JPH07297429A - 太陽電池セルとその製造方法 - Google Patents

太陽電池セルとその製造方法

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JPH07297429A JP6091443A JP9144394A JPH07297429A JP H07297429 A JPH07297429 A JP H07297429A JP 6091443 A JP6091443 A JP 6091443A JP 9144394 A JP9144394 A JP 9144394A JP H07297429 A JPH07297429 A JP H07297429A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】太陽電池モジュールの一部に影が形成されたと
きに出力低下を著しく減少さすことができかつ異常発熱
による事故を防止し得る太陽電池セルを低コストで提供
する。 【構成】ｐ型シリコン基板１の上面に形成された第１の
ｎ型層２ａと、基板１の背面上に形成されていて基板１
より高い不純物濃度を有するｐ型層７と、第１のｎ型層
２ａとｐ型層７とを接続するように少なくとも基板１の
側面上に形成された第２のｎ型層２ｂ，２ｃ，２ｄとを
含み、その第２のｎ型層２ｂ，２ｃ，２ｄは少なくとも
ｐ型層７と接触する近傍において第１のｎ型層２ａより
低い不純物濃度を有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池セルとその製造
方法に関し、特に、直列接続された複数の太陽電池セル
を含む太陽電池モジュールにおいて用いられる太陽電池
セルとその製造方法の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１９と図２０は、それぞれ先行技術に
よる太陽電池セルの受光面（「前面」とも称す）と背面
とを示している。この太陽電池セル１０は半導体基板１
を含んでおり、基板１の前面は反射防止膜３によって覆
われている。反射防止膜３上には櫛の歯状の前面銀電極
が形成され、その前面銀電極は半田層８ａによって覆わ
れている。太陽電池セル１０の背面の大部分は、アルミ
電極６によって覆われている。アルミ電極６の領域内の
局所的な複数の領域に背面銀電極が形成されており、そ
れらの背面銀電極は半田層５ａによって覆われている。
【０００３】図２１と図２２は、図１９と図２０に示さ
れた太陽電池セルを製造する方法を概略的に図解してい
る。なお、図面の明瞭化のために、本願の各図に示され
た種々の部分の間における寸法関係は必ずしも事実を表
わしてはいない。
【０００４】まず図２１（Ａ）において、たとえば１０
０ｍｍの直径と０．４ｍｍの厚さを有する半導体基板１
が用意される。通常は、Ｐ型半導体基板１は３×１０15
〜４×１０16ｃｍ-3の範囲内の不純物濃度を有してい
る。一般に（１００）の主面を有するシリコン基板１が
用いられる。好ましくは、このシリコン基板１の受光面
には、光の反射を低減するために、丸印内に拡大されて
示されているような多くの微細なピラミッド状の凹凸
（「テクスチャ表面」と称す）が形成される。このよう
なテクスチャ表面は、数％のＮａＯＨを含む溶液中でイ
ソプロピルアルコールを添加しながら８０℃〜９０℃の
範囲内の温度でシリコン基板１を２０〜３０分間処理す
ることによって形成され得る。
【０００５】図２１（Ｂ）において、シリコン基板１の
全表面上に、たとえば約０．４μｍの厚さを有するｎ+
層２が形成される。ｎ+ 層２は、たとえばＰＯＣｌ3 ガ
スを含む雰囲気中で９００℃において４５分間拡散処理
することによって形成し得る。そのとき、ｎ+ 層２の表
面にリンガラス膜（図示せず）も形成されるが、このリ
ンガラス膜は不要であるので１０％のＨＦを含む溶液中
に１分間浸漬することによって除去される。
【０００６】図２１（Ｃ）において、基板１の受光面上
に酸化チタンまたは酸化珪素などの反射防止膜３が蒸着
法またはＣＶＤ法などによって形成される。反射防止膜
３は、一般に７０〜８０ｎｍの厚さに形成される。シリ
コン基板１の全表面にｎ+ 層２が形成されていれば、太
陽電池セルの負電極（ｎ側）と正電極（ｐ側）との間が
短絡されて、太陽電池セルの良好な電気特性が得られな
い。したがって、少なくともシリコン基板１の背面上に
おいてｎ+ 層２を除去する必要がある。
【０００７】図２１（Ｄ）において、反射防止膜３上に
耐酸性のレジスト４がたとえばスクリーン印刷法によっ
て塗布されて乾燥される。その後、フッ酸と硝酸を含む
混酸（ＨＦ：ＨＮＯ3 ＝１：３）でエッチングすること
によって、基板１の側面と背面上においてｎ+ 層２が除
去される。
【０００８】図２２（Ｅ）において、レジスト層４は、
トルエン、キシレンなどの溶剤を用いて除去される。図
２２（Ｆ）において、銀を含むペースト５とアルミを含
むペースト６が所定のパターンで印刷されて乾燥され
る。その後、基板１が７００℃〜８００℃で熱処理さ
れ、約２０μｍの厚さを有する背面銀電極５と約５０μ
ｍの厚さを有する背面アルミ電極６が焼成される。この
とき、アルミとシリコンが合金化し、アルミ電極６下に
ｐ+ 層７が形成される。このｐ+ 層７は約５μｍの厚さ
を有し、ＢＳＦ（Back Surface Field）効果を生じる。
【０００９】図２２（Ｇ）において、反射防止膜３上に
銀を含むペースト８が所定のパターンに印刷されて乾燥
される。その後、基板１は６００℃〜７００℃の範囲内
の温度で熱処理され、約２０μｍの厚さを有する前面銀
電極８が焼成される。このとき、銀ペーストはガラスフ
