JPH04296063A - 太陽電池素子 - Google Patents
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- JPH04296063A JPH04296063A JP3084807A JP8480791A JPH04296063A JP H04296063 A JPH04296063 A JP H04296063A JP 3084807 A JP3084807 A JP 3084807A JP 8480791 A JP8480791 A JP 8480791A JP H04296063 A JPH04296063 A JP H04296063A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上に利用分野】本発明は太陽電池素子に関し、特
に半導体基板の受光面側に反射防止膜を有する太陽電池
素子に関する。 【０００２】 【従来の技術およびその問題点】太陽電池素子の受光面
側には、太陽電池素子の受光面部分での反射損失を低減
させるために反射防止膜を形成するのが一般的である。 【０００３】この反射防止膜としては、酸化シリコン膜
、酸化チタン膜、酸化タンタル膜、あるいはフッ化マグ
ネシウム膜などを単層にしたり、二層にしたりする。 この場合、反射防止膜の屈折率、太陽電池素子を被覆す
るカバーガラスの屈折率、空気の屈折率の順で徐々に小
さくなるように反射防止膜の材料を選択すればよいが、
反射防止膜としては、単層のものより二層のものが効果
的である。反射防止膜を二層構造にする場合も、半導体
基板に屈折率の大きい膜を被着して、この上に屈折率の
比較的小さい膜を被着するように形成される（例えば特
開昭５７─１２６１７３号公報参照）。 【０００４】このような反射防止膜は、真空蒸着法、ス
パッタリング法、あるいは回転塗布法などで形成される
が、半導体基板側から順次屈折率が小さくなるような反
射防止膜を形成するには、一層目の反射防止膜の材料と
二層目の反射防止膜の材料を変えなければならず、それ
ぞれの膜を形成するために複数の装置が必要で、製造工
程も煩雑であるという問題がある。 【０００５】そこで、例えば窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ
）膜などのように、構成元素の比率を変えることによっ
て屈折率を変えることができる材料で反射防止膜を形成
すれば、同一材料で順次屈折率が小さくなるように形成
でき、製造工程が簡略化できる。 【０００６】ところが、窒化シリコン膜を一層目の屈折
率が例えばｎ＝２．１以上のものとなり、二層目がｎ＝
２．１以下のものとなるような二層構造に形成すると、
反射率を低下させることはできるものの、太陽電池素子
の出力特性はむしろ低下するという問題があった。すな
わち、反射率は低下するが、太陽電池の短絡光電流は全
く向上せず、開放電圧は逆に低下してしまう。このよう
に、屈折率の高い窒化シリコン膜をシリコン基板上に形
成した場合に短絡光電流が向上せずしかも開放電圧が低
下する理由は明らかでないが、２５０〜６００℃程度の
温度で窒化シリコン膜を形成して室温まで降下させる際
の窒化シリコン膜のストレスでシリコン基板の表面に格
子欠陥ができ、この欠陥部分でキャリアが再結合して、
再結合損失による特性の低下を来すものと考えられる。 すなわち、より屈折率が大きくて密度の高い窒化シリコ
ン膜には、パシベーション効果がないものと思われる。 【０００７】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みて案出されたものであり、シリコン基板の表面部分に
格子欠陥が生じるのを防止して出力特性の向上した太陽
電池素子を形成することを目的とするものである。 【０００８】 【問題点を解決するための手段】本発明によれば、半導
