JPS63501668A - 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】 この発明は、シリコンのような半導体材料の太陽電池に関するものであり、その 半導体基体中に放射エネルギによって電荷キャリヤが発生し、その電荷キャリヤ は分離可能であり、放電可能であって、オーム接点が半導体基体に設けられてい る。

太陽電池セルモジュールの価格は太陽電池セル自体のコストおよびモジュールを 形成するように電池アレイを組立てるためのコスト等の種々のコスト部分から成 立っている。太陽電池セルの製造においては実際の処理コストに加えて主要ファ クターとして半導体材料の価格が問題となる。このため世界的により安価な半導 体材料の開発に努力が注がれているが、太陽電池の電気特性の低下や効率の低下 が通常その結果として生じてくる。

太陽電池の価格を切詰める別の可能性は、特に単結晶および多結晶シリコンが使 用されるとき、半導体基体の厚さを極端に薄＜シ、それによって材料費用を減少 させることである。

セルの全体の価格に非常に大きな影響を与えるこの半導体材料の減少に加えて、 このような薄い太陽電池は次のようなさらに別の利点を有している。すなわち、 ◎　太陽電池の柔軟性が増加し、そのため湾曲した表面に適応させることができ る。

◎　特性／重量の比が増加し、そのため特に宇宙空間航行体で使用する場合に利 点があるが、地上用のものでも有効である。

◎　宇宙空間における高エネルギ放射に対する耐性が増加する。

◎　例えば、薄いシリコンリボンが使用でき、その製造はリボンが薄くなるほど 経済的となる。

◎　赤外線放射がセルによって吸収されないのでセルの加熱が減少し、高い動作 電圧が可能になる。

◎　セルの背面から入射する放射線を利用するような構造が可能になり、そのた め著しく高い電気出力が得られる。

しかしながら、太陽電池セルの厚さを薄くすることは厳しい、基本的な問題を含 んでいる。すなわち、もしも半導体基体の厚さが少数キャリヤの拡散長以下に減 少したならば、太陽電池セルの背面上の電荷キャリヤの再結合の増加の結果とし て電気特性（無負荷電圧、短絡電流等）の著しい低下をもたらされ、それによっ て太陽電池セルの効率を低下させる。

現在まで、この問題は特に宇宙空間航行体用のセルにおいて太陽電池セルの背面 に電界を発生させることによって解決れ、そのため電荷キャリヤは背面のオーム 接点まで侵入して、そこで再結合することができない。オーム接点は非常に高い 再結合速度を有している。

背面の電界は、気相からの拡散、イオン注入、或いはしばしば合金処理によって 背面に不純物原子を導本することによって発生させることができる。ｎ　＋　ｐ シリコン太陽電池セルでは例えばほう素またはアルミニウムがｐドープシリコン 基体中へ導入されてｐｐ÷接合を生成する。

これらの方法は常に費用のかかる高温度処理であり、半導体内のキャリヤのライ フタイムを減少させ、さらに背面に多数の欠陥を生成して電界の効率を大幅に減 少させ、大量生産において太陽電池セルの特性分布範囲が著しい広がりを生じる 。更に、太陽電池セルの縁部に欠陥が生じて不完全な合金や不十分な拡散で拡散 パイプを生じる。さらに、背面金属の不均一な侵入と不純物の堆積も検出されて いる。

この発明の目的は、オーム接点区域における再結合速度が少数電荷キャリヤに対 する通常のような電位障壁を設けなくても顕著に減少させることができ、その結 果製造工程が簡単になり、コストが低下し、大面積の太陽電池セル、特にシリコ ン太陽電池セルの大量生産が可能であるような冒頭に述べた型式の太陽電池セル を設計することである。

この目的は一方では、電荷分離に必要な電界が太陽電池セルの前面で発生するこ とができ、太陽電池セルの後面のオーム接点が半導体基体上の部分区域に直接配 置され、その部分区域が相互に接続され、少なくとも第１のパッシベイション層 がその区域間に配置され、それは半導体基体上で与えられる酸化物を構成してい ない太陽電池セルによって達成される。

他方、この目的は、電荷分離に必要な電界が太陽電池セルの後面で発生され、半 導体材料が少数電荷キャリヤの拡散長より小さいか等しい厚さであり、太陽電池 セルの前面のオーム接点が半導体基体上の部分区域に直接配置されており、それ ら部分区域が相互に接続され、少なくとも第１のパッシベイション層が部分区域 間に配置され、それは半導体基体上で与えられる酸化物を構成していない太陽電 池セルによって達成される。

この発明による解決方法においては、それ故に何よりも、第１のパッシベイショ ン層が直接半導体基体上配置されている、すなわち半導体基体と第１のパッシベ イション層との間には酸化物層が存在しないことが提案されている。

半導体基体の表面区域の９０％以上オーム接触の区域を減少させることによって 、再結合速度における前記接点の影響がそれに対応して減少される。オーム接点 の部分電界間の区域における電荷キャリヤの再結合がパッシベイション層によっ て減少されることは特に絶縁層を指定することによって顕著である。これはパッ シベイション層／半導体境界に対する高品質によって確保される。