リットを含んでおり、前面銀電極８は反射防止膜３を貫
通してｎ+ 層２とオーミック接続を形成する。
【００１０】図２２（Ｈ）において、背面銀電極５と前
面銀電極８の表面上に約２０μｍの厚さを有する半田層
５ａと８ａがそれぞれ形成され、これによって太陽電池
セル１０が完成する。この図２２（Ｈ）の構造は、図２
０における線２４Ｈ−２４Ｈに沿った断面の構造に対応
している。
【００１１】以上において、ｎ+ 層２がＰＯＣｌ3 ガス
を用いる拡散法によって形成される例を述べたが、珪酸
アルキル、アルコール、カルボン酸などおよび拡散源と
しての五酸化リンなどを含むドーパント溶液をシリコン
基板の受光面上にスピンコータによって塗布して、その
後の拡散熱処理によって受光面上にｎ+ 層を形成する方
法も知られている。しかしこの場合にも、塗布されたド
ーパント剤からのアウトディヒュージョンに原因するオ
ートドーピングによってシリコン基板の背面や側面にも
ｎ層が形成されるので、このｎ層は図２１（Ｄ）に示さ
れた工程と同様にレジスト印刷法を利用して除去され
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の太
陽電池セルの製造方法においては、ｎ型層の不要な領域
を除去するためにレジスト印刷工程、エッチング工程、
およびレジスト除去工程を必要とし、太陽電池セルの製
造コストが高くなるという課題がある。
【００１３】また、上述のように形成される従来の太陽
電池セルは、以下に述べるような問題を含んでいる。
【００１４】従来から、太陽電池セルが単独で用いられ
ることは稀であり、通常は、図２３（Ａ）に示されてい
るように複数の太陽電池セルが直列に接続される太陽電
池モジュールにおいて用いられる。
【００１５】図２３（Ａ）は太陽電池モジュールの上面
図を示しており、この太陽電池モジュールは直列接続さ
れた３６個の太陽電池セル１０を含んでいる。互いに隣
接する太陽電池セル１０はインタコネクタ１１によって
直列接続されている。
【００１６】図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）中の線２３
Ｂ−２３Ｂに沿った断面構造を示している。太陽電池モ
ジュールは透明な強化ガラスの支持板１２を有してお
り、インタコネクタ１１によって直列接続された太陽電
池セル１０はＥＶＡ樹脂層１３内に埋め込まれている。
ＥＶＡ樹脂層１３の下面は白色の耐候性フィルム１４に
よって覆われている。
【００１７】図２３（Ｃ）は、複数の太陽電池セルが直
列接続された太陽電池モジュールの等価回路図である。
この図において、小さな矢印は太陽電池セルに入射する
光を表わし、大きな矢印Ｉは太陽電池モジュールの出力
電流の方向を表わしている。
【００１８】ところで、太陽電池モジュールが実際に使
用されるときに、その一部に影が生じることがある。す
なわち、樹木、建築物、電線などの影が太陽電池モジュ
ール上に生じたり、太陽電池モジュールの表面に付着し
た鳥類の糞や粉塵が太陽電池モジュール上に影を生じる
ことがある。
【００１９】太陽電池モジュールの両端の太陽電池セル
間がほぼ短絡された状態に対応するモードにおいては、
影が形成されている太陽電池セルには、影が形成されて
いない他の太陽電池セルから発生される電圧が逆バイア
ス電圧として印加される。その影が形成されている太陽
電池セルにおいて、逆バイアス電圧に基づく電流による
電力は熱を生じて消費される。さらに、この逆バイアス
電圧が太陽電池セルの逆耐電圧を超えるときには、その
太陽電池セルの短絡破壊を生じ、太陽電池モジュール全
体の出力特性を著しく低下させる。このような影の形成
された太陽電池セルの温度上昇や短絡破壊の現象は太陽
電池セルの逆方向特性に依存し、それらの現象を軽減す
るためには太陽電池セルの逆方向に電流が流れやすくし
ておくのが好ましい。
【００２０】図２２（Ｈ）に示されているような従来の
太陽電池セルにおいては、正電極側と負電極側との間に
おけるｐｎ接合による分離が完全に行なわれているの
で、太陽電池セルの順方向特性が良好で高い変換効率を
得ることができるが、逆方向には電流が流れにくい。
【００２１】図２４は、このような太陽電池セルの電流
電圧（Ｉ−Ｖ）特性を定性的に示している。横軸は電圧
Ｖを示し、縦軸は電流Ｉを示している。曲線２４Ａは光
が照射されている太陽電池セルのＩ−Ｖ特性を示し、曲
線２４Ｂは暗状態の太陽電池セルにおけるＩ−Ｖ特性を
示している。この図から、図２２（Ｈ）に示されている
ような太陽電池セルは暗状態において逆方向電流が非常
に流れにくいことが理解される。
【００２２】図２５は、太陽電池セルの等価回路図を示
している。この図に示されているように、太陽電池セル
は並列抵抗と直列抵抗を含んでいると考えられる。すな
わち、図２４に示されているようなＩ−Ｖ特性を有する
太陽電池セルは、大きな並列抵抗を有していると考える
ことができる。なお、図２３（Ｃ）の等価回路図におい
ては、並列抵抗と直列抵抗は省略されている。
【００２３】図２６は、１００ミリの直径と２０ｋΩ／
ｃｍ2 の並列抵抗を有する太陽電池セルを３６枚含む太
陽電池モジュールにおける影の影響を示すグラフであ
る。このグラフにおいて、横軸は太陽電池モジュールの
出力電圧を表わし、縦軸は出力電流を表わしている。種
々の曲線のうち１００％で示された曲線は、３６枚の太
陽電池セルのうちの１枚の受光面の全体に影が形成され
ている場合の太陽電池セルモジュールのＩ−Ｖ特性を表
わしている。同様に、それぞれの曲線に対応する％数値
は、３６枚のうち１枚の太陽電池セル上に形成された影
の面積割合を表わしている。図２６から、各太陽電池セ
ルが大きな並列抵抗を有する場合には、１つの太陽電池
