JPH05291597A - 単結晶シリコン太陽電池素子 - Google Patents
単結晶シリコン太陽電池素子Info
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- JPH05291597A JPH05291597A JP4094359A JP9435992A JPH05291597A JP H05291597 A JPH05291597 A JP H05291597A JP 4094359 A JP4094359 A JP 4094359A JP 9435992 A JP9435992 A JP 9435992A JP H05291597 A JPH05291597 A JP H05291597A
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- light
- incident
- silicon substrate
- cell
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコン太陽電池の発電効率を上昇する。
【構成】 シリコン基板１０の表面には、ピラミッド上
の凸部２０が多数形成されている。このため、入射光が
斜めであった場合における、凸部２０の斜面で反射され
た光線の他の凸部２０への入射の確率を上昇することが
でき、トータルとしての素子の光反射量を減少できる。
従って、自動車のドアや住宅の壁面等太陽光が斜めに入
射することが基本となる部位に設置する太陽電池素子の
発電効率を上昇できる。
の凸部２０が多数形成されている。このため、入射光が
斜めであった場合における、凸部２０の斜面で反射され
た光線の他の凸部２０への入射の確率を上昇することが
でき、トータルとしての素子の光反射量を減少できる。
従って、自動車のドアや住宅の壁面等太陽光が斜めに入
射することが基本となる部位に設置する太陽電池素子の
発電効率を上昇できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽光の入射により所
定の電圧を発生する単結晶シリコン太陽電池素子に関す
る。
定の電圧を発生する単結晶シリコン太陽電池素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、各種の太陽電池素子が知られ
ており、一般にはｐ領域とｎ領域からなる結晶シリコン
基板を用い、入射する光によって生成された正キャリア
（正孔）および負キャリア（電子）がｐ領域およびｎ領
域に分離して集まることを利用している。
ており、一般にはｐ領域とｎ領域からなる結晶シリコン
基板を用い、入射する光によって生成された正キャリア
（正孔）および負キャリア（電子）がｐ領域およびｎ領
域に分離して集まることを利用している。
【０００３】このような、シリコン太陽電池素子におい
て、一定の光量の光が照射された際に得られる電気エネ
ルギー量（発電量）を上昇するためには、素子表面にお
ける反射量を減少して、素子内に入射する光量をできる
だけ大きくすることが望まれる。そこで、通常の場合素
子の表面に反射防止膜を形成している。
て、一定の光量の光が照射された際に得られる電気エネ
ルギー量（発電量）を上昇するためには、素子表面にお
ける反射量を減少して、素子内に入射する光量をできる
だけ大きくすることが望まれる。そこで、通常の場合素
子の表面に反射防止膜を形成している。
【０００４】さらに、雑誌「豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビ
ュー １９８７年５月発行」には、素子の表面に多数の
微小ピラミッドからなるテクスチャー構造を形成するこ
とが記載されている。すなわち、このようなテクスチャ
ー構造によれば、素子の正面から入射する光線はピラミ
ッドの斜面に入射するため、ここにおける反射光は隣接
するピラミッドに向かい、ここに入射する。このよう
に、本従来例によれば、多重反射が行われるため、素子
内に入射せずに反射される光量を減少することができ
る。
ュー １９８７年５月発行」には、素子の表面に多数の
微小ピラミッドからなるテクスチャー構造を形成するこ
とが記載されている。すなわち、このようなテクスチャ
ー構造によれば、素子の正面から入射する光線はピラミ
ッドの斜面に入射するため、ここにおける反射光は隣接
するピラミッドに向かい、ここに入射する。このよう
に、本従来例によれば、多重反射が行われるため、素子
内に入射せずに反射される光量を減少することができ
る。
【０００５】また、このようなテクスチャー構造は、
（１００）結晶表面を有するシリコン基板に異方性エッ
チングを施すことにより、容易に形成することができ
る。例えば、（１００）結晶表面に対し、ＮａＯＨ ２
０ｗｔ％の液で８５℃、１分間エッチング処理すると、
（１００）結晶表面がエッチングされ、各面が（１１
１）結晶表面であるピラミッド状の凸部（高さ２μｍ程
度）が形成される。従って、テキスチャー構造を大量に
形成することが容易であり、実用化に適している。
