JPS59150482A - 太陽電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は太陽電池の構造に関し、特に、光入射側の集電
電極からの集電リードなｌ？！：板に設けた貫通孔を通
じて基板の裏側に引出すようにしたことにより光の入射
割合を増加させると共に直列抵抗を低下させて光重、変
換効悴を良好（ニした太陽電池〔発明の技術的背景〕 従来、太陽光を光電変換する目的には、シリコン単結晶
等を素材とする第１図に示すような形状の太陽電池が実
用化されている。例えは厚さ０，３〜０．４闘のＰ型シ
リコン単結晶基＆（１１の表面０．２〜０．６μｍの深
さに熱拡散等の方法によりｎ＋拡散Ｍ（２）が設けられ
ｐｎ接合を形成し℃おり、前記ｎ十拡散層に光があたる
ように格子状〜：極（３１、裏面のｐ型シリコン単結晶
りエハー全面に渡り裏面電極（４）が形成されている。

以上の例ではｐ９シリコンの上にｎ土層が設けられてい
るがｎ型のシリコンの上にｐ＋層を設けた構造でも同等
の特性が得られる。この構成の太陽電池に於ては、最近
、短波長の光に対する感度を良くし効率間上する目的か
ら拡散層を浅くする方向にあるが、拡散層が浅いと拡散
層の横方向への電気抵抗が晶くなり直列抵抗の効果が入
って変換効率を低下させてしまう、。

この改善の為に表面の格子状電極をフォトエツチングに
より微細加工することが行われている。まに表面で光の
一部が反射され、その割合はシリコンの屈折率をｎとす
ると（ｎ　−１）２／（ｎ＋１　）２となりｎ　＝　３
．７とおくとおおよそ０．３となる。この為にシリコン
の表面を電気とシリコンとの中間の屈折率をもつ一酸化
シリコン、二酸化シリコン、弗化マグネシクム、酸化ア
ルミニウム、酸化セリウム、酸化スズ、五酸化タンタル
、二酸化チタン等の透明な反射防止膜でおおうと、この
損失は半分以下におさえられる為、広く反射防止膜（５
）が月Ｊいられている。。

また従来、非晶質シリコンを用いた太陽電池とし℃は第
２図のような構造が一般的である。（１１）はガラス等
の透光性絶縁基板、ａ々は基板上に形成された透光性を
有する酸化インジウム、酸化スズ等よりなる受光面′小
イ・ｗ、０３）は各受光面電極上に形成された非晶ｄシ
リコン層、（１４Ｊは非晶質シリコン層上に）１シ成さ
れたアルミニウム、モリブデン等の裏面電極である。非
品柄シリコン層α３）は受光面電極側から順次積層され
たｐ型層、真性層、ｎ型層若しくはその逆にｎ型層、真
性層、ｐ型層と梢Ｊ脅した３層構造からなり、各層はシ
ランなどのシリコン化合物ガスやｐ型、ｎ型各不純物ガ
スを含む雰囲気中でのグロー放′市により形成される。

〔背景技術の問題点〕

太陽電池の変換効率を向上する為には光の吸収により電
子・正孔対が形成され内部電場により両極にひかれるい
わゆる半導体の活性層以外に電極部、とりわけ電極の直
列抵抗の大小がｌ；：１題となる。

結晶性の基板を用いた太陽電池では通常棉電件の良い金
属を小極にする為に、電極を格子状にして光の入射部分
を多くとるようにしている。弗、極面積を大きくするこ
とは直列抵抗を下げることに有効であるが、ある程度以
上になると入射光損失が多きくなる。この為電極′の幅
、長さ等形状の最増化に努力が払われてきた。その最も
進んだ段階のものが巾数十μの電極の集合体よりなる微
細電極構造であるが、こうしたものでも最終的に電流を
集める部分は例えば第３図や第４図のように集電電極（
３２１，（３階、　（４２）　、　（４３に入るエネル
ギーを太陽電池セル印＋　、　ＫＯ＋から外部に引き出
す集電リード（３１）　、　（４１１を設けることが必
要となり、集電９−　Ｆでさえきられる光の入射損失は
従来避は畑いものであった。