セルに形成される影の面積が増大するにつれて太陽電池
モジュール全体の出力が著しく低下することが理解され
よう。
【００２４】図２７は、２０ｋΩ／ｃｍ2 の並列抵抗を
含む太陽電池セルの３２枚が直列接続された太陽電池モ
ジュールにおいて、影の形成された１枚の太陽電池セル
の消費電力を評価するシミュレーションの結果を示して
いる。図２７（Ａ）における曲線２７Ｂは、受光面積の
２０％に影が形成されている１枚の太陽電池セルのＩ−
Ｖ特性を示している。曲線２７Ａは、影が形成されてい
る１枚の太陽電池セルを除く３１枚の直列接続された太
陽電池セルのＩ−Ｖ特性を示している。曲線２７Ｃは、
曲線２７Ａと２７Ｂを合成して得られるＩ−Ｖ特性を示
している。ハッチングが施された領域の面積は、影が形
成されている１枚の太陽電池セルが消費する電力に対応
している。
【００２５】図２７（Ｂ）における曲線２７Ｄは、受光
面積の７０％に影が形成された１枚の太陽電池セルのＩ
−Ｖ特性を示している。曲線２７Ｅは、曲線２７Ａと２
７Ｄを合成して得られるＩ−Ｖ特性を示している。図２
７（Ａ）と（Ｂ）におけるハッチングの施された領域の
面積の比較からわかるように、影の形成されている太陽
電池セルが消費する電力は影の面積が受光面の２０％で
あるときよりも７０％であるときの方が減少している。
【００２６】図２８は図２７と類似しているが、図２８
においては各太陽電池セルが１ｋΩ／ｃｍ2 の並列抵抗
を有している場合のシミュレーション結果を示してい
る。図２８（Ａ）における曲線２８Ｂは、受光面積の２
０％に影が形成された１枚の太陽電池セルのＩ−Ｖ特性
を示している。曲線２８Ａは、影の形成された１枚の太
陽電池セルを除く３１枚の太陽電池セルのＩ−Ｖ特性を
示している。曲線２８Ｃは、曲線２８Ａと２８Ｂを合成
して得られるＩ−Ｖ特性を示している。図２８（Ｂ）に
おける曲線２８Ｄは、受光面積の７０％に影が形成され
た１枚の太陽電池セルのＩ−Ｖ特性を示している。曲線
２８Ｅは、曲線２８Ａと２８Ｄを合成して得られるＩ−
Ｖ特性を示している。図２８（Ａ）と（Ｂ）におけるハ
ッチングが施された領域の面積の比較からわかるよう
に、影が形成されている１枚の太陽電池セルが消費する
電力は、図２７の場合と逆に、影の面積が受光面の２０
％であるときよりも７０％であるときの方が大きくなっ
ている。
【００２７】図２９は、図２７や図２８で述べられたよ
うなシミュレーションのより広範な結果を示すグラフで
ある。このグラフにおいて、横軸は１枚の太陽電池セル
の受光面に形成される影の割合を表わしている。縦軸
は、影が形成されている１枚の太陽電池セルが消費する
電力（Ｗ）を表わしている。曲線２９Ａ，２９Ｂおよび
２９Ｃは、それぞれ、太陽電池セルが２０ｋΩ／ｃ
ｍ2 ，１ｋΩ／ｃｍ2 および１００Ω／ｃｍ2 の並列抵
抗を有する場合に対応している。そして、この消費電力
が大きいほど、影が形成されている太陽電池セルの温度
上昇が大きくなる。
【００２８】図３０は、直列接続された３６枚の太陽電
池モジュールにおいて影の形成された１枚の太陽電池セ
ルの温度上昇を測定した結果を示すグラフである。横軸
は受光面に対する影の割合（％）を表わし、縦軸は影の
形成された太陽電池セルの上昇温度（℃）を表わしてい
る。曲線３０Ａは、太陽電池セルが２０ｋΩ／ｃｍ2の
並列抵抗を有する場合の温度上昇を示している。この曲
線３０Ａからわかるように、太陽電池セルの面積の２０
％が影になったときに、その影が形成されている太陽電
池セルの温度は他の太陽電池セルに比べて７２℃だけ温
度が高くなる。
【００２９】図３０は直列接続された３６枚の太陽電池
セルを含む太陽電池モジュールに関するものであるが、
さらに多くの太陽電池セルを含む太陽電池モジュールに
おいては、影の形成されている太陽電池セルの温度上昇
はさらに増大することになる。また、１枚の太陽電池セ
ルの面積の２０％が影になることは実際に起こり得るこ
とである。
【００３０】以上のことから理解されるように、太陽電
池モジュールにおいて局所的に影が形成されれば、モジ
ュール全体の出力が著しく低下するとともに、影の形成
された太陽電池セルが異常発熱し、そのセルが破損に至
り、場合によっては火災を生じることもあり得る。たと
えば、晴天時においては太陽熱によって太陽電池モジュ
ール全体が６０℃〜７０℃の温度になることがあるが、
図３０の例によれば受光面の２０％に影が形成された太
陽電池セルは１３２℃〜１４２℃に加熱されるおそれが
ある。そのような場合、太陽電池セルを埋め込んでいる
ＥＶＡ樹脂が変色したり気泡を生じることがあり、場合
によっては発火することがある。
【００３１】そのような影の形成された太陽電池セルの
発熱による事故を防止するために、図３１に示されてい
るような太陽電池モジュールが提案されている。図３１
（Ａ）の太陽電池モジュールにおいては、矩形の太陽電
池セル１０がインタコネクタ１１によって直列接続され
ている。図３１（Ｂ）は、図３１（Ａ）中の丸印で示さ
れた部分の拡大斜視図である。すなわち、隣接する太陽
電池セル１０はバイパスダイオード１５を介してインタ
コネクタ１１によって接続されている。図３１（Ｃ）
は、図３１（Ｂ）に示されたバイパスダイオード１５を
含む太陽電池セル１０を示す等価回路図である（並列抵
抗と直列抵抗は省略されている）。この回路図から理解
されるように、バイパスダイオード１５は影が形成され
ている太陽電池セル１０に印加される逆バイアス電圧に
よる電流を通すことができる。したがって、影の生じた
太陽電池セルの異常発熱や短絡破壊が防止され得る。し
かし、図３１に示されているような太陽電池モジュール
においては、バイパスダイオードを装着しながら複数の
