JPH04192371A - 太陽電池素子 - Google Patents

太陽電池素子

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JPH04192371A JP2317813A JP31781390A JPH04192371A JP H04192371 A JPH04192371 A JP H04192371A JP 2317813 A JP2317813 A JP 2317813A JP 31781390 A JP31781390 A JP 31781390A JP H04192371 A JPH04192371 A JP H04192371A
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

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〕 本発明は受光とは反対側の面に一対の主電極を持つシリ
コン太陽電池素子に関する。
〔従来の技術〕
太陽電池を用いる太陽光発電は電卓の電源や電力配線系
統網のない灯台の電源や山間僻地の通信設備の電源とし
て普及しているが、既存の電力源の水力、火力、原子力
発電と比較して発電原価が高いため、一般電源として普
及するに至っていない。この問題解決には太陽電池の光
電変換効率の向上とその製造原価の低減が重要である。
最近、太陽電池の変換効率の向上に関して、原理的に変
換効率の向上が期待できる注目すべき、裏面接触シリコ
ン太陽電池素子(Backside −Contact
Silicon 5olar cells)が発表され
た。この太陽電池素子については、ソーラ セルズ、 
1 ’7 (198’6年)第85頁から第118頁に
、この素子の動作理論とこの素子の実験結果が述べられ
ている。また、アイ・イー・イー、第19回太陽電池専
門家会議(1987年)、会議録、第1201頁から第
1208頁に、この素子のさらに発展させた動作理論が
論ぜられている。現在ではこの素子の製造原価低減の努
力が進められており、第4回国際太陽電池科学技術会議
(1989年)、プロシーディング第143頁から第1
49頁に、この素子の安価な製造方法が論ぜられるよう
になってきている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術における太陽電池素子は、その動作原理か
ら理解されるように、その製作には微細加工の可能なフ
ォトリングラフィ技術や真空蒸着技術を適用することが
必要となり、製造原価が高くなるという問題があった。
、本発明の目的は上記の問題を解消した太陽電池素子を
提供することにある。具体的にはスクリーン印刷技術を
用いる製法に適した太陽電池素子を提供することにある
〔課題を解決するための手段〕
一般にスクリーン印刷技術はフォトリソグラフィー技術
と比較して、最小線幅が大きく、位置合わせ精度(アラ
イメント度)が低い。現在改良が相当進められているが
、そのスクリーン印刷技術を用いても、最小線幅は10
0μm程度で、位置合わせ精度は10caX10an角
の面積に対して。
最大位置づれが150μm程度生じている。このような
最小線幅と位置合わせ精度のスクリーン印刷技術で、高
い光電変換効率の裏面接触シリコン太陽電池素子を製作
することが可能がどうかを計算検討した。このため公知
の裏面接触シリコン太陽電池素子(ソーラ セルズ、1
7(1986年)第87頁第1図に記載の裏面ポイント
接触シリコン太陽電池素子及びアイ・イー・イー、第1
9回太陽電池専門家会議(1987年)、会議録、第1
207頁第12図ならびに第4回国際太陽電池科学技術
会議(1989年)、プロシーディング、第144頁第
1図に記載の裏面ベースライン接触シリコン太陽電池素
子)の計算機特性シミュレーションプログラムを作成し
て、最小線幅、位置合わせ精度に関連する素子パラメー
タを変えて、これらと素子特性との関係を検討した。
この計算検討の結果から、自己位置合わせ(セルフ ア
ライメント)構造を裏面接触シリコン太陽電池素子に持
たせることができれば、スクリーン印刷技術を用いて十
