JP7431303B2 - 太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュール - Google Patents

太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュール Download PDF

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Description

本願は、太陽電池の分野に関し、特に太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュールに関する。
太陽電池は、良好な光電変換能力を有しており、太陽電池の表面におけるキャリア再結合を抑制するために、通常、太陽電池の表面にパッシベーション構造が作製される。通常、太陽電池の表面に位置するパッシベーション構造は、比較的高い屈折率および良好なパッシベーション効果を有し、入射光線をできるだけ多く吸収することで、キャリア濃度を高くする。
しかしながら、太陽電池の表面にパッシベーション層を作製した後も、太陽電池の入射光線に対する反射率は依然として比較的高いため、太陽電池の開放電圧、短絡電流およびフィルファクター（ＦＦ）が比較的低く、太陽電池の光電変換率が比較的低くなってしまう。
本願は、少なくとも入射光線に対する太陽電池の反射率を低減するのに有利な太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュールを提供する。
上記課題を解決するために、本願の実施例により提供される太陽電池は、対向する前面と裏面を有するベースと、ベースの前面に位置しかつベースから離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１ＳｉｕＮｖ材料（１．３≦ｖ／ｕ≦１．７）を含む第２パッシベーション層、及びＳｉｒＯｓ材料（１．９≦ｓ／ｒ≦３．２）を含む第３パッシベーション層と、ベースの裏面に位置しかつ裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層、及びベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層と、を備える。
また、第３パッシベーション層の屈折率は、第２パッシベーション層の屈折率よりも小さい。
また、第３パッシベーション層の屈折率は１．４～１．６であり、第２パッシベーション層の屈折率は１．８～２である。
また、第３パッシベーション層は、ベースから離れる方向に積層されて設けられた第１酸化ケイ素層および第２酸化ケイ素層を含み、第１酸化ケイ素層において、１．９＜ｓ／ｒ≦２．２であり、第２酸化ケイ素層において、２．２≦ｓ／ｒ≦３．２であり、かつ第１酸化ケイ素層の屈折率は、第２酸化ケイ素層の屈折率よりも大きい。
また、誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムのうちの一種または複数種を含む。
また、誘電体材料は、ＡｌｘＯｙ材料であり、且つ１．４≦ｙ／ｘ≦１．６である。
また、前面に垂直な方向において、第３パッシベーション層の厚さは、６０ｎｍ～９０ｎｍである。
また、前面に垂直な方向において、第２パッシベーション層の厚さは、３５ｎｍ～５５ｎｍである。
また、前面に垂直な方向において、前記第１パッシベーション層の厚さは、２ｎｍ～８ｎｍである。
また、第１パッシベーション層の屈折率は、１．６～１．８である。
また、ドープ導電層におけるベースから離反する側に位置する第４パッシベーション層をさらに備え、第４パッシベーション層は、第２ＳｉｍＮｎ材料（１．２≦ｎ／ｍ≦１．６）を含む。
また、第４パッシベーション層の屈折率は、１．９～２．１であり、裏面に垂直な方向において、第４パッシベーション層の厚さは、８０ｎｍ～１００ｎｍである。
また、ベースはＮ型半導体ベースであり、ドープ導電層は、Ｎ型ドープポリシリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、またはＮ型ドープアモルファスシリコン層のうちの少なくとも一種である。
これに応じて、本願の実施例は、上記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、封止層におけるセルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレートと、を備える光起電力モジュールをさらに提供する。
これに応じて、本願の実施例は、対向する前面と裏面を有するベースを提供することと、ベースの裏面において裏面から離れる方向に、トンネル酸化層及びベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層が順に形成されることと、ベースの前面においてベースから離れる方向に、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１ＳｉｕＮｖ材料（１．３≦ｖ／ｕ≦１．７）を含む第２パッシベーション層、及びＳｉｒＯｓ材料（１．９≦ｓ／ｒ≦３．２）を含む第３パッシベーション層が、順に形成されることと、を含む太陽電池の製造方法をさらに提供する。
また、プラズマ強化化学気相成長法により第３パッシベーション層を形成し、第３パッシベーション層を形成する方法は、反応チャンバー内にシラン及び亜酸化窒素（笑気）を導入してイオン化し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒ、シランと亜酸化窒素との流量比が１：１５～１：２０、反応時間が３ｓ～２２ｓであることを含む。
また、プラズマ強化化学気相成長法により前記第２パッシベーション層を形成し、第２パッシベーション層を形成する方法は、反応チャンバー内にシラン及びアンモニアガスを導入してイオン化し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１８０ｍＷ／ｃｍ２、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒ、シランとアンモニアガスとの流量比が１：３～１：１６、反応時間が３ｓ～３１ｓであることを含む。
また、原子層堆積法により第１パッシベーション層を形成し、第１パッシベーション層を形成する方法は、反応チャンバー内にトリメチルアルミニウム及び水を導入し、トリメチルアルミニウムと水の割合が１：２～１：３、温度が２００℃～３００℃であることを含む。
また、第１パッシベーション層を形成した後に、さらに、窒素ガス雰囲気下で第１パッシベーション層をアニール処理し、アニール温度が５００℃～６００℃、アニール時間が１０ｍｉｎ～１３ｍｉｎであることを含む。
本願の実施例により提供される技術案は、少なくとも以下の利点がある。
本願の実施例により提供される太陽電池の技術案において、太陽電池は、対向する前面と裏面を有するベースと、ベースの前面に位置しかつベースから離れる方向に順次設置されている第１パッシベーション層、第２パッシベーション層及び第３パッシベーション層と、を備えており、第１パッシベーション層は、誘電体材料を含み、第２パッシベーション層は、第１ＳｉｕＮｖ材料（１．３≦ｖ／ｕ≦１．７）を含み、第１ＳｉｕＮｖ材料における原子数比を調整することにより、第２パッシベーション層が比較的高い屈折率を有し、第２パッシベーション層の長波長光に対する吸収能力が強くなり、第３パッシベーション層は、ＳｉｒＯｓ材料（１．９≦ｓ／ｒ≦３．２）を含み、ＳｉｒＯｓ材料における原子数比の値を調整することにより、ＳｉｒＯｓ材料が短波長光に対して強い吸収能力を有する。このように、第２パッシベーション層の長波長光に対する強い吸収能力を相乗させて、太陽電池全体の入射光線に対する吸収能力を強くすることで、太陽電池の入射光線に対する反射率を小さくすると共に、第１ＳｉｕＮｖ材料およびＳｉｒＯｓ材料が良好な水素不活性化効果を有し、さらに、太陽電池の開放電圧、短絡電流およびフィルファクターを向上させ、太陽電池の光電変換率を向上させることができる。
また、第３パッシベーション層の屈折率は第２パッシベーション層の屈折率よりも小さいため、入射光線が垂直に近い角度で入射するようにし、入射光線に対する利用率を高め、さらに入射光線に対する太陽電池の反射率を小さくして、ベースの裏面におけるキャリア濃度を増加させ、太陽電池の光電変換率を高める。
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るが、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縮尺に制限されない。
図１は、本願の一実施例に係る太陽電池の一種の構造を示す図である。 図２は、本願の一実施例に係る太陽電池のもう一種の構造を示す図である。 図３は、本願の一実施例に係る太陽電池の別の種類の構造を示す図である。 図４は、本願の一実施例に係る太陽電池のさらに別の種類の構造を示す図である。 図５は、本願の実施例に係る波長－反射率の対比模式図である。 図６は、本願の実施例に係る光起電力モジュールの構造模式図である。 図７は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 図８は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 図９は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 図１０は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 図１１は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 図１２は、本願の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構造模式図である。 図１３は、本願による比較例１における太陽電池の構造を示す図である。 図１４は、本願による比較例２における太陽電池の構造を示す図である