体基板内にｐ−ｎ接合部を形成して受光面側と裏面側に
電極を形成するとともに受光面側に反射防止膜を形成し
て成る太陽電池素子において、前記反射防止膜を屈折率
ｎ＝２．１以下の第１の窒化シリコン膜と、この第１の
窒化シリコン膜よりも屈折率の大きい第２の窒化シリコ
ン膜とを順次積層して形成したことを特徴とする太陽電
池素子が提供され、そのことにより上記目的が達成され
る。 【０００９】 【作用】上記のように構成することにより、半導体基板
表面に格子欠陥ができるのを防止できるとともに、反射
率も低下させることができ、出力特性の良好な太陽電池
素子を提供できる。また、二層構造の反射防止膜を同一
の化合物で形成することから、同一の装置で連続的に形
成でき、製造工程も簡略化できる。 【００１０】 【実施例】以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明
する。図１は、本発明に係る太陽電池素子の一実施例を
示す断面図であり、１はシリコン基板である。 【００１１】前記シリコン基板１は、例えばボロンなど
のｐ型不純物を含有したｐ型シリコン基板で構成される
。このシリコン基板１は引上げ法などによって形成した
単結晶シリコン基板やキャスティング法によって形成し
た多結晶シリコン基板などで構成される。このシリコン
基板１の受光面側には、リン（Ｐ）などを高濃度に拡散
させたｎ＋層２が形成されており、このｎ＋層２とｐ型
シリコン基板でｐ−ｎ接合が形成される。なお、シリコ
ン基板１内の裏面側には、ＢＳＦ（裏面電界）層となる
アミニウム元素が高濃度に拡散されたｐ＋層３を形成し
てもよい。 【００１２】前記シリコン基板１の表面側には、屈折率
ｎ＝２．１以下の第１の窒化シリコン膜４と、この第１
の窒化シリコン膜４よりも屈折率の大きい第２の窒化シ
リコン膜５とが形成されている。第１の窒化シリコン膜
４は、シランガス（ＳｉＨ４）を０．２１ｌ／ｍｉｔ以
下、アンモニアガス（ＮＨ３）を１．５ｌ／ｍｉｔ、お
よびキャリアガスとしての窒素ガス（Ｎ２）を用いて９
０〜４５０ＫＨｚの高周波電源でグロー放電分解して堆
積させるプラズマＣＶＤ法により、シリコン基板１上に
厚み１００〜１０００Å程度に形成される。このような
第１の窒化シリコン膜は、屈折率ｎ＝２．１以下となる
。また、このようにアンモニアガスの流量比を相対的に
多くすることによって、パシベーション効果を持たせ、
シリコン基板１表面に格子欠陥が生じるのを低減させる
ことができるものと考えられる。 【００１３】前記第１の窒化シリコン膜４上に、第２の
窒化シリコン膜５を形成する。この第２の窒化シリコン
膜４もプラズマＣＶＤ法により形成される。この第２の
窒化シリコン膜は、シランガス（ＳｉＨ４）の流量比を
０．２１ｌ／ｍｉｔ以上に設定して形成する他は第１の
窒化シリコン膜と同一の条件で厚み６００Å程度に形成
される。この第２の窒化シリコン膜５は、第１の窒化シ
リコン膜４の屈折率よりも大きくなるように形成すれば
よく、屈折率ｎ＝２．０以上となるように形成すること
により、反射率を低下させることができる。すなわち、
第１の窒化シリコン膜３が２．０以下の場合でも、この
第２の窒化シリコン膜の屈折率は２．０以上にすること
が望ましい。この第２の窒化シリコン膜５は、第１の窒
化シリコン膜と同一のプラズマＣＶＤ装置を用いて連続
して形成することができる 【００１４】なお、前記シリコン基板１の裏面側には、
ＢＳＲ（裏面側反射防止）膜を兼ねるＡｌなどから成る
裏面側電極６がスクリーン印刷法や蒸着法によって形成
され、シリコン基板１の裏面側には、反射防止膜４、５
を部分的に除去して表面側電極７が形成される。 【００１５】 【実験例】キャスティング法で形成した多結晶シリコン
基板上に、厚みが６６０Åで屈折率ｎ＝２．０、ｎ＝２
．２、ｎ＝２．３の窒化シリコン膜から成る一層構造の
反射防止膜を形成した試料１、２、３と、厚みが６６０
Åで屈折率ｎ＝２．０の第１の窒化シリコン膜と厚みが
