくなる。このように、実際に第１トンネル層と第１ドーピング導電層を成長する工程において、金属パターン領域の異なる位置での成長確率は近くなり、成長された第１トンネル層及び第１ドーピング導電層の厚さ均一性を向上させ、第１トンネル層と基板の前面境界部の界面欠陥を低減し、基板中のキャリアの第１ドーピング導電層への移動度を高めることができる。
また、非金属パターン領域において、寸法が大きな第３ピラミッド構造の面積割合が小さく、即ち、非金属パターン領域において、単位面積当たりの第３ピラミッド構造と第４ピラミッド構造の数がより多くなり、隣接する第３ピラミッド構造間または隣接する第３ピラミッド構造と第４ピラミッド構造の間には、入射光に対して拡散反射効果を生じさせ、入射光に対する反射率を低減し、且つ非金属パターン領域が向かう基板の表面部分に第１ドーピング導電層が設けられていないため、非金属パターン領域の入射光に対する吸収を大幅に増やすことができる。発見しやすいが、本願の実施例では、金属パターン領域における寸法の大きなピラミッド構造の面積割合を非金属パターン領域における寸法の大きなピラミッド構造の面積割合よりも大きくするように設定することにより、キャリアの輸送効率を向上させるとともに、前面の入射光に対する吸収利用率を高めることができる。
一つ又は複数の実施例は、対応する添付の図面における図で例示的に説明され、これらの例示的な説明は、実施例を限定するものではなく、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、本願の一実施例によって提供される太陽電池の断面構成を示す図である。 図２は、本願の一実施例によって提供される太陽電池における金属パターン領域が向かう基板の前面の上面視構成ＳＥＭ図である。 図３は、本願の一実施例によって提供される太陽電池における金属パターン領域が向かう基板の前面の側面視構成ＳＥＭ図である。 図４は、本願の一実施例によって提供される太陽電池における非金属パターン領域が向かう基板の前面の上面視構成ＳＥＭ図である。 図５は、本願の一実施例によって提供される太陽電池における非金属パターン領域が向かう基板の前面の側面視構成ＳＥＭ図である。 図６は、本願の一実施例によって提供される別の太陽電池の断面構成を示す図である。 図７は、本願の一実施例によって提供される光起電力モジュールの構成を示す図である。
背景技術から分かるように、従来の太陽電池には光電変換効率が低いという問題がある。
分析によると、従来の太陽電池の光電変換効率が低い原因の１つとしては、現在、基板の前面では通常拡散プロセスを用いて一部の基板をエミッタに変換し、エミッタにおけるドーピング元素のタイプは基板におけるドーピング元素のタイプと異なっており、基板とＰＮ接合を形成することである。ただし、このような構造は、基板前面の金属パターン領域のキャリア再結合が大きすぎて、太陽電池の開放電圧と変換効率に影響を及ぼす。もう１つとしては、現在、基底表面のテクスチャについて、通常、テクスチャにおける各テクスチャ構造の形態に注目され、テクスチャ構造全体の寸法分布にはあまり注目されていないことである。実際、テクスチャ構造全体の寸法分布は基板表面の膜層の成長の均一性及び膜層とテクスチャとの接合品質の良し悪しに大きな影響を与える。例えば、膜層とテクスチャとの接合品質が悪いと、膜層と基板表面との接触面が平坦にならず、基板表面の界面欠陥を増やし、キャリア移動度に影響を与え、太陽電池の光電変換性能が悪くなってしまう。
本願の実施例に係る太陽電池では、寸法の大きな第１ピラミッド構造が金属パターン領域に占める面積割合は、寸法の大きな第３ピラミッド構造が非金属パターン領域に占める面積割合よりも大きく、これにより、非金属パターン領域におけるピラミッド構造に比べて、金属パターン領域におけるピラミッド構造の寸法均一度が高くなり、粗さがより大きくなる。このように、実際に第１トンネル層と第１ドーピング導電層を成長する工程において、金属パターン領域の異なる位置での成長確率は近くなり、成長された第１トンネル層及び第１ドーピング導電層の厚さ均一性を向上させ、第１トンネル層と基板の前面境界部の界面欠陥を低減し、基板中のキャリアの第１ドーピング導電層への移動度を高めることができる。また、非金属パターン領域において、寸法が大きな第３ピラミッド構造の面積割合が小さいため、非金属パターン領域では単位面積当たりの第３ピラミッド構造と第４ピラミッド構造の数が多く、隣接する第３ピラミッド構造間または隣接する第３ピラミッド構造と第４ピラミッド構造の間には、入射光に対して拡散反射効果を生じさせ、入射光に対する反射率を低減し、且つ非金属パターン領域が向かう基板表面に第１ドーピング導電層が設けられていないため、非金属パターン領域での入射光の吸収を大幅に増やすことができる。本願の実施例では、第１トンネル層と第１ドーピング導電層は金属パターン領域が向かう基板の前面にのみ位置するという構造に基づいて、金属パターン領域における第１ピラミッド構造と第２ピラミッド構造の寸法分布と非金属パターン領域における第３ピラミッド構造と第４ピラミッド構造の寸法分布を設計し、キャリア移動度を高めるとともに、基板の入射光に対する利用率を増やすことを実現する。
以下、本願の各実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、当業者は理解できるが、読者に本願をよりよく理解させるために、本願の各実施例において多数の技術的細部が提案されているが、これらの技術的細部及び以下の各実施例に基づく種々の変更や修正がなくても、本願が保護を要求している技術案を実現することができる。
図１は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の断面構成を示す図である。
図１に示すように、太陽電池は、基板１００と、第１ピラミッド構造１１および第２ピラミッド構造１２と、第３ピラミッド構造１３および第４ピラミッド構造１４と、第１トンネル層１１０及び第１ドーピング導電層１２０と、第２トンネル層１３０及び第２ドーピング導電層１４０と、を含み、基板１００の前面に金属パターン領域と非金属パターン領域があり、第１ピラミッド構造１１と第２ピラミッド構造１２が金属パターン領域中に位置し、第１ピラミッド構造１１のボトム寸法が第２ピラミッド構造１２のボトム寸法より大きく、第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４が非金属パターン領域中に位置し、第３ピラミッド構造１３のボトム寸法が第４ピラミッド構造１４のボトム寸法より大きく、ここで、第１ピラミッド構造１１の金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合は、第３ピラミッド構造１３の非金属パターン領域中の基板の前面部分に占める面積割合よりも大きく、第１トンネル層１１０及び第１ドーピング導電層１２０は金属パターン領域中の基板１００の前面部分に位置し、かつ基板１００から離れる方向に沿って設けられ、第２トンネル層１３０および第２ドーピング導電層１４０は基板１００の裏面に位置し、かつ基板１００から離れる方向に沿って設けられる。