この発明の実施例では電界はｐｎ接合またはＭＩＳ接点によって発生されること が好ましい。ＭＩＳ接点はｐ型シリコンと、自然のシリコン酸化物層および／ま たは８００℃以下で生成したシリコン酸化物層と、アルミニウムまたはマグネシ ウムとの各層から形成され、ＭＩＳ接点は太陽電池セルの全背面に広げられるこ とができる。

半導体基体と第１のパッシベイション層との間に第２のパッシベイション層を設 けることもできる。

さらに、この発明の別の実施例では、水素を含むアモルファスシリコン層が半導 体基体と第１のパッシベイション層との間に配置され、それによって太陽電池の 効率を積極的に変化させている。

この発明のさらに別の実施例では、第１のパッシベイション層は水素を含むこと に特徴を有している。それ故反応炉中のグロー放電、光効果、カソードスパッタ リングにより気相から沈着して生成された窒化シリコンまたはオキシ窒化シリコ ンからなついてることが好ましく、アルカリイオンのような外来イオンを含んで いてもよく、また酸化アルミニウムまたはオキシ窒化アルミニウムからなってい てもよい。第１のパッシベイション層の理想的な厚さは２乃至３００ｎｍの範囲 である。

この発明の原理によって製造された太陽電池セル、特に半導体基体の背面全体で はない背面上のオーム接点は次のような利点を有する。

１、太陽電池セルの製造に必要な費用が少ない。低温度でエネルギを節減して信 頼性の高い層の付着処理を行なうことができる。パッシベイション層は６００℃ 以下の温度で２乃至２０分の期間で付着されることができる。

２、容易な取扱いが可能であり、その結果破損が少ないためにセルが非常に薄い 時に処理能力が増加する。

３、太陽電池セルの長時間安定性は背面および端部の良好なパッシベイションに よって増加する。それはパッシベイション層が外部からの異原子の侵入を阻止し 、金属および半導体が損傷しないように保護するからである。

４、前面から背面に少数キャリヤが直接流れる（短絡回路、並列抵抗の減少）こ とを阻止するために電位障壁が太陽電池セルの縁部に設けられる。これは主とし て使用される薄い太陽電池セルの場合に特に著しい。また前面の金属が誤って縁 部を越えて広がる場合の短絡の可能性も防止される。

５、太陽電池セルの縁部を覆うパッシベイション層の場合には、前面に設けた接 点が背面まで貫通してそこに接着されることができる。太陽電池セルの背面上の 両接点は接触パッドが存在しないことにより前面の有効面積が増加することに加 えて、接点形成過程が簡単になり、接着処理の信頼性が増加する利点を有し、こ の利点は特に大量生産の場合に明らかになる。

６、背面の絶縁体層として指定されたパッシベイション層は熱放射を行なうこと を許容する。これはセルが温度上昇することを阻止し、より高い動作電圧が得ら れる。

７、太陽電池セルの背面を照射する放射線は非常に完全に利用され、それ故両面 で使用できる非常に効率の高い、廉価な太陽電池セルが得られる。高い再結合速 度Ｓｏを伴う比較的厚いデッドな層がｐ十拡散中に得られ、それ故短い波長の光 はとんど利用されないけれども、こ発明によるアレイ中の低い再結合速度Ｓｏは 全ての波長を良好にカバーする。

８、パッシベイション層はまた反射防止層として作用する。

９、金属層がパッシベイション層の全面に付着されている背面反射器を設計する ことも問題ない。一方では、熱放射は前記金属層で反射されて太陽電池セルの前 面から出て行くように強制され、他方では、電子ホール対の発生に有用な長波長 の放射線の通路は延長され、それによって短絡電流が増加す１０、パッシベイシ ョン層中の限定的な電荷の存在に対する特別の要求はなく、それ故プロセスの信 頼性は著しく高められる。対応する絶縁体電荷により強い反転が半導体中に存在 することが必要である反転層太陽電池セルと異なって、この発明においては集積 、欠乏または反転が起こることは無関係である。この発明の原理による本質的な 利点は反転が生じた場合（ｐ型シリコンに対する窒化シリコンの場合）でさえも 、アレイ機能は最適であり、少数電荷キャリヤの大部分が導電性の反転層に沿っ てオーム接点区域に流れて、そこで再結合するようなことはない。しかしながら 、集積および反転中の表面再結合速度は空乏の場合よりも若干低い。それは最初 の二つの場合には表面状態は電荷キャリヤによって支配されるからである。絶縁 体電荷の存在は、主状態に加えて低い表面状態密度値が絶縁体／半導体境界で支 配的でなければならないから有利なことである。

これに関連して、グリッド構造の背面オーム接点はすでに従来より知られていた が、下側の高ドープ領域、例えばｐドープ太陽電池セル基体のｐ十領域の全体区 域と関連しているのみであることを忘れることはできない。この場合にはｐ＋領 領域薄過ぎてはならず、そうでなければこの領域からの暗電流部分は再結合の結 果として増加する。また電圧の減少が生じる。しばしば金属または酸化物層は周 知のｐ＋領領土上付着され、この層は部分的に表面再結合速度を減少させるよう に作用し、また部分的に背面反射器または反射防止層として作用する。