分高い光電変換効率の素子が製造できることが分った。
本発明では自己位置合わせを実現するため、n+−p−
p十三層構造においてはn中層を島状に凸形にして、か
つ不純物ドーピング濃度をp中層のそれより高くした構
造を採用した。すなわち、p型シリコン基板の裏面全面
にn中層を高濃度不純物拡散(例えぼりん拡散)で形成
した後、この層を選択エツチングにより島状の凸形を有
するn中層を形成し、しかる後、全面にp中型の低濃度
不純物拡散(例えばボロン拡散)をすれば、n中層の不
純物ドー ピング濃度が高いため、n中層に反転される
ことなく、n中層とP中層とを何らかの位置合わせの処
理を実施することなく分離できる自己位置合わせ(セル
フアライメント)構造を実現できる。
〔作用〕
本発明太陽電池素子は、裏面における一対の主電極をコ
ンタクト接触する個所が自己整合によって形成し得る構
造となっているため、一対の主電極をスクリーン印刷技
術によって形成することが可能となる。このため、高変
換効率を有する太陽電池素子を容易に製造することが可
能となる。
〔実施例〕
第1図及び第2図は本発明太陽電池素子の実施例を示す
概略断面図及び拡大図である。
図において、1は受光面となる一方の主表面11及び一
方の主表面11と反対側に位置し頂部121と谷部12
2とからなる他方の主表面12の間に、一方の主表面1
1に隣接するp型導電性の第1の層13、第1の層13
に隣接する第1の層13より低不純物濃度のp型温電性
の第2の層14、第2の層14及び他方の主表面12の
頂部121に隣接する第2の層14より高不純物濃度の
n型導電性の第3の層15、第2の層14及び他方の主
表面上2の谷部122に隣接する第3の層15と第2の
層14との間の不純物濃度を有するp型温電性の第4の
層16を有する半導体基体である。他方の主表面12の
頂部121及び谷部122はそれぞれくし形を有し、そ
のくし歯を咬合わせた形状となっている。一方の主表面
11及び他方の主表面12の谷部122は微少凹凸の存
在するテクスチュア面となっており、その上に酸化膜2
,3が形成されている。4は酸化膜2上に形成したT 
i O2膜、5は他方の主表面12の頂部121のくし
形の背部上にあって第3の層15にオーミック接触する
第1の主電極、6は他方の主表面12の谷部122のく
し形の背部上にあって第4の層16にオーミック接触す
る第2の主電極である。
次に、かかる構成の太陽電池素子の製法を説明する。
まず、p型で比抵抗1Ω・1、厚さ200μmのシリコ
ン基板にオキシ塩化りん、(pocQ3.)拡散を12
00℃で所定の間行い、シリコン1基板の両面に表面濃
度約5 X 10”/an3. 準、さ、約10μmの
n中層を形成する。次に、この基板の他方の面にスクリ
ーン印刷により、耐酸性マスク材をくし形の歯に相当す
る部分幅が約130μm、歯の長さを約2200μm、
隣りの歯とのピッチが約250μm、くし形の背部とな
る広い部分の幅が約450μmとなるように印刷する。
次に、弗酸で、レジストのない部分の燐ガラス(燐拡散
時に形成)を除去し、更に溶剤でレジストを除去する。
次に、パターンが転写された燐ガラスをマスク材にして
、KOHを数%含むアルカリエツチング液で、約20μ
mエツチング除去して、他方の主表面の底部になる個所
及び一方の主表面をテクスチュア面にする。この結果、
素子の光電変換効率を向上させる上で好しい歯の幅が、
サイドエツチングされる効果のため、初期の約130μ
mから80μmに狭くなる。また、n中層が高濃度の厚
いりん拡散であるため、強い重金属ゲッターリング効果
が働き、りん拡散後のシリコンP基板(バルク)の少数
キャリア寿命の低下が見られなかった。次に弗酸で、残
ったりんガラスを全て除去して、臭化ボロン(BBra
)拡散を1000℃、所定時間行い、表面濃度約I X
 10” 1 /an3 、深さ約1μmのp中層15
を形成した。次に、弗酸でボロンガラスを除去し後、ボ
ロン・シリサイド・スキンを除去し後、ボロン・シリサ
イド・スキンを除去するため1000℃、30分、酸素
ガス雰囲気中で酸化し、しかる後、弗酸処理を行う。
次に表面をシリコン酸化膜で不動態化(パッシベーショ