本願の実施例では、第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０は金属パターン領域が向かう基板１００の前面にのみ位置するという構造に基づいて、金属パターン領域における第１ピラミッド構造１１と第２ピラミッド構造１２の寸法分布と非金属パターン領域における第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の寸法分布を設計する。この中で、金属パターン領域を設置するにあたっては、寸法が大きな第１ピラミッド構造１１の面積割合を比較的大きくすることで、金属パターン領域におけるピラミッド構造の寸法均一度が高くなり、粗さがより大きくなる。このように、実際に第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０を成長する工程では、金属パターン領域の異なる位置での成長確率は近くなり、成長された第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０の厚さ均一性を向上させ、第１トンネル層１１０と基板１００の接触界面が平坦になり、即ち第１トンネル層１１０と基板１００の接触界面に空洞が現れる確率が低くなり、第１トンネル層１１０と基板１００の前面境界部の界面欠陥を低減し、基板１００中のキャリアの第１ドーピング導電層１２０への移動度を高めることができる。また、金属パターン領域が向かう基板１００の前面の粗さが大きく、第１トンネル層１１０と基板１００の前面の接触面積を増やすことができ、これによって、キャリアにより大きなトンネル経路を提供し、さらにキャリア移動度を高めることができる。
非金属パターン領域を設置するにあたっては、寸法が大きな第３ピラミッド構造１３の占める面積割合を小さくすることで、単位面積当たりの第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の数がより多くなり、入射光に対して拡散反射を生じさせる効果を強め、入射光に対する反射率を減らすことができる。また、非金属パターン領域が向かう基板１００表面に第１ドーピング導電層１２０が設けられていないため、第１ドーピング導電層１２０の入射光に対する寄生吸収を避け、非金属パターン領域の入射光に対する吸収を大幅に増やすことができる。これにより、キャリア移動度を高めるとともに、基板１００の入射光に対する利用率を増やすことができる。
基板１００は入射光を受光して光生成キャリアを生成するために用いられ、いくつかの実施例では、基板１００はシリコン基板であってもよく、シリコン基板の材料は単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンの少なくとも１種であってもよい。いくつかの実施例では、基板１００の材料は炭化珪素、有機材料または多成分化合物であってもよい。多成分化合物は、ペロブスカイト、ガリウム砒素、テルル化カドミウム、セレン化銅インジウムなどを含むが、これらに限定されない。
いくつかの実施例では、基板１００内にドーピング元素を備え、ドーピング元素のタイプはＮ型またはＰ型であり、Ｎ型元素はリン（Ｐ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）またはヒ素（Ａｓ）などのＶ族元素であってもよく、Ｐ型元素はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩ族元素であってもよい。例えば、基板１００がＰ型基板の場合、その内部のドーピング元素のタイプはＰ型である。いくつかの実施例では、基板１００がＮ型基板の場合、その内部のドーピング元素のタイプはＮ型である。
基板１００の前面と裏面はいずれも入射光を受光したり、光を反射したりするために用いられることができる。基板１００の前面の第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０は基板１００の前面のパッシベーションコンタクト構造を構成するために使われ、基板１００の裏面の第２トンネル層１３０と第２ドーピング導電層１４０は基板１００の裏面のパッシベーションコンタクト構造を構成するために使われ、基板１００の前面と裏面にパッシベーションコンタクト構造を設けて、太陽電池は両面ＴＯＰＣＯＮ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｏｘｉｄｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト）電池として形成される。これによって、基板１００の前面および裏面に位置するパッシベーションコンタクト構造は、基板１００の前面および裏面の両方に対してキャリア再結合を低減する役割を果たすことができ、基板１００のいずれか一方の表面のみにパッシベーションコンタクト構造を形成することに比べて、太陽電池のキャリア損失を大幅に低減し、太陽電池の開放電圧および短絡電流を高めることができる。本願の実施例では、金属パターン領域が向かう基板１００の前面にのみ第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０を設けることにより、第１ドーピング導電層１２０の入射光に対する寄生吸収を低減し、非金属パターン領域の入射光に対する吸収利用率を高めることができる。
パッシベーションコンタクト構造を形成することにより、キャリアの基板１００表面での再結合を低減し、太陽電池の開放電圧を増やし、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。
第１トンネル層１１０と第２トンネル層１３０は基板１００表面の界面パッシベーションを実現するために使われ、化学的パッシベーション効果を発揮する。具体的には基板１００表面のダングリングボンドを飽和させることにより、基板１００表面の界面欠陥準位密度を低下させ、基板１００表面の再結合中心を減少させる。第１トンネル層１１０と第２トンネル層１３０の存在により、多数キャリアが基板１００の表面をトンネル通過して基板１００の中に到着し、キャリアの選択的輸送を実現できる。具体的には、多数キャリアは第１トンネル層１１０と基板１００の接触界面及び第２トンネル層１３０と基板１００の接触界面を通過して基板１００にトンネルする。
本願の実施例では、金属パターン領域における寸法が大きな第１ピラミッド構造１１の面積割合を非金属パターン領域における寸法が大きな第３ピラミッド構造１３の面積割合より大きくすることによって、金属パターン領域における基板１００の前面のピラミッド構造の粗さが大きくて、均一性がより高くなる。これにより、実際に成長された第１トンネル層１１０の均一性を向上させ、第１トンネル層１１０と基板１００の接触界面の平坦さを高めることができる。一方、第１トンネル層１１０と基板１００の前面間の接触面積を大きくしたため、多くのキャリアは第１トンネル層１１０と基板１００間の接触界面を通過して基板１００の中にトンネルすることができる。このように、非金属パターン領域における基板１００の前面の入射光に対する低反射率を維持するとともに、キャリア移動度を向上させ、太陽電池の開放電圧と短絡電流を大幅に高め、太陽電池の光電変換性能を改善できる。
いくつかの実施例では、第１ピラミッド構造１１は四面体、近似四面体、五面体、または近似五面体などの構造であってもよい。いくつかの実施例では、第２ピラミッド構造１２は四面体、近似四面体、五面体、または近似五面体などの構造であってもよい。