太陽電池セルを接続する工程が複雑であり、太陽電池モ
ジュールの製造コストが高くなる。
【００３２】一方、太陽電池モジュールにおいて、バイ
パスダイオードが集積された太陽電池セルを用いること
が知られており（特開平３−２４７６８参照）、ツェナ
ダイオードが同極性で並列に接続されるように集積され
た太陽電池セルを用いることも知られている（特開平５
−１１０１２１参照）。しかし、これらの太陽電池セル
においては、マスク合せ技術を用いて太陽電池内にダイ
オードを形成しなければならず、太陽電池セルの製造工
程が複雑となり、その製造コストが高くなる。
【００３３】上述のような先行技術に鑑み、本発明の１
つの目的は、太陽電池モジュールの一部に影が形成され
たときにモジュール全体の出力が大きく低下することを
防止し得る太陽電池セルを提供することである。
【００３４】本発明のもう１つの目的は、太陽電池モジ
ュールの一部に影が生じたときに逆バイアス電圧による
異常発熱や短絡破壊を防止し得るように改善された太陽
電池セルを提供することである。
【００３５】本発明のさらにもう１つの目的は、そのよ
うな改善された太陽電池セルを簡易な製造工程を用いて
低コストで提供することである。
【００３６】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
る太陽電池セルは、第１の主面と第２の主面とそれら両
主面間の側面とを有するｐ型半導体基板と；第１主面上
に形成された第１のｎ型層と；第２主面上に形成されて
いて基板より高い不純物濃度を有するｐ型層と；第１の
ｎ型層とｐ型層とを接続するように少なくとも側面上に
形成された第２のｎ型層とを含み、第２のｎ型層は少な
くともｐ型層と接触する近傍において第１のｎ型層より
低い不純物濃度を有していることを特徴としている。
【００３７】本発明のもう１つの態様による太陽電池セ
ルの製造方法は、第１の主面と第２の主面とそれら両主
面間の側面とを有するｐ型半導体基板を用意し；第１主
面上にｎ型のドーパント剤を塗布し；ドーパント剤の塗
布された基板に第１の熱処理をすることによって、第１
主面上のｎ+ 型層と側面上および第２主面上のｎ型層と
を形成し；第２主面上にアルミを含むペースト層を塗布
し；アルミを含むペースト層を塗布された基板に第２の
熱処理をすることによって、第２主面上にｐ+型層を形
成するとともに電極を形成するステップを含むことを特
徴としている。
【００３８】
【作用】本発明による太陽電池セルにおいては、第２の
ｎ型層とｐ型層との接続領域はｐ型基板と第１のｎ型層
とによって形成される太陽電池セルと同極性で並列に接
続された微小なダイオードを構成する。その微小なダイ
オードは光が照射されているときには弱いながらも太陽
電池セルと同極性の起電力を生じる。しかし、その太陽
電池セルに逆バイアス電圧が印加されたときには、その
微小なダイオードは劣った逆方向特性を有しているの
で、その逆バイアス電圧による電流を漏れ電流として通
すことができる。すなわち、本発明による太陽電池セル
は、逆バイアス電圧が印加されたときに低い並列抵抗を
含むことに相当する特性を有している。したがって、本
発明による太陽電池セルを太陽電池モジュールにおいて
用いれば、太陽電池モジュールに局所的な影が生じても
モジュール全体の出力を大きく低下させることがなく、
影の生じた太陽電池セルの異常発熱や短絡破壊が防止さ
れ得る。
【００３９】本発明による太陽電池セルの製造方法にお
いては、従来は基板の背面と側面上に形成されたｎ型層
を除去するために用いられたレジスト印刷工程，エッチ
ング工程，レジスト除去工程などを必要としないので、
簡略な工程で太陽電池セルを低コストで提供することが
できる。
【００４０】
【実施例】図１と図２は、それぞれ本発明の一実施例に
よる太陽電池セルの受光面と背面とを示している。図１
の太陽電池セル１０Ａの受光面は、図１９の先行技術に
よる太陽電池セル１０の受光面と同じ構造を有してい
る。しかし、図２に示された太陽電池セル１０Ａは背面
の周縁部にｎ型半導体層２Ｃが形成されている点におい
て図２０に示された太陽電池セル１０と異なっている。
【００４１】図３と図４は、図１と図２に示された太陽
電池セルの製造工程を図解している。図３（Ａ）に示さ
れた工程は図２１（Ａ）に示された先行技術における工
程と同一であるので、その工程の説明は省略される。
【００４２】図３（Ｂ）において、半導体基板１の上面
上にスピンコータによってドーパント剤の層２０が塗布
される。このドーパント剤として、たとえば８０ｍｌの
テトライソプロピルチタネート，２０００ｍｌのイソプ
ロピルアルコールおよび４５ｇの五酸化リンを含む溶液
を用いることができる。基板１の上面に所望の不純物濃
度（通常は１０19〜１０20ｃｍ-3）を有するｎ層を形成
するために、拡散条件に依存して五酸化リンの量は２０
ｇ〜７０ｇの範囲内で増減させられる。
【００４３】このようなドーパント剤２０は、図５に示
されているようなスピンコーティング法によって半導体
基板１上に塗布することができる。半導体基板１は、ス
ピンチャック２１の回転軸に沿った管を介して吸引され
る。スピンチャック２１に保持された基板１は約５００
０ｒｐｍで回転させられ、ノズル２２を介してドーパン
ト溶液２０が基板１上に滴下される。基板１上に滴下さ
れたドーパント液２０は、遠心力によって半導体基板１
の上表面全体に広がる。
【００４４】このようにしてドーパント剤２０が塗布さ
れた図３（Ｂ）の半導体基板の複数枚が図７に示されて
いるような石英ボート３０上にセットされる。このと
き、複数枚の半導体基板１は、ドーパント剤が塗布され
た主面が同一方向を向くようにセットされる。また、基