ン)するため、再び1000℃、30分。
酸素ガス雰囲気中で酸化して約200人の酸化膜2.3
を形成した。次に、電極をスクリーン印刷で形成するた
め、AQを数%含むAgペーストを印返して、700℃
、1分2合成空気雰囲気中で焼成し、酸化膜3を貫通さ
せ、n中層16と接触する電極5およびp中層15と接
触した6を形成した。この結果、電極5,6はどの部分
もスクリーンの位置合わせ精度±150Atmの範囲内
に入っていることを確認した。次に、Ti○2反射防止
膜4を2の表面に常圧CVD法で550人形成する。こ
のようにして製造した裏面接触シリコン太陽電池素子を
裏面からレーザダイオード・マイクロ波法でシリコンP
基板(バルク)の少数キャリア寿命を測定した所、その
低下は見られなかった。このバルクの少数キャリア寿命
の測定値を用いて、前述の計算機特性シミュレーション
による計算特性結果と裏作した素子の特性は、はぼ一致
して、期待した高い光電変換効率を示した。以上述べた
製造条件は一実施例であり、本発明を制限するものでは
ない。
本発明の裏面接触シリコン太陽電池素子について、計算
機特性シミュレーションプログラムを作成して、素子特
性を確認した。この素子のパラメータは、実施例で後述
する値を用いた。計算結果の一例を第3図に示す。第3
図はn中層の表面濃度の素子特性に対する効果の計算結
果である。実線は素子の大きさが33X33m”でp型
シリコン基板の比抵抗が1Ω・l、点線は、それぞれ、
10100X100.1Ω・口、−点鎖線はツレぞれ1
100X100.10Q・cn(7)素子を示す。
この結果から、スクリーン技術でも本発明によれば、高
い光電変換効率が得られることが期待される。
〔発明の効果〕
本発明によれば、スクリーン印刷技術で■高い光電変換
効率の太陽電池素子ができること、■電極を1回で形成
できること、■裏面接触シリコン太陽電池は、裏面にp
n接合を形成するため、接合を形成するための不純物ド
ーピング層を高濃度で深くしても、光電変換効率の低下
が少ない特長があり、この特長を生ぜることができるこ
と、■高濃度不純物ドーピング層を集電電極の一部とし
て利用できること、■同時に両生面をテクスチュア面に
することができることなど多くの性能向上。
経済性向上が可能であり、これらの効果は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施倒を示す概略断面図、第2図
は第1図の一部拡大図、第3図は本発明の実施例の特性
計算の結果を示す特性図である。 1・・・半導体基体、5・・・一方の主電極、6・他方
の主電極、11・・・一方の主表面、12・・他方の主
表夢Z5jJ 第3 因 表面′I!に、膚(’A筑V

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、受光面となる一方の主表面、一方の主表面とは反対
    側に位置し頂部と谷部とからなる他方の主表面、一方の
    主表面に隣接する一方導電型の第1の層、第1の層に隣
    接する第1の層より低不純物濃度を有する一方導電型の
    第2の層、第2の層及他方の主表面の頂部に隣接する第
    2の層より高不純物濃度を有する他方導電型の第3の層
    、及び第2の層、第3の層及び他方の主表面の谷部に隣
    接する第2の層より高く第3の層より低い不純物濃度を
    有する一方導電型の第4の層からなる半導体基体と、 半導体基体の他方の主表面の頂部において第3の層にオ
    ーミック接触する第1の主電極と、半導体基体の他方の
    主表面の谷部において第4の層にオーミック接触する第
    2の主電極とを具備することを特徴とする太陽電池素子
    。 2、特許請求の範囲第1項において、他方の主表面の頂
    部及び谷部はそれぞれくし歯状を有していることを特徴
    とする太陽電池素子。 3、特許請求の範囲第1項又は第2項において、一方の
    主表面及び他方の主表面の谷部がテクスチュア面である
    ことを特徴とする太陽電池素子。
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