背景技術から分かるように、現在、入射光線に対する太陽電池の反射率が比較的高いという問題がある。
分析の結果、入射光線に対する太陽電池の反射率が比較的高い原因の一つは、現在、太陽電池の表面にパッシベーション層として窒化ケイ素材料を用いるのが一般的であるが、窒化ケイ素材料はパッシベーション効果がよいものの、窒化ケイ素材料の比較的高い屈折率が一定の光吸収損失をもたらしており、すなわち、窒化ケイ素パッシベーション層の反射防止率が低いため、入射光線に対する太陽電池の吸収能力が弱くなってしまうことが分かった。
本願の実施例により提供される太陽電池は、ベースの前面に位置しかつベースから離れる方向に順次設置されている第１パッシベーション層、第２パッシベーション層及び第３パッシベーション層を備えており、第１パッシベーション層は、誘電体材料を含み、第２パッシベーション層は、第１ＳｉｕＮｖ材料（１．３≦ｖ／ｕ≦１．７）を含み、第１ＳｉｕＮｖ材料における原子数比を調整することにより、第２パッシベーション層が比較的高い屈折率を有し、第２パッシベーション層の長波長光（例えば、赤外光または近赤外光）に対する吸収能力が強くなり、第３パッシベーション層は、ＳｉｒＯｓ材料（１．９≦ｓ／ｒ≦３．２）を含み、ＳｉｒＯｓ材料における原子数比の値を調整することにより、ＳｉｒＯｓ材料が短波長光に対して強い吸収能力を有する。このように、第２パッシベーション層の長波長光に対する強い吸収能力を相乗させて、太陽電池全体の入射光線に対する吸収能力を強くすることで、太陽電池の表面における反射防止率が大きくなると共に、第１ＳｉｕＮｖ材料およびＳｉｒＯｓ材料が良好なパッシベーション効果を有し、さらに、太陽電池の開放電圧、短絡電流およびフィルファクターを向上させ、太陽電池の光電変換率を向上させることができる。
以下、本願の各実施例について図面を結合して詳細に説明する。しかしながら、当業者は理解できるが、読者に本願をより良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およ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、本願の一実施例に係る太陽電池の構造を示す図である。
図１を参照して、太陽電池は、対向する前面と裏面を有するベース１００と、ベース１００の前面に位置しかつベース１００から離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層１２０、第１ＳｉｕＮｖ材料（１．３≦ｖ／ｕ≦１．７）を含む第２パッシベーション層１３０、及びＳｉｒＯｓ材料（１．９≦ｓ／ｒ≦３．２）を含む第３パッシベーション層１４０と、ベース１００の裏面に位置しかつ裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層１５０、及びベース１００と同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層１６０と、を備える。
ベース１００は、入射光線を受光して光生成キャリアを生成するためのものであり、いくつかの実施例において、ベース１００は、シリコンベース１００であってもよく、シリコンベース１００の材料は、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び微結晶シリコンを含み得る。また、他のいくつかの実施例において、ベース１００の材料は、炭素単体、有機材料、及び多価化合物であってもよく、多価化合物は、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、銅インジウムセレン等を含む。いくつかの実施例において、太陽電池は、ＴＯＰＣＯＮ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｏｘｉｄｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ、トンネル酸化層１５０がパッシベーションコンタクトしている）電池であり、ベース１００の前面および/または裏面は、いずれも入射光線を受光するために用いられる。通常、前面は、光源に向けられた主受光面とされる。いくつかの実施例において、ベース１００の前面は、入射光線に対するベース１００の前面の反射率が小さくなるようにピラミッドテクスチャーとして設けられることができ、これにより、光線に対する吸収利用率が大きくなる。ベース１００の裏面は、例えば積層した段差模様のような非ピラミッドテクスチャーとして設けられてもよく、これにより、ベース１００の裏面に位置するトンネル酸化層１５０が高い緻密性および均一性を有し、ベース１００の裏面に対するトンネル酸化層１５０の不動態化効果を良好にする。
いくつかの実施例において、ベース１００は、Ｎ型半導体ベース１００であり、即ち、ベース１００内にＮ型イオンがドープされており、Ｎ型イオンは、リン、ヒ素、またはアンチモンのいずれであってもよい。ベース１００の前面においてエミッタ１１０を有し、エミッタ１１０は、Ｐ型イオンがドーピングされたＰ型ドーピング層であってもよく、エミッタ１１０は、ベース１００とＰＮ接合を形成している。いくつかの実施例において、エミッタ１１０は、ベース１００の表層に対してＰ型イオンの拡散ドーピングを行うことによって得られ、ドーピングされた一部のベース１００がエミッタ１１０に変換されている。具体的には、いくつかの実施例において、Ｐ型イオンは、ボロンイオンであってもよい。
第３パッシベーション層１４０のＳｉｒＯｓ材料において、１．９≦ｓ／ｒ≦３．２であり、ｓはＯ原子の数を表し、ｒはＳｉ原子の数を表す。ＳｉｒＯｓ材料におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比の大きさを調整することで、ＳｉｒＯｓ材料の厚さの大きさ及び屈折率の大きさを調整することができ、第３パッシベーション層１４０の屈折率と第２パッシベーション層１３０の屈折率とを合わせ、屈折率整合性に劣ることによる光反射損失を小さくする一方、第３パッシベーション層１４０の厚さを、入射光線の波長及び屈折率と整合させる。これは、パッシベーション層の厚さ及び屈折率と入射光線の波長との間において、数式の「入射光線の波長＝４×厚さ×屈折率」を満たす場合、パッシベーション層が良好な光透過性を有して、入射光線に対する吸収能力が強くなるだけでなく、パッシベーション層が良好なパッシベーション効果を奏することもできるからである。いくつかの実施例において、入射光線の波長を６３２ｎｍとしてもよい。
また、ＳｉｒＯｓ材料におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値を調整することにより、第３パッシベーション層１４０の短波長光に対する吸収能力が強くなり、第２パッシベーション層１３０の長波長光に対する強い吸収能力と協力することで、入射光線に対する太陽電池全体の吸収能力が強くなり、さらに、太陽電池のベース１００の前面におけるキャリア濃度を増加させ、開放電圧及び短絡電流を向上させることで、フィルファクターを大きくし、太陽電池の光電変換率を向上させる。なお、従来の太陽電池では、青色を呈することが一般的であるが、これは、従来の太陽電池では、パッシベーション層の短波長光に対する反射率が比較的高いからである。本願の実施例では、第３パッシベーション層１４０の短波長光に対する吸収能力が強いため、封止した後に、太陽電池モジュールの色が納戸色ひいては黒色を呈するので、濃色モジュールの製造に有利である。
いくつかの実施例において、第３パッシベーション層１４０の屈折率は、第２パッシベーション層１３０の屈折率よりも小さい。具体的には、ＳｉｒＯｓ材料におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値を調整することで、第３パッシベーション層１４０の屈折率が第２パッシベーション層１３０の屈折率よりも小さくなる。第３パッシベーション層１４０が光粗媒体（ｒａｒｅｒ ｍｅｄｉｕｍ）であり、第２パッシベーション層１３０が光密媒体（ｄｅｎｓｅｒ ｍｅｄｉｕｍ）であり、入射光線が光粗媒体から密媒体に入るとき、光密媒体の屈折率が大きいため、光密媒体中にある入射光線と法線とのなす角が小さいので、入射光線が、垂直入射に近い角度でベース１００に入射することができ、ベース１００に入射した光線が多く、さらに、太陽電池の入射光線に対する反射率が小さくなる。なお、第３パッシベーション層１４０におけるＳｉｒＯｓ材料の屈折率自体は、第２パッシベーション層１３０における第１ＳｉｕＮｖ材料の屈折率よりも小さいものの、ＳｉｒＯｓ材料におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値を更に調整することにより、第１ＳｉｕＮｖ材料の屈折率よりもＳｉｒＯｓ材料の屈折率をより一層低くし、このように、第３パッシベーション層１４０から第２パッシベーション層１３０へ入射光線を進入させるとき、ＳｉｒＯｓ材料の屈折率がさらに小さくならないのに対して、より垂直に近い角度で入射させることができ、入射光線に対する太陽電池の反射率をさらに低下させ、太陽電池のベース１０の前面におけるキャリア濃度を増加させて、光電変換率を向上させる。
具体的には、いくつかの実施例において、第３パッシベーション層１４０の屈折率が１．４～１．６であり、この屈折率範囲では、ＳｉｒＯｓ材料の屈折率を第１ＳｉｕＮｖ材料の屈折率よりも小さくすることで、第３パッシベーション層１４０の屈折率が第２パッシベーション層１３０の屈折率よりも小さくなるため、入射光線に対する吸収利用率が高い。一方では、ＳｉｒＯｓ材料の屈折率が小さすぎるという問題も回避することができ、これにより、第３パッシベーション層１４０がこの屈折率範囲において入射光線に対する反射防止効果が強く、入射光線に対する利用率をより一層向上する。