この発明のさらに詳細な説明、利点および特徴、すなわちそれらからおよび／ま たはそれらの結合から集められる特許請求の範囲に示されるのみならず、好まし い実施例を示す添附図面の説明によっても説明される。

第１図は好ましいパッシベイション層のキャパシタンス／電圧曲線を示し、第２ 図は前面にオーム接点を有するこの発明によるシリコン太陽電池セルの第１の実 施例を示し、第３図は背面にオーム接点を有するシリコン太陽電池セルの実施例 を示し、第４図は背面にオーム接点を有するシリコン太陽電池セルのさらに別の 実施例を示す。

第１図は特に表面のパッシベイションに適した第１および第２のパッシベイショ ン層のキャパシタ構造のキャパシタンス／電圧曲線を示している。これはｐ型（ １００’）シリコン−シリコン酸化物−Ａ１２０３−ＡＩの層構造を備え、シリ コン酸化物層の厚さは１５　ｎ［ｌｌであり、Ａｌ２Ｏ３層の厚さは９６０　ｎ ｍである。（１００）方位のシリコン基体はｐ型不純物でドープされている。曲 線ａはＡｌ２Ｏ３の形成温度５００℃における高周波および低周波キャパシタン ス／電圧曲線を示し、曲線すは２９０℃における高周波および低周波キャパシタ ンス／電圧曲線を示している。Ａｌ２Ｏ３層は有機金属化合物であるＡＩトリイ ソプロピレイトの熱分解によって形成される。

薄いシリコン酸化物層は５１０℃においてＮ２１０２ガ、層中の熱酸化によって 形成された。第１図に示すように、２９０℃のＡｌ２Ｏ３形成温度は負の平坦な バンド電圧（すなわち正の絶縁体電荷）および高い表面状態密度（Ｄｉｔ−１０ ０ｍｅＶ’）を生じる。Ａ１□０３の５００℃における付着は実質上さらに好ま しい。今負の絶縁体電荷に加えて、Ｄｉｔ−３ｘ１０”　’　ｃｍ’　ｅ　Ｖ− １以上の全て著しく低い表面状態密度にあるので、この発明による太陽電池セル の低温度表面ノ＜・ソシベイションに非常によく適するように処理された層構造 を形成する。

表面状態密度に関して、したがって表面再結合速度に関して、プラズマ窒化シリ コンを使用する条件はさらに好ましい。

Ａ、１２０３と異なって、この場合の絶縁体電荷は常に正である。比較的高い表 面状態密度（Ｄｉｔ＞１０”　２Ｃ「２ｅ　Ｖ−”　）がｐ型（１００）シリコ ン−１，５ｎｍシリコン酸化物−１００ｎｒ！ｌ窒化シリコン−ＡＩ層構造２０ ０℃の付着温度（ＮＨ３＋Ｓ　１Ｈ４）で測定された。しかしながら、４５０℃ の焼鈍後、この値はＤ　ｉｔ＜　１０１０８ｍ’　ｅ　Ｖ−１低下した。同様に 低いＤｉｔが４００乃至５００℃の温度におけるプラズマ窒化シリコン層の付着 によって得られた。正の絶縁体電荷密度はまた２００℃におけるＱｌ　／　ｑ　 ＝６．５　ＸＩＯ’　”　ｃｍ−２から４００℃におけるＱｔ／ｑ＝１×１０１ ２Ｃ「２まで低下した。

５００℃以上の高温度において、表面状態密度は再び上昇し、一方電荷はほとん ど一定のままである。これは４００乃至５００℃の付着／焼鈍温度におけるその 非常に低い表面状態密度のためにプラズマ窒化シリコン構造を太陽電池セルの表 面ノくツシベイション（低い表面再結合速度）のために特に適したものとする。

これらの好ましい特性は絶縁体層中に存在する水素によるものである。それはシ リコンのダングリングボンドを飽和させる。

この有効な半導体表面の低温度パ・ソシベイションはこの発明のアイディアにし たがってオーム接点と関連して太陽電池セルの表面を有効に保護することを可能 にする。すなわち、例えば絶縁体層はオーム接点のＡｌ接点が形成された後にシ リコン表面およびこれらの接点上に付着される（同時に前記接点を腐蝕および重 大なダメージを受けないように保護する）。

８５０℃以上の温度で製造されたシリコン上の熱酸化５ｉ０２層によるパッシベ イションは半導体に高温ダメージを生じさせるのに加えて、後の工程でオーム接 点を設けることができるように５ｉ０２エツチングの複雑なフォトマスク工程を 必要とする。前記接点もまたその場合外部保護がされないであろう。

