JPH02201972A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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JPH02201972A
JPH02201972A JP1020629A JP2062989A JPH02201972A JP H02201972 A JPH02201972 A JP H02201972A JP 1020629 A JP1020629 A JP 1020629A JP 2062989 A JP2062989 A JP 2062989A JP H02201972 A JPH02201972 A JP H02201972A
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南野 康幸
Mitsuru Hirose
満 広瀬
Atsuhiro Iioka
淳弘 飯岡
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は太陽電池に関し、特に短波長光吸収の大きい太
陽電池に関する。
(従来の技術及びその問題点) 従来、第4図に示すように、多結晶シリコンや単結晶シ
リコンからなるP型基板11内に、N型拡散層13を形
成して基板11の表面側に格子状型f!14と基板11
の裏面側に全面電極15を形成した太陽電池がある(例
えば特開昭59−79580号公報参照)。
上記のような太陽電池における拡散層13は、リン等の
不純物を拡散させてN型にしているが、この表面不純物
濃度は通常2 X 10”/cra”以上であり、キャ
リアを有効に取り出すことができず、大きな変換効率を
得ることが出来なかった。
即ち、地表での太陽光は、0.4〜0.7μmの波長範
囲でエネルギー強度が強く、そのピークは0.5μm付
近となっている。
一方、半導体結晶への光吸収は、I(hy)−Io (
bν)exp [−a (hy) χ]で表され(α(
hy):ある波長λの光を吸収する能力を示す吸収係数
、Io(hy):入射光の強度、■(hy):伝搬路に
そっての距離χでの強度)、半導体結晶の表面から1/
αの距離で光強度がl/eに減少する。
例えば、第5図に示すシリコンの光吸収係数α(hν)
から、波長λ−0,5μmの光は厚さ約0.8μm部分
で、また波長λ−0,6μmの光は厚さ約2μm部分で
ほとんど吸収されることがわかる。この表面近傍で多量
に生成するキャリアを有効に取り出して変換効率を高め
るためには、電子・正孔を速やかに分離する電界をこの
近傍に形成してやる必要がある。
このような内蔵電界を形成するためにN型層内の不純物
濃度が表面濃度10”/ゴとなるようにリン拡散を行っ
た場合、太陽電池の分光感度は、第7図実線に示すよう
に、太陽エネルギー強度の大きい波長0.4〜0.7μ
m付近の分光感度が低くなってしまう。
これを改善するために第6図点線で示すように、表面濃
度を5 X ]、 O”/cm″まで減らした拡散を行
うと、第7図点線で示すように、短波長光の分光感度は
若干改善するが、反対にシー1〜抵抗が高くなって直列
抵抗が大きくなるために曲線因子FFに影響を及ぼした
り、N型層内の内蔵電界はむしろ小さくなって分光感度
は依然として改善されない。
一方、第8図に示すように、従来がら、P型基板表面に
酸化シリコン(Sio2)や窒化シリコン(Si3 N
4)等の絶縁膜17を形成し、この絶縁膜17中や絶縁
膜17とシリコン層16の界面近傍に形成される正の固
定電荷によって誘起されるN型逆転層を利用した誘起接
合型太陽電池も提案されている(例えば特開昭55−5
9784号公報参照)。尚、第8図中、18は裏面電極
、19は裏面電極である。
この太陽電池では、絶縁膜とシリコンの界面直下に大き
な電界が形成されるために、短波長に対する感度は優れ
ているが、界面準位の影響を受けやすく、紫外線の吸収
などで絶縁膜とシリコン界面に界面準位が形成されるな
ど不安定要素が多い。
また、上述の接合型太陽電池に比べて、N型逆転層の抵