なお、入射光線の波長及び第３パッシベーション層１４０の屈折率が既に決定された場合、ＳｉｒＯｓ材料におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値を調整することにより、第３パッシベーション層１４０の厚さを入射光線及び屈折率に合わせて、良好なパッシベーション効果及び光透過性を達成し、また、第３パッシベーション層１４０の厚さを第２パッシベーション層１３０の厚さにも合わせて、太陽電池のベース１００の前面におけるパッシベーション効果全体が良好となる。
いくつかの実施例では、前面に垂直な方向において、第３パッシベーション層１４０の厚さは、６０ｎｍ～９０ｎｍである。この厚さの範囲では、第３パッシベーション層１４０がよい光透過能力を有しており、多くの短波長光を吸収することができる。また、この厚さの範囲では、良いパッシベーション効果も有しており、このように、太陽電池のベース１００の前面におけるキャリア濃度が高いだけでなく、ベース１００の前面におけるキャリア再結合が抑制されることができ、太陽電池の開放電圧及び短絡電流を向上させ、さらに太陽電池の光電変換率を増大させる。
具体的には、いくつかの実施例において、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値は、１．９≦ｓ／ｒ≦２．２であってもよく、第３パッシベーション層１４０の屈折率は１．５１～１．６であってもよく、第３パッシベーション層１４０の厚さは６０ｎｍ～６７ｎｍであってもよい。また、他のいくつかの実施例において、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値は、２．２＜ｓ／ｒ≦２．５であってもよく、第３パッシベーション層１４０の屈折率は１．４７～１．５１であってもよく、第３パッシベーション層１４０の厚さは６７ｎｍ～７４ｎｍであってもよい。別の実施例において、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値は、２．５＜ｓ／ｒ≦２．７であってもよく、第３パッシベーション層１４０の屈折率は１．４５～１．４７であってもよく、第３パッシベーション層１４０の厚さは７４ｎｍ～７９ｎｍであってもよい。さらに別の実施例において、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値は、２．７＜ｓ／ｒ≦３．２であってもよく、第３パッシベーション層１４０の屈折率は１．４～１．４５であってもよく、第３パッシベーション層１４０の厚さは７９ｎｍ～９０ｎｍであってもよい。
図２を参照して、いくつかの実施例において、第３パッシベーション層１４０は、ベース１００から離れる方向に積層されて設けられた第１酸化ケイ素層１４１および第２酸化ケイ素層１４２を含む２層構造であってもよく、第１酸化ケイ素層１４１および第２酸化ケイ素層１４２は、いずれもＳｉｒＯｓ材料を含む。ここで、第１酸化ケイ素層１４１において、１．９≦ｓ／ｒ≦２．２であり、第２酸化ケイ素層１４２において、２．２＜ｓ／ｒ≦３．２であり、且つ、第１酸化ケイ素層１４１の屈折率は第２酸化ケイ素層１４２の屈折率よりも大きい。
第３パッシベーション層１４０が単層構造であるのに対して、第１酸化ケイ素層１４１及び第２酸化ケイ素層１４２を設け、かつ第１酸化ケイ素層１４１の屈折率を第２酸化ケイ素層１４２の屈折率よりも大きくすることで、入射光線の第３パッシベーション層１４０の内部での反射及び干渉回数が増加し、第３パッシベーション層１４０による入射光線の吸収がより大きく増加するため、良い反射防止効果を達成することができる
第１酸化ケイ素層１４１および第２酸化ケイ素層１４２は、いずれもＳｉｒＯｓ材料を含み、ＳｉｒＯｓ材料におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値を調整することで、第１酸化ケイ素層１４１および第２酸化ケイ素層１４２の屈折率および厚さの大きさが制御され、第１酸化ケイ素層１４１の屈折率が第２酸化ケイ素層１４２の屈折率よりも大きくなるとともに、第１酸化ケイ素層１４１および第２酸化ケイ素層１４２の厚さがそれぞれ屈折率に合わせ、これにより、第１酸化ケイ素層１４１および第２酸化ケイ素層１４２の厚さが揃えられることにより、第１酸化ケイ素層１４１および第２酸化ケイ素層１４２は良いパッシベーション効果を有する。
具体的には、いくつかの実施例において、第１酸化ケイ素層１４１の屈折率は１．５１～１．６、具体的には１．５３～１．６であってもよく、これに応じて、第１酸化ケイ素層において、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値は、１．９≦ｓ／ｒ≦２．１であってもよく、厚さは３０ｎｍ～４０ｎｍであってもよい。第２酸化ケイ素層１４２の屈折率は、１．４～１．５１であってもよく、具体的には１．４～１．４７であってもよく、これに応じて、第２酸化ケイ素層において、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値は、２．４≦ｓ／ｒ≦３．２であってもよく、厚さは３０ｎｍ～５０ｎｍであってもよい。
図３を参照して、他のいくつかの実施例において、第３パッシベーション層１４０は、ベース１００から離れる方向に積層されて設けられた第１酸化ケイ素層１４１、第２酸化ケイ素層１４２および第３酸化ケイ素層１４３を含む３層構造であってもよく、第１酸化ケイ素層１４１、第２酸化ケイ素層１４２および第３酸化ケイ素層１４３は、いずれもＳｉｒＯｓ材料を含み、且つ、第１酸化ケイ素層１４１、第２酸化ケイ素層１４２および第３酸化ケイ素層１４３の屈折率は、順次に小さくなっている。いくつかの実施例において、第１酸化ケイ素層１４１におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値は、１．９≦ｓ／ｒ≦２．２であってもよく、具体的には１．９≦ｓ／ｒ≦２．１であってもよく、屈折率は１．５１～１．６であってもよく、具体的には１．５３～１．６であってもよく、厚さは１０ｎｍ～２０ｎｍであってもよい。第２酸化ケイ素層１４２におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値は、２．２＜ｓ／ｒ≦２．７であってもよく、具体的には２．２≦ｓ／ｒ≦２．５であってもよく、屈折率は１．４５～１．５１であってもよく、具体的には１．４６～１．５１であってもよく、厚さは２０ｎｍ～３０ｎｍであってもよい。第３酸化ケイ素層１４３におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値は、２．７＜ｓ／ｒ≦３．２であってもよく、具体的には２．９≦ｓ／ｒ≦３．２であってもよく、屈折率は１．４～１．４５であってもよく、具体的には１．４～１．４３であってもよく、厚さは３０ｎｍ～４０ｎｍであってもよい。
なお、第３パッシベーション層１４０が単層構造であっても多層構造であっても、第３パッシベーション層１４０の全体の屈折率範囲は、１．４～１．６の範囲内であり、これにより、第３パッシベーション層１４０の屈折率と第２パッシベーション層１３０の屈折率とを合わせ、入射光線に対するベース１００の吸収能力が強くなる。第３パッシベーション層１４０の全体の屈折率範囲が１．４～１．６の範囲内である条件において、第３パッシベーション層１４０が単層構造であっても多層構造であっても、第３パッシベーション層１４０の全体の厚さは６０ｎｍ～９０ｎｍの範囲内であることが理解できる。
続いて図１を参照すると、第２パッシベーション層１３０における第１ＳｉｕＮｖ材料が高い屈折率を有するため、第１ＳｉｕＮｖ材料におけるＳｉ－Ｈ結合の密度が大きく、第１ＳｉｕＮｖ材料に良いパッシベーション効果を持たせる。しかしながら、第１ＳｉｕＮｖ材料の高い屈折率も一定の光吸収損失をもたらし、すなわち、入射光線に対する反射防止能力が劣る。本願の実施例では、第２パッシベーション層１３０におけるベース１００から離れる側に第３パッシベーション層１４０が設けられており、第３パッシベーション層１４０におけるＳｉｒＯｓ材料が相対的小さい屈折率を有するため、第２パッシベーション層１３０の高い屈折率と第３パッシベーション層１４０の低い屈折率とが光学的に整合し、入射光線に対するベース１００の吸収能力が向上する。また、第２パッシベーション層１３０は長波長光を重点的に吸収し、第３パッシベーション層１４０は短波長光を重点的に吸収するため、異なる波長帯域の入射光線に対する太陽電池の吸収能力を良好にすることができる。
第２パッシベーション層１３０の第１ＳｉｕＮｖ材料において、１．３≦ｖ／ｕ≦１．７であり、ここで、ｖはＮ原子の数であり、ｕはＳｉ原子の数である。Ｎ原子数とＳｉ原子数の比値を調整することにより、第２パッシベーション層１３０の屈折率が第３パッシベーション層１４０の屈折率よりも大きくなるように、第２パッシベーション層１３０の屈折率および厚さの大きさを制御することで、第３パッシベーション層１４０から第２パッシベーション層１３０に入射光線を垂直に近い角度で入射させ、入射光線の利用率を高めることができる。
具体的には、いくつかの実施例において、第２パッシベーション層１３０は、単層構造であってもよく、第２パッシベーション層１３０の屈折率は、１．８～２であってもよい。この屈折率範囲において、第２パッシベーション層１３０の屈折率と第３パッシベーション層１４０の屈折率との光学整合性がよく、入射光線に対するベース１００の吸収能力が強くなり、入射光線に対する太陽電池の反射率が低減される。また、この屈折率範囲においては、第２パッシベーション層１３０の屈折率が低くなり過ぎないため、第１パッシベーション層１２０の反射光又は出射光を、第２パッシベーション層１３０を介して再びベース１００内に入射させることができる。また、この屈折率範囲においては、第２パッシベーション層１３０のパッシベーション効果が良いので、ベース１００の前面における界面欠陥を少なくして、ベース１００の前面におけるキャリア再結合を抑制し、太陽電池の光電変換率を向上させることができる。