半導体基体上に直接設けた接点表面の近傍において、前記のパッシベイション方 法は、特に簡単で廉価な製造と効率によって特徴づけられる薄い太陽電池セル構 造の製造を可能にする。しかしながら、あらゆる場合にオーム接点（非常に高い 再結合速度）の面積をきるだけ小さく維持することが重要である。第２図乃至第 ４図の実施例はこの発明の詳細と利点をさらに明瞭にするものである。

第２図は、この発明により構成された太陽電池セル１０の特に注目する価値のあ る１実施例を示しており、この太陽電池セル１０は、本体としてのｐ型ドープシ リコン基体１とミ薄いシリコン酸化物層２と、直接シリコン基体１上に配置され たオーム接点４と、シリコン基体１のｐ型シリコンとシリコン酸化物層２とアル ミニウムまたはマグネシウムからなることが好ましい金属層３とからなるＭＩＳ （金属・絶縁体・半導体）接点とによって構成されている。入射光はシリコン基 体１中に電子およびホールを発生する。電子（少数電荷キャリヤ）は背面のＭＩ Ｓ接点１．２．３に向かって拡散し、この接点の電界によってシリコン酸化物層 ２をトンネル効果で貫通した後、金属層３中に吸引される。ホール（多数電荷キ ャリヤ）は前面に向かって拡散し、オーム接点４によって外部の土掻、背面の一 極間（第３図の太陽電池セル２０、第４図の太陽電池セル３０とは異なっている ））に流れる。ＭＩＳ接点のシリコン酸化物層２は少数電荷キャリヤに対するト ンネル効果絶縁体として動作するから、厚さは３　ｎｍ以上であってはならない 。ＭＩＳ接点の空間電荷領域の境界は図では１点鎖線で示されている。そこに存 在する電界は少数電荷キャリヤを集めるためのものである。オーム接点４は全体 の区域を覆うのではなく、図示のように半導体基体に不連続な形態で設けられて いる。オーム接点４はここでは相互接続された線条、リング或いは点によって形 成された幾何学的パターンを有している。パッシベイション層は自然発生成いは ８００℃以下で生成されたシリコン酸化物層２と、パッシベイション層および反 射防止層として作用する別の絶縁体層とからなリオーム接点４の間に延在する。

頂部に示された第１のパッシベイション層５は厚さが約８０ｎｍであり、酸化ア ルミニウムまたは窒化シリコンであることが好ましい。第２のパッシベイション 層として示されたシリコン酸化物層２の形態の絶縁体層はシリコン基体１の前面 および背面上に別々に形成することができる。それ故トンネル絶縁体として作用 しない前面の場合には厚さは広い範囲で変化させることが可能である。もちろん 第３図および第４図の実施例の場合のように第１のノ（・ソシベイション層５の 区域で第２の層２を完全に省略することも可能である。

自然発生シリコン酸化物層および特に例えば熱酸化または他の酸化法によって処 理されたシリコン酸化物層２はこの発明において中心的に表面パッシベイション 効果のために使用されることができる。自然発生シリコン酸化物層によるという ことは、その層が常にシリコン基体１上に存在し、数原子の厚さの層に過ぎない ことを意味する。

シリコン酸化物層２自体の構造組成は第１のパッシベイション層５、例えば窒化 シリコンを次に付着することによって前面で変化されることができる。それ故例 えばシリコン酸化物を窒化シリコンに変化させることもできる。

通常の太ｌ電池セルと異なって、光により主として前面付近で発生した電荷キャ リヤはまず背面のＭＩＳ接点によって集められるために基体全体を通って拡散し なければならない。

ここで前面が低い再結合速度を有していることが重要である。

そうでなければ電荷キャリヤの大部分がそこで再結合されることになる。接点指 とも呼ばれ、非常に高い再結合が特徴であるオーム接点４の間の距離は、基体の 厚さｄ或いは少数電荷キャリヤの拡散長よりずっと大きくなければならない。そ れ数平均としては収集するＭＩＳ接点までの距離はオーム接点までの距離より小 さい。オーム接点４の距離は直列抵抗によって限定され、それはシリコン基体ｌ に対する極度に小さいオーム接点区域によって増加される。最良の距離は１乃至 ５ｍｍの範囲であり、指の幅は５０乃至３００μｌの範囲であり、それによって １０％以下の接触面積比率が得られる。太陽電池セル１０は電荷収集接点が前面 にある通常のセルと異なって半導体基体が薄くなるほど、またその拡散長しが大 きくなるほど（ｄ≦Ｌ）増加する収集効率を有する。最大効率は約５０〜８０μ ｍのシリコン基体１の厚さｄによって得られる。これは高価な半導体材料の節約 を可能にし、太陽電池セルの非常に安価な製造を可能にする。このセルのさらに 別の利点は、背面金属３が大きな波長の光に対する反射器として作用し、短絡回 路電流を増加させ、動作中のセルの加熱（より高い開路電圧）を低下させること である。さらにセルの全断面が電流の流れに対して利用され、少数電荷キャリヤ は表面に沿って高いシート抵抗の狭い区域（例えばｎ　＋　ｐ太陽電池セルのｎ 十エミッタ区域）における接点に流れることがない。高いフィル・ファクター（ ｆｉｌｌ　ｆａｃｔｏｒ　）がそれ故プログラムされる。太陽電池セル１０はそ れ故集中した太陽光に特に適している。

