JPH0548125A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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Publication number
JPH0548125A
JPH0548125A JP3206933A JP20693391A JPH0548125A JP H0548125 A JPH0548125 A JP H0548125A JP 3206933 A JP3206933 A JP 3206933A JP 20693391 A JP20693391 A JP 20693391A JP H0548125 A JPH0548125 A JP H0548125A
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JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
solar cell
type
layer
polycrystalline silicon
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Pending
Application number
JP3206933A
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English (en)
Inventor
Takeshi Matsushita
孟史 松下
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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Publication of JPH0548125A publication Critical patent/JPH0548125A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 活性層の薄膜化(5〜200μm)による効
率向上と、機械的強度の劣化の防止を同時に実現させ
る。 【構成】 太陽電池の活性層であるP型の半導体層1の
一主面にN型の薄膜半導体層2を積層し、この薄膜半導
体層2上に、一部に開口3aを有する反射防止膜3を形
成し、更にこの開口3a内に、薄膜半導体層2に接続す
る電極4を形成する。そして、半導体層1の他主面にP
型の高濃度領域5を介して多結晶シリコン基板6を貼り
合わせ、この多結晶シリコン基板6の端面全面に電極7
を形成して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、互いに導電型の異なる
半導体層を積層して構成された太陽電池に関する。
【0002】
【従来の技術】太陽電池は、光エネルギを電力に変換す
る半導体素子であり、pn接合型,pin型、ショット
キー型等がある。最近では、単結晶Siのpn接合型が
最も広く用いられている。
【0003】図7にpn接合型太陽電池の代表例を示
す。この太陽電池は、P型の半導体層21の一主面にN
型の薄膜半導体層22が積層されて構成されている。そ
して、この薄膜半導体層22上に反射防止膜23を形成
し、その一部に開口23aを設けて、この開口23a内
に電極24を形成し、半導体層21の他主面にもその全
面に電極25を形成するようにしている。
【0004】この太陽電池の電圧−電流特性は、図8に
示すように、暗時は、通常のpn接合の特性と同じであ
るが、光照射時では、励起されたキャリアによる光電流
分だけ平行移動した特性となる。ここで、両電極24及
び25間を開放したときの電圧を開放端電圧Voc、短
絡したときの電流を短絡電流Iscとしたとき、図にお
いて、斜線で示す領域が、これら開放端電圧Vocと短
絡電流Iscの積に対して取出し得る最大電力を示す。
【0005】ところで、太陽電池の効率向上は、単位発
電出力当りの面積を少なくすることになるから、架台や
工事費を少なくすることにつながり、それにより、トー
タルコストを少なくすることになり、結果的には、太陽
電池そのもののコストを低減したことと同じになる。
【0006】太陽電池の効率を上げるには、上記最大電
力を大きくする。即ち、上記開放端電圧Vocと短絡電
流Iscの積が大になることが必要である。ここで、n
i を真性キャリア密度、NA を基板正孔濃度、Δp及び
Δnを光入射によって生成された正孔及び電子の密度と
すると、開放端電圧Vocは、以下の数1で表される。
【数1】 (k:ボルツマン定数、q:電荷)
【0007】この数1からわかるように、開放端電圧V
ocは、正孔密度Δp及び電子密度Δnが多いほどその
値が大きくなる。これら正孔密度Δp及び電子密度Δn
は、図9A及びBに示すように、P型の半導体層21、
即ち活性層の厚みdに関係し、厚みdが小さいほど大き
くなる。尚、N型の薄膜半導体層22の厚みは、一般に
は0.5μm以下である。
【0008】しかし、活性層21の厚みdが小さくなる
と、反対に短絡電流Iscが減少する。従って、開放端
電圧Vocと短絡電流Iscの積を大きくするには、活
性層1の厚みdとして、5〜200μmが最適である。
この値は、サンシャイン計画における太陽電池の研究開
発目標にもなっている(J.IEE Japan,Vo
l.110,No.9,1990、742頁〜743頁
小特集「太陽光発電・太陽熱利用」参照)。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性層
1の厚みdが200μm以下になると、太陽電池自体の
厚みが非常に薄くなり、太陽電池の機械的強度がもたな
いという新たな問題が生じる。太陽電池の機械的強度が
弱くなると、特に、発電設備への設置や電子機器等への
実装時に太陽電池が破壊され易くなるため、その取扱い
に繊細なる注意を払わなければならず、電子機器組立工
数の増大化を招くということが懸念される。
【0010】本発明は、このような課題に鑑み成された
もので、その目的とするところは、活性層の薄膜化(5
〜200μm)による効率向上と、機械的強度の劣化の
防止を同時に実現させることができる太陽電池を提供す
ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、第1導電型の
半導体層1の一主面に第2導電型の薄膜半導体層2が積
層されて成る太陽電池において、第1導電型の半導体層
1の他主面に基板6を貼り合わせて構成する。この基板
6としては、例えば多結晶シリコン等の半導体基板を用
いることができる。
【0012】
【作用】上述の本発明の構成によれば、太陽電池の活性
層である第1導電型の半導体層1の他主面に基板6を貼
り合わせるようにしたので、半導体層1を薄膜化しても
太陽電池自体の機械的強度を充分に持たせることができ
る。このことから、半導体層1の厚みdを、太陽電池の
効率向上の上で最適な値、即ち5〜200μmに薄膜化
しても、その機械的強度を充分に確保することができ
る。
【0013】
【実施例】以下、図1〜図6を参照しながら本発明の実
施例を説明する。図1は、本実施例に係るpn接合型の
太陽電池を示す構成図である。
【0014】この太陽電池は、図示するように、太陽電
池の活性層となるP型の半導体層1の一主面に厚み0.