入射光線の波長及び第２パッシベーション層１３０の屈折率の大きさに応じて、第２パッシベーション層１３０の厚さを設定し、第２パッシベーション層１３０の厚さを屈折率に合わせることで、入射光線に対する第２パッシベーション層１３０の吸収能力及びパッシベーション効果が良くなる。また、太陽電池の全体の厚さに合わせて、第２パッシベーション層１３０の厚さを設定することで、太陽電池の全体の厚さが薄くなりすぎて割れの問題が生じるのを防止すること、及び、太陽電池の全体の厚さが厚くなりすぎて封止しにくいという問題を回避することもできる。具体的には、Ｓｉ原子数とＮ原子数の比値を調整することで、第２パッシベーション層１３０の厚さの大きさを制御することができる。
具体的には、いくつかの実施例では、前記前面に垂直な方向において、第２パッシベーション層１３０の厚さは、３５ｎｍ～５５ｎｍである。この厚さの範囲において、第２パッシベーション層１３０の厚さが薄くなり過ぎないため、入射光線に対する第２パッシベーション層１３０の屈折効果が良好となり、第２パッシベーション層１３０が薄くなり過ぎることにより、入射光線が他のパッシベーション膜層を介して出射されるおそれや、ベース１００に吸収されずにベース１００を介して出射されるおそれが生じることを回避する。一方、この厚さの範囲内では、第２パッシベーション層１３０内に位置する正電荷量が水素不活性化効果を満たすので、ベース１００の前面でのキャリア再結合がより一層抑制される。
具体的には、いくつかの実施例において、Ｎ原子数とＳｉ原子数との比値が１．３≦ｖ／ｕ≦１．４であってもよく、第２パッシベーション層１３０の屈折率が１．９３～２であってもよく、第２パッシベーション層１３０の厚さが３５ｎｍ～４０ｎｍであってもよい。また、他のいくつかの実施例において、Ｎ原子数とＳｉ原子数との比値が１．４＜ｖ／ｕ≦１．５５であってもよく、第２パッシベーション層１３０の屈折率が１．８７～１．９３であってもよく、第２パッシベーション層１３０の厚さが４０ｎｍ～４８ｎｍであってもよい。別の実施例において、Ｎ原子数とＳｉ原子数との比値が１．５５＜ｖ／ｕ≦１．６５であってもよく、第２パッシベーション層１３０の屈折率が１．８４～１．８７であってもよく、第２パッシベーション層１３０の厚さが４８ｎｍ～５３ｎｍであってもよい。さらに別の実施例において、Ｎ原子数とＳｉ原子数との比値が１．６５＜ｖ／ｕ≦１．７であってもよく、第２パッシベーション層１３０の屈折率が１．８～１．８４であってもよく、第２パッシベーション層１３０の厚さが５３ｎｍ～５５ｎｍであってもよい。
図４を参照して、他のいくつかの実施例において、第２パッシベーション層１３０は、ベース１００から離れる方向に積層されて設けられた第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２及び第３窒化ケイ素層１３３を含む３層構造であってもよく、且つ、第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２及び第３窒化ケイ素層１３３の屈折率は、順次に小さくなり、第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２及び第３窒化ケイ素層１３３は、いずれも第１ＳｉｕＮｖ材料を含む。多層構造が設けられるのは、長波長光のうちの長波長フォトンを第２パッシベーション層１３０の内部で複数回反射及び干渉させることができ、窒化ケイ素層を一層だけとするよりも、長波長フォトンの利用率をより一層大きく増加させ、長波長応答を高めることで、より多くの長波長光を吸収することができるからである。
第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２および第３窒化ケイ素層１３３におけるＮ原子数とＳｉ原子数との比値を調整することにより、第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２および第３窒化ケイ素層１３３の屈折率および厚さを制御する。具体的には、いくつかの実施例において、第１窒化ケイ素層１３１におけるＮ原子数とＳｉ原子数との比値を１．３≦ｖ／ｕ≦１．４とし、第２窒化ケイ素層１３２におけるＮ原子数とＳｉ原子数との比値を１．４＜ｖ／ｕ≦１．５５とし、第３窒化ケイ素層１３３におけるＮ原子数とＳｉ原子数との比値を１．５５＜ｖ／ｕ≦１．７とするように調整してもよい。
これに応じて、第１窒化ケイ素層１３１の屈折率は１．９３～２であってもよく、厚さは８ｎｍ～１５ｎｍであってもよい。第２窒化ケイ素層１３２の屈折率は１．８７～１．９３、具体的には１．８８～１．９であってもよく、これに応じて、第１窒化ケイ素層においては、Ｎ原子数とＳｉ原子数との比値が１．４３≦ｖ／ｕ≦１．５２であってもよく、厚さが１０ｎｍ～１５ｎｍであってもよい。第３窒化ケイ素層１３３の屈折率は１．８～１．８７、具体的には１．８～１．８４とすることができ、これに応じて、第１窒化ケイ素層においては、Ｎ原子数とＳｉ原子数との比値が１．５９≦ｖ／ｕ≦１．７とすることができ、厚さは１７ｎｍ～２５ｎｍとすることができる。
別のある実施例において、第２パッシベーション層１３０は、ベース１００から離れる方向に積層されて設けられた第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２、第３窒化ケイ素層１３３および第４窒化ケイ素層を含む４層構造であってもよく、第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２、第３窒化ケイ素層１３３および第４窒化ケイ素層（不図示）は、いずれも第１ＳｉｕＮｖ材料を含み、且つ、第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２、第３窒化ケイ素層１３３および第４窒化ケイ素層の屈折率は、順次に小さくなっている。具体的には、いくつかの実施例において、第１窒化ケイ素層１３１におけるＮ原子数とＳｉ原子数との比値は、１．３≦ｖ／ｕ≦１．４、具体的には１．３≦ｖ／ｕ≦１．３６であってもよく、屈折率は１．９３～２、具体的には１．９６～２であってもよく、厚さは８ｎｍ～１３ｎｍであってもよい。第２窒化ケイ素層１３２におけるＮ原子数とＳｉ原子数との比値は、１．４＜ｖ／ｕ≦１．５５、具体的には１．４３≦ｖ／ｕ≦１．５２であってもよく、屈折率は１．８７～１．９３、具体的には１．８９～１．９２であってもよく、厚さは８ｎｍ～１３ｎｍであってもよい。第３窒化ケイ素層１３３におけるＮ原子数とＳｉ原子数との比値は、１．５５＜ｖ／ｕ≦１．６５、具体的には１．５７≦ｖ／ｕ≦１．６３であってもよく、屈折率は１．８４～１．８７、具体的には１．８５～１．８６であってもよく、厚さは９ｎｍ～１４ｎｍであってもよい。第４窒化ケイ素層におけるＮ原子数とＳｉ原子数との比値は、１．６５＜ｖ／ｕ≦１．７、具体的には１．６７＜ｖ／ｕ≦１．７であってもよく、屈折率は１．８～１．８４、具体的には１．８～１．８３であってもよく、厚さは１０ｎｍ～１５ｎｍであってもよい。
なお、第２パッシベーション層１３０が単層構造であっても多層構造であっても、第２パッシベーション層１３０の屈折率が１．８～２の範囲内であり、これにより、第２パッシベーション層１３０の屈折率と第３パッシベーション層１４０の屈折率とが光学的に一致し、入射光線に対するベース１００の前面の反射率が小さくなり、入射光線に対するベースの吸収能力が強くなる。第２パッシベーション層１３０の全体の屈折率範囲が１．８～２の範囲内である条件において、第２パッシベーション層１３０が単層構造であっても多層構造であっても、第２パッシベーション層１３０の全体の厚さは３５ｎｍ～５５ｎｍの範囲内であるが理解できる。
図５を参照して、本願の実施例により提供される太陽電池は、短波長（例えば、紫外光または近紫外光）の範囲において、従来のＴＯＰＣＯＮ電池に比べてより低い反射率を有している。従来のＴＯＰＣＯＮ電池は、通常、酸化アルミニウム／窒化ケイ素積層体を用いて正面パッシベーション層とし、波長３６０ｎｍを例にとれば、波長３６０ｎｍの位置では、従来のＴＯＰＣＯＮ電池の反射率は２７％程度であるが、本願の実施例により提供される太陽電池の反射率は、１１．２％程度であり、約５８％低下している。また、本願の実施例により提供される太陽電池は、短波長域において光線の反射率が低いため、従来の太陽電池が青色を呈するのに対して、納戸色を呈することができ、濃色モジュールの製造に有利である。
本願の実施例により提供される太陽電池は、３８０ｎｍ～１０５０ｎｍの波長区間の平均反射率からも明らかに低下し、具体的には、従来のＴＯＰＣＯＮ電池は、全波長区間範囲において、平均反射率が２．２％程度であるが、本願の実施例により提供される太陽電池は、平均反射率が１．３％であり、４１％程度低下した。また、本願の実施例における第１パッシベーション層１２０、第２パッシベーション層１３０、及び第３パッシベーション層１４０をＴＯＰＣＯＮ電池に適用した場合、電池の短絡電流を７０ｍＡ以上向上させることが可能である。
第１パッシベーション層１２０は、ベース１００に近いパッシベーション層として、よいパッシベーション効果を有する必要がある。いくつかの実施例において、第１パッシベーション層１２０の誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムのうちの一種または複数種を含んでいてもよい。なお、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムは、フィールドパッシベーション材料であり、ベース１００の前面に対してフィールドパッシベーション効果を有し、フィールドパッシベーションとは、ベース１００の界面にビルドアップ電界を形成して、ベース１００の界面における電子または正孔の濃度を低減し、表面の不活性化効果を達成することであり、このようなビルドアップ電界は、通常、ベース１００の界面に固定電荷を形成して得られる。