板１の間隔は２．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲内で調節さ
れる。石英ボート３０は、石英チューブ３１内に挿入さ
れる。石英チューブ３１内には、０．５％〜１０％の範
囲内のＯ2 ガスを含むＮ2 ガスが供給され、より好まし
いＯ2 ガスの濃度範囲は１％〜５％である。このような
状況の下において、複数の半導体基板１がたとえば９０
０℃において４５分間熱処理される。
【００４５】図３（Ｃ）は、図７に示された熱処理の結
果を示している。半導体基板１の上面には約０．４μｍ
の厚さのｎ+ 層２ａと約７０〜８０ｎｍの厚さを有する
ＴｉＯ2 の反射防止膜３が同時に形成されている。この
とき、ドーパント剤２０からのアウトディヒュージョン
に基づくオートドーピングによって、基板１の側面と底
面にもｎ型層２ｂと２ｃが形成されている。これらのオ
ートドーピングによって形成されたｎ層２ｂと２ｃは、
ドーパント剤２０からの直接拡散によって形成されたｎ
+ 層２ａより低い不純物濃度を有している。さらに、ｎ
層２ｂと２ｃの表面には２０Å〜１００Åの極めて薄い
酸化膜１ａ（図において酸化膜の厚さは示されていな
い）が形成され、この酸化膜はそのままパッシベーショ
ン膜として利用することができる。
【００４６】図４（Ｄ）において、基板１の背面に、銀
を含むペースト５とアルミを含むペースト６が所定のパ
ターンで印刷される。アルミを含むペースト層６の周縁
は、基板１の周縁から１ｍｍ〜４ｍｍだけ後退させられ
ている。印刷されたペーストは乾燥された後に７００℃
〜７５０℃の温度で焼成され、約５０μｍの厚さの背面
アルミ電極６と約２０μｍの厚さの背面銀電極５が形成
される。このとき、アルミ電極６下には約５μｍ厚さの
ｐ+ 層７が形成される。このｐ+ 層７は、太陽電池セル
のＢＳＦ効果を生じさせる。
【００４７】図４（Ｅ）において、銀を含むペースト８
が図１のパターン８ａと同一のパターンで印刷される。
ペーストパターン８の周縁は基板１の周縁から１ｍｍ〜
３ｍｍだけ後退させられている。このペーストパターン
８が６５０℃〜７５０℃の温度で焼成され、前面銀電極
８が形成される。このとき、銀を含むペーストはガラス
フリットをも含んでおり、銀電極８は反射防止膜３を貫
通してｎ+ 層２ａとオーミック接触する。
【００４８】図４（Ｆ）において、半導体基板１は約１
９０℃の半田槽内に浸漬され、銀電極５と８が約２０μ
ｍの厚さの半田層５ａと８ａによってそれぞれ被覆さ
れ、図１と図２に示された太陽電池セルが完成する。図
４（Ｆ）に示された断面構造は図２中の線４Ｆ−４Ｆに
沿った断面に対応している。
【００４９】図８は、図４（Ｆ）の太陽電池セルにおけ
る最大出力と背面のｎ層２ｃのシート抵抗との関係を示
すグラフである。横軸は太陽電池セルの最大出力（Ｗ）
を表わし、縦軸は背面上のｎ層２ｃのシート抵抗（Ω／
□）を表わしている。図８から、ｎ層２ｃのシート抵抗
が７０Ω／□より高くなれば、太陽電池セルが安定した
高い最大出力を示すことがわかる。しかし、ｎ層２ｃの
シート抵抗があまり大きくなれば、太陽電池セルが大き
な並列抵抗を有することになり、本発明の目的が達成さ
れなくなる。したがって、ｎ層２ｃのシート抵抗は７０
〜３００Ω／□の範囲内であることが好ましい。太陽電
池セルに逆バイアス電圧が印加されたときの電流をさら
に流しやすくするためには、ｎ層２ｃのシート抵抗は、
７０〜２００Ω／□の範囲内にあることがさらに好まし
い。
【００５０】基板の背面のｎ層２ｃのシート抵抗は、図
３（Ｃ）と図７に示された拡散工程における酸素分圧や
基板間隔などの拡散条件を調節することによって制御さ
れ得る。
【００５１】図２１および図２２に示された工程と比較
すればわかるように、図３および図４に示された実施例
においては、図３（Ｃ）に示されているようにｎ型層２
ａ，２ｂおよび２ｃの形成とともに反射防止膜３が同時
に形成されるので、図２１（Ｃ）に示されているような
個別の反射防止膜形成工程を必要とせず、また図２１
（Ｄ）に示されているようなレジスト印刷工程およびエ
ッチング工程を必要とせず、さらに図２２（Ｅ）に示さ
れているようなレジスト除去工程を必要としない。すな
わち、図３および図４の実施例に示された工程は図２３
および図２４に示された先行技術による工程に比べて著
しく簡略化されており、低コストで太陽電池セルを製造
し得ることが理解されよう。
【００５２】図９と図１０において、本発明のもう１つ
の実施例による太陽電池セルの製造工程が図解されてい
る。図９（Ａ）において、図３（Ａ）の場合と同様にｐ
型シリコン基板１が用意される。
【００５３】図９（Ｂ）において、基板１の上面上にド
ーパント剤の層２０が塗布され、底面の周縁部に不完全
なマスク層２３が塗布される。ドーパント剤２０は、図
６に示されているように、図３（Ｂ）の工程と同様にス
ピンコータを用いて塗布され得る。しかし、図９（Ｂ）
においては、図６から理解されるように、ノズル２４か
らマスク材２３が基板１の背面の周縁部に塗布される。
【００５４】マスク材２３としては、たとえば、１００
ｍｌの珪酸エチル，５０ｍｌの酢酸および５００ｍｌの
エチルアルコールを含む溶液を用いることができる。マ
スク層２３が完全なマスクとして働くことを防止し、少
しのｎ型ドーパントの拡散を許すことを確実にするため
に、マスク材２３は１ｇ〜１０ｇの五酸化リンを含んで
もよい。また、マスク材２３は、珪酸エチルのような珪
酸アルキルの代わりにチタン酸アルキルを含んでもよ
い。
【００５５】図９（Ｃ）において、ドーパント剤の層２
０とマスク層２３が塗布された基板１は、たとえば９０