（１００）結晶表面を有するシリコン基板に異方性エッ
チングを施すことにより、容易に形成することができ
る。例えば、（１００）結晶表面に対し、ＮａＯＨ ２
０ｗｔ％の液で８５℃、１分間エッチング処理すると、
（１００）結晶表面がエッチングされ、各面が（１１
１）結晶表面であるピラミッド状の凸部（高さ２μｍ程
度）が形成される。従って、テキスチャー構造を大量に
形成することが容易であり、実用化に適している。
【０００６】このように、シリコン基板の表面に反射防
止膜を形成すると共に、表面をテキスチャー構造とする
ことによって、素子表面における光の反射量を低減し、
素子の電気エネルギー発生効率を上昇することができ
る。
止膜を形成すると共に、表面をテキスチャー構造とする
ことによって、素子表面における光の反射量を低減し、
素子の電気エネルギー発生効率を上昇することができ
る。
【０００７】なお、テキスチャー構造を有する太陽電池
については、特開平３−２０６６６９号公報、特開平２
−５８８７６号公報などにも示されている。
については、特開平３−２０６６６９号公報、特開平２
−５８８７６号公報などにも示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上記従来例の
素子においては、入射光が正面から入射することを前提
としている。そこで、素子表面に正面から太陽光が入射
する確率が最も高いように素子を配列している。例え
ば、日本においては、南向きで水平面に対し３０°程度
傾けることが最適であるといわれている。
素子においては、入射光が正面から入射することを前提
としている。そこで、素子表面に正面から太陽光が入射
する確率が最も高いように素子を配列している。例え
ば、日本においては、南向きで水平面に対し３０°程度
傾けることが最適であるといわれている。
【０００９】ところが、素子の取り付けの条件によって
は、必ずしも太陽の方向に素子の表面を向けられない場
合もある。例えば、住宅の側壁、自動車のドア等に太陽
電池素子を取り付ける場合には、太陽からの光線が正面
から当たる可能性はほとんどない。そこで、従来例の素
子をこのような場所に装着した場合には、太陽電池とし
ての効率を十分上昇できないという問題点があった。
は、必ずしも太陽の方向に素子の表面を向けられない場
合もある。例えば、住宅の側壁、自動車のドア等に太陽
電池素子を取り付ける場合には、太陽からの光線が正面
から当たる可能性はほとんどない。そこで、従来例の素
子をこのような場所に装着した場合には、太陽電池とし
ての効率を十分上昇できないという問題点があった。
【００１０】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、太陽電池素子そのものの構成として、光入射方向
が正面でない時に、発電効率の高い単結晶シリコン太陽
電池素子を提供することを目的とする。
あり、太陽電池素子そのものの構成として、光入射方向
が正面でない時に、発電効率の高い単結晶シリコン太陽
電池素子を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部にｐｎ接
合を有するシリコン基板への光入射による正負キャリア
の生成を利用した単結晶シリコン太陽電池であって、前
記シリコン基板の表面には多数の微小ピラミッドからな
る凸部を有するテクスチャー構造が形成されており、各
微小ピラミッドからなる凸部はシリコン基板の表面に垂
直な方向に対し所定角度ずれた方向に向けて突出するよ
うに整列されていることを特徴とする。
合を有するシリコン基板への光入射による正負キャリア
の生成を利用した単結晶シリコン太陽電池であって、前
記シリコン基板の表面には多数の微小ピラミッドからな
る凸部を有するテクスチャー構造が形成されており、各
微小ピラミッドからなる凸部はシリコン基板の表面に垂
直な方向に対し所定角度ずれた方向に向けて突出するよ
うに整列されていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】このように、本発明に係るシリコン太陽電池素
子によれば、その表面にピラミッド状の凸部が形成さ
れ、この凸部が表面に対し斜めの方向に向けて突出して
いる。このため、自動車のドア等通常太陽光が斜め上方
から当たる部位に設置する太陽電池として好適である。
子によれば、その表面にピラミッド状の凸部が形成さ
れ、この凸部が表面に対し斜めの方向に向けて突出して
いる。このため、自動車のドア等通常太陽光が斜め上方
から当たる部位に設置する太陽電池として好適である。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。
いて説明する。
【００１４】基本構成 図１は、本発明に係る太陽電池素子の基本的な構成を示
す図である。Ｂ（硼素）が低濃度で拡散されたｐ型のシ
リコン基板１０の上部には、Ｐ（燐）が拡散されたｎ+
型層１０ａが形成され、下部には不純物の拡散によりキ
ャリア濃度の上昇されたｐ+ 型層１０ｂが形成され、中