いくつかの実施例では、第１ピラミッド構造１１の金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合は、第２ピラミッド構造１２の金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合より大きい。つまり、本願の実施例では、金属パターン領域が向かう基板１００の前面における第１ピラミッド構造１１と第２ピラミッド構造１２の寸法分布を設計することにより、金属パターン領域が向かう基板１００の前面において、寸法が大きな第１ピラミッド構造１１が多数を占める。第１ピラミッド構造１１の寸法が大きいため、寸法の小さい第２ピラミッド構造１２の占める面積割合をより大きくすることに比べて、同じ面積に必要な第１ピラミッド構造１１の数が少ない。したがって、寸法の均一性を実現しやすくなる。また、第１ピラミッド構造１１の数を少なくすることで、テクスチャ構造（即ちピラミッド構造）による基板１００の前面へのダメージを減らすことができ、基板１００の前面の界面準位欠陥を低減し、キャリア再結合中心の発生を減らすことができる。つまり、金属パターン領域が向かう基板１００の前面におけるテクスチャ構造の寸法均一性が非金属パターン領域に比べて大きくなるだけでなく、金属パターン領域自体のテクスチャ構造の寸法均一性もさらに大きくなり、第１トンネル層１１０と基板１００の接触界面の平坦さをさらに高め、第１トンネル層１１０と基板１００の前面の接触面積をさらに増やし、基板１００の界面準位欠陥を減らし、キャリア移動度を高める。
いくつかの実施例では、第１ピラミッド構造１１の金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合は８０％～９０％であり、例えば、８０％～８２％、８２％～８３％、８３％～８５％、８５％～８７％、８７％～８９％または８９％～９０％であってもよく、第２ピラミッド構造１２の金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合は１０％～２０％であり、例えば、１０％～１２％、１２％～１４％、１４％～１５％、１５％～１７％、１７％～１９％または１９％～２０％であってもよい。つまり、第１ピラミッド構造１１の金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合は１に近いため、金属パターン領域が向かう基板１００の前面におけるテクスチャ構造の非常に高い寸法均一性を実現でき、実際に第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０を成長する工程において、成長された第１トンネル層１１０および第１ドーピング導電層１２０の高い厚さ均一性を実現し、第１トンネル層１１０と基板１００の境界部での界面欠陥を低減し、界面部でのキャリア再結合中心の発生を減らすことができる。また、この範囲内において、金属パターン領域の向かう基板１００の前面の粗さを大幅に向上させ、第１トンネル層１１０と基板１００前面との接触面積を大幅に増やし、非金属パターン領域の入射光に対する利用率を向上させるとともに、キャリア移動度を高め、太陽電池の光電変換性能を改善できる。
図２～図３に示すように、注意すべきことであるが、金属パターン領域が向かう基板１００の前面において、第１ピラミッド構造１１および第２ピラミッド構造１２の数が複数個であり、異なる第１ピラミッド構造１１間および異なる第２ピラミッド構造１２間でわずかな寸法差があるが、各第１ピラミッド構造１１の全体寸法はほぼ同じで、各第２ピラミッド構造１２の全体寸法はほぼ同じである。本願の実施例における第１ピラミッド構造１１、第２ピラミッド構造１２、第３ピラミッド構造１３及び第４ピラミッド構造１４の寸法はサンプリング領域内の平均寸法である。具体的には、いくつかの実施例では、第１ピラミッド構造１１のボトムの一次元寸法は０．７μｍ～３μｍであってもよく、例えば、０．７μｍ～０．９μｍ、０．９μｍ～１μｍ、１μｍ～１．２μｍ、１．２μｍ～１．４μｍ、１．４μｍ～１．５μｍ、１．５μｍ～１．７μｍ、１．７μｍ～１．９μｍ、１．９μｍ～２μｍ、２μｍ～２．３μｍ、２．３μｍ～２．５μｍ、２．５μｍ～２．８μｍまたは２．８μｍ～３μｍであってもよく、第２ピラミッド構造１２のボトムの一次元寸法は１μｍ未満であってもよく、例えば、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍまたは１μｍであってもよい。この範囲内において、金属パターン領域が向かう基板１００の前面の粗さを増やすだけでなく、第１ピラミッド構造１１の占める面積割合を維持するまま、第１ピラミッド構造１１の数を減らすことができるため、異なる第１ピラミッド構造１１間のわずかな寸法差による寸法不均一性の問題を減らすことができる。また、第２ピラミッド構造１２の寸法を小さク設定することで、金属パターン領域において、第２ピラミッド構造１２が位置する基板１００の前面の粗さは小さくなり、この部分の基板１００の前面に成長された第１ドーピング導電層１２０の表面粗さは小さくなり、この部分の第１ドーピング導電層１２０の表面は入射光に対して強い反射効果を持つようになり、入射光に対する第１ドーピング導電層１２０の寄生吸収を低減するのに有利である。つまり、金属パターン領域が向かう基板１００の前面において寸法が大きな第１ピラミッド構造１１と寸法の小さい第２ピラミッド構造１２に対して寸法分布を設計することにより、キャリア移動度を高めるとともに、入射光に対する第１ドーピング導電層１２０の寄生吸収を低減できる。
理解できるように、第１ピラミッド構造１１のボトムの一次元寸法が第２ピラミッド構造１２より大きいとは、同じ方向において、第１ピラミッド構造１１のボトムの一次元寸法が第２ピラミッド構造１２のボトムの一次元寸法より大きいことを指す。第３ピラミッド構造１３のボトムの一次元寸法が第４ピラミッド構造１４より大きいとは、同じ方向において、第３ピラミッド構造１３のボトムの一次元寸法が第４ピラミッド構造１４のボトムの一次元寸法より大きいことを指す。
いくつかの実施例では、第１ピラミッド構造１１のトップからボトムまでの高さは、第２ピラミッド構造１２のトップからボトムまでの高さ以上である。具体的には、いくつかの実施例では、第１ピラミッド構造１１のトップからボトムまでの高さは第２ピラミッド構造１２のトップからボトムまでの高さより大きく、このように、第１ピラミッド構造１１が位置する基板１００の前面の凹凸程度は第２ピラミッド構造１２が位置する基板１００の前面の凹凸程度より大きく、第１ピラミッド構造１１が位置する基板１００の前面の比表面積が大きくなり、第１トンネル層１１０と基板１００の前面との接触面積をさらに増やし、キャリア移動度を高めることができる。同時に、第２ピラミッド構造１２が位置する基板１００の前面の凹凸程度を小さくすることによって、第２ピラミッド構造１２に正対する第１ドーピング導電層１２０の表面の入射光に対する反射率を高め、入射光に対する第１ドーピング導電層１２０の寄生吸収をさらに減らすことができる。
具体的には、いくつかの実施例では、第１ピラミッド構造１１のトップからボトムまでの高さは０．５μｍ～３．２μｍであってもよく、例えば、０．５μｍ～０．７μｍ、０．７μｍ～０．８μｍ、０．８μｍ～１μｍ、１μｍ～１．２μｍ、１．５μｍ～１．７μｍ、１．７μｍ～１．９μｍ、１．９μｍ～２μｍ、２μｍ～２．２μｍ、２．２μｍ～２．４μｍ、２．４μｍ～２．６μｍ、２．６μｍ～２．９μｍまたは２．９μｍ～３．２μｍであってもよく、第２ピラミッド構造１２のトップからボトムまでの高さは１．２μｍ以下であってもよく、例えば、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍ、１μｍ、１．１μｍまたは１．２μｍであってもよい。
第１ドーピング導電層１２０及び第２ドーピング導電層１４０はフィールドパッシベーション作用を発揮するために使われ、少数キャリアを界面から脱出させ、少数キャリアの濃度を低減し、基板１００の界面部でのキャリア再結合速度を下げ、太陽電池の開放電圧、短絡電流及びバッキングファクターを大きくし、太陽電池の光電変換性能を改善することができる。