０℃において４５分間熱処理される。その結果、基板１
の上面上には高い不純物濃度のｎ型層２ａと反射防止膜
３が形成される。基板１の側面と底面には、上面のｎ型
層２ａより不純物濃度が低いｎ型層２ｂと２ｃがそれぞ
れ形成される。マスク層２３下には、底面のｎ型層２ｃ
に比べて厚さと不純物濃度が減少させられたｎ型層２ｄ
が形成される。
【００５６】図１０（Ｄ）から（Ｆ）に示された工程
は、図４（Ｄ）から（Ｆ）に示されたものと同様である
ので、それらの説明は省略される。
【００５７】図９と図１０に示されているような太陽電
池セルの製造方法は、ＰＯＣｌ3 ガスを用いる気相拡散
法に応用することができる。その場合、基板１にはドー
パント剤の層２０の塗布が省略され、マスク層２３が付
与された後にＰＯＣｌ3 ガスを用いた気相拡散が行なわ
れる。
【００５８】また、図９と図１０の実施例において、マ
スク層２３が除去されない例が述べられたが、マスク層
２３は薄いフッ酸を用いて除去してもよいことは言うま
でもない。さらに、マスク溶液２３は、以下に述べるよ
うな主溶液とチタンまたは珪素を含む溶液とを混合する
ことによって得られ、望まれる場合には副溶液をさらに
混合してもよい。
【００５９】主溶液としては、イソプロピルアルコー
ル，エチルアルコール，メチルアルコール，ブチルアル
コールのようなアルコール類やメチルエチルケトンなど
のケトン類を用いることができる。
【００６０】チタンを含む溶液としては、テトライソプ
ロピルチタネート，テトラｎブチルチタネート，塩化チ
タン溶液などを用いることができ、さらに、チタン，硼
化チタン，炭化チタン，二酸化チタンなどの粉末を酸，
アルカリ，アルコール，エステルなどに混入した溶液を
用いることもできる。
【００６１】珪素を含む溶液としては、珪酸エチル，珪
酸メチル，珪酸イソプロピルを用いることができ、さら
に、シリコンのハロゲン化物を含む溶液をも用いること
ができる。
【００６２】副溶液としては、蟻酸，酢酸，シュウ酸，
安息香酸などのカルボン酸を用いることができる。
【００６３】ドーパント剤２０としては、上述の主溶液
とチタンを含む溶液の混合液に五酸化リンまたはオキシ
塩化リンなどのリンソースを適量添加したものを用いる
ことができる。たとえば、チタンを含む溶液中のＴｉＯ
2 の１ｍｏｌ当りに１．０４〜３．６３グラム原子のリ
ンを添加し、主溶液としてのアルコール類はドーパント
剤の層２０が所望の厚さ（たとえば７０〜８０ｎｍ）に
なるようにスピンコータの回転数に応じて混合比率が決
定される。リンのより好ましい混合比率は、ＴｉＯ2 の
１ｍｏｌ当りに２．２〜２．５グラム原子である。その
理由は、リン濃度が低い場合には前面銀電極８が反射防
止膜３を貫通しにくくなるからであり、逆にリン濃度が
高い場合にはアウトデヒュージョンが顕著になって基板
の側面や背面に形成されるｎ層の不純物濃度の制御が困
難となるからである。より具体的な好ましいドーパント
溶液の一例として、８０ｍｌのテトライソプロピルチタ
ネート（２８％ＴｉＯ2 に相当），２０００ｍｌのイソ
プロピルアルコールおよび４５ｇの五酸化リンの混合溶
液を用いることができる。
【００６４】図１１は、本発明による太陽電池セルの等
価回路図を示している。太陽電池セル１１Ａは並列抵抗
と直列抵抗のみならず並列ダイオード１１Ｂを有してい
る。太陽電池セル１１Ａは、ｐ型基板１とｎ+ 層２ａに
よって構成される。並列ダイオード１１Ｂは、図４
（Ｆ）の実施例においてはｐ+ 層７とｎ層２ｃによって
構成され、図１０（Ｆ）の実施例においてはｐ+ 層７と
ｎ層２ｄとによって構成される。このような太陽電池セ
ルにおいては、光が照射されているときには並列ダイオ
ード１１Ｂも微小な太陽電池セルとして働く。しかし、
太陽電池セルに影が形成されてノード１１Ｃと１１Ｄと
の間に逆バイアス電圧が印加されるとき、並列ダイオー
ド１１Ｂは劣った逆方向特性を有しているので、ノード
１１Ｄからノード１１Ｃへかなり大きな漏れ電流を通す
ことができる。すなわち、図１１に示されているような
太陽電池セルは、その上に影が形成されているときに非
常に小さな並列抵抗を有することに相当する。
【００６５】図１２は、図１１に示されているような太
陽電池セルのＩ−Ｖ特性を定性的に示している。曲線１
２Ａは影が形成されていないときの太陽電池セルのＩ−
Ｖ特性を表わし、曲線１２Ｂは完全に影に覆われている
太陽電池セルのＩ−Ｖ特性を表わしている。曲線１２Ｂ
と図２４における曲線２４Ｂとの比較から、図１１の太
陽電池セルは図２５の太陽電池セルに比べて、逆バイア
ス電圧が印加されたときにはるかに大きな電流を流し得
ることが理解されよう。
【００６６】図１３は本発明に従って得られた太陽電池
セルにおいて実測されたＩ−Ｖ特性の一例を示してい
る。本発明による太陽電池セルはかなり低い並列抵抗を
有していることに相当するが、非常に高い並列抵抗を有
する太陽電池セルと同等の光電変換効率を有しているこ
とがこのグラフによって確かめられる。
【００６７】図１４は、図１３に示された曲線を分解し
得られる２つのＩ−Ｖ特性を示すグラフである。すなわ
ち、曲線１４Ａは図１１における太陽電池セル１１Ａの
Ｉ−Ｖ特性を示し、曲線１４Ｂは並列ダイオード１１Ｂ
のＩ−Ｖ特性を示している。すなわち、図１３のＩ−Ｖ
特性は、図１１の太陽電池セル１１ＡのＩ−Ｖ特性と並
列ダイオード１１ＢのＩ−Ｖ特性の合成した結果として
得られるものであると考えられる。
【００６８】図１５は、本発明による太陽電池セルを３
６枚含む太陽電池モジュールにおいて１枚の太陽電池セ
ルに影が形成されたときのＩ−Ｖ特性を表わしている。
この太陽電池セルでは、並列ダイオードを含めた並列抵