5μm以下のN型の薄膜半導体層2が積層され、この薄
膜半導体層2上に、一部に開口3aが設けられた反射防
止膜3が形成され、更に反射防止膜3の開口3a内に薄
膜半導体層2に接続する電極4が形成されて構成されて
いる。
【0015】しかして、本例においては、半導体層1の
他主面にP型の高濃度領域5を介して機械的強度を持た
せるための基板、例えば多結晶シリコン基板6が貼り合
わされ、更にこの多結晶シリコン基板6の端面に電極7
が形成されて構成されている。
【0016】次に、上記本例に係る太陽電池の形成方法
を図2〜図6に基いて説明する。尚、図1と対応するも
のについては同符号を記す。
【0017】まず、図2Aに示すように、P型の半導体
ウェーハ1を用意し、このウェーハ1の他主面にP型の
不純物、例えばボロン(B)をイオン注入又は固相拡散
により導入してP型の高濃度領域5を形成する。
【0018】次に、図2Bに示すように、ウェーハ1の
他主面(高濃度領域5側の端面)にシリコン単結晶基板
あるいはコストの安い多結晶シリコン基板6を貼り合わ
せる。図示の例では、多結晶シリコン基板6を貼り合わ
せた例を示す。その後、貼り合わされた多結晶シリコン
基板6内に不純物を導入して多結晶シリコン基板6自体
を低抵抗化する。導入する不純物としては、P型の不純
物、例えばボロン(B)を濃度にして1×1018cm-3
ほど導入する。
【0019】この多結晶シリコン基板6の貼り合わせ方
法としては、例えば、図4A及びBに示すように、ウェ
ーハ1と多結晶シリコン基板6に力を加えて、貼り合わ
せ面が夫々凸面1a及び6aになるように、かつ互いの
凸面1a及び6aが直交又は略直交して対向するように
U字形状に湾曲させる。この湾曲は、例えば湾曲した曲
面にバキュームで吸着するなどして材質に影響を与えな
い程度の可能な範囲の変形を生じさせて行えばよい。
【0020】そして、U字形状に湾曲させたウェーハ1
及び多結晶シリコン基板6の各凸面1a及び6aを、互
いに直交又は直交させた状態で、中心A付近で初期接触
させる。このとき、ウェーハ1及び多結晶シリコン基板
6は、中心A又は中心A付近で点状に接触する。
【0021】続いて、図5に示すように、互いの湾曲状
態を解放し、ウェーハ1及び多結晶シリコン基板6を平
面状態に戻して重ね合わせた後、例えば1000〜11
00℃程度で2時間ほど加熱処理を施して、ウェーハ1
と多結晶シリコン基板6とを貼り合わせる。
【0022】この貼り合わせ方法の場合、貼り合わせ界
面aに未接着箇所(ボイド)が生じることなく、ウェー
ハ1と多結晶シリコン基板6とを強固に貼り合わせるこ
とができ、その貼り合わせ界面aにバルクなみの接着強
度を持たせることが可能となる。従って、貼り合わせ界
面aは、P型の高濃度領域5と多結晶シリコン基板6と
のオーミックコンタクトを構成する。そして、この多結
晶シリコン基板6を貼り合わせることにより、後にウェ
ーハ1が薄膜化されたとしてもその機械的強度を充分に
確保することができる。
【0023】次に、図3Aに示すように、ウェーハ1
を、ある厚みまで機械的に研削した後、エッチング作用
を主体にしたポリッシングにて研磨処理して、ウェーハ
1のP型の高濃度領域5を除いた分の厚みdを5〜20
0μmにする。この厚みdとしては、50μmが効率向
上の上で最適である。ここで、上記ウェーハ1は、厚み
が5〜200μmの薄膜となるため、以後はP型の半導
体層1と記す。
【0024】そして、図3Bに示すように、P型の半導
体層1の一主面に厚みが0.5μm以下のN型の薄膜半
導体層2を積層した後、この薄膜半導体層2上に反射防
止膜3を形成する。その後、反射防止膜3の一部に薄膜
半導体層2まで達する開口3aを形成した後、この開口
3a内に金属層からなる電極4を形成する。
【0025】また更に、多結晶シリコン基板6の端面全
面に金属層からなる電極7を形成して本例に係る太陽電
池を得る。この例では、N型の薄膜半導体層2をP型の
半導体層1上に積層するようにしたが、その他、図6に
示すように、P型の半導体層1にN型の不純物、例えば
リン(P)や砒素(As)をイオン注入あるいは固相拡
散にてN型の不純物拡散領域2として形成するようにし
てもよい。この場合、導入する不純物の濃度は、1×1
19cm-3程度が好ましい。
【0026】次に、本例に係る太陽電池の特性例を示
す。通常の太陽電池は、P型の半導体層(活性層)1の
厚みdが500μm程度となっているが、本例では、そ
の厚みdを50μm程度に薄膜化したため、光入射によ
って生成される正孔及び電子の各密度Δp及びΔnは、