具体的には、いくつかの実施例において、誘電体材料は、ＡｌｘＯｙ材料であり、かつ１．４≦ｙ／ｘ≦１．６であってもよく、ｙはＯ原子数であり、ｘはＡｌ原子数である。ＡｌｘＯｙ材料は、良いフィールドパッシベーション効果を有しており、これは、ＡｌｘＯｙ材料が十分な数量の固定負電荷を提供できるので、ベース１００の前面にビルドアップ電界を形成して、ベース１００の前面における少数キャリアの濃度を減少させ、キャリア再結合を抑制し、太陽電池の開放電圧及び短絡電流を向上させるからである。また、ＡｌｘＯｙ材料は、一定の化学不活性化効果を有し、即ち、ベース１００の前面における欠陥数を低減することで、キャリアの再結合レートを抑制する。具体的には、Ｏ原子数とＡｌ原子数との比値を調整することにより、第１パッシベーション層１２０の屈折率の大きさ及び厚さの大きさを調整することで、第１パッシベーション層１２０の屈折率を厚さに合わせ、パッシベーション層１２０に良いパッシベーション効果を持たせる。
具体的には、いくつかの実施例において、第１パッシベーション層１２０の屈折率は、１．６～１．８である。この屈折率範囲において、第１パッシベーション層１２０の屈折率が第２パッシベーション層１３０の屈折率に合わせ、屈折率整合性に劣ることによる光反射損失を低減することで、第１パッシベーション層１２０は入射光線に対して良い吸収能力を有する。
入射光線波長及び屈折率が決定された条件のもとで、第１パッシベーション層１２０の厚さが屈折率に合わせるように、第１パッシベーション層１２０の厚さを決定することができ、これにより、第１パッシベーション層１２０に良いパッシベーション効果を持たせる。具体的には、いくつかの実施例では、前面に垂直な方向において、第１パッシベーション層１２０の厚さは、２ｎｍ～８ｎｍである。この場合、第１パッシベーション層１２０は強い負帯電性を持っているため、キャリアの選択的な輸送が可能となる。また、第１パッシベーション層１２０の厚さは、フィールドパッシベーション効果に関し、第１パッシベーション層１２０の厚さが大きいほど、第１パッシベーション層１２０のフィールドパッシベーション効果が良くなる。第１パッシベーション層１２０の厚さがこの比率範囲内になるように制御することで、第１パッシベーション層１２０のフィールドパッシベーション効果が良好であるとともに、厚さが大きすぎることに起因してベース１００が応力ダメージを受けるという問題を回避できる。
具体的には、いくつかの実施例において、Ｏ原子数とＡｌ原子数との比値は、１．４≦ｙ／ｘ≦１．４２であってもよく、第１パッシベーション層１２０の屈折率は、１．７８～１．８であってもよく、第１パッシベーション層１２０の厚さは、２ｎｍ～２．６ｎｍであってもよい。また、他のいくつかの実施例において、Ｏ原子数とＡｌ原子数との比値は、１．４２＜ｙ／ｘ≦１．４８であってもよく、第１パッシベーション層１２０の屈折率は、１．７２～１．７８であってもよく、第１パッシベーション層１２０の厚さは、２．６ｎｍ～４．４ｎｍであってもよい。別のある実施例において、Ｏ原子数とＡｌ原子数との比値は、１．４８＜ｙ／ｘ≦１．５５であってもよく、第１パッシベーション層１２０の屈折率は、１．６５～１．７２であってもよく、第１パッシベーション層１２０の厚さは、４．４ｎｍ～６．５ｎｍであってもよい。また、さらに別のある実施例において、Ｏ原子数とＡｌ原子数との比値は、４＜ｙ／ｘ≦７であってもよく、第１パッシベーション層１２０の屈折率は、１．６～１．６５であってもよく、第１パッシベーション層１２０の厚さは、６．５ｎｍ～８ｎｍであってもよい。
ベース１００の裏面にパッシベーションコンタクト構造としてトンネル酸化層１５０とドープ導電層１６０を設けている。トンネル酸化層１５０は、裏面における界面パッシベーションを実現するために用いられ、いくつかの実施例において、トンネル酸化層１５０の材料は、誘電体材料、例えば酸化ケイ素であってもよい。ドープ導電層１６０は、フィールドパッシベーションを形成するためのものであり、ドープ導電層１６０は、ベース１００と同じ導電型のドーパントを有しており、いくつかの実施例において、ドープ導電層１６０は、Ｎ型ドープポリシリコン、Ｎ型ドープ微結晶シリコン、又はＮ型ドープアモルファスシリコンの一種又は複数種であってもよく、ドープ導電層１６０には、Ｎ型ドープイオンが含まれており、例えば、リン、ヒ素、又はアンチモンのいずれであってもよい。
具体的には、いくつかの実施例において、ドープ導電層１６０は、ドープポリシリコン層であり、裏面に垂直な方向において、ドープ導電層１６０の厚さ範囲は、６０ｎｍ～１５０ｎｍであり、例えば、６０ｎｍ、８０ｎｍ、又は１２０ｎｍである。
いくつかの実施例において、ドープ導電層１６０におけるベース１００側から離反する側に位置する第４パッシベーション層１７０をさらに備え、第４パッシベーション層１７０は、第２ＳｉｍＮｎ材料（１．２≦ｎ／ｍ≦１．６）を含む。第４パッシベーション層１７０は、電池背部における入射光の反射効果を増強するために用いられ、また、ベース１００の裏面におけるパッシベーションコンタクト構造のパッシベーション効果を増強することにも用いられる。第２ＳｉｍＮｎ材料におけるｎは、Ｎ原子の数を表し、ｍは、Ｓｉ原子の数を表し、ｎ／ｍの比の大きさを調整することによって、第４パッシベーション層１７０の屈折率の大きさ及び厚さの大きさが調整される。具体的には、いくつかの実施例において、第４パッシベーション層１７０は単層構造であってもよく、第４パッシベーション層１７０の屈折率は１．９～２．１であってもよく、厚さは８０ｎｍ～１００ｎｍであってもよい。また、いくつかの実施例において、第４パッシベーション層１７０は、多層構造とすることができ、かつ、ベース１００の裏面に沿ってドープ導電層１６０への方向において、各層の屈折率が徐々に低くなるので、内部反射を利用して入射光の電池裏面における反射効果を増強するのに有利である。
太陽電池は、さらに、ベース１００の前面に位置し、第３パッシベーション層１４０、第２パッシベーション層１３０及び第１パッシベーション層１２０を貫通してエミッタ１１０と電気的に接続されている第１電極１８０と、ベース１００の裏面に位置し、第４パッシベーション層１７０を貫通してドープ導電層と電気的に接続されている第２電極１９０と、を備える。
ベース１００の前面においてベース１００から離れる方向に順次設置されている第１パッシベーション層１２０、第２パッシベーション層１３０及び第３パッシベーション層１４０を備えており、第１パッシベーション層１２０は、誘電体材料を含み、第２パッシベーション層１３０は、第１ＳｉｕＮｖ材料（１．３≦ｖ／ｕ≦１．７）を含み、第１ＳｉｕＮｖ材料における原子数比を調整することにより、第２パッシベーション層１３０が比較的高い屈折率を有し、第２パッシベーション層１３０の長波長光に対する吸収能力が強くなり、第３パッシベーション層１４０は、ＳｉｒＯｓ材料（１．９≦ｓ／ｒ≦３．２）を含み、ＳｉｒＯｓ材料における原子数比の値を調整することにより、ＳｉｒＯｓ材料が短波長光に対して強い吸収能力を有する。このように、第２パッシベーション層１３０の長波長光に対する強い吸収能力を相乗させて、太陽電池全体の入射光線に対する吸収能力を強くすることで、太陽電池の表面における反射防止率が大きくなると共に、第１ＳｉｕＮｖ材料およびＳｉｒＯｓ材料が良好なパッシベーション効果を有し、さらに、太陽電池の開放電圧、短絡電流およびフィルファクターを向上させ、太陽電池の光電変換率を向上させることができる。
これに応じて、図６を参照して、本願の実施例は、上記の実施例により提供される太陽電池１を複数接続してなる少なくとも1つのセルストリングと、少なくとも1つのセルストリングの表面を覆うための封止層２と、封止層２における少なくとも1つのセルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレート３と、を備える光起電力モジュールをさらに提供する。太陽電池をノリシックまたはマルチフラグメント（例えば、１／２等分片、１／３等分片、１／４等分片などのマルチフラグメント）で電気的に接続して複数のセルストリングが形成され、複数のセルストリングが直列および／または並列に電気的に接続される。具体的には、いくつかの実施例において、複数のセルストリングの間を導電帯電により電気的に接続することができる。封止層２は、太陽電池の前面及び裏面を覆い、いくつかの実施例において、太陽電池の裏面に位置する封止層２は、白色とすることができ、これにより、太陽電池の前面から入射した入射光線を、隣り合う２つの太陽電池の間の間隙から太陽電池の裏面に照射する際に、白色の封止層２により、太陽電池の前面のカバープレート３まで反射され、さらに太陽電池の前面まで２次反射されることで、入射光線に対する吸収能力を増大させることができる。具体的には、いくつかの実施例において、封止層２の材質は、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリエチレンオクテン共エラストマー（ＰＯＥ）、またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の有機材料であってもよい。いくつかの実施例において、カバープレート３は、ガラスカバープレート又はプラスチックカバープレートなどの透光性機能を有するカバープレート３であってもよい。具体的には、カバープレートの封止層２に向かう面を凹凸面とすることができ、これにより、入射光線の利用率を増大させることができる。本願の実施例により提供される光起電力モジュールの太陽電池は、前面に第１パッシベーション層１２０と、第２パッシベーション層１３０と、第３パッシベーション層１４０とを備え、そのうち、第２パッシベーション層１３０は長波長光を重点的に吸収し、第３パッシベーション層１４０は短波長光を重点的に吸収する。このように、太陽電池は、異なる波長帯域の入射光に対して強い吸収能力を有し、太陽電池のベース１００の前面での光線に対する反射率が低減される。よって、太陽電池を封止して太陽電池モジュールとした後、太陽電池モジュール全体が納戸色ひいては黒色を呈するようになり、濃色モジュールの製造に有利となる。