抗が高くなるために、変換効率を小さくしないようにす
るためには、電極間ピッチを狭くする必要があり、結果
的に電極面積の増大をもたらしてしまう。
(発明の目的) 本発明は、このような背景のもとに案出されたものであ
り、太陽電池の光入射側表面近傍の及びN型層内の電界
分布を改善することにより、短波長光吸収が大きく変換
効率の高い太陽電池を提供することを目的とするもので
ある。
(問題点を解決するための手段) 本発明に係わる太陽電池によれば、P型シリコン基板の
表面側にN型拡散層を形成して該基板のの表裏面に集電
電極を形成してなる太陽電池において、前記N型拡散層
の不純物濃度を2×102゜/、、f以下にすると共に
シート抵抗を50〜300Ω/□にし、且つ前記電極部
以外のN型拡散層表面にシリコン化合物からなる3 X
 1012/cIu″以上の正の固定電荷を持つ絶縁膜
を形成することにより、上記目的を達成するものである
(実施例) 以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
第1図は、本発明に係わる太陽電池の一実施例を示す概
略構成図であり、1はボロン等を不純物として含むP型
シリコン基板、3はシリコン基板1内にリン等を拡散し
て形成したN型拡散層、4.5はシリコン基板lの表裏
面に形成した集電電極、6は絶縁膜である。
前記シリコン基板1は、シリコンの微粉末にP壁領域を
形成するボロンなどをあらかじめ混合してキャスティン
グによって得られたインゴットを所定の大きさに設定し
て切り出し、この基板の一主面から熱拡散法又はイオン
注入法によってN型領域3を形成するリンなどを所定深
さまで拡散させることにより得られ、裏面側にアルミニ
ュウム(Aりなどを拡散したP+層2を形成した後、表
裏面に真空蒸着又はスクリーン印刷法でアルミニュウム
や銀等からなる集電電極4.5を形成して、表面側の電
極部分以外の部分に絶縁膜6を形成して得られる。
前記シリコン基[1のN型拡散領域3は、リンなどが表
面不純物濃度2X10”/crn’以下、望ましくは2
XLO”/d程度拡散され、このN型拡散領域3のシー
ト抵抗が50〜300Ω/□、望ましくは150Ω/□
程度に形成される。
このように、リンなどを不純物濃度2X10”/ cm
’以下、望ましくは2 X 1019/can’程度拡
散し、シート抵抗が50〜300Ω/□、望ましくは1
50Ω/□程度に形成すると、第2図に示すように、オ
ージェ再結合によるτpの低下が防止されると共に、第
3図に示すように、禁制帯幅を広くとることができ、且
つ不純物原子半径とシリコン原子半径の相違に基づく転
位を防止でき、更にリン等の不純物を完全にシリコン内
に固溶させてドナーとして有効に働かせることができる
。尚、第2図は、少数キャリアのライフタイムτpとド
ナー不純物濃度N。どの関係を示す図、第3図はバンド
幅減少に及ぼす不純物濃度影響を示す図である。
前記N型拡散層の表面不純物濃度が2X10”/σ′以
上の場合は、シリコンに対するリンの固溶限界以上とな
ってリンが析出しドナーとして有効に働かないばかりで
なく、シリコン結晶の性質を悪くしてしまう。
前記N型拡散層のシート抵抗が50Ω/□以下の場合は
短絡電流が小さくなり、300Ω/□以上の場合は曲線
因子FFが低くなる。
前記シリコン基板1には、格子状の集電電極4.5が所
定間隔置きに複数本、表裏面側に対応して形成されてい
る。
前記シリコン基板1のN型拡散層側の表面で集電電極4
が形成されていない部分には、シリコン化合物等からな
る3 X 1012/cm”以上の正の固定電荷を待つ
絶縁膜6が形成される。この絶縁膜6は、例えば酸化シ
リコン(S 102 )−’M化シリコン(313N4
 )などのシリコン化合物などからなる2層構造や、窒
化シリコン(Si3Na)などのシリコン化合物で形成
される。
このように、N型拡散層の表面にシリコン化合物などか
らなる固定電荷を多量に持つような絶縁膜6を形成する
と、光入射側表面近傍に強電界が形成されてN型拡散層
のシート抵抗は、絶縁膜中の固定電荷によって誘起され