理解できるように、第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０を形成する実際の過程において、第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０の厚さが小さいほど、第１トンネル層１１０の上面の形態と第１ドーピング導電層１２０の上面の形態は基板１００の前面の第１ピラミッド構造１１と第２ピラミッド構造１２の形態に近くなる。逆に、第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０の厚さが大きいほど、第１トンネル層１１０の上面の形態と第１ドーピング導電層１２０の上面の形態は基板１００の前面の第１ピラミッド構造１１と第２ピラミッド構造１２の形態と大きく異なり、且つ第１トンネル層１１０の上面と第１ドーピング導電層１２０の上面の粗さ程度は小さくなる。これに基づいて、いくつかの実施例では、第１トンネル層１１０の厚さは０．５ｎｍ～５ｎｍに設定され、例えば、０．５ｎｍ～１ｎｍ、１ｎｍ～１．５ｎｍ、１．５ｎｍ～２ｎｍ、２ｎｍ～２．５ｎｍ、２．５ｎｍ～３ｎｍ、３ｎｍ～３．５ｎｍ、３．５ｎｍ～４ｎｍ、４ｎｍ～４．５ｎｍまたは４．５ｎｍ～５ｎｍであってもよく、第１ドーピング導電層１２０の厚さは２０ｎｍ～３００ｎｍに設定され、例えば、２０ｎｍ～５０ｎｍ、５０ｎｍ～１００ｎｍ、１００ｎｍ～１５０ｎｍ、１５０ｎｍ～２００ｎｍ、２００ｎｍ～２５０ｎｍまたは２５０ｎｍ～３００ｎｍであってもよい。この範囲内において、第１トンネル層１１０及び第１ドーピング導電層１２０の厚さを大きくすることによって、第１ドーピング導電層１２０の上面の粗さを下げ、第１ドーピング導電層１２０の入射光に対する反射程度を上げることができる。これによって、第１ドーピング導電層１２０の入射光に対する寄生吸収を低減するとともに、第１ドーピング導電層１２０の上面から反射した入射光は周辺環境によって非金属パターン領域が向かう基板１００の前面に回折され、再吸収・利用され、入射光の再利用率を高めることができる。また、この範囲内において、第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０の厚さも大きすぎず、第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０の厚さが大きすぎることに起因して基板１００の前面への応力が大きすぎて基板１００の前面に対して機械的損傷してしまうことを防ぎ、基板１００の前面の界面準位欠陥を減らすことができる。
また、第１トンネル層１１０の厚さを上記の範囲内に設定することによって、第１トンネル層１１０の厚さが第１ピラミッド構造１１及び第２ピラミッド構造１２の寸法にマッチングするようになるため、実際に第１トンネル層１１０を成長する工程において、成長された第１トンネル層１１０がこの厚さ範囲に達すると、第１トンネル層１１０と基板１００の前面との接触界面が平坦になり、基板１００界面の欠陥を減らし、キャリア移動度を高めることができる。
理解できるように、実際に第１ドーピング導電層１２０をドープする時、拡散工程によってドーピング元素を第１ドーピング導電層１２０の中に拡散させ、第１ドーピング導電層１２０の厚さが大きいほど、ドーピング元素の拡散経路が長くなり、第１ドーピング導電層１２０の厚さが小さいほど、ドーピング元素の拡散経路が短くなる。ドーピング元素の拡散経路が短すぎると、ドーピング元素が基板１００の界面に堆積してしまうおそれがあり、基板１００の界面に堆積したこれらのドーピング元素は実際のアニール過程で活性化されにくくなり、「デッド層」が発生し、「デッド層」の存在により基板１００中のキャリアの第１ドーピング導電層１２０への輸送量と速度に影響し、太陽電池の光電変換性能に影響を及ぼす。
上記の分析から、第１ドーピング導電層１２０中の第１ドーピング元素の活性化率は第１ドーピング導電層１２０の厚さにかかわっていることがわかる。これに基づいて、いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０の厚さが２０ｎｍ～３００ｎｍである場合、第１ドーピング導電層１２０は第１ドーピング元素を含み、第１ドーピング元素はアニールによって活性化された後、活性化された第１ドーピング元素を獲得し、第１ドーピング導電層１２０における第１ドーピング元素の活性化率は４０％～８０％であり、例えば、４０％～５０％、５０％～５５％、５５％～６５％、６５％～７０％または７０％～８０％であってもよい。この範囲内において、第１ドーピング元素の活性化率は第１ドーピング導電層１２０の厚さにマッチングするようになり、余分な第１ドーピング元素が基板１００の界面部に堆積して「デッド層」を形成することを防ぐことができる。
いくつかの実施例では、活性化された第１ドーピング元素の濃度は１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～６×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～４×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、４×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３または５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～６×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。この範囲内において、第１ドーピング元素の濃度が大き過ぎないようにすることによって、実際に第１ドーピング導電層１２０に注入される第１ドーピング元素の濃度合計が高すぎないようにする。これによって、第１ドーピング元素が基板１００の界面に多く堆積する問題をさらに防ぐことができる。一方、この範囲内において、第１ドーピング元素の濃度も小さすぎず、第１ドーピング導電層１２０の低いシート抵抗を維持し、第１ドーピング導電層１２０と金属電極との間のオーミック接触を改善し、金属接触再結合損失を低減し、金属電極のキャリアに対する収集能力を高めるのに有利である。
金属パターン領域における寸法の大きな第１ピラミッド構造１１の占める面積割合に比べて、非金属パターン領域において、寸法が大きな第３ピラミッド構造１３の占める面積割合が比較的小さく、このように、単位面積当たりの第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の数が多くなり、入射光が隣接する第３ピラミッド構造１３間、隣接する第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の間または隣接する第４ピラミッド構造１４間に照射すると、第３ピラミッド構造１３の側面または第４ピラミッド構造１４の側面で何度も反射され、最終的に基板１００内に照射し、入射光に対する拡散反射効果を強め、入射光に対する反射率を減らすことができる。また、非金属パターン領域が向かう基板１００の表面には第１ドーピング導電層１２０が設置されていないため、非金属パターン領域の入射光に対する吸収を大幅に増やすことができる。これにより、キャリア移動度を高めると同時に、基板１００の入射光に対する利用率を増やすことができる。
いくつかの実施例では、第３ピラミッド構造１３は四面体、近似四面体、五面体、または近似五面体などの構造であってもよい。いくつかの実施例では、第４ピラミッド構造１４は四面体、近似四面体、五面体、または近似五面体などの構造であってもよい。