ＭＩＳ背面接点を全面ではなく例えばグリッドの形態で設計し、ＭＩＳ接点間の 中間区域が絶縁体層（好ましくは窒化シリコン）で満たされることもできる。絶 縁体層は例えばｐ型シリコンの場合に、少数電荷キャリヤ（ｐ型シリコンの場合 電子）がそれによってＭＩＳ接点に到達できる反転層をシリコン中に誘起するた めに正の電荷を含まなければならない。

の場合二つの実施例が可能である。

ａ）第３図に示された太陽電池セル２０のＭＩＳ反転層が前面の場合のように、 絶縁体層はＭＩＳ接点表面にわたって延在することかできる。すなわちそれらの 付着／付着後処理部ＳｉのＭＩＳ接点の場合には５３５０℃）、そのためこのＭ ＩＳ接点は修復できないようなダメージはない。これは技術的観点からみて非常 に簡単なプロセスであり、同時に太陽電池が背面からも照射されることを確実に する。

ｂ）Ｌかしながら、絶縁体層はまた背面において破断され、金属（ＭＩＳ接点） がある区域に延在している指状間日中の薄い酸化物（〜１　ｎｍ−１，５ｎｍ） 上に位置するようにすることもできる（両側から光の入射する太陽電池セル）。

しかし、金属はまた絶縁体層（例えば薄い酸化シリコン／窒化シリコン）全体に わたって延在し、それによって理想的な背面反射器を与えることもできる。

破断された絶縁体層を有する（ｂ）による構造はより高い温度（金属化に先立つ ６６００℃）で絶縁体層を設けることを可能にし、より良好な境界特性（低い表 面状態密度等）を得ることができる。しかしながら製造処理はフォトマスクおよ び整列が必要であるため、ずっと高価になる。

第３図および第４図はこの発明の原理による別の太陽電池電池セル２０または３ ０の背面に第２図に関連して前に明らかにしたようにある区域に配置されている 。第３図に示された太陽電池セル２０は西ドイツ特許公報Ｄ　Ｅ　−Ｐ　Ｓ　２ ｇ４００９８号に記載されたＭＩＳ接点を備えた窒化シリコン反転層太陽電池セ ルによる設計原理に対応するものである。シリコン基体または本体６は薄いシリ コン酸化物層７を有し、それは第２図に示された太陽電池セル構造の背面の、特 にＭＩＳ接点の区域の酸化物層２に対応するものである。ＭＩＳ接点の間の区域 においてはシリコン酸化物層７は広゛い限界内で厚さを変化できる。第２図に示 した太陽電池セル構造１０の前面の酸化物層２について述べたことはこの場合に も適用可能である。

ＭＩＳ接点のアルミニウムまたはマグネシウムであることが好ましい金属８は太 陽電池セル２０の前面に配置され、線条の形態であることが好ましい。別の絶縁 体層９は、窒化シリコンであることが好ましく、太陽電池セル２０の全表面にわ たって延在している。自然電荷および外部イオンによって生成された電荷からな る高密度の正電荷はこの窒化シリコン層９中に位置していなければならず、ｐ型 にドープされたシリコン基体Ｂの表面に電子からなる反転層を誘起する。光によ って発生された電子（少数電荷キャリヤ）は第２図の太陽電池セル１０の場合と は異なって前面に向かって拡散し、正の絶縁体電荷によって発生された電界によ って加速され、高導電性の反転層に沿ってＭＩＳ接点８．７．８に移動し、これ ら接点を経てシリコン基体６から外部回路へ送られる。ホールは背面に向かって 拡散し、オーム接点１ｏを経て外部に取出される（太陽電池セル２０の前面が一 極、背面が土掻（第３図の太陽電池セル３０の場合も同様））。オーム接点１０ 間の区域のパッシベイションは特に背面から光の入射した場合にそこにおける電 子とホールの再結合を阻止して利用されないようになることを阻止する。高濃度 の正電荷は層９中において十符号で示され、反転層は破線で示されている。さら に、１点鎖線は空間電荷領域の幅を示している。この発明で扱うパッシベイショ ン層（第２図の層５、第３図の層１１および第４図の層１８）と異なり、シリコ ン窒化物層９は低い温度（５３００℃）で付着または焼鈍される。そうでなけれ ばＭＩＳ接点は大きな影響を受けることになる。

その理由で、３００乃至６００℃の温度範囲で前面のパッシベイション層の適用 および焼鈍によって表面再結合速度を減少させる前述のこの発明の効果を利用す る簡単な方法は不可能である。これは、例えば前面の絶縁体層９を遮断してこれ らの指状開口に金属線条８を使用してＭＩＳ接点を設けることによるような、も つと費用のかかる処理でのみ達成される。