間部のｐ型の本体１０ｃが形成されている。そして、ｎ
+ 型層１０ａの上側には、例えばＡｌ（アルミ）により
形成されたくし型の受光面電極１２及びその他の部分を
覆う反射防止膜１４が形成されている。一方、シリコン
基板１０の裏面側には、ｐ+ 型層１０ｂに接触して、平
板上の裏面電極１６が形成されている。
す図である。Ｂ（硼素）が低濃度で拡散されたｐ型のシ
リコン基板１０の上部には、Ｐ（燐）が拡散されたｎ+
型層１０ａが形成され、下部には不純物の拡散によりキ
ャリア濃度の上昇されたｐ+ 型層１０ｂが形成され、中
間部のｐ型の本体１０ｃが形成されている。そして、ｎ
+ 型層１０ａの上側には、例えばＡｌ（アルミ）により
形成されたくし型の受光面電極１２及びその他の部分を
覆う反射防止膜１４が形成されている。一方、シリコン
基板１０の裏面側には、ｐ+ 型層１０ｂに接触して、平
板上の裏面電極１６が形成されている。
【００１５】ここで、本実施例においては、このシリコ
ン基板１０の表面には、多数のピラミッド（四角錐）状
の凸部２０ａが形成されており、ｎ+ 型層１０ａおよび
反射防止膜１４も表面形状に合わせた凸部２０ｂ、２０
ｃを有している。そして、この凸部２０は、素子の表面
に対し、図における右方向傾いている。すなわち、この
例では凸部の頂点が右方向に３０°程度傾いた方向にあ
る。
ン基板１０の表面には、多数のピラミッド（四角錐）状
の凸部２０ａが形成されており、ｎ+ 型層１０ａおよび
反射防止膜１４も表面形状に合わせた凸部２０ｂ、２０
ｃを有している。そして、この凸部２０は、素子の表面
に対し、図における右方向傾いている。すなわち、この
例では凸部の頂点が右方向に３０°程度傾いた方向にあ
る。
【００１６】そこで、図に示すように、エネルギーｈν
（ｈはプランク定数、νは振動数）の光線が斜め方向
（入射角約３０°）から素子に照射された場合に、凸部
２０の斜面において反射された反射光は隣接する凸部２
０に入射する。従って、このような素子を図における左
側を下にして自動車のドア等に装着すれば、従来例の素
子に比べ、発電量を増加することができる。
（ｈはプランク定数、νは振動数）の光線が斜め方向
（入射角約３０°）から素子に照射された場合に、凸部
２０の斜面において反射された反射光は隣接する凸部２
０に入射する。従って、このような素子を図における左
側を下にして自動車のドア等に装着すれば、従来例の素
子に比べ、発電量を増加することができる。
【００１７】実施例１ 次に、本実施例の素子の製造方法について、図２に基づ
いて説明する。まず、引上げ結晶成長され、Ｂが低濃度
でドーピングされた単結晶シリコンインゴットを（１０
０）結晶表面に対し約３０°オフセットされた面でスラ
イスし、オフセットした表面を有する単結晶シリコン基
板１０を得る（Ｓ１）。この時、基板１０の厚さは３０
０〜４００μｍ程度にする。また、シリコン基板１０
は、その外形を適当な外形にカットするとよい。
いて説明する。まず、引上げ結晶成長され、Ｂが低濃度
でドーピングされた単結晶シリコンインゴットを（１０
０）結晶表面に対し約３０°オフセットされた面でスラ
イスし、オフセットした表面を有する単結晶シリコン基
板１０を得る（Ｓ１）。この時、基板１０の厚さは３０
０〜４００μｍ程度にする。また、シリコン基板１０
は、その外形を適当な外形にカットするとよい。
【００１８】次に、シリコン基板１０を熱アルカリ水溶
液（７０〜８０℃程度に加熱された水酸化カリウム（Ｋ
ＯＨ）の２０％程度の水溶液）にシリコン基板１０の受
光面側（表面）を含浸し、その表面をエッチングする
（Ｓ２）。ここで、単結晶シリコンは、その結晶面によ
り熱アルカリ水溶液に対するエッチングレートが大きく
異なる。すなわち、（１００）結晶表面のエッチングレ
ートは（１１１）結晶表面のエッチングレートに比べは
るかに大きい。このため、（１１１）結晶面を４つの斜
面とするピラミッド上の凸部２０が残留し、他の部分が
エッチングされる。そこで、図１に示すような凸部２０
がシリコン基板１０の表面に形成される。本実施例にお
いては、２０分程度の熱アルカリ水溶液による含浸処理
によって、高さ１０μｍ程度の凸部２０が多数形成さ
れ、テキスチャー構造の表面が形成された。なお、この
凸部２０の頂角は結晶構造によって決定されるため、オ
フセットの角度によらず７０°である。このため、オフ
セットの角度により、素子の表面とピラミッドの斜面と
のなす角度が変わることになる。
液（７０〜８０℃程度に加熱された水酸化カリウム（Ｋ
ＯＨ）の２０％程度の水溶液）にシリコン基板１０の受
光面側（表面）を含浸し、その表面をエッチングする
（Ｓ２）。ここで、単結晶シリコンは、その結晶面によ
り熱アルカリ水溶液に対するエッチングレートが大きく
異なる。すなわち、（１００）結晶表面のエッチングレ
ートは（１１１）結晶表面のエッチングレートに比べは
るかに大きい。このため、（１１１）結晶面を４つの斜
面とするピラミッド上の凸部２０が残留し、他の部分が
エッチングされる。そこで、図１に示すような凸部２０