これに応じて、本願の別の実施例は、上記実施例により提供される太陽電池を形成することが可能な太陽電池の製造方法をさらに提供する。以下に、図面を参照しながら本願の別の実施例に係る太陽電池の製造方法を詳細に説明する。
図７乃至図１３は、本願の別の実施例により提供される太陽電池の製造方法における各ステップに対応する構成を示す図である。
図７を参照して、対向する前面と裏面を有するベース１００を提供する。
ベース１００は、入射光線を受光して光生成キャリアを生成するためのものであり、いくつかの実施例において、ベース１００は、シリコンベース１００であってもよく、シリコンベース１００の材料は、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、及び微結晶シリコンを含み得る。また、他のいくつかの実施例において、ベース１００の材料は、炭素単体、有機材料、及び多価化合物であってもよく、多価化合物は、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、銅インジウムセレン等を含む。いくつかの実施例において、太陽電池は、ＴＯＰＣＯＮ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｏｘｉｄｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ、トンネル酸化層１５０がパッシベーションコンタクトしている）電池であり、ベース１００の前面と裏面は、いずれも入射光線を受光するために用いられる。いくつかの実施例において、ベース１００の前面は、入射光線に対するベース１００の前面の反射率が小さくなるようにピラミッドテクスチャーとして設けられることができ、これにより、光線に対する吸収利用率が大きくなる。いくつかの実施例において、ベース１００は、Ｎ型半導体ベースであり、すなわち、ベース１００内にＮ型イオンがドープされており、Ｎ型イオンは、リン、ヒ素、またはアンチモンのいずれであってもよい。
図８を参照して、エミッタ１１０が形成される。
いくつかの実施例において、ベース１００は、Ｎ型半導体ベースであり、エミッタ１１０は、Ｐ型エミッタであってもよい。具体的には、エミッタ１１０を形成する具体的なプロセス方法として、ベース１００の前面をホウ素拡散処理してエミッタ１１０を形成し、エミッタ１１０とＮ型ベース１００とがＰＮ接合を形成することを採用してもよい。なお、エミッタ１１０を形成した後に、ホウ素拡散処理によって形成されたホウ珪酸ガラスを除去する必要があり、このように、後にエミッタ１１０に第１パッシベーション層１２０を形成するとき、第１パッシベーション層１２０の厚さが均一になり、入射光線に対するベース１００の前面の吸収能力が向上するのに有利である。具体的には、ホウ素拡散処理に用いられるホウ素源は、液体三臭化ホウ素を含む。
図９を参照して、ベース１００の裏面において裏面から離れる方向に、トンネル酸化層１５０と、ベース１００と同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層１６０とが順次に形成されている。
いくつかの実施例において、ベース１００の裏面には、温度可変プロセスおよび化学気相成長法によってトンネル酸化層１５０が堆積形成される。堆積過程において、昇温レートが０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎ、例えば１．０℃／ｍｉｎ、１．５℃／ｍｉｎ、２．０℃／ｍｉｎ又は２．５℃／ｍｉｎ等となり、堆積温度が５６０℃～６２０℃、例えば５７０℃、５９０℃又は６１０℃等となり、堆積時間が３ｍｉｎ～１０ｍｉｎ、例えば４ｍｉｎ、６ｍｉｎ又は８ｍｉｎ等となるように制御する。ほかのいくつかの実施例において、Ｉｎ-ｓｉｔｕ（その場）生成プロセスでトンネル酸化層１５０を形成することもでき、例えば、熱酸化プロセスおよび硝酸パッシベーションなどのプロセスによってトンネル酸化層１５０をＩｎ-ｓｉｔｕ生成する。
具体的には、いくつかの実施例において、トンネル酸化層１５０の厚さは、１ｎｍ～２ｎｍ、例えば１．２ｎｍ、１．４ｎｍ、１．６ｎｍ、又は１．８ｎｍとすることができる。
また、いくつかの実施例において、トンネル酸化層１５０の形成後に、トンネル酸化層１５０の表面に堆積プロセスによってドープ導電層１６０を形成してもよい。具体的には、堆積プロセスによって、トンネル酸化層１５０の表面に真性ポリシリコンを堆積させてポリシリコン層を形成し、イオン注入及びソース拡散によりリンイオンをドーピングしてＮ型のドープポリシリコン層を形成し、ドープポリシリコン層をドープ導電層１６０としてもよい。
具体的には、いくつかの実施例において、ベース１００の裏面に垂直な方向において、形成されるドープ導電層１６０の厚さは、６０ｎｍ～１５０ｎｍ、例えば６０ｎｍ、８０ｎｍ、又は１２０ｎｍであってもよい。
図１０～図１３を参照して、ベース１００の前面においてベース１００から離れる方向に、誘電体材料を含む第１パッシベーション層１２０、第１ＳｉｕＮｖ材料（１．３≦ｖ／ｕ≦１．７）を含む第２パッシベーション層１３０、及びＳｉｒＯｓ材料（１．９≦ｓ／ｒ≦３．２）を含む第３パッシベーション層１４０が、順次に形成される。
図１０を参照して、トンネル酸化層１５０の表面にＡｌｘＯｙ材料を含む第１パッシベーション層１２０が形成される。いくつかの実施例において、原子層堆積法により第１パッシベーション層１２０を形成することができ、第１パッシベーション層１２０を形成する方法は、反応チャンバー内にトリメチルアルミニウムと水を導入し、トリメチルアルミニウムと水の割合が１：２～１：３、温度が２００℃～３００℃であることを含む。形成される第１パッシベーション層１２０は、ＡｌｘＯｙ材料におけるＯ原子数とＡｌ原子数との比値が１．４≦ｙ／ｘ≦１．６であり、且つ、第１パッシベーション層１２０の屈折率が１．６～１．８であり、厚さが２ｎｍ～８ｎｍである。
いくつかの実施例において、第１パッシベーション層１２０を形成した後に、さらに、窒素ガス雰囲気下で第１パッシベーション層１２０をアニール処理し、アニール温度が５００℃～６００℃、アニール時間が１０ｍｉｎ～１３ｍｉｎであることを含む。このようにすれば、残留水分子及び有機官能基を除去することができる。
図１１を参照して、第１パッシベーション層１２０の表面には、第１ＳｉｕＮｖ材料を含む第２パッシベーション層１３０が形成される。いくつかの実施例において、プラズマ強化化学気相成長法により第２パッシベーション層１３０を形成することができ、第２パッシベーション層１３０を形成する方法は、反応チャンバー内にシラン及びアンモニアガスを導入してイオン化し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１８０ｍＷ／ｃｍ２、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒ、シランとアンモニアガスとの流量比が１：３～１：１６、反応時間が３ｓ～３１ｓであることを含む。
いくつかの実施例において、第２パッシベーション層１３０は３層構造であってもよく、ベース１００から離れる方向に積層されて設けられた第１窒化ケイ素層１３１（図４参照）、第２窒化ケイ素層１３２（図４参照）、及び第３窒化ケイ素層１３３（図４参照）を含んでいてもよい。第２パッシベーション層１３０を形成するプロセス方法は、反応チャンバー内にシラン及びアンモニアガスを導入してイオン化し、第１パッシベーション層１２０の表面に第１窒化ケイ素層１３１を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランとアンモニアガスとの流量比が１：３～１：５であってもよく、反応時間が４ｓ～６ｓであってもよい。反応チャンバー内にシラン及びアンモニアガスを継続的に導入してイオン化し、第１窒化ケイ素層１３１の表面に第２窒化ケイ素層１３２を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１５０ｍＷ／ｃｍ２～１８０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランとアンモニアガスとの流量比が１：５～１：９であり、反応時間が５ｓ～８ｓであってもよい。反応チャンバー内にシラン及びアンモニアガスを継続的に導入してイオン化し、第２窒化ケイ素層１３２の表面に第３窒化ケイ素層１３３を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１５０ｍＷ／ｃｍ２～１８０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランとアンモニアガスとの流量比が１：９～１：１６であり、反応時間が１０ｓ～１４ｓであってもよい。
上記製造プロセスにより、形成された第１窒化ケイ素層１３１において、Ｎ原子数とＳｉ原子数の比値が１．３≦ｓ／ｒ≦１．４であり、第１窒化ケイ素層１３１の屈折率が１．９３～２．０であり、厚さが８ｎｍ～１５ｎｍである。形成された第２窒化ケイ素層１３２において、Ｎ原子数とＳｉ原子数の比値が１．４＜ｓ／ｒ≦１．５５であり、第２窒化ケイ素層１３２の屈折率が１．８７～１．９３であり、厚さが１０ｎｍ～１５ｎｍである。第３窒化ケイ素層１３３において、Ｎ原子数とＳｉ原子数の比値が１．５５＜ｓ／ｒ≦１．７であり、第３窒化ケイ素層１３３の屈折率が１．８～１．８７であり、厚さが１７ｎｍ～２５ｎｍである。