それによってもつと高い温度（６６００℃）でこの場合にもまた絶縁体層を適用 し、焼鈍し、それに続いて金属を付着させることが可能である。しかしながら、 上記の場合と異なり、費用のかかる構造的工程が必要になる。第３図の太陽電池 セル３０の背面は線条形態のオーム接点１０（アルミニウムであることが好まし い）と、前記接点間および端部において二重絶縁体層を備え、この層はシリコン 酸化物層７と、酸化アルミニウムまたは窒化シリコンからなることが好ましい絶 縁体層１１とより形成されている。

この実施例の中心である背面のアレイは第２図に示された太陽電池セルの前面に 対応し、酸化物層２　（第３図では層７に対応する）に特別の注目がされる。

式の低温度セル（ＭＩＳ反転層太陽電池セル）と充分に両立するプロセスを表わ す。それは、背面絶縁体層１１の付着或いは焼鈍に使用されるような４００乃至 ６００℃の範囲の温度処理は前面にトンネル酸化物層７を発生させ、オーム接点 １０を形成するためいずれにせよ必要であるからである。これらの処理は当然前 面のＭＩＳ接点８および反射防止層９の形成に先行する。この型式のセルは特に 前面と背面との間の短絡を阻止する端部のパッシベイションが常に問題となって いる薄い基体６に特に適している。これはこの場合にパッシベイション層、すな わち絶縁体層を設けることによって自動的に解決される。第３図から明らかなよ うに、２つの絶縁体層９，１１が重なることにより端部付近のセルの頂部表面の 半導体中に電位障壁が形成され、半導体表面の電荷キャリヤが端部において背面 に流れることを阻止する。電位障壁は前面の絶縁体層９中の非常に高い正電荷お よび背面および端部絶縁体総１１中の負電荷（または少なくとも非常に減少した 正電荷）密度によって生じる。第３図に示すように、太陽電池セル２０全体は非 浸透性の絶縁体層９おび１１によって密閉され、外部の影響から保護されている 。この発明による背面のパッシベイションは加熱効果の減少を含む薄い太陽電池 セルの全ての利点を得ることを可能にする。

特に利点とすることは、セル２０が両方の面からの入射放射線に対して、すなわ ち背面から入射し、白い表面で分散または反射される放射線に対しても非常に能 率よく動作することである。それ故背面の絶縁体層１１はまた反射防止層として 作用する。したがってセル２０の出力を顕著に増加させることが可能である。低 温度で製造することのできる簡単な型式のセルはそれ故はとんど付加的なコスト を伴うことなく高価な半導体材料の使用量が減少され、太陽光をずっと大きな割 合いで利用することができる。特に短い波長の光は背面の高い品質のために良好 に利用される。従来の経験によれば、背面から入射する光の電流への変換効率は 前面から入射する光の変換効率の１０％以下であった。もしも、背面から入射す る光が利用されないのであれば、背面絶縁体層１１に金属層を付着して背面反射 器を形成することが容品である。さらに、前面および背面はセルに結合する光を 増加させるために織物状にすることもできる。

この発明の原理による太陽電池セル３０を第４図を使用して説明する。このセル ３０は通常のｎ　＋　ｐまたはｐ　＋　ｎ太陽電池セルでよい。実施例として示 されたｎ　＋　ｐ太陽電池セル３０は、半導体基体１２、高ドープ表面層１３（ ここではｎ＋）、グリッド形態のオーム接点１４および前面の反射防止層１５を 備えている。同様に表面全体に配置されておらず、グリッド形状であることか好 ましいオーム接点１６は背面に配置され、酸化シリコン層１７の形態であること が好ましいこの発明の特徴とするパッシベイション層および絶縁体層１８が反射 防止層として二重に設けられている。絶縁体層１８は酸化アルミニウムまたは窒 化シリコンよりなることが好ましい。この発明による背面構造を有するｎ　＋　 ｐ太陽電池セル３０の形成によって、両側から光を入射するように設計された太 陽電池セルが簡単に得られ、長波長の熱放射線はセル３０から出て行き、そのた め動作温度が低下する（開路電圧が増加する）付加的な利点がある。

さらに、特に背面を織物状にすることが容易にできる。層１７および１８による 端部のバッシベイシ゛ヨンに加えて、保護のために非浸透性の絶縁体層１８また は１５によってセル３０を完全に密閉することも可能である。さらに、絶縁体層 １８に背面反射器として金属層を被覆することも可能である。

この太陽電池セル３０（第４図）はＭＩＳ反転層太陽電池セル２０（第３図）と は次の点で相違している。すなわち、外来原子（例えばリン）で高濃度にドープ された表面層１３は高温処理によってシリコン基体１２に設けられ、それ故ｎ　 ＋　ｐ接合および、したがって電界が層１２と１３との間に発生する。光により 発生された電子は電界に従って表面に移動し、高導電度のｎ土層１３を通ってオ ーム接点１４に至り、外部回路に流れる。

ホールは背面に移動し、オーム接点１６を通ってシリコン基体１２を出て行く（ 太陽電池セル３０の前面が一極、背面が土掻）。

それ故、太陽電池セル３０の場合においては、シリコン基体は特に２個の部分１ ２および１３より構成されるけれども、太陽電池セル１０（第２図）および２０ （第３図）はそれぞれセルの製造プロセスによって変更されない均質なシリコン 基体１および６である。