がシリコン基板１０の表面に形成される。本実施例にお
いては、２０分程度の熱アルカリ水溶液による含浸処理
によって、高さ１０μｍ程度の凸部２０が多数形成さ
れ、テキスチャー構造の表面が形成された。なお、この
凸部２０の頂角は結晶構造によって決定されるため、オ
フセットの角度によらず７０°である。このため、オフ
セットの角度により、素子の表面とピラミッドの斜面と
のなす角度が変わることになる。
【００１９】次に、得られたテキスチャー構造の受光側
面の全表面に同一膜厚のｎ+ 型層１０ａを形成する（Ｓ
３）。すなわち、拡散法によりＰ（燐）をテキスチャー
構造の表面に等方的に拡散し、表面側に接合深さ約０．
５μのｎ+ 型層を形成する。そして、イオン注入法によ
りシリコン基板１０の裏面側にＢを注入し、接合深さ約
１．０μｍのｐ+ 型層１０ｂを形成する（Ｓ４）。
面の全表面に同一膜厚のｎ+ 型層１０ａを形成する（Ｓ
３）。すなわち、拡散法によりＰ（燐）をテキスチャー
構造の表面に等方的に拡散し、表面側に接合深さ約０．
５μのｎ+ 型層を形成する。そして、イオン注入法によ
りシリコン基板１０の裏面側にＢを注入し、接合深さ約
１．０μｍのｐ+ 型層１０ｂを形成する（Ｓ４）。
【００２０】さらに、ｎ+ 型層１０ａ上に、反射防止膜
１４をスパッタリングにより形成する（Ｓ５）。すなわ
ち、屈折率２．４９程度のＴｉＯ2 によって形成された
高屈折率層と、屈折率１．４５程度のＳｉＯ2 によって
形成された低屈折率層の２層からなる反射防止膜１４を
スパッタ装置により形成する。
１４をスパッタリングにより形成する（Ｓ５）。すなわ
ち、屈折率２．４９程度のＴｉＯ2 によって形成された
高屈折率層と、屈折率１．４５程度のＳｉＯ2 によって
形成された低屈折率層の２層からなる反射防止膜１４を
スパッタ装置により形成する。
【００２１】続いて、受光面側の反射防止膜１４におけ
るくし型の受光面電極１２を形成する部分をエッチング
により除去する。この処理は通常のフォトレジストを利
用したパターニング手法を利用する。そして、スクリー
ン印刷により、Ａｇペーストを印刷後に焼成し、受光面
電極１２を形成する。なお、Ａｇペーストの印刷、焼成
は、シリコン基板１０の裏面側にも行い、これによって
板状の裏面電極１６も形成する（Ｓ６）。このようにし
て、図１に示すような構成のシリコン太陽電池素子を得
ることができる。
るくし型の受光面電極１２を形成する部分をエッチング
により除去する。この処理は通常のフォトレジストを利
用したパターニング手法を利用する。そして、スクリー
ン印刷により、Ａｇペーストを印刷後に焼成し、受光面
電極１２を形成する。なお、Ａｇペーストの印刷、焼成
は、シリコン基板１０の裏面側にも行い、これによって
板状の裏面電極１６も形成する（Ｓ６）。このようにし
て、図１に示すような構成のシリコン太陽電池素子を得
ることができる。
【００２２】実施例２ 次に、第２実施例の場合、上述のＳ１における基板の作
製において、（１００）結晶面に対し、５０°オフセッ
トしたシリコン基板１０を得る。そして、他の工程は上
述の実施例１と同様にして、図３に示すシリコン太陽電
池を作製する。なお、図２は、実施例に係る太陽電池素
子の形状を模式的に示したものであり、角度などは正確
に示されていない。
製において、（１００）結晶面に対し、５０°オフセッ
トしたシリコン基板１０を得る。そして、他の工程は上
述の実施例１と同様にして、図３に示すシリコン太陽電
池を作製する。なお、図２は、実施例に係る太陽電池素
子の形状を模式的に示したものであり、角度などは正確
に示されていない。
【００２３】実施例１、２の反射率および発電量 ここで、実施例１、２によるシリコン太陽電池における
反射率と光入射角度の関係を図４に示し、発電量と光入
射角度の関係を図５に示す。図より、入射角度５０°〜
６０°以上において実施例１、２の素子における反射率
が従来例の素子の反射率に比べ小さくなっており、これ
に対応して入射角度５０°〜６０°以上において素子の
発電量が従来例に比べ大きくなっていることが理解され
る。従って、地面との角度が６０°〜１２０°の範囲の
面にシリコン太陽電池素子を設置する場合には、本実施
例のものが優れていることが分かる。また、光入射角度
が大きいほどオフセット角度を大きくすることが好まし
いことが分かる。
反射率と光入射角度の関係を図４に示し、発電量と光入
射角度の関係を図５に示す。図より、入射角度５０°〜
６０°以上において実施例１、２の素子における反射率
が従来例の素子の反射率に比べ小さくなっており、これ
に対応して入射角度５０°〜６０°以上において素子の
発電量が従来例に比べ大きくなっていることが理解され
る。従って、地面との角度が６０°〜１２０°の範囲の
面にシリコン太陽電池素子を設置する場合には、本実施
例のものが優れていることが分かる。また、光入射角度
が大きいほどオフセット角度を大きくすることが好まし
いことが分かる。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るシリ