いくつかの実施例では、第３ピラミッド構造１３の非金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合は、第４ピラミッド構造１４の非金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合より大きい。つまり、本願の実施例では、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面における第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の寸法分布を設計することによって、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面において、寸法が大きな第３ピラミッド構造１３が多数を占めるようにする。これによって、寸法の小さい第４ピラミッド構造１４は多数を占めることに比べて、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面において、単位面積当たりの第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の数がより少なくなり、第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４が基板１００の前面に与える損傷を低減し、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面の界面準位欠陥を減らすことができる。発見しやすいが、非金属パターン領域に第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０が設置されていないため、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面のパッシベーション効果が弱い。このゆえに、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面の界面準位欠陥を低減し、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面のキャリア再結合を低減することは非金属パターン領域の基板１００の前面のパッシベーション性能を確保する上で重要な役割を果たし、入射光の反射を低減しながら、非金属パターン領域の基板１００の前面のキャリア再結合がひどくならないように確保し、太陽電池全体の光電変換性能の向上に役立つ。
いくつかの実施例では、第３ピラミッド構造１３の非金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合は５０％～７０％であり、例えば、５０％～５５％、５５％～６０％、６０％～６５％または６５％～７０％であってもよく、第４ピラミッド構造１４の非金属パターン領域中の基板１００の前面部分に占める面積割合は３０％～５０％であり、例えば、３０％～３５％、３５％～４０％、４０％～４５％または４５％～５０％であってもよい。この範囲内において、第３ピラミッド構造１３の面積割合を第４ピラミッド構造１４に比べて大きくするだけでなく、単位面積あたりの第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の数は多すぎて、非金属パターン領域の基板１００の前面に大きな損傷を与えて非金属パターン領域における基板１００の前面の欠陥が多すぎるという問題を防ぎ、非金属パターン領域における基板１００の前面のキャリア再結合を少なく保つことができる。また、第３ピラミッド構造１３の面積割合が第４ピラミッド構造１４に比べて大きすぎないようにすることによって、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面において、単位面積当たりの第３ピラミッド構造１３の数と第４ピラミッド構造１４の数が多くなることを確保し、入射光に対する拡散反射効果を高め、非金属パターン領域の入射光に対する反射率を低減するのに有利である。
注意すべきことであるが、図４および図５を参照して、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面において、第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の数は複数個であり、異なる第３ピラミッド構造１３間および異なる第４ピラミッド構造１４間にはわずかな寸法差があるが、各第３ピラミッド構造１３の全体寸法がほぼ同じで、各第４ピラミッド構造１４の全体寸法がほぼ同じである。具体的には、いくつかの実施例では、第３ピラミッド構造１３のボトムの一次元寸法は０．７μｍ～３μｍであり、例えば、０．７μｍ～０．９μｍ、０．９μｍ～１μｍ、１μｍ～１．２μｍ、１．２μｍ～１．４μｍ、１．４μｍ～１．５μｍ、１．５μｍ～１．７μｍ、１．７μｍ～１．９μｍ、１．９μｍ～２μｍ、２μｍ～２．３μｍ、２．３μｍ～２．５μｍ、２．５μｍ～２．８μｍまたは２．８μｍ～３μｍであってもよく、第４ピラミッド構造１４のボトムの一次元寸法は１μｍ未満であり、例えば、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍまたは１μｍであってもよい。
発見しやすいが、第１ピラミッド構造１１の寸法は第３ピラミッド構造１３の寸法に近く、第２ピラミッド構造１２の寸法は第４ピラミッド構造１４の寸法に近い。つまり、本願の実施例では、金属パターン領域における第１ピラミッド構造１１、第２ピラミッド構造１２及び非金属パターン領域における第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の寸法分布を設計するだけで、金属パターン領域における寸法が大きな第１ピラミッド構造１１の割合が大きくなり、非金属パターン領域における寸法が大きな第３ピラミッド構造１３の割合が小さくなるようにし、両面ＴＯＰＣＯＮ電池のキャリア移動度を向上させるとともに、入射光に対する吸収利用率を高めることができる。
本願の実施例において、第１ピラミッド構造１１と第３ピラミッド構造１３及び第２ピラミッド構造１２と第４ピラミッド構造１４の具体的な寸法関係を限定しなく、第１ピラミッド構造１１のボトムの一次元寸法及び第３ピラミッド構造１３のボトムの一次元寸法を０．７μｍ～３μｍの範囲内に設定し、かつ第２ピラミッド構造１２のボトムの一次元寸法及び第４ピラミッド構造１４のボトムの一次元寸法を１μｍ未満に設定し、このように、第１ピラミッド構造１１、第２ピラミッド構造１２、第３ピラミッド構造１３及び第４ピラミッド構造１４による基板１００の前面への損傷を低減し、基板１００の前面全体の欠陥準位密度を低減することができ、基板１００の界面の低キャリア再結合率を保つことに有利であるからである。
いくつかの実施例では、第３ピラミッド構造１３のトップからボトムまでの高さ寸法は０．５μｍ～３．２μｍであってもよく、例えば、０．５μｍ～０．７μｍ、０．７μｍ～０．８μｍ、０．８μｍ～１μｍ、１μｍ～１．２μｍ、１．５μｍ～１．７μｍ、１．７μｍ～１．９μｍ、１．９μｍ～２μｍ、２μｍ～２．２μｍ、２．２μｍ～２．４μｍ、２．４μｍ～２．６μｍ、２．６μｍ～２．９μｍまたは２．９μｍ～３．２μｍであってもよく、第４ピラミッド構造１４のトップからボトムまでの高さ寸法は１．２μｍ以下であってもよく、例えば、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍ、１μｍ、１．１μｍまたは１．２μｍであってもよい。