他方、非晶質を用いた太陽７セ、池では表面電極としく
透光性のものが用いられてきた。則常、この電極は７５
〜９５％の光透過率を有する為、入射損失は計容できる
場合が多がった。しかしながら、酸化インジウム、酸化
スズ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化力ドミニク
ムスズ等では抵抗が十分低く出きす、また白金等ｆ１ｇ
属を”４Ｊ７　＜形成しても十分な但抵抗の電極が得ら
れながった。この為第１の解決方法として、透明電極上
、光の入射側に更に部分的に金１萬東申リートを設ける
案があるが、これは前記結晶性基板同様、光の既蔽が起
こり良い改善効果が得られなかった。第２に第５図のν
１ｊ＜、ひとつの絶縁性基板（５１）上に復数１１Ｍの
太陽電池ユニッ）　（５２）　（受光面電極、非晶１１
シリコン層、裏面電極からなる）を設は各ユニットを直
列ＩＶｌ係に接続することにより出カ箪圧を大きくとり
、電流と内部抵抗の成分で与えられる電力損失を小さく
−ｉ−る工夫が特許公開公報昭５６−１３０９７７号公
報中に開示されている。しかしながら、この方法も又、
第１の方法程ではないにしろ、ユニット間の電極上なり
部分が存在し、ここで光の損失が起こり、また、大きな
電流をとる場合には不向きな欠点があった３゜ 〔発明の目的〕 本発明はり上の点に礁みｈされたもので集電リードによ
る入射光量ａスをなくすことにより、高効率を得るよう
にした改良された太四゛市池を提供することを目的とす
る。

〔発明の概要〕 本発明は接合を有する半導体裁板と、この基板の光の入
射側ｉｎｉに形成された第１の電極と、ｉｉ１記基板基
板の入射側面とは反対の面にｆｌ成された第２の電極と
、ｌ１ｉＪ記第１のＸ、Ｍ極の少なくとも一部に接続さ
れ電気エネルギーを引き出す集′改リードとを自し、前
記集゛巾リードはｎｉＪ記病不反に設けら、ｌＬる貫通
穴を通じて前記基板の入射側面とは反対の而に引出され
ることを特徴とする太陽７６池である。

このような本発明の太陽電池によれは、従来結晶型太陽
電池で入射エネルギーを詠少させていた集電！Ｊ−Ｆの
多くの部分が有効となり、高効率、高性能の太陽電油が
得られ、また、非晶ｍ型太陽電池では、最近、大面積の
基板に均一に膜を形成することができるようになってき
たにもかかわらず使用している透明面２極の抵抗に限界
がある為）二電池そのものの大面積化ができなく実用化
に支障をきたしていた事に対するｌ’ｊ’！’決策を提
供するものとして太陽電、池の大型化、高効率１ヒ、（
１３コスト化が約束されるものである。

尚本発明において、「半導体基板」とは発明の主旨から
し″ｃ非晶質シリコン層」　［多結晶シリコン薄膜層Ｊ
［ＧａＡｓエピタキシャル層１なども含むことを明記し
ておく。

本発明に於てはチョクラルスキー法によりμツ遺された
単結晶シリコン、フローティングゾーン法により製造さ
れた単結晶シリコン、キャピラリ法により製造されたシ
リコンリボン結晶、キャスティング法により製造された
多結晶シリコン等結晶性基板や非晶質シリコン層等を用
いる場合、その基板に貫通孔を設ける′必要がある。太
陽電／Ｉｉ２製造プロセスのどの段階に於て貫荊孔を設
けるかは規定しないが、ｔＡ孔の内壁に絶ａ、ψｆｌ’
６を設ける必要のα３ることから、全工程の最初、つま
り伺料りエハーの段階で孔をあけるか、ウニ／％　　！
４４反；二拡散処理を行い、接合を形成した段階で孔を
あける刀１、裏１！ｉｌ　ｆδ極を形成した後に穴をあ
ける方法が好ましい。

