JPH06169096A - 宇宙用シリコン太陽電池 - Google Patents

宇宙用シリコン太陽電池

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JPH06169096A
JPH06169096A JP43A JP32061792A JPH06169096A JP H06169096 A JPH06169096 A JP H06169096A JP 43 A JP43 A JP 43A JP 32061792 A JP32061792 A JP 32061792A JP H06169096 A JPH06169096 A JP H06169096A
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silicon
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友治 勝
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 開放電圧が改善されたシリコン太陽電池を提
供することを目的とする。 【構成】 シリコン太陽電池は、表面が平坦なP型シリ
コン結晶基板1の前面に形成されたN+ 層と、その上に
形成された前面電極3と、基板1の背面に分散して形成
された複数のP+ 領域5bと、基板1の背面上に形成さ
れた絶縁層6と、絶縁層6内に形成された開口を介して
+ 領域に接続した背面電極7を備えており、複数のP
+ 領域が基板1の背面中に占有する面積が1%以上で9
%未満であることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン太陽電池に関
し、特に、宇宙用として使用されるシリコン太陽電池の
出力電圧の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光エネルギを電気エネルギに変換する太
陽電池として、シリコン太陽電池が広く用いられてい
る。
【0003】図2は、先行技術において知られた従来の
シリコン太陽電池の一例を示す断面図である。この太陽
電池において、P型シリコン基板1の前面には、N型不
純物を熱拡散することによってN+ 層2が形成されてい
る。N+ 層2上には、櫛歯状の前面電極3が形成されて
いる。そして、N+ 層2と前面電極3は、入射する光の
表面反射を低減するための反射防止膜4によって覆われ
ている。
【0004】他方、P型シリコン基板1の背面には、さ
らにP型不純物を熱拡散することによってBSF(Ba
ck Surface Field)層として働くP+
層5が形成されている。このBSF層5は、シリコン太
陽電池の長波長感度を高めるように作用するものであ
る。そして、BSF層5上には、背面電極7が形成され
ている。
【0005】しかし、図2に示されているようなシリコ
ン太陽電池においては、開放電圧V OCが約605mVの
ように低いという課題があり、シリコン太陽電池の高効
率化を図るためには開放電圧VOCの向上が不可欠であっ
た。
【0006】シリコン太陽電池の高効率化に関する報告
で、局所的に形成された複数のBSF領域を含む技術が
たとえばConference Record,21t
hIEEE,Photovoltaic Specia
lists Conference,Florida,
May 1990,pp.233−238およびpp.
333−335において提案されている。
【0007】図3は、上記の文献のpp.333−33
5に示されたシリコン太陽電池の断面図を示している。
図3の太陽電池においては、P型シリコン基板1の前面
は無反射形状2aであり、当該前面にはN+ 層2が形成
されている。N+ 層2上には、櫛歯状の前面電極3が形
成され、そして、N+ 層2と前面電極3は、入射する光
の表面反射を低減するための反射防止膜4によって覆わ
れている。また、P型シリコン基板1の背面上にはシリ
コン酸化膜6が形成されている。その酸化膜6内におい
て局所的に開けられた複数の開口を介して、シリコン基
板1の背面に複数のLBSF(Local BSF)領
域5bが形成されている。そして、シリコン酸化膜6上
に背面電極7が形成されており、背面電極7はその酸化
膜6中の複数の開口を介して複数のLBSF領域5bに
接続されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図3に示され
ているシリコン太陽電池は地上用としてのシリコン太陽
電池に関する技術で、シリコン基板1の前面は無反射形
状2aであり、宇宙用として使用する場合には太陽光吸