いくつかの実施例では、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面の反射率は０．８％～２％であり、例えば、０．８％～０．９％、０．９％～１％、１％～１．２％、１．２％～１．４％、１．４％～１．６％、１．６％～１．８％または１．８％～２％であってもよい。この範囲内において、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面の反射率を低くし、非金属パターン領域における基板１００の前面の入射光に対する利用率を強め、キャリアの数量を増やし、短絡電流および開放電圧を高め、太陽電池の光電変換性能を向上させるのに有利である。
いくつかの実施例では、さらに、第１パッシベーション層１５０を含み、第１パッシベーション層１５０の第１部分は第１ドーピング導電層１２０の基板１００から離れた表面に位置し、第１パッシベーション層１５０の第２部分は非金属パターン領域が向かう基板１００の前面に位置する。第１パッシベーション層１５０は基板１００の前面に対して良好なパッシベーション効果を発揮することができ、例えば基板１００の前面のダングリングボンドに対して良好な化学的パッシベーションを行い、基板１００の前面の欠陥準位密度を低減し、基板１００の前面のキャリア再結合を良好に抑制することができる。第１部分の第１パッシベーション層１５０は直接基板１００の前面と接触し、第１部分の第１パッシベーション層１５０と基板１００の間に第１トンネル層１１０および第１ドーピング導電層１２０がなく、このように、入射光に対する第１ドーピング導電層１２０の寄生吸収を減らすことができる。
いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１５０の第１部分は第１パッシベーション層１５０の第２部分と面一ではない。具体的には、第１パッシベーション層１５０の第１部分の上面は第１パッシベーション層１５０の第２部分の上面より低くてもよい。これによって、基板１００の前面に位置する第１部分の厚さが厚すぎないようにし、第１部分の厚さが大きいことによって基板１００の前面に応力損傷が生じ、基板１００の前面に界面準位欠陥が多く発生してキャリア再結合中心が多く生じるという問題を防ぐことができる。また、金属パターン領域における寸法の大きな第１ピラミッド構造１１の面積割合に比べて、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面における寸法が大きな第３ピラミッド構造１３の面積割合が比較的小さく、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面の凹凸程度が大きすぎないようにしている。これにより、実際に第１パッシベーション層１５０を成長する工程において、第１パッシベーション層１５０の表面の凹凸程度が大きすぎず、第１パッシベーション層１５０の平坦さを向上させ、第１パッシベーション層１５０のパッシベーション性能を高めることができる。
いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１５０は単層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１５０は多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１５０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、または酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
いくつかの実施例では、基板１００の裏面にプラットフォーム突起構造１５があり、プラットフォーム突起構造１５のボトム一次元寸法は第１ピラミッド構造１１のボトム一次元寸法と第３ピラミッド構造１３のボトム一次元寸法より大きく、プラットフォーム突起構造１５のトップからボトムまでの高さ寸法は第１ピラミッド構造１１の高さ寸法と第３ピラミッド構造１３の高さ寸法より小さい。具体的には、プラットフォーム突起構造１５はピラミッド構造の基礎部分（即ち、ピラミッド先端を含まないピラミッドの底部）である。
つまり、基板１００の前面に位置するピラミッド構造の凹凸程度は、基板１００の裏面に位置するプラットフォーム突起構造１５の凹凸程度より大きい。これによって、基板１００の前面の粗さは基板１００の裏面の粗さより大きくなる。いくつかの実施例では、基板１００の前面が受光する入射光は多く、基板１００の前面の入射光に対する吸収能力を強めるために、基板１００の前面がピラミッド構造を有し、ピラミッド構造が大きい比表面積を持つように設定することによって、基板１００の前面の入射光の拡散反射効果を高め、基板１００の前面の入射光に対する利用率を高めることができる。一方、基板１００の裏面では受光する入射光が少ないため、基板１００の裏面にラットフォーム突起構造１５を有するように設定し、基板１００の裏面の粗さが基板１００の前面の粗さより小さくなるようにしてもよい。つまり、基板１００の前面に比べて基板１００の裏面の形態は平坦であり、このように、基板１００の裏面に形成される第２トンネル層１３０、第２ドーピング導電層１４０及び第２パッシベーション層１６０は平坦な形態を有し、かつ基板１００の裏面に均一に形成でき、第２トンネル層１３０、第２ドーピング導電層１４０及び第２パッシベーション層１６０の基板１００裏面に対するパッシベーション効果を高め、裏面の欠陥準位密度をさらに低減するのに有利である。これにより、入射光に対する利用率を高めるとともに、基板１００に対するパッシベーション効果を高め、太陽電池の光電変換性能を全体的に改善することができる。
いくつかの実施例では、さらに第２パッシベーション層１６０を含み、第２パッシベーション層１６０は第２ドーピング導電層１４０の基板１００から離れた表面を覆う。第２パッシベーション層１６０は基板１００の裏面に対して良好なパッシベーション効果を発揮し、基板１００裏面の欠陥準位密度を低減し、基板１００の裏面のキャリア再結合を良好に抑制するために使われる。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０は単層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０は多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１６０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、または酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素のタイプは基板１００のドーピング元素のタイプと同じであり、第２ドーピング導電層１４０のドーピング元素のタイプは第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素のタイプと異なる。つまり、第２ドーピング導電層１４０と基板１００はＰＮ接合を形成する。前面の第１ドーピング導電層１２０と基板１００はＰＮ接合を形成せず、形成されたＰＮ接合が前面のプリセット領域のひどいキャリア再結合を引き起こす問題を避けることができる。そして、裏面の第２トンネル層１３０と第２ドーピング導電層１４０は基板１００の裏面全体に形成されているため、第２ドーピング導電層１４０と基板１００が形成するＰＮ接合の面積が大きくなり、発生する光生成キャリアの数が多くなり、第２ドーピング導電層１４０中および基板１００中のキャリア濃度を増やすことできる。