３５０Åで屈折率ｎ＝２．３の第２の窒化シリコン膜と
から成る二層構造の反射防止膜を形成した試料４のそれ
ぞれの短絡電流Ｉｓｃ（ｍＡ）、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）
、変換効率Ｅｆｆｉ．（％）、曲線因子Ｆ．Ｆをそれぞ
れ下表に示す。 【００１６】
表試料Ｎｏ． 屈折率
Ｉｓｃ（ｍＡ） Ｖｏｃ（Ｖ）
Ｅｆｆｉ．（％） Ｆ．Ｆ １．
ｎ＝２．０ ３０．３
８ ０．５８５ １３．２
４ ０．７４５ ２． ｎ＝
２．２ ３０．５２
０．５７７ １２．９２
０．７３４ ３． ｎ＝２．３
２９．１５ ０．５６５
１１．９９ ０．７２８
４． ｎ＝２．０／ｎ＝２．３
３２．５０ ０．５９７
１４．４５ ０．７４５ 【００１７】上記表から明らかなように、屈折率ｎ＝２
．２、ｎ＝２．３の試料２および試料３では、開放電圧
Ｖｏｃが０．５９７、０．５６５と低く、窒化シリコン
膜によるパシベーション効果が表れず、変換効率のＥｆ
ｆｉ．も低いものとなる。一方、屈折率ｎ＝２．０の試
料１では、反射防止膜の反射率が比較的大きいことから
短絡電流Ｉｓｃはそれほど伸びないが、開放電圧Ｖｏｃ
は大きく伸び、窒化シリコン膜によるパシベーション効
果が認められる。さらに、試料１のものに、反射率を低
下させるための屈折率の大きい（ｎ＝２．３）窒化シリ
コン膜をつけて二層構造とした試料４のものでは、短絡
電流Ｉｓｃが大きく伸びるとともに、開放電圧Ｖｏｃも
最も高くなる。 【００１８】 【発明の効果】以上のように、本発明に係る太陽電池素
子によれば、反射防止膜が屈折率ｎ＝２．１以下の第１
の窒化シリコン膜と、この第１の窒化シリコン膜よりも
屈折率の大きい第２の窒化シリコン膜とを順次積層して
形成したことから、半導体基板表面の近傍に格子欠陥が
できるのを防止できるとともに、反射率も低下させるこ
とができ、出力特性の良好な太陽電池素子を提供できる
。また、二層構造の反射防止膜を一つの装置で連続して
形成でき、製造工程も簡略化される。 【００１９】
に半導体基板の受光面側に反射防止膜を有する太陽電池
素子に関する。 【０００２】 【従来の技術およびその問題点】太陽電池素子の受光面
側には、太陽電池素子の受光面部分での反射損失を低減
させるために反射防止膜を形成するのが一般的である。 【０００３】この反射防止膜としては、酸化シリコン膜
、酸化チタン膜、酸化タンタル膜、あるいはフッ化マグ
ネシウム膜などを単層にしたり、二層にしたりする。 この場合、反射防止膜の屈折率、太陽電池素子を被覆す
るカバーガラスの屈折率、空気の屈折率の順で徐々に小
さくなるように反射防止膜の材料を選択すればよいが、
反射防止膜としては、単層のものより二層のものが効果
的である。反射防止膜を二層構造にする場合も、半導体
基板に屈折率の大きい膜を被着して、この上に屈折率の
比較的小さい膜を被着するように形成される（例えば特
開昭５７─１２６１７３号公報参照）。 【０００４】このような反射防止膜は、真空蒸着法、ス
パッタリング法、あるいは回転塗布法などで形成される
が、半導体基板側から順次屈折率が小さくなるような反
射防止膜を形成するには、一層目の反射防止膜の材料と
二層目の反射防止膜の材料を変えなければならず、それ
ぞれの膜を形成するために複数の装置が必要で、製造工
程も煩雑であるという問題がある。 【０００５】そこで、例えば窒化シリコン（ＳｉｘＮｙ
）膜などのように、構成元素の比率を変えることによっ
て屈折率を変えることができる材料で反射防止膜を形成
すれば、同一材料で順次屈折率が小さくなるように形成
でき、製造工程が簡略化できる。 【０００６】ところが、窒化シリコン膜を一層目の屈折
率が例えばｎ＝２．１以上のものとなり、二層目がｎ＝
２．１以下のものとなるような二層構造に形成すると、
反射率を低下させることはできるものの、太陽電池素子