ＮべＩＸＯンタンズ　Ｃ／ＣＩ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）２０発明の名称 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル（ばか２名） ５、補正の提出年月日 請求の範囲 １、シリコンのような半導体材料の基体（１、ｅ　、　１２．２３）中で電荷キ ャリヤが放射エネルギによって発生され、その電荷キャリヤは電界によって分離 可能であり、放電可能であり、オーム接点区域が互いに間隔を置いて半導体基体 上に配置されて相互に接続され、パッシベイション層（５、１１，１８）が少な くともオーム接点区域間に配置されている太陽電池セル（１０，２０，３０）に おいて、 パッシベイション層（５、１１，１８）は直接または間接に半導体基体上に付着 され、オーム接点区域（４、１０，１６）を覆っていることを特徴とする太陽電 池セル。

２、オーム接点区域が太陽電池セル（１０）の前面に配置され、太陽電池セル（ １０）の背面部において電界が発生可能であり、半導体基体（１）が半導体基体 中の少数電荷キャリヤの拡散長より小さいかほぼ等しい厚さを有していることを 特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

３、パッシベイション層（５、１１，１８）が半導体基体（１゜８　、１２．１ ３）から形成された、或いは半導体基体（１，６゜１２、１３）上に形成された 酸化物とは異なった材料であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽電 池セル。

４、半導体材料（８、１２，１３）は少数電荷キャリヤの拡散長より小さいかほ ぼ等しい厚さを有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の太陽電池セ ル。

５、オーム接点区域（４、１０，１６）の表面が、半導体基体表面の２０％以下 を覆っている請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

６．電界がｐｎ接合（１２，１３）またはＭＩＳ接点（Ｌ、２゜３）または電荷 を含む絶縁体層（９）と関連したＭＩＳ接点（８，７，８’）より発生される請 求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

７、パッシベイション層が第１のバッシベイシ”ヨン層（５゜１１、１８）であ り、第２のパッシベイション層（２，７，１７）が半導体基体（１，Ｂ、１２） と第１のパッシベイション層（５、１１，１８）との間に配置され、この第２の パッシベイション層がシリコン酸化物から構成され、それは自然発生シリコン酸 化物または熱酸化により生成されたシリコン酸化物であり、好ましくは５ｎｍよ り小さいか、はぼ等しい厚さである１１、１８）であり、水素を含むアモルファ スシリコン層が半導体基体（１、８、１２）と第１のパッシベイション層（５、 １１゜１８）との間に配置されている請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

９、パッシベイション層（５、１１，１８）が窒化シリコンまたロー放電、光効 果またはカソードスパッタリングによって気相から付着生成され、必要に応じて 例えばアルカリイオンのような外来イオンを含んでいる請求の範囲第１項記載の 太陽電池セル。

１０、パッシベイション層（５、ＩＬ　１８）が酸化アルミニウムまたはオキシ 窒化アルミニウムを含み、或いはそれらから構成されている請求の範囲第１項記 載の太陽電池セル。

１１、パッシベイション層（５、１１，１８）が気相から付着されたシリコン酸 化物である請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

１２、パッシベイション層（５、１１，１８）が水素を含んでいる請求の範囲第 １項記載の太陽電池セル。

１３、パッシベイション層（５、１１，１８）が２ｎｍ乃至３００ｎｍの厚さを 有している請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

１４、ＭＩＳ接点（１，２，３）が太陽電池セル（１０）の背面全体に広がって いる請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

１５、第１および／または第２のパッシベイション層（２゜５　、７　、１１． １７．１８）が太陽電池セル（１０，２０，３０）の前面と背面との間の横方向 端部に沿って延在している請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

１６、太陽電池セル（１０，２０，３０）の前面および／または背面が織物状で ある請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。

１７、ＭＩＳ接点（１，２，３，６，７，８）が、ｐ型シリコンと、自然発生シ リコン酸化物層または８００℃以下の温度で発生されたシリコン酸化物層と、ア ルミニウムまたはマグネシウムとから構成されている請求の範囲第６項記載の太 陽電池セル。

１８、第１のパッシベイション層（５、１１，１８）が３００℃乃至６００℃の 温度範囲で製造され、および／またはこの温度範囲で焼鈍されている請求の範囲 第１項記載の太陽電池セ１９、金属層が第１のパッシベイション層（５、１１， １８）の外側に付着されて背面反射器として作用している請求の範囲第１項記載 の太陽電池セル。