また、いくつかの実施例において、第２パッシベーション層１３０は、ベース１００から離れる方向に積層されて設けられた第１窒化ケイ素層１３１、第２窒化ケイ素層１３２、第３窒化ケイ素層１３３および第４窒化ケイ素層を含む４層構造であってもよい。具体的には、第２パッシベーション層１３０を形成するプロセス方法は、反応チャンバー内にシラン及びアンモニアを導入してイオン化し、第１パッシベーション層１２０の表面に第１窒化ケイ素層１３１を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランとアンモニアガスとの流量比が１：３～１：５であり、反応時間が３ｓ～５ｓであってもよい。反応チャンバー内にシラン及びアンモニアガスを継続的に導入してイオン化し、第１窒化ケイ素層１３１の表面に第２窒化ケイ素層１３２を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１５０ｍＷ／ｃｍ２～１８０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランとアンモニアガスとの流量比が１：５～１：７であり、反応時間が４ｓ～６ｓであってもよい。反応チャンバー内にシラン及びアンモニアガスを継続的に導入してイオン化し、第２窒化ケイ素層１３２の表面に第３窒化ケイ素層１３３を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１５０ｍＷ／ｃｍ２～１８０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランとアンモニアガスとの流量比が１：７～１：１０であり、反応時間が４ｓ～６ｓであってもよい。反応チャンバー内にシラン及びアンモニアガスを継続的に導入してイオン化し、第３窒化ケイ素層１３３の表面に第４窒化ケイ素層を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１５０ｍＷ／ｃｍ２～１８０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランとアンモニアガスとの流量比が１：１０～１：１６であり、反応時間が１０ｓ～１４ｓであってもよい。
図１２を参照して、第２パッシベーション層１３０の表面には、ＳｉｒＯｓ材料を含む第３パッシベーション層１４０が形成されている。具体的には、いくつかの実施例において、プラズマ強化化学気相成長法により第３パッシベーション層１４０を形成することができ、第３パッシベーション層１４０を形成する方法は、反応チャンバー内にシラン及び亜酸化窒素（笑気）を導入してイオン化し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒ、シランと亜酸化窒素との流量比が１：１５～１：２０、反応時間が３ｓ～２２ｓであることを含む。
いくつかの実施例において、第３パッシベーション層１４０は２層構造であってもよく、ベース１００から離れる方向に積層されて設けられた第１酸化ケイ素層１４１（図２参照）及び第２酸化ケイ素層１４２（図２参照）を含んでいてもよい。第３パッシベーション層１４０を形成するプロセス方法は、下記の通りである。すなわち、反応チャンバー内にシラン及び亜酸化窒素を導入してイオン化し、第２パッシベーション層１３０の表面に第１酸化ケイ素層１４１を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランと亜酸化窒素とのガス流量比が１：１５～１：１７であり、反応時間が６ｓ～８ｓであってもよい。反応チャンバー内にシランおよび亜酸化窒素を継続的に導入してイオン化し、第１酸化ケイ素層１４１の表面に第２酸化ケイ素層１４２を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランと亜酸化窒素とのガス流量比が１：１７～１：２０であり、反応時間が６ｓ～１０ｓであってもよい。
上記製造プロセスによって、形成された第１酸化ケイ素層１４１においては、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値が１．９≦ｓ／ｒ≦２．２であり、第１酸化ケイ素層１４１の屈折率が１．５１～１．６であり、厚さが３０ｎｍ～４０ｎｍである。形成された第２酸化ケイ素層１４２においては、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値が２．２＜ｓ／ｒ≦３．２であり、第２酸化ケイ素層１４２の屈折率が１．４～１．５１であり、厚さが３０ｎｍ～５０ｎｍである。
ほかのいくつかの実施例において、第３パッシベーション層１４０は３層構造であってもよく、ベース１００から離れる方向に積層されて設けられた第１酸化ケイ素層１４１（図３参照）と、第２酸化ケイ素層１４２（図３参照）と、第３酸化ケイ素層１４３（図３参照）とを含んでいてもよい。第３パッシベーション層１４０を形成するプロセス方法は、下記の通りである。すなわち、反応チャンバー内にシラン及び亜酸化窒素を導入してイオン化し、第２パッシベーション層１３０の表面に第１酸化ケイ素層１４１を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランと亜酸化窒素とのガス流量比が１：１５～１：１６．５であってよく、反応時間が３ｓ～６ｓであってよい。反応チャンバー内にシランおよび亜酸化窒素を継続的に導入してイオン化し、第１酸化ケイ素層１４１の表面に第２酸化ケイ素層１４２を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランと亜酸化窒素とのガス流量比が１：１６．５～１：１８であり、反応時間が３ｓ～６ｓであってもよい。反応チャンバー内にシランおよび亜酸化窒素を継続的に導入してイオン化し、第２酸化ケイ素層１４２の表面に第３酸化ケイ素層１４３を形成し、単位面積あたりのパルスパワーが１４０ｍＷ／ｃｍ２～１７０ｍＷ／ｃｍ２であり、反応チャンバーにおける圧力度が１６００ｍＴｏｒｒ～２０００ｍＴｏｒｒであり、シランと亜酸化窒素とのガス流量比が１：１８～１：２０であり、反応時間が６ｓ～１０ｓであってもよい。
上記製造プロセスによって、形成された第１酸化ケイ素層１４１においては、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値が１．９≦ｓ／ｒ≦２．２であり、第１酸化ケイ素層１４１の屈折率が１．５１～１．６であり、厚さが１０ｎｍ～２０ｎｍである。形成された第２酸化ケイ素層１４２においては、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値が２．２＜ｓ／ｒ≦２．７であり、第２酸化ケイ素層１４２の屈折率が１．４５～１．５１であり、厚さが２０ｎｍ～３０ｎｍである。形成された第３酸化ケイ素層１４３においては、Ｏ原子数とＳｉ原子数との比値が２．７＜ｓ／ｒ≦３．２であり、第３酸化ケイ素層１４３の屈折率が１．４～１．４５であり、厚さが３０ｎｍ～４０ｎｍである。
図１を参照して、ドープ導電層１６０に第４パッシベーション層１７０と、第１電極１８０及び第２電極１９０とが形成されている。
いくつかの実施例において、第４パッシベーション層１７０は、第２ＳｉｍＮｎ材料を含み、具体的には、ドープ導電層１６０の表面にプラズマ強化化学気相成長法により第４パッシベーション層１７０を形成してもよい。いくつかの実施例において、形成された第４パッシベーション層１７０は単層構造であってもよく、他のいくつかの実施例において、形成された第４パッシベーション層１７０は、多層構造であってもよく、かつ、ベース１００の裏面に沿ってドープ導電層１６０に向かう方向に、各層の屈折率が漸減している。
第４パッシベーション層１７０を形成した後、ベース１００の前面の第３パッシベーション層１４０及びベース１００の裏面の第４パッシベーション層１７０表面に金属化処理を行い、具体的にはスクリーン印刷プロセスおよび高温焼結プロセスを含み、これにより、ベース１００前面のエミッタ１１０と電気的に接続された第１電極１８０及びベース１００裏面のドープ導電層１６０と電気的に接続された第２電極１９０を形成し、形成された１電極１８０は、ベース１００前面の第３パッシベーション層１４０、第２パッシベーション層１３０及び第１パッシベーション層１２０を貫通し、形成された第２電極１９０は、第４パッシベーション層１７０を貫通している。
上記実施例により提供される太陽電池の製造方法では、ベース１００の前面においてベース１００から離れる方向に、第１パッシベーション層１２０、第２パッシベーション層１３０及び第３パッシベーション層１４０が順次に形成され、第１パッシベーション層１２０は、誘電体材料を含み、第２パッシベーション層１３０は、第１ＳｉｕＮｖ材料（１．３≦ｖ／ｕ≦１．７）を含み、第１ＳｉｕＮｖ材料における原子数比を調整することにより、第２パッシベーション層１３０が比較的高い屈折率を有し、第２パッシベーション層１３０の長波長光に対する吸収能力が強くなり、且つ第２パッシベーション層１３０における第１ＳｉｕＮｖ材料が良好な水素不活性化効果を有し、第３パッシベーション層１４０は、ＳｉｒＯｓ材料（１．９≦ｓ／ｒ≦３．２）を含み、ＳｉｒＯｓ材料における原子数比の値を調整することにより、ＳｉｒＯｓ材料が短波長光に対して強い吸収能力を有する。このように、第２パッシベーション層１３０の長波長光に対する強い吸収能力を相乗させて、太陽電池全体の入射光線に対する吸収能力を強くすることで、太陽電池の表面における反射防止率が大きくなると共に、第１ＳｉｕＮｖ材料およびＳｉｒＯｓ材料が良好なパッシベーション効果を有し、さらに、太陽電池の開放電圧、短絡電流およびフィルファクターを向上させ、太陽電池の光電変換率を向上させることができる。
比較例１
比較例１では、一種の太陽電池構造が提供され、具体的には、図１３に示すように、対向する前面と裏面とを有するベース２００と、ベース２００の前面に位置する、ＳｉａＮｂ材料を含む前面パッシベーション層２２０と、を備える。