の出力特性はむしろ低下するという問題があった。すな
わち、反射率は低下するが、太陽電池の短絡光電流は全
く向上せず、開放電圧は逆に低下してしまう。このよう
に、屈折率の高い窒化シリコン膜をシリコン基板上に形
成した場合に短絡光電流が向上せずしかも開放電圧が低
下する理由は明らかでないが、２５０〜６００℃程度の
温度で窒化シリコン膜を形成して室温まで降下させる際
の窒化シリコン膜のストレスでシリコン基板の表面に格
子欠陥ができ、この欠陥部分でキャリアが再結合して、
再結合損失による特性の低下を来すものと考えられる。 すなわち、より屈折率が大きくて密度の高い窒化シリコ
ン膜には、パシベーション効果がないものと思われる。 【０００７】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みて案出されたものであり、シリコン基板の表面部分に
格子欠陥が生じるのを防止して出力特性の向上した太陽
電池素子を形成することを目的とするものである。 【０００８】 【問題点を解決するための手段】本発明によれば、半導
体基板内にｐ−ｎ接合部を形成して受光面側と裏面側に
電極を形成するとともに受光面側に反射防止膜を形成し
て成る太陽電池素子において、前記反射防止膜を屈折率
ｎ＝２．１以下の第１の窒化シリコン膜と、この第１の
窒化シリコン膜よりも屈折率の大きい第２の窒化シリコ
ン膜とを順次積層して形成したことを特徴とする太陽電
池素子が提供され、そのことにより上記目的が達成され
る。 【０００９】 【作用】上記のように構成することにより、半導体基板
表面に格子欠陥ができるのを防止できるとともに、反射
率も低下させることができ、出力特性の良好な太陽電池
素子を提供できる。また、二層構造の反射防止膜を同一
の化合物で形成することから、同一の装置で連続的に形
成でき、製造工程も簡略化できる。 【００１０】 【実施例】以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明
する。図１は、本発明に係る太陽電池素子の一実施例を
示す断面図であり、１はシリコン基板である。 【００１１】前記シリコン基板１は、例えばボロンなど
のｐ型不純物を含有したｐ型シリコン基板で構成される
。このシリコン基板１は引上げ法などによって形成した
単結晶シリコン基板やキャスティング法によって形成し
た多結晶シリコン基板などで構成される。このシリコン
基板１の受光面側には、リン（Ｐ）などを高濃度に拡散
させたｎ＋層２が形成されており、このｎ＋層２とｐ型
シリコン基板でｐ−ｎ接合が形成される。なお、シリコ
ン基板１内の裏面側には、ＢＳＦ（裏面電界）層となる
アミニウム元素が高濃度に拡散されたｐ＋層３を形成し
てもよい。 【００１２】前記シリコン基板１の表面側には、屈折率
ｎ＝２．１以下の第１の窒化シリコン膜４と、この第１
の窒化シリコン膜４よりも屈折率の大きい第２の窒化シ
リコン膜５とが形成されている。第１の窒化シリコン膜
４は、シランガス（ＳｉＨ４）を０．２１ｌ／ｍｉｔ以
下、アンモニアガス（ＮＨ３）を１．５ｌ／ｍｉｔ、お
よびキャリアガスとしての窒素ガス（Ｎ２）を用いて９
０〜４５０ＫＨｚの高周波電源でグロー放電分解して堆
積させるプラズマＣＶＤ法により、シリコン基板１上に
厚み１００〜１０００Å程度に形成される。このような
第１の窒化シリコン膜は、屈折率ｎ＝２．１以下となる
。また、このようにアンモニアガスの流量比を相対的に
多くすることによって、パシベーション効果を持たせ、
シリコン基板１表面に格子欠陥が生じるのを低減させる
ことができるものと考えられる。 【００１３】前記第１の窒化シリコン膜４上に、第２の
窒化シリコン膜５を形成する。この第２の窒化シリコン
膜４もプラズマＣＶＤ法により形成される。この第２の
窒化シリコン膜は、シランガス（ＳｉＨ４）の流量比を
０．２１ｌ／ｍｉｔ以上に設定して形成する他は第１の
窒化シリコン膜と同一の条件で厚み６００Å程度に形成