収率が高くなるという問題があった。また、母材シリコ
ンウェーハの抵抗率は0.5Ωcmであってセル厚さは
280μmであり、宇宙用として使用するには耐放射線
特性が悪いという問題があった。よって上記論文に開示
されている条件は宇宙用としてのシリコン太陽電池に適
用することができず、宇宙用シリコン太陽電池に適する
LBSF領域5bの形成条件は不明であった。
【0009】そこで、本発明は、シリコン基板の背面に
対して好ましい割合で形成された複数のLBSF領域を
含むことによって開放電圧VOCが顕著に改善された宇宙
用シリコン太陽電池を提供することを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン太
陽電池は、表面が平坦な前面と背面を有するP型シリコ
ン基板と、その基板の前面に形成されたN+ 層と、N+
層上に形成された前面電極と、基板の背面に分散して形
成されていてLBSF領域として作用する複数のP+
域と、基板の背面上に形成された絶縁層と、絶縁層上に
形成されていてその絶縁層に開けられた複数の開口を介
して複数のP+ 領域に接続された背面電極とを含み、複
数のP+ 領域が基板の背面中で占有する面積は1%以上
で9%未満であることを特徴としている。
【0011】
【作用】本発明によるシリコン太陽電池においては、L
BSF領域として作用する複数のP+ 領域がシリコン基
板の背面上で占有する面積が1%以上で9%未満にされ
ているので、そのシリコン太陽電池は高い開放電圧VOC
を示すことができ、その太陽電池の高効率化が達成され
る。
【0012】
【実施例】図1を参照して、本発明の一実施例によるシ
リコン太陽電池が断面図で概略的に示されている。図1
のシリコン太陽電池においては、シリコン基板1とし
て、たとえば50μm〜200μmの厚さと10Ωcm
の抵抗率を有するP型シリコン結晶板が用いられ得る。
また、図1の太陽電池の前面の構造は図2のものと類似
しており、対応する部分には同一の参照符号が付されて
いる。
【0013】しかし、図1の太陽電池においては、シリ
コン基板1の背面上には、パッシベーション膜として働
くシリコン酸化膜6がたとえば熱酸化によって形成され
ている。この酸化膜6には、たとえばフォトリソグラフ
ィー法によって複数の窓6aが開けられている。これら
の窓6aは、シリコン基板1の背面を占有する面積比
(以下、「LBSF面積率」と称す)が1%以上で9%
未満になるように設定されている。たとえば、これらの
窓6aは、20μmの1辺を有する正方形の形で100
μmのピッチで分布するように形成することができ、そ
のときのLBSF面積率は4%になる。
【0014】複数の窓6aを通して、シリコン基板1の
背面にP型不純物である三臭化ホウ素を用いてホウ素を
拡散させるか、または、ホウ素イオンを打込むことによ
って、複数のLBSF領域5bが形成されている。な
お、これらの複数のLBSF領域5bは、シリコン酸化
膜6を形成する前に、スクリーン印刷技術を利用してシ
リコン基板1の背面上の複数の局所的領域にアルミニウ
ム等のP型不純物を含むペーストを塗り、それを焼成し
てシリコン基板1と合金化することによっても形成され
得る。また、シリコン基板1の背面にアルミニウム等の
P型不純物材料を真空蒸着し、これを公知のホトリソグ
ラフィー技術を用いて局所的領域にパターニングし、そ
れを焼成してシリコン基板1と合金化することによって
も形成され得る。
【0015】酸化膜6に開けられた複数の窓6aは、そ
の酸化膜6上に形成された背面電極7がシリコン基板1
の背面への電気的接続を得るためのコンタクトホールと
しても利用される。このとき、背面電極7は複数のLB
SF領域5bを介してシリコン基板1の背面に接続し、
LBSF領域5bを介することなく直接P型シリコン基
板1の背面に接続することはない。このような背面電極
7は、たとえばAl−Ti−Pd−Agからなる金属層
で形成され得る。
【0016】図4に、図1のシリコン太陽電池のLBS
F面積率を変化させた場合の開放電圧VOCの変化が示さ
れている。このグラフにおいて、横軸はLBSF面積率
(%)を表し、縦軸は開放電圧VOCを表している。
【0017】図5に、同じく図1のシリコン太陽電池の
LBSF面積率を変化させた場合の短絡電流ISCの変化
が示されている。このグラフにおいて、横軸はLBSF
面積率(%)を表わし、縦軸は短絡電流ISCを表わして
いる。
【0018】図6に、同じく図1のシリコン太陽電池の
LBSF面積率を変化させた場合の曲線因子FFの変化
が示されている。このグラフにおいて、横軸はLBSF
面積率(%)を表わし、縦軸は曲線因子FFを表わして
いる。