第ｌへの全工程の最初にｉｔ油通孔設ける場合（−は、
ワエハーの１１Ｇ当な位置に、レーザー光、超音波トリ
ル、放′毫加工、微粒子噴射法嚇により、所望の大きさ
の穴をまずあけ、表面層をエツチングした後に接合形成
、表・裏電極形成、反射防止ｌＩ≠形成、及び貫連孔内
壁と裏面電極上に絶縁層を形成し７Ｓ：後に目通孔を通
して婁′；Ｍ　９−ドを表電極に結線すれはよい。

第２の接合形成後に穴をあける場合には、まず基板に接
合を形成する。これは例えばｐ型のシリコンワエハーを
基板に用いた場合（−はＰＯＣｅｓの熱拡散、ｐ４−の
イオン注入、ＰＳＧ膜からのメ」ｒの拡散等により表面
層を□十層し、必要に応じ”を畳面側にはＡＡＩの合金
化、Ｂの拡散、イオン注入等の方法により１層を形成す
ることにより達成できる。次に貫通孔の形成を行い、し
かる後に表・表向電極、絶縁層等を順次形成すれはよい
。第３の方法では通常従来使用されてきた方法と同様に
太陽′〜池を形成し、（たたし、集電リード部は形成し
ない）その後に穴をあけ、貫］…孔内部と、裏面電極上
に絶縁層を形成する。絶縁層はシリコーン等エンキャッ
プ材の中布、絶縁性ペーストの中布、蒸着やスパッタリ
ング法による絶縁薄膜の形成、絶縁体フィルムやチュー
ブ類を庄看することにより形成できる。そのあとに表側
の電極から１ｌｌｌ線や印刷法、蒸着法による電極パタ
ーンにより集電リードを形成して裏側の東電体に結線す
れは良い。裏側集電体には印刷法、＃、看法、めつさ法
による金属薄１模や金属板を使用し、結線は超音波や通
電加熱、半田によるボンディングにより行うことができ
る。

次にグロー放電やスパッタリング法等により形成された
非晶１ｆｆや微結晶のシリコン、薄膜型の化介物半導体
等文持基板の上に半部体層を力？成するようなタイプの
太陽電池では、通′結、前記支持基体上に表向電極、半
躊体層、裏面両極を形成した後にエツチング法で穴をあ
けるのが一般的である。

もちろん、電極や、半部体層を形成する際に穴の部分を
設けて作ってもよいし、穴をあける方法として、前記、
結晶基板のプロセスで述べた椋なレーザー等の方法を用
いることもｎ」能である。

〔発明の実施例〕

以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例−１ 第６因は、方位（ｉｏｏ）、厚さ３００μ、比抵抗１Ω
儂のＣＺ法により製造された４インチ径ｐやシリコン単
結晶クエハー基板（６１）を用いて形成した太陽電池の
工程断面図である。まず、基板を洗浄後、拡散炉中で￥
累及び酸系の混合キャリアガスにより、ＰＯＣらをソー
スとしてリンを堆！ｃ’＋する。このときの炉温度は８
７５’Ｃとし２０分間堆積を行うと０．２μの接合深さ
にｎ土層が形成される。次にノズルからアルミナの微粉
を吹き出してシリコンクエバーを削るコンタリングマシ
ンにより母連孔（６３）をあける。このとき周囲への損
傷ヲ防ぐ為に予めワエハーの表面にエレクトロンワック
ス（６２）を塗布し℃おく。所望の大きさの貫通孔（６
３）をあけた後、ワックスの被覆されていない裏面の拡
散層と貫通孔内壁に生じた破砕層を、沸酸水溶液及び沸
酸、硝酸、リン酸より成る混酸にてエツチング除去する
。エレクトロンワックスをトリクレンボイルにより除去
する。続いて、裏面ｐ＋層（６４）ン形成する。まずア
ルミペースト（商品名：エンゲルハートＡ−３４８４）
の印刷それにつづいての８５０℃１０秒間の焼成により
合金化してｐ＋層と成す。余分のペーストな弗酸による
エツチングで除去後、表・裏画面に真空蒸着法により市
、極を形成する。裏面の第２の゛電極（６５）はチタン
、パラジクム、銀を各々、５ｏｏｎ。