される。この第２の窒化シリコン膜５は、第１の窒化シ
リコン膜４の屈折率よりも大きくなるように形成すれば
よく、屈折率ｎ＝２．０以上となるように形成すること
により、反射率を低下させることができる。すなわち、
第１の窒化シリコン膜３が２．０以下の場合でも、この
第２の窒化シリコン膜の屈折率は２．０以上にすること
が望ましい。この第２の窒化シリコン膜５は、第１の窒
化シリコン膜と同一のプラズマＣＶＤ装置を用いて連続
して形成することができる 【００１４】なお、前記シリコン基板１の裏面側には、
ＢＳＲ（裏面側反射防止）膜を兼ねるＡｌなどから成る
裏面側電極６がスクリーン印刷法や蒸着法によって形成
され、シリコン基板１の裏面側には、反射防止膜４、５
を部分的に除去して表面側電極７が形成される。 【００１５】 【実験例】キャスティング法で形成した多結晶シリコン
基板上に、厚みが６６０Åで屈折率ｎ＝２．０、ｎ＝２
．２、ｎ＝２．３の窒化シリコン膜から成る一層構造の
反射防止膜を形成した試料１、２、３と、厚みが６６０
Åで屈折率ｎ＝２．０の第１の窒化シリコン膜と厚みが
３５０Åで屈折率ｎ＝２．３の第２の窒化シリコン膜と
から成る二層構造の反射防止膜を形成した試料４のそれ
ぞれの短絡電流Ｉｓｃ（ｍＡ）、開放電圧Ｖｏｃ（Ｖ）
、変換効率Ｅｆｆｉ．（％）、曲線因子Ｆ．Ｆをそれぞ
れ下表に示す。 【００１６】
表試料Ｎｏ． 屈折率
Ｉｓｃ（ｍＡ） Ｖｏｃ（Ｖ）
Ｅｆｆｉ．（％） Ｆ．Ｆ １．
ｎ＝２．０ ３０．３
８ ０．５８５ １３．２
４ ０．７４５ ２． ｎ＝
２．２ ３０．５２
０．５７７ １２．９２
０．７３４ ３． ｎ＝２．３
２９．１５ ０．５６５
１１．９９ ０．７２８
４． ｎ＝２．０／ｎ＝２．３
３２．５０ ０．５９７
１４．４５ ０．７４５ 【００１７】上記表から明らかなように、屈折率ｎ＝２
．２、ｎ＝２．３の試料２および試料３では、開放電圧
Ｖｏｃが０．５９７、０．５６５と低く、窒化シリコン
膜によるパシベーション効果が表れず、変換効率のＥｆ
ｆｉ．も低いものとなる。一方、屈折率ｎ＝２．０の試
料１では、反射防止膜の反射率が比較的大きいことから
短絡電流Ｉｓｃはそれほど伸びないが、開放電圧Ｖｏｃ
は大きく伸び、窒化シリコン膜によるパシベーション効
果が認められる。さらに、試料１のものに、反射率を低
下させるための屈折率の大きい（ｎ＝２．３）窒化シリ
コン膜をつけて二層構造とした試料４のものでは、短絡
電流Ｉｓｃが大きく伸びるとともに、開放電圧Ｖｏｃも
最も高くなる。 【００１８】 【発明の効果】以上のように、本発明に係る太陽電池素
子によれば、反射防止膜が屈折率ｎ＝２．１以下の第１
の窒化シリコン膜と、この第１の窒化シリコン膜よりも
屈折率の大きい第２の窒化シリコン膜とを順次積層して
形成したことから、半導体基板表面の近傍に格子欠陥が
できるのを防止できるとともに、反射率も低下させるこ
とができ、出力特性の良好な太陽電池素子を提供できる
。また、二層構造の反射防止膜を一つの装置で連続して
形成でき、製造工程も簡略化される。 【００１９】
【図１】図１は本発明に係る太陽電池素子の一実施例を
示す断面図
示す断面図
１：半導体基板
２：ｎ＋領域
３：ｐ＋領域
４：第１の窒化シリコン膜
５：第２の窒化シリコン膜
６：裏面電極
７：受光面側電極
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板内にｐ−ｎ接合部を形成して受
光面側と裏面側に電極を形成するとともに受光面側に反
射防止膜を形成して成る太陽電池素子において、前記反
射防止膜を屈折率ｎ＝２．１以下の第１の窒化シリコン
膜と、この第１の窒化シリコン膜よりも屈折率の大きい
第２の窒化シリコン膜とを順次積層して形成したことを
特徴とする太陽電池素子。
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