抗が約１００Ω／ｃｍ2 である。グラフ中に示された％
の数値は、１枚の太陽電池セルの受光面に対する影の面
積の割合を表わしている。この図からわかるように、１
枚の太陽電池セルが完全に影で覆われたとしても、太陽
電池モジュールの出力は約３０％減少するだけである。
図１５と図２６の比較から、本発明による太陽電池セル
を用いた太陽電池モジュールは、従来の太陽電池モジュ
ールに比べて、影が形成されたときの出力低下が著しく
低減されていることが理解されよう。
【００６９】このような現象は、図１６と図１７を比較
することによって、より容易に理解されよう。図１６
は、高い並列抵抗を有する太陽電池セルを用いた太陽電
池モジュールにおけるＩ−Ｖ特性を表わしている。図１
６（Ａ）における曲線１６Ｂは、完全に影に覆われた１
つの太陽電池セルのＩ−Ｖ特性を表わしている。曲線１
６Ａは、ｎ枚の直列接続された太陽電池セルのＩ−Ｖ特
性を表わしている。ＶAは、曲線１６Ａの電圧を表わ
し、ＶB は曲線１６Ｂの電圧を表わしている。図１６
（Ｂ）における曲線１６Ｃは、曲線１６Ａと曲線１６Ｂ
を合成したＩ−Ｖ特性を表わしている。すなわち、影が
形成されている太陽電池セルが大きな並列抵抗を有して
いるので、（ｎ＋１）枚の直列に接続された太陽電池セ
ルは出力電流が大幅に低減されることがわかる。
【００７０】図１７は、本発明による太陽電池セルを用
いた太陽電池モジュールにおけるＩ−Ｖ特性を表わして
いる。図１７（Ａ）において、曲線１７Ａは図１６
（Ａ）における曲線１６と同様であり、ｎ枚の直列接続
された太陽電池セルのＩ−Ｖ特性を表わしている。しか
し、曲線１７Ｂは、かなり小さな並列抵抗（１００Ω／
ｃｍ2 ）を有する１枚の太陽電池セル全体が影で覆われ
たときのＩ−Ｖ特性を表わしている。すなわち、この太
陽電池セルは小さな並列抵抗を有しているので、逆バイ
アス電圧が印加されたときにはその電圧に基づく電流を
容易に流すことができる。図１７（Ｂ）における曲線１
７Ｃは、曲線１７Ａと１７Ｂを合成して得られる（ｎ＋
１）枚の直列接続された太陽電池セルを含む太陽電池モ
ジュールのＩ−Ｖ特性を表わしている。図１７（Ｂ）と
図１６（Ｂ）の比較から、太陽電池セルが小さな並列抵
抗を有しているときには、１枚の太陽電池セルに影が形
成されても太陽電池モジュール全体の出力の低下が著し
く低減されることが理解されよう。
【００７１】図３０中におけるライン３０Ｂは、本発明
による太陽電池セルが３６枚接続された太陽電池モジュ
ール中の１つの太陽電池セルの影の面積とセルの温度上
昇との関係を表わしている。このグラフからわかるよう
に、本発明による太陽電池セルを３６枚含む太陽電池モ
ジュールにおいては、１枚の太陽電池セルが完全に影に
よって覆われても、その太陽電池セルの温度上昇は他の
セルに比べて１１℃上昇するだけである。これは影の形
成されている太陽電池セルの並列抵抗が小さいので、逆
バイアス電圧による電流が容易に流れ得るからである。
【００７２】なお、図２に示されているような本発明に
よる太陽電池セルにおいて、並列抵抗をさらに低下させ
るために望まれる場合には、アルミ電極パターン６の周
縁部を図１８に示されているように波形に形成すること
によって、図４（Ｆ）に示されているｎ層２Ｃとｐ+ 層
７との間の接触界面を増大させてもよい。
【００７３】さらに、アルミを含むペースト６は、数％
のアルミを含む銀ペーストであってもよい。
【００７４】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
太陽電池セルと同等の光電変換効率を有しかつ太陽電池
モジュールにおいて用いられたときに影の悪影響を著し
く低減することができる太陽電池セルを提供することが
できる。すなわち、本発明による太陽電池セルを用いた
太陽電池モジュールにおいては、局所的に影が形成され
たときの出力の低下を著しく低減させることができる。
また、太陽電池モジュールのうちの影の形成された太陽
電池セルの異常発熱を防止することができ、太陽電池セ
ルの短絡破壊や火災などの事故を防止することができ
る。
【００７５】さらにまた、本発明によれば、太陽電池モ
ジュールにおいて用いられたときにこれらの優れた効果
を発揮し得る太陽電池モジュールを、簡易なプロセスに
よって低コストで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太陽電池セルの上面図
である。
【図２】図１の太陽電池セルの背面図である。
【図３】図１と図２に示された太陽電池セルの製造工程
を示す断面図である。
【図４】図３に続く製造工程を示す断面図である。
【図５】スピンコート法の一例を示す立面図である。
【図６】スピンコート法のもう１つの例を示す立面図で
ある。
【図７】石英ボート上に配列された複数のシリコン基板
を示す断面図である。
【図８】図２に示された太陽電池セルの最大出力とｎ層
２ｃのシート抵抗との関係を示すグラフである。
【図９】本発明のもう１つの実施例による太陽電池セル
の製造工程を示す断面図である。
【図１０】図９に続く製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明による太陽電池セルの等価回路図であ
る。
【図１２】図１１の太陽電池セルにおけるＩ−Ｖ特性を
示すグラフである。
【図１３】本発明によって得られた太陽電池セルの実測
されたＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図１４】図１３におけるＩ−Ｖ特性を、太陽電池セル
の主要部のＩ−Ｖ特性と並列ダイオードのＩ−Ｖ特性と
に分解して示したグラフである。
【図１５】本発明による太陽電池セルが３６枚直列接続