−ｋＡ′− 国際調査報告 −＋１ａｍｌＡ＊−１１＠、、、、、、　、、、ｎ、、７゜ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　 ’ＸＨＥ　ＩＮＴＥ劾ＩＡＴＩＯ！ＪＡＬ　Ｓ三ＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．シリコンのような半導体材料の基体（６，１２，１３）中で電荷キャリヤが 放射エネルギによって発生され、その電荷キャリヤは電界によって分離可能であ り、放電可能であり、オーム接点（１０，１６）が半導体基体上に配置されてい る太陽電池セル（２０，３０）において、 電荷分離に必要な電界が太陽電池セル（２０，３０）の前面において発生可能で あり、太陽電池セルの背面上のオーム接点（１０，１６）が直接半導体基体（６ ，１２）上の一部区域に配置され、その部分的区域は相互に接続され、半導体基 体上に設けられた酸化物（７，１７）から構成されているものではない少なくと も第１のパッシベイション層（１１，１８）が部分区域の間に配置されているこ とを特徴とする太陽電池セル。
2. ２．シリコンのような半導体材料より成る太陽電池セル（１０）であって、半導 体基体（１）中で電荷キャリヤが放射エネルギによって発生され、その電荷キャ リヤは電界によって分離可能であり、放電可能であり、オーム接点（４）が太陽 電池セルに設けられている太陽電池セルにおいて、太陽電池セルの背面において 電界が発生可能であり、半導体材料は半導体基体中の少数電荷キャリヤ拡散長よ り小さいかほぼ等しい厚さを有し、太陽電池セルの前面上のオーム接点（４）が 直接半導体基体上の一部区域に配置され、その部分的区域は相互に接続され、半 導体基体上に設けられた酸化物（２）から構成されているものではない少なくと も第１のパッシベイション層（５）がオーム接点の分区域の間に配置されている ことを特徴とする太陽電池セル。
3. ３．半導体材料（６，１２．１３）は少数電荷キャリヤ拡散長より小さいかほぼ 等しい厚さを有している請求の範囲第１項記載の太陽電池セル。
4. ４．オーム接点区域（４，１０，１６）の表面が、半導体基体表面の２０％以下 を覆っている請求の範囲第１項または第２項記載の太陽電池セル。
5. ５．電界がｐｎ接合（１２，１３）またはＭＩＳ接点（１，２、３）または電荷 を含む絶縁体層（９）と関連したＭＩＳ接点（６，７，８）より発生される請求 の範囲第１項または第２項記載の太陽電池セル。
6. ６．第２のパッシベイション層（２，７，１７）が半導体基体（１，６，１２） と第１のパッシベイション層（５，１１，１８）との間に配置され、この第２の パッシベイション層がシリコン酸化物から構成され、それは自然発生シリコン酸 化物または熱酸化により生成されたシリコン酸化物であり、好ましくは５ｎｍよ り小さいか、ほぼ等しい厚さである請求の範囲第１項または第２項記載の太陽電 池セル。
7. ７．水素を含むアモルファスシリコン層が半導体基体（１，６，１２）と第１の パッシベイション層（５，１１，１８）との間に配置されている請求の範囲第１ 項または第２項記載の太陽電池セル。
8. ８．第１のパッシベイション層（５，１１，１８）が窒化シリコンまたはオキシ 窒化シリコンから構成され、それは反応容器内でグロー放電、光効果またはカソ ードスパッタリングによつて気相から付着生成され、必要に応じて例えばアルカ リイオンのような外来イオンを含んでいる請求の範囲第１項または第２項記載の 太陽電池セル。
9. ９．第１のパッシベイション層（５，１１，１８）が酸化アルミニウムまたはオ キシ窒化アルミニウムを含み、或いはそれらから構成されている請求の範囲第１ 項または第２項記載の太陽電池セル。
10. １０．第１のパッシベイション層（５，１１，１８）が気相から付着されたシリ コン酸化物である請求の範囲第１項または第２項記載の太陽電池セル。
11. １１．第１のパッシベイション層（１５，１１，１８）が水素を含んでいる請求 め範囲第１項または第２項記載の太陽電池セル。
12. １２．第１のパツシベイシヨン層（５，１１，１８）が２ｎｍ乃至３００ｎｍの 厚さを有している請求の範囲第１項または第２項記載の太陽電池セル。
13. １３．ＭＩＳ接点（１，２，３）が太陽電池セル（１０）の背面全体に広がって いる請求の範囲第１項または第２項記載の太陽電池セル。
14. １４．第１および／または第２のパッシベイション層（２，５，７，１１，１７ ，１８）が太陽電池セル（１０，２０，３０）の前面と背面間の横方向端部に沿 って延在している請求の範囲第２項または第５項記載の太陽電池セル。
15. １５．太陽電池セル（１０，２０，３０）の前面および／または背面が織物状で ある請求の範囲第１項または第２項記載の太陽電池セル。
16. １６．ＭＩＳ接点（１，２，３；６，７，８）が、ｐ型シリコンと、自然発生シ リコン酸化物層または８００℃以下の温度で発生されたシリコン酸化物層と、ア ルミニウムまたはマグネシウムとから構成されている請求の範囲第５項記載の太 陽電池セル。
17. １７．第１のパッシベイション層（５，１１，１８）が３００℃乃至６００℃の 温度範囲で製造され、および／またはこの温度範囲で焼鈍される請求の範囲第１ 項、第２項、第８項、第９項、第１０項または第１１項のいずれか記載の太陽電 池セル。