【0019】図7に、同じく図1のシリコン太陽電池の
LBSF面積率を変化させた場合の最大出力Pmax の変
化が示されている。このグラフにおいて、横軸はLBS
F面積率(%)を表わし、縦軸は最大出力Pmax を表わ
している。図4〜7は、すべて面積2cm×2cmの太
陽電池のAM0と28℃における測定値を示している。
【0020】図4と7のグラフから明らかなように、L
BSF面積率が1%以上であって9%未満である場合に
は、VOCおよびPmax の向上が顕著であることがわか
る。
【0021】太陽電池の最大出力Pmax がVOCの向上に
伴って大きくなった理由は、Pmaxが Pmax (W)=VOC(V)×ISC(A)×FF で表わされ、LBSF面積率が1%以上であって9%未
満であるの場合にISCの変化(図5)およびFFの変化
(図6)が比較的小さいので、Pmax がVOCに伴って変
化したためである。図2に示すようにVOCがLBSF面
積率が1%以上9%未満で向上する理由は、複数のLB
SF領域5bを1%以上9%未満に設定することによっ
て、シリコン基板1の背面近傍における少数キャリアの
ライフタイムの増大が図れ、飽和電流密度が減少したた
めであると考えられる。LBSF面積率が9%以上の場
合には、シリコン基板1の背面における少数キャリアの
再結合が増大し、ライフタイムが減少するため飽和電流
密度が増加し、その結果としてVOCが減少し、Pmax
低下する傾向になると考えられる。また、LBSF面積
率が1%未満の場合には、シリコン太陽電池中の直列接
続が大きくなってFFが若干低下するため、Pmax は低
下する傾向になると考えられる。
【0022】なお、本発明は図1の実施例に限定される
ものではなく、たとえば、シリコン基板1としてN型の
シリコン結晶板をも用いて前面にP+ 拡散層を形成し、
背面はN型拡散不純物としてオキシ塩化リンを用いるこ
ともできる。また、2Ωcmの抵抗率を有するシリコン
基板を用いることもできる。さらに、LBSF領域内に
ドープされるP型不純物としてアルミニウムを用いるこ
ともでき、酸化膜6はCVD法によっても形成され得
る。また、ここでは絶縁膜の一例として酸化膜で説明し
てきたが、酸化膜のみならずたとえば窒化膜であっても
よい。さらにまた、シリコン基板1として、シリコン単
結晶板のみならずシリコン多結晶板をも用い得る。ま
た、シリコン基板の表面(前面)にパッシベーション膜
を形成しても良いし、しなくても良い。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、1%以
上で9%未満のLBSF面積率を有することによって開
放電圧VOCが改善されたシリコン太陽電池を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるシリコン太陽電池を概
略的に示す断面図である。
【図2】先行技術による従来のシリコン太陽電池の一例
を示す断面図である。
【図3】先行技術によるシリコン太陽電池のもう1つの
例を示す断面図である。
【図4】図1のシリコン太陽電池におけるLBSF面積
率と開放電圧との関係を示すグラフである。
【図5】図1のシリコン太陽電池におけるLBSF面積
率と短絡電流との関係を示すグラフである。
【図6】図1のシリコン太陽電池におけるLBSF面積
率と曲線因子との関係を示すグラフである。
【図7】図1のシリコン太陽電池におけるLBSF面積
率と最大出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 P型シリコン基板 2 N+ 型層 2a 前面無反射形状 3 櫛歯形状の前面電極 4 反射防止膜 5b LBSF領域 6 絶縁膜 6a 絶縁膜6中に開けられた開口 7 背面電極 8 前面パッシベーション膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面が平坦な前面と背面を有するP型シ
    リコン基板と、 前記基板の前面に形成されたN+ 層と、 前記N+ 層上に形成された前面電極と、 前記基板の背面に分散して形成されていてLBSF領域
    として作用する複数のP+ 領域と、 前記基板の背面上に形成された絶縁層と、 前記絶縁層上に形成されていて前記絶縁層に開けられた
    複数の開口を介して前記複数のP+ 領域に接続された背
    面電極とを含み、 前記複数のP+ 領域が前記基板の背面中で占有する面積
    は1%以上で9%未満であることを特徴とする宇宙用シ
    リコン太陽電池。
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