図１に示す本願実施例の太陽電池構造を参照すると、比較例１と本願実施例の相違点は、下記の通りである。すなわち、比較例１では、ベース２００の前面にＳｉａＮｂ材料である前面パッシベーション層２２０が１層のみ設けられているのに対し、本願実施例では、ベース１００の前面においてベース１００から離れる方向に、誘電体材料を含む第１パッシベーション層１２０と、第１ＳｉｕＮｖ材料を含む第２パッシベーション層１３０と、ＳｉｒＯｓ材料を含む第３パッシベーション層１４０とが順次に設けられている。対比実験を通して、本願実施例と比較例１とのパラメータ対比を表１に示す。
表１から明らかなように、本願実施例における太陽電池は、比較例１よりも、入射光線に対する反射率が低く、かつ、本願実施例における開放電圧、短絡電流、フィルファクター（ＦＦ）および並列抵抗のいずれも大きいため、本願実施例における太陽電池の変換効率はより高い。ここで、入射光線に対する太陽電池の反射率は、比較例１よりも０．６２％低く、太陽電池の変換効率は、比較例１よりも０．８８％高い。これは、比較例１では、単層パッシベーション層構造としてＳｉａＮｂ材料のみを設けており、ＳｉａＮｂ材料は高い屈折率を有しているものの、高い屈折率も一定の光吸収損失をもたらしており、入射光線に対する吸収能力が劣るためである。これに対して、本願実施例では、第２パッシベーション層１３０として第１ＳｉｕＮｖ材料を設けて長波長光を重点的に吸収し、第３層パッシベーション層としてＳｉｒＯｓ材料を設けて短波長光を重点的に吸収することで、異なる波長帯の入射光線に対する太陽電池の吸収能力がよく、これにより、太陽電池の入射光線に対する利用率が高くなり、ベース１００の前面におけるキャリア濃度が増加して、太陽電池の変換効率が向上する。
比較例２
比較例２では、一種の太陽電池構造が提供され、具体的には、図１４に示すように、対向する前面と裏面とを有するベース３００と、ベース３００の前面に位置しかつベース３００から離れる方向に順次設置されている、ＡｉＯｋ材料を含む第１パッシベーション層３２０及びＳｉｐＮｑ材料を含む第２パッシベーション層３３０と、を備える。
図１に示す本願実施例の太陽電池構造を参照すると、比較例２と本願実施例の相違点は、下記の通りである。すなわち、比較例２では、ベース３００の前面にパッシベーション層が２層のみ設けられているのに対して、本願実施例では、ベース１００の前面においてベース１００から離れる方向に、誘電体材料を含む第１パッシベーション層１２０と、第１ＳｉｕＮｖ材料を含む第２パッシベーション層１３０と、ＳｉｒＯｓ材料を含む第３パッシベーション層１４０とが順次に設けられている。対比実験を通して、本願実施例と比較例２とのパラメータ対比を表２に示す。
表２から明らかなように、本願実施例における太陽電池は、比較例２よりも、入射光線に対する反射率が低く、かつ、本願実施例における開放電圧、短絡電流、フィルファクターおよび並列抵抗のいずれも大きいため、本願実施例における太陽電池の変換効率はより高い。ここで、入射光線に対する太陽電池の反射率は、比較例２よりも０．６８％低く、太陽電池の変換効率は、比較例２よりも０．２５％高い。これは、比較例２では、第２パッシベーション層３３０としてＳｉｐＮｑ材料のみを設けたため、長波長光のみに対して良い吸収効果を有するためである。本願実施例では、第３層パッシベーション層としてＳｉｒＯｓ材料を設けて、短波長光を重点的に吸収し、第２パッシベーション層１３０における第１ＳｉｕＮｖ材料に合わせて、異なる波長帯の入射光線に対する太陽電池の吸収能力を良好にする。そして、本願実施例では、入射光線が光粗媒体から光密媒体に入射し、垂直に近い角度でベース１００に入射するように、第３パッシベーション層１４０の屈折率が第２パッシベーション層１３０の屈折率よりも小さくなるように設けることで、入射光線に対する利用率が高くなり、ベース１００の裏面におけるキャリア濃度が増加して、太陽電池の変換効率が向上する。
本願は、好ましい実施例で上記のように開示しているが、請求の範囲を限定するものではなく、当業者は、本願の構想を逸脱しない限り、若干の可能な変動、修正を加えることができる。よって、本願の保護範囲は、本願の請求項に限定された範囲を基準にすべきである。
当業者であれば、前記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 (12)

  1. 太陽電池であって、
    対向する前面と裏面を有するベースと、
    前記ベースの前記前面に位置しかつ前記ベースから離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１ＳｉｕＮｖ材料を含む第２パッシベーション層、及びＳｉｒＯｓ材料を含む第３パッシベーション層と、
    前記ベースの裏面に位置しかつ前記裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層、及びドープ導電層と、を備え、
    前記第１ＳｉｕＮｖ材料において、１．３≦ｖ／ｕ≦１．７であり、ここで、ｖはＮ原子の数を表し、ｕはＳｉ原子の数を表し、
    前記第３パッシベーション層のＳｉｒＯｓ材料において、１．９≦ｓ／ｒ≦３．２であり、ｓはＯ原子の数を表し、ｒはＳｉ原子の数を表し、
    前記第３パッシベーション層は、前記ベースから離れる方向に積層されて設けられた第１酸化ケイ素層、第２酸化ケイ素層および第３酸化ケイ素層を含む３層構造であり、
    前記第１酸化ケイ素層、前記第２酸化ケイ素層および前記第３酸化ケイ素層は、いずれもＳｉｒＯｓ材料を含み、且つ、前記第１酸化ケイ素層、前記第２酸化ケイ素層および前記第３酸化ケイ素層の屈折率は、順次に小さくなっており、前記第１酸化ケイ素層におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値は、１．９≦ｓ／ｒ≦２．２であり、前記第２酸化ケイ素層におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値は、２．２＜ｓ／ｒ≦２．７であり、前記第３酸化ケイ素層におけるＯ原子数とＳｉ原子数との比値は、２．７＜ｓ／ｒ≦３．２であり、
    前記太陽電池は、前記ドープ導電層における前記ベースから離反する側に位置する第４パッシベーション層をさらに備え、前記第４パッシベーション層は、第２ＳｉｍＮｎ材料を含み、ここで、１．２≦ｎ／ｍ≦１．６であり、
    前記第４パッシベーション層は、多層構造であり、かつ、前記ベースの裏面から前記ドープ導電層に向かう方向において、各層の屈折率が徐々に低くなり、
    前記太陽電池は、前記ベースの前面に位置し、前記第３パッシベーション層、前記第２パッシベーション層及び前記第１パッシベーション層を貫通してエミッタと電気的に接続されている第１電極と、前記ベースの裏面に位置し、前記第４パッシベーション層を貫通して前記ドープ導電層と電気的に接続されている第２電極と、をさらに備える、
    ことを特徴とする太陽電池。
  2. 前記第３パッシベーション層の屈折率は、前記第２パッシベーション層の屈折率よりも小さい、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記第３パッシベーション層の屈折率は１．４～１．６であり、前記第２パッシベーション層の屈折率は１．８～２である、
    ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムのうちの一種または複数種を含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  5. 前記誘電体材料は、ＡｌｘＯｙ材料であり、且つ１．４≦ｙ／ｘ≦１.６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酸化ケイ素層の厚さは１０ｎｍ～２０ｎｍであり、前記第２酸化ケイ素層の厚さは２０ｎｍ～３０ｎｍであり、前記第３酸化ケイ素層の厚さは３０ｎｍ～４０ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  7. 前記前面に垂直な方向において、前記第２パッシベーション層の厚さは、３５ｎｍ～５５ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  8. 前記前面に垂直な方向において、前記第１パッシベーション層の厚さは、２ｎｍ～８ｎｍ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１パッシベーション層の屈折率は、１．６～１．８である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  10. 前記第４パッシベーション層の屈折率は、１．９～２．１であり、
    前記裏面に垂直な方向において、前記第４パッシベーション層の厚さは、８０ｎｍ～１００ｎｍである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  11. 前記ベースは、Ｎ型半導体ベースであり、
    前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープポリシリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、またはＮ型ドープアモルファスシリコン層のうちの少なくとも一種である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなる少なくとも1つのセルストリングと、
    前記セルストリングの表面を覆うための封止層と、
    前記封止層における前記セルストリングから離れる表面を覆うためのカバープレートと、
    を備えることを特徴とする光起電力モジュール。
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