具体的には、いくつかの実施例では、基板１００はＮ型基板である。これに基づいて、第１ドーピング導電層１２０をＮ型ドーピング導電層に、第２ドーピング導電層１４０をＰ型ドーピング導電層に設定してもよい。Ｐ型の第２ドーピング導電層１４０はＮ型の基板１００とＰＮ接合を形成し、バック接合を形成する（即ち、基板１００の裏面のＰＮ接合）。
基板１００の裏面にはバック接合が形成されているため、基板１００の裏面が平坦な形態を有するように設定し、第２トンネル層１３０と基板１００の裏面をより緊密に接合させることができ、ＰＮ接合で発生した光生成キャリアを基板１００に円滑に輸送することができ、キャリアの輸送効率をさらに高めることができる。
いくつかの実施例では、基板１００はＰ型半導体基板で、第１ドーピング導電層１２０はＰ型ドーピング導電層で、第２ドーピング導電層１４０はＮ型ドーピング導電層であってもよい。
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０の材料は炭化ケイ素、アモルファスシリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施例では、第２ドーピング導電層１４０の材料は炭化ケイ素、アモルファスシリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含む。
いくつかの実施例では、さらに第１電極１７０を含み、第１電極１７０は金属パターン領域に設けられ、第１ドーピング導電層１２０と電気的に接続される。基板１００の裏面に形成されるＰＮ接合は入射光を受光して光生成キャリアを生成するために使われ、生成された光生成キャリアは基板１００から第１ドーピング導電層１２０に輸送され、さらに第１電極１７０に輸送され、第１電極１７０は光生成キャリアの収集に使われる。第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素のタイプは基板１００のドーピング元素のタイプと同じであるため、第１電極１７０と第１ドーピング導電層１２０の間の金属接触再結合損失を減らし、さらに第１電極１７０と第１ドーピング導電層１２０の間のキャリア接触再結合を低減し、短絡電流および太陽電池の光電変換性能を高めることができる。
いくつかの実施例では、さらに拡散領域１９０を含み、拡散領域１９０は金属パターン領域が向かう基板１００に位置し、拡散領域１９０のトップは第１トンネル層１１０と接触し、拡散領域１９０のドーピング元素濃度が基板１００のドーピング元素濃度より大きい。拡散領域１９０はキャリア輸送経路とすることができ、金属パターン領域が向かう基板１００にのみ拡散領域１９０を形成するため、基板１００中のキャリアは拡散領域１９０を通じてドーピング導電層に容易に輸送され、つまり、拡散領域１９０はキャリア輸送経路として機能する。さらに、金属パターン領域が向かう基板１００にのみ拡散領域１９０を設けるため、基板１００中のキャリアが拡散領域１９０に集中して輸送され、さらに拡散領域１９０を介して第１ドーピング導電層１２０に輸送され、第１ドーピング導電層１２０中のキャリア濃度を大幅に高めることができる。なお、本願の実施例では、非金属パターン領域が向かう基板１００に拡散領域１９０を設けず、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面のキャリア濃度が大きすぎないようにし、非金属パターン領域が向かう基板１００の前面でキャリアがひどく再結合する問題を防ぐことができる。また、基板１００中のキャリアが非金属パターン領域の向かう基板１００の前面に輸送されることを防ぐことができ、さらに非金属パターン領域が向かう基板１００の前面にキャリアが成長することによって非金属パターン領域が向かう基板１００の前面に「デッド層」が生じて、キャリアが再結合しすぎるという問題を避け、太陽電池の光電変換性能を全体的に高めることができる。
いくつかの実施例では、さらに第２電極１８０を含み、第２電極１８０は基板１００の裏面に位置し、第２電極１８０は第２パッシベーション層１６０を貫通して第２ドーピング導電層１４０と電気的と接触している。
上記の実施例で提供された太陽電池では、基板１００の前面の金属パターン領域において、寸法が大きな第１ピラミッド構造１１の占める割合が大きくなるように設定し、これによって、非金属パターン領域におけるピラミッド構造に比べて、金属パターン領域におけるピラミッド構造の寸法均一度が高くなる。このように、実際に第１トンネル層１１０と第１ドーピング導電層１２０を成長する工程において、成長された第１トンネル層１１０及び第１ドーピング導電層１２０の厚さ均一性を向上させ、第１トンネル層１１０と基板１００の前面境界部の界面欠陥を低減し、基板１００中のキャリアの第１ドーピング導電層１２０への移動度を高めることができる。また、非金属パターン領域において、寸法が大きな第３ピラミッド構造１３の占める割合が小さいため、非金属パターン領域で単位面積当たりの第３ピラミッド構造１３と第４ピラミッド構造１４の数が多く、入射光に対する反射率が低く、且つ非金属パターン領域が向かう基板１００の表面に第１ドーピング導電層１２０が設けられていないため、非金属パターン領域の入射光に対する吸収を大幅に増やすことができる。
それに応じて、図７に示すように、本願の別の実施例では、光起電力モジュールがさらに提供され、当該光起電力モジュールは、前記実施例で提供する太陽電池１０１を複数接続してなるセルストリングと、セルストリングの表面を覆うための封止層１０２と、封止層１０２のセルストリングから離れた表面を覆うためのカバープレート１０３と、を含む。太陽電池１０１は、全体または複数の分割の形で電気的に接続されて複数のセルストリングを形成し、複数のセルストリングは直列および／または並列の形で電気的に接続される。
具体的には、いくつかの実施例では、複数のセルストリング間は導電テープ１０４を通じて電気的に接続されてもよい。封止層１０２は、太陽電池１０１の前面及び裏面を覆い、具体的には、封止層１０２は、エチレン－酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム、ポリオレフィンエラストマー（ＰＯＥ）フィルムまたはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムなどの有機封止フィルムであってもよい。いくつかの実施例では、カバープレート１０３はガラスカバーレート、プラスチックカバーレートなどの光透過機能を有するカバープレート１０３であってもよい。具体的には、カバープレート１０３の封止層１０２に向かう表面は凹凸表面であってもよく、入射光の利用率を高めることができる。
本願は、一部の実施例で上記のように開示されているが、特許請求の範囲を限定するものではなく、当業者であれば、本願の構想から逸脱することなく、若干の可能な変動および修正を加えることができるため、本願の保護範囲は、本願の請求項によって規定される範囲に従うべきである。
当業者であれば、前記の各実施形態は本願を実現する具体的な実施例であるが、実用上では本願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。いずれの当業者は、本願の精神と範囲を逸脱しない限り、それぞれ変更及び修正を行うことが可能であるため、本願の保護範囲は、請求項に限定された範囲を基準にすべきである。

Claims (20)

  1. 基板と、第１ピラミッド構造および第２ピラミッド構造と、第３ピラミッド構造および第４ピラミッド構造と、第１トンネル層及び第１ドーピング導電層と、第２トンネル層及び第２ドーピング導電層と、を含み、