コン太陽電池素子によれば、素子表面に構成するピラミ
ッド上の凸部を一定角度傾斜させたため、斜めから入射
する光に対する反射量を減少でき、素子当たりの発電量
を増加することができる。
コン太陽電池素子によれば、素子表面に構成するピラミ
ッド上の凸部を一定角度傾斜させたため、斜めから入射
する光に対する反射量を減少でき、素子当たりの発電量
を増加することができる。
【図１】実施例の基本構成を示す図である。
【図２】実施例の素子の製造方法を示すフローチャート
である。
である。
【図３】他の実施例の構成を示す図である。
【図４】実施例１、２の反射率と入射角度の関係を示す
特性図である。
特性図である。
【図５】実施例１、２の発電量と入射角度の関係を示す
特性図である。
特性図である。
１０ シリコン基板 １０ａ ｎ+ 型層 １０ｂ ｐ+ 型層 １２ 受光面電極 １４ 反射防止膜 １６ 裏面電極 ２０ 凸部
Claims (1)
- 【請求項１】内部にｐｎ接合を有するシリコン基板への
光入射による正負キャリアの生成を利用した単結晶シリ
コン太陽電池であって、 前記シリコン基板の表面には、多数の微小ピラミッドか
らなる凸部を有するテクスチャー構造が形成されてお
り、 各微小ピラミッドからなる凸部はシリコン基板の表面に
垂直な方向に対し所定角度ずれた方向に向けて突出する
ように整列されていることを特徴とする単結晶シリコン
太陽電池素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4094359A JPH05291597A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 単結晶シリコン太陽電池素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4094359A JPH05291597A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 単結晶シリコン太陽電池素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05291597A true JPH05291597A (ja) | 1993-11-05 |
Family
ID=14108108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4094359A Pending JPH05291597A (ja) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | 単結晶シリコン太陽電池素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05291597A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002031892A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-18 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Solar cell and method of manufacture thereof |
| JP2012084921A (ja) * | 2012-01-18 | 2012-04-26 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体基板の割断方法及び太陽電池の割断方法並びに太陽電池 |
| WO2014171351A1 (ja) * | 2013-04-19 | 2014-10-23 | シャープ株式会社 | 光電変換素子 |
-
1992
- 1992-04-14 JP JP4094359A patent/JPH05291597A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002031892A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-18 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Solar cell and method of manufacture thereof |
| KR100790956B1 (ko) * | 2000-10-06 | 2008-01-03 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 태양전지 및 그 제조방법 |
| JP2012084921A (ja) * | 2012-01-18 | 2012-04-26 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体基板の割断方法及び太陽電池の割断方法並びに太陽電池 |
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