された太陽電池モジュールにおけるＩ−Ｖ特性を示すグ
ラフである。
【図１６】大きな並列抵抗を有する太陽電池セルによっ
て構成された太陽電池モジュールにおけるＩ−Ｖ特性を
説明するためのグラフである。
【図１７】小さな並列抵抗を有する太陽電池セルによっ
て構成された太陽電池モジュールにおけるＩ−Ｖ特性を
説明するためのグラフである。
【図１８】本発明のさらにもう１つの実施例による太陽
電池セルの底面図である。
【図１９】先行技術による太陽電池セルの上面図であ
る。
【図２０】図１９の太陽電池セルの底面図である。
【図２１】図１９と図２０に示された太陽電池セルの製
造工程を示す断面図である。
【図２２】図２１に続く製造工程を示す断面図である。
【図２３】３６枚の太陽電池セルが接続された太陽電池
モジュールを示す図である。
【図２４】大きな並列抵抗を有する太陽電池セルにおけ
るＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図２５】従来の太陽電池セルの等価回路図である。
【図２６】従来の太陽電池セルによって構成された太陽
電池モジュールにおけるＩ−Ｖ特性を示すグラフであ
る。
【図２７】大きな並列抵抗を有する太陽電池セルによっ
て構成された太陽電池モジュールにおいて、影が形成さ
れた１枚の太陽電池セルにおける消費電力を示すグラフ
である。
【図２８】小さな並列抵抗を有する太陽電池セルによっ
て構成された太陽電池モジュールにおいて、影が形成さ
れた１枚の太陽電池セルにおける消費電力を示すグラフ
である。
【図２９】太陽電池モジュールにおいて、影が形成され
た太陽電池モジュールが消費する電力と影の面積の割合
との関係を示す図である。
【図３０】太陽電池モジュールにおいて影の形成された
１枚の太陽電池セルの上昇温度と影の面積との関係を示
すグラフである。
【図３１】バイパスダイオードを備えた従来の太陽電池
モジュールを示す図である。
【符号の説明】
１ ｐ型半導体基板 ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ ｎ型層 ３ 反射防止膜 ５ 背面銀電極 ６ 背面アルミ電極 ７ ｐ+ 層 ８ 前面銀電極 ５ａ，８ａ 半田層 ２０ ドーパント剤の層 ２１ スピンチャック ２２ ノズル ２３ マスク材 ２４ ノズル ３０ 石英ボート ３１ 石英チューブ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の主面と第２の主面とそれら両主面
    間の側面とを有するｐ型半導体基板と、 前記第１主面上に形成された第１のｎ型層と、 前記第２主面上に形成されていて前記基板より高い不純
    物濃度を有するｐ型層と、 前記第１のｎ型層と前記ｐ型層とを接続するように少な
    くとも前記側面上に形成された第２のｎ型層とを含み、
    前記第２のｎ型層は少なくとも前記ｐ型層と接触する近
    傍において前記第１のｎ型層より低い不純物濃度を有し
    ていることを特徴とする太陽電池セル。
  2. 【請求項２】 前記第２のｎ型層は、少なくとも前記ｐ
    型層と接触する近傍において７０〜３００Ω／□の範囲
    内にあるシート抵抗を有していることを特徴とする請求
    項１に記載の太陽電池セル。
  3. 【請求項３】 前記第２のｎ型層は、前記側面上のみな
    らず前記第２主面の周縁部にも延びている請求項１また
    は２に記載の太陽電池セル。
  4. 【請求項４】 前記第２のｎ型層と前記ｐ型層とは前記
    第２主面上で接合し、その接合面は接合面積を大きくす
    るために波形に形成されていることを特徴とする請求項
    １ないし３のいずれかの項に記載された太陽電池セル。
  5. 【請求項５】 第１の主面と第２の主面とそれら両主面
    間の側面とを有するｐ型半導体基板を用意し、 前記第１主面上にｎ型のドーパント剤を塗布し、 前記ドーパント剤の塗布された前記基板に第１の熱処理
    をすることによって、前記第１主面上のｎ+ 型層と前記
    側面上および前記第２主面上のｎ型層とを形成し、 前記第２主面上にアルミを含むペースト層を塗布し、 前記アルミを含むペースト層を塗布された前記基板に第
    ２の熱処理をすることによって、前記第２主面上にｐ+
    型層を形成するとともに電極を形成するステップを含む
    ことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
  6. 【請求項６】 前記第１主面上にｎ型のドーパント剤を
    塗布する際に前記第２主面の周縁部に不完全なマスク層
    も塗布し、前記第１熱処理によって形成される前記第２
    のｎ型層は前記マスク層下において厚さと不純物濃度が
    減少させられることを特徴とする請求項５に記載の太陽
    電池セルの製造方法。
  7. 【請求項７】 前記ドーパント剤はＴｉＯ2 の１ｍｏｌ
    当りに１．０４〜３．６３グラム原子の範囲内のリンを
    含む溶液であり、前記第１熱処理において前記第１主面
    上に前記ｎ+ 型層とともにＴｉＯ2 の反射防止膜が形成
    されることを特徴とする請求項５または６に記載の太陽
    電池セルの製造方法。
  8. 【請求項８】 前記第１熱処理の間に所定分圧の酸素を
    導入し、前記基板の表面に酸化物のパッシベーション膜
    を形成することを特徴とする請求項５ないし７のいずれ
    かの項に記載された太陽電池セルの製造方法。
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