    前記基板の前面に金属パターン領域と非金属パターン領域があり、
    前記第１ピラミッド構造と前記第２ピラミッド構造が前記基板の前面に設けられ、かつ前記金属パターン領域中に位置し、前記第１ピラミッド構造のボトム寸法が前記第２ピラミッド構造のボトム寸法より大きく、
    前記第３ピラミッド構造と前記第４ピラミッド構造が前記基板の前面に設けられ、かつ前記非金属パターン領域中に位置し、前記第３ピラミッド構造のボトム寸法が前記第４ピラミッド構造のボトム寸法より大きく、ここで、前記第１ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合は、前記第３ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合よりも大きく、
    前記第１トンネル層及び前記第１ドーピング導電層は前記金属パターン領域中の前記基板の前面部分にのみ位置し、かつ前記基板から離れる方向に沿って設けられ、
    前記第２トンネル層及び前記第２ドーピング導電層は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沿って設けられる、
    ことを特徴とする太陽電池。
  2. 前記第１ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合は、前記第２ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合より大きい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第１ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合は８０％～９０％であり、前記第２ピラミッド構造の前記金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合は１０％～２０％である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記第１ピラミッド構造のボトムの一次元寸法は０．７μｍ～３μｍであり、前記第２ピラミッド構造のボトムの一次元寸法は１μｍ未満である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  5. 前記第１トンネル層の厚さは０．５ｎｍ～５ｎｍであり、前記第１ドーピング導電層の厚さは２０ｎｍ～３００ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
  6. 前記第１ドーピング導電層は活性化された第１ドーピング元素を含む。
    ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
  7. 前記活性化された第１ドーピング元素の濃度は１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～６×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３である、
    ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
  8. 前記第１ピラミッド構造のトップからボトムまでの高さは、前記第２ピラミッド構造のトップからボトムまでの高さ以上である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  9. 前記第３ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合は、前記第４ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合より大きい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  10. 前記第３ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合は５０％～７０％であり、前記第４ピラミッド構造の前記非金属パターン領域中の前記基板の前面部分に占める面積割合は３０％～５０％である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
  11. 前記第３ピラミッド構造のボトムの一次元寸法は０．７μｍ～３μｍであり、前記第４ピラミッド構造のボトムの一次元寸法は１μｍ未満である、
    ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
  12. 前記非金属パターン領域中の前記基板の前面部分の反射率は０．８％～２％である、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池。
  13. 第１パッシベーション層をさらに含み、前記第１パッシベーション層の第１部分は前記第１ドーピング導電層の前記基板から離れた表面に位置し、前記第１パッシベーション層の第２部分は前記非金属パターン領域中の前記基板の前面部分に位置する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池。
  14. 前記第１パッシベーション層の第１部分は前記第１パッシベーション層の第２部分と面一ではない、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池。
  15. 第１電極をさらに含み、前記第１電極は前記金属パターン領域に設けられ、前記第１ドーピング導電層と電気的に接続される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  16. 拡散領域をさらに含み、前記拡散領域は前記金属パターン領域中の前記基板の前面部分に位置し、前記拡散領域のトップは前記第１トンネル層と接触し、前記拡散領域のドーピング元素濃度が前記基板のドーピング元素濃度より大きい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  17. 前記第１ドーピング導電層のドーピング元素のタイプは前記基板のドーピング元素のタイプと同じであり、前記第２ドーピング導電層のドーピング元素のタイプは前記第１ドーピング導電層のドーピング元素のタイプと異なる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  18. 前記基板はＮ型基板である、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の太陽電池。
  19. 前記第１ドーピング導電層の材料は炭化ケイ素、アモルファスシリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含み、
    前記第２ドーピング導電層の材料は炭化ケイ素、アモルファスシリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  20. 請求項１～１９のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなるセルストリングと、
    前記セルストリングの表面を覆うための封止層と、
    前記封止層の前記セルストリングから離れた表面を覆うためのカバープレートと、を含む、
    ことを特徴とする光起電力モジュール。

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