２００Ｘ、５μ形成することにより得られる３、又、表
側の第１の？Ｖ極（６６）はよく知られたフォトエツチ
ングの技術により、チタン、パラジワム、銀を各々蒸着
後、レジスト塗布、光露光、エツチングの工程をくり返
して３層の微細パターン状（−形成する。表電極はチタ
ン５００Ｘ、パラジクム２００ＪＬ、銀２５μの厚さで
構成する。続いて反射防止膜（６７）を形成する。蒸着
法による酸化チタン膜、五酸化タンタル膜、プラズマＣ
ＶＤ法による窒化シリコン膜等を用いて形成する。次に
貫通孔内壁及び、裏面電極上に絶縁膜（６８）を形成す
る。反射防止膜がその形成時に圓通孔内壁に付着するの
でそれを利用し゛ても良いがここでは確実に被膜ができ
る方法としてスピンコーティングを用いる。種々の材料
が利用できるが、本実施例ではケイ素化合物（ＦＬｎｔ
ｉ　（ＯＨ）、−ｎ層およびガラス質形成剤、有機バイ
ンダーを有機溶剤に溶解したもの（市販品、東京応化製
０ＣＤ）を用いた。シリコン基板の裏面上（二塗布液を
滴化し回転させると裏電極上に均一な塗布被膜が形成さ
れると共に貫通孔壁にも液がまわり込んで被膜が形成さ
れる。その後５００℃で３０分間ベーキングして固化さ
せると均一な絶縁膜（６８）ができた。次に裏面の絶縁
膜上に第３の電極（６９）を形成する。心電８体であれ
は良い訳であるが、本実施例では銀を蒸着法により１０
μ形成して第３の電＆ｉ　（６９）を形成した。次に、
銅の細線に半田コーティングしたも、のを準備し、貫通
孔を通して表電、極（第一の電極）と第二の電極とに接
着し、集！、！Ｊ−）’（７０）と成す。以上で本発明
の太＃Ｊ電池ができるが、これを上側からみると＠７図
のようになる。巣箱リードが入射側にあった従来のもの
が第３図の如くであるので、集電リードにより陰になる
部分が敵って太陽電池の効率が上がる。

本太陽電池にソーラーシュミレータ−による偽似太陽光
を照射′１〜るとＡ　Ｍ’　１　、　１００　ｍＷ／ｃ
ｙｌで実用変換効率１５．８％を得、従来、集電リート
を入射光側に設けたものが１４．９％であったのに比較
すると著しい改善がみられた。

実施例−２ 第８図は、ｊ９さ４５０μ、比抵抗５覧２・ののキャス
ティング法により製造されたｔｏｃｉｘｔｏαのｐをシ
リコン多結晶ワエハー基板（８１）を用いて形成した太
陽電池の崖「面図である。まず、ＱスイッチＹＡＧレー
ザ光を集光して、基板の所定の７３Ｂ分に貫通孔をあけ
る。続いて表面のエツチングを行った後、識圧ＣＶＤ法
により表面にリンケイ酸ガラス（ＰＥＧ）を４００　ｏ
Ａ影形成た１、この時、基板温度を３００℃とし、８ｉ
Ｈ，、Ｐａｌ、、Ｈｅ、０．の混合ガスから膜を堆積し
たところ均一性の封い付看力の強い紛が得られた。続い
て墾索を酸系の昼１４８気カス中１０００℃で２０分間
、熱処理を施すと、製度２Ｘ　ＩＱ”ｃｍ　”　、接合
深さ０．６７１　ｍ　Ｌ：ｎ−’一層（８２）が形成さ
れた。次に裏面にＡＡペーストを塗布後赤外線輻射炉で
８５０℃３０秒間焼成し、ｐ＋層（８３）及び表面の第
２電極（８４）を形成した。次に表側のＰＥＧ膜と周辺
（８５）及びｙ１鹿孔（８６）内壁のｎ層をエツチング
した。更に表面にスピンコーティングにより酸化チタン
の反射防止膜（８７）を形成した。また、裏側より紙圧
ＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成、Ｗ面南極及び貫
通孔壁を絶縁層（８８）で覆った穴に、釧ペーストの印
刷１とそれにつづく焼成、及び干出ディッピングにより
表面のり−３ｔの゛電極（８９）及び裏側の第３の南極
（９０）を形成した。最後に集電リード（９１）で表面
電極と第２の電極を接続した。Ａ　Ｍ　１　、１ｏｏｙ
ｘＷ／ｄで実用変換効率１３．０％となり、従来の第４
図の表向電極形状に比して第９図のような形状にしたた
めに約１割の効率の向上がはかられた。