通常の場合の約10倍程度増加する。
【0027】その結果、開放端電圧Vocは、基板正孔
濃度NA が低濃度でNA ≪Δn,Δpのとき0.12
V、基板正孔濃度NA が高濃度でNA ≫Δn,Δpのと
き0.06Vほど増加した。従って、通常の太陽電池
(開放端電圧≒0.7V)に対して開放端電圧Vocが
上記のように増加し、約10%程度効率が向上した。
【0028】上述のように、本例によれば、太陽電池の
活性層であるP型の半導体層1の他主面に多結晶シリコ
ン基板基板6を貼り合わせるようにしたので、半導体層
1を薄膜化しても太陽電池自体の機械的強度を充分に持
たせることができる。このことから、半導体層1の厚み
dを、太陽電池の効率向上の上で最適な値、即ち5〜2
00μm(本例では約50μm)に薄膜化しても、その
機械的強度を充分に確保することができる。
【0029】上記実施例では、P型の半導体層1に多結
晶シリコン基板6を貼り合わせるようにしたが、その
他、金属板を貼り合わせるようにしてもよい。この場
合、図2B及び図5で示す貼り合わせ時における熱処理
並びに図6で示すN型不純物のイオン注入後あるいは固
相拡散時における熱処理(活性化処理)において、その
温度が高く、かつ処理時間が長いと、金属板からの金属
不純物がP型の半導体層1に拡散し、結果的に半導体層
1中に光入射によって生成されるキャリアのライフタイ
ムを減少させ、短絡電流Iscを低下させるという問題
が生じる。
【0030】従って、P型の半導体層1に金属板を貼り
合わせる場合は、図2B及び図5で示す貼り合わせ時に
おける熱処理並びに図6で示すN型不純物のイオン注入
後あるいは固相拡散時における熱処理において、ランプ
アニール等の短時間アニールを採用して、金属板からの
金属不純物が半導体層1中に拡散させない程度の短時間
で熱処理することが望ましい。
【0031】
【発明の効果】本発明に係る太陽電池によれば、活性層
の薄膜化(5〜200μm)による効率向上と、機械的
強度の劣化の防止を同時に実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る太陽電池を示す構成図。
【図2】本実施例に係る太陽電池の形成方法を示す工程
図(その1)。
【図3】本実施例に係る太陽電池の形成方法を示す工程
図(その2)。
【図4】Aは、本実施例の貼り合わせ方法の一例を示す
正面図。Bは、その側面図。
【図5】貼り合わせた状態を示す側面図。
【図6】N型の薄膜半導体層の他の形成方法を示す工程
経過図。
【図7】従来例に係る太陽電池を示す構成図。
【図8】太陽電池の電圧−電流特性を示す特性図。
【図9】光入射によって生成された正孔及び電子の各密
度の活性層の厚み依存性を示す特性図。
【符号の説明】
1 P型の半導体層(活性層) 2 N型の薄膜半導体層 3 反射防止膜 4,7 電極 5 P型の高濃度領域 6 多結晶シリコン基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体層の一主面に第2導
    電型の薄膜半導体層が積層されて成る太陽電池におい
    て、 上記第1導電型の半導体層の他主面に基板が貼り合わさ
    れていることを特徴とする太陽電池。
  2. 【請求項2】 上記基板が半導体基板であることを特徴
    とする請求項1記載の太陽電池。
  3. 【請求項3】 上記第1導電型の半導体層の厚みが5〜
    200μmであることを特徴とする請求項1又は2記載
    の太陽電池。
JP3206933A 1991-08-19 1991-08-19 太陽電池 Pending JPH0548125A (ja)

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JP3206933A JPH0548125A (ja) 1991-08-19 1991-08-19 太陽電池

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JP3206933A JPH0548125A (ja) 1991-08-19 1991-08-19 太陽電池

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100913114B1 (ko) * 2007-07-23 2009-08-19 엘지전자 주식회사 고온 특성이 개선된 벌크형 실리콘 태양 전지 및 그 제조방법

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