るN型蓄積層のために実質的に20〜40Ω/□のN型
層と同様となり、この部分の直列抵抗によるFF低下は
無視できる。よって、主に波長λ≦0.7μmの短波長
分光感度の向上により、電流密度Jscは10〜15%
アップし、開放電圧■。0もアップする。また、FFは
変化しないためにキャストポリシリコン基板を用いても
、光電変換効率η=17−5〜18゜5%が得られる。
前記絶縁膜6の正の固定電荷量が3X1012/d以下
の場合は、光入射側表面近傍に強電界を形成することが
できず、キャリアを有効に取り出すことができない。
この絶縁膜6を例えば酸化シリコン(SiO2)、窒化
シリコン(313N4 )などのシリコン化合物からな
る2層構造に形成する場合は、700〜900℃の温度
による低温熱酸化、又はo2、N20、CO2ガスのプ
ラズマ処理によりSiO2膜を50〜80人成膜し、次
にNH,又はN2ガスとS iH4ガスを用いてプラズ
マCVD法によって3 i 3 Naを650〜850
人成膜することにより形成される。また、絶縁膜6を例
えば窒化シリコン(S13Na)などのシリコン化合物
からなる構造に形成する場合は、プラズマCVD法によ
ってSi、N4膜を700〜900人成膜することによ
り形成される。
前記絶縁膜6中の固定電荷量は、上述のようにいわゆる
水素アニール後のQSS/CI (表面電荷密度/電気
素量)≧3 X 10 ”/am”が好適であるが、こ
のように絶縁膜6中の固定電荷量を増加させるためには
、313 N a膜をプラズマCVD法によって形成す
る際に、N H3/ S I H4またはN2/S I
 Ha を例えばN2 /Si H4=5〜20となる
ようにH2、He 、A rなどで適当に希釈して、N
H,/SiH4又はN2/S iH4のNH,(N2)
とSiH4の比を例えばNH3(N2 )/SiH4≧
30のように大きくして、RFパワーを例えば0.3W
/Cl1l“以上で成膜すれば良い。
また、Na、に、Cs−Caなどの塩化物をアルコール
に溶かし、スピンコード法等で、シリコン基板1または
酸化シリコン膜の表面にのみ塗布してプラズマCVD法
で窒化シリコン膜を成膜し、固定電荷源原子が絶縁膜6
中に分布するようにアニーリングして形成してもよい。
(発明の効果) 以上のように、本発明に係わる太陽電池によれば、N型
拡散層の表面不純物濃度を2xlQ”/印′以下にする
と共にシート抵抗を50〜300Ω/□にし、且つ前記
電極部以外のN型拡散層表面にシリコン化合物からなる
3×10′2以上の固定電荷を持つ絶縁膜を形成したこ
とから、短波長光吸収が大きく変換効率の高い太陽電池
を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係わる太陽電池の一実施例を示す概略
構成図、第2図は少数キャリヤのライフタイムと不純物
濃度との関係を示す図、第3図はバンド幅減少に及ぼす
不純物濃度の影響を示す図、第4図は従来の太陽電池の
構造を示す一部破断面図、第5図は光吸収係数の波長依
存性を示す図、第6図は不純物濃度プロファイルを示す
図、第7図はキャストポリシリコ〉′基板を用いた接合
型太陽電池の分光感度を示す図、第8Th?lは誘起接
合型太陽電池の構造を示す一部破断面図である。 1、P型シリコン基板 2、N型拡散層4.5、集電電
極   6、絶縁膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. P型シリコン基板の表面側にN型拡散層を形成して該基
    板の表裏面に集電電極を形成してなる太陽電池において
    、前記N型拡散層の表面不純物濃度を2×10^2^0
    /cm^3以下にすると共にシート抵抗を50〜300
    Ω/□にし、且つ前記電極部以外のN型拡散層表面にシ
    リコン化合物からなる3×10^1^2/cm^2以上
    の正の固定電荷を持つ絶縁膜を形成したことを特徴とす
    る太陽電池。
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