実施例〜３ 第１０１３（ｌは非晶質シリコンを用いた場合の本発明
の実施例である。まずガラス等の透明陥縁基板（ｔｏｌ
）上に透光性を有する酸化インジクム錫等よりなる受光
面側の第１の°１極（１０２）を周知の重子ビーム蒸宥
法又はスパッタリング法（二より形成する。続いて、接
合を有する半導体（１０３）　きして、非晶質シリコン
をｐ層、ｉ層、ｎ層の１１ｐ、若しくはｎ層、ｉ層、ｐ
層の順で積層する。各層はシラン又はシランに１％のフ
ォスフイン又はジポランを加えたガス中でのグロー放電
により従来と同一の方法で形成する。基板温度は２００
〜３００℃としガス圧力は０．５〜２ＴＯｒｒ（、Ｑ度
である。次に、裏面の第２の電極（１０４）としてアル
ミニクムを真壁蒸着法により形成する。統い℃感光性レ
ジストを使用した写真蝕刻法により貫通孔（１０５）を
エツチングによりあける。更に前記各層を積層した基板
をＫＮＯ３のエチレングリコール溶液中に浸油し、陽極
と成し、同液中に白金等の対極を設け、通電するとアル
ミニクム及びシリコンの表面部（＝各々酸化アルミニワ
ム（１０６）　、二酸化シリコン（１０７）の絶縁層が
形成される。次に等電性ペーストを表向に印刷し、１５
０℃で焼成すると第３の′小極及びスルーホール部に集
電リード部（ｔｏ８）が形成される。

以上のようにして形成した太陽電池は透明電極での抵抗
損失が少なく、大面積化が容易であり、また、透明電極
を厚くしたり、結晶シリコン太陽電池のように格子状電
極を形成する必要が無い為、光入射率が大きくとれ、旨
効率の太陽電池となる。

以上の様に工して形成した３０儂角の太陽電池はＡＭ　
１　、　１００　ｍＷｌｃｒ＆の光照射下で実用変換効
率７，０％を示し、従来の、第３市、棒の１１１（いも
のが５．８％だったのに対し著しい向上を示した。

〔発明の効果〕

以上、本発明の太陽電池及びその製造方法によれば、光
照則により発生したキャリアを、表面の第１の電極で回
収し、実質的な電流経路は慣通孔を通る集電体によりな
る集電リードが受けもつことになり、受光面電極の抵抗
の隊少と光入射有効面積の増加により、高効率の太陽電
池が達成でき、更に非品賀シリコン等安価な半導体材料
を用いることにより小価格大面積の太陽電池ができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は従来の太陽電池を示す概略図、第６
図は本発明の太陽電池に関する工程図、第７図は本発明
の太陽電池の表面より見た図及び断面図、第８図は本発
明の、太陽電池の断面図、第９図は表面より見た図、第
１０図は本発明の太陽電池の断面図及び表面より見た図
である。 ６６．８９．１０２・・・第１の電極 ６５．８４．１０４・・・第２の電極 ６１．８１．１０１・・・基板 ６３．８６．１０５・・・貫通孔 代理人　弁卿士　則　２！ｆ　　憲　イｉ（ほか１名） 第１図 第３図 第　　７　図 第８図 第　　９　図 第１０＠

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　接合を有１−る半当一体基板と、この基板の
   光の入射側面に形成された第１の電極と、ＡｉＪ記基板
   基板の入射側面とは反対の面；二形成された第２の電極
   と、前記第１の電極の少なくとも一部に接続され電気エ
   ネルギーを引き出す集８９−Ｆとを有し、前記集電リー
   ドは前記基板に設けられる貫荊穴を通じてｍＪ記基板の
   入射側面とは反対の面に引出されることを特徴とする太
   陽矩：池。