JPWO2012165289A1 - 太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供する。ｐ側透明導電性酸化物層１５を形成した後にｎ側透明導電性酸化物層１６を形成する。
Description
本発明は、太陽電池の製造方法に関する。
近年、環境負荷が低いエネルギー源として、太陽電池に対する注目が高まってきている。例えば特許文献１には、光電変換部と、光電変換部の上に配された透明導電性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）層と、ｐ側電極及びｎ側電極とを備える太陽電池が記載されている。
近年、太陽電池の出力特性をさらに向上したいという要望が高まってきている。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することにある。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、ｐ型表面及びｎ型表面を有する光電変換部と、ｐ型表面の上に配されたｐ側透明導電性酸化物層と、ｎ型表面の上に配されたｎ側透明導電性酸化物層と、ｐ側透明導電性酸化物層の上に配されたｐ側電極と、ｎ側透明導電性酸化物層の上に配されたｎ側電極とを備える太陽電池の製造方法に関する。本発明に係る太陽電池の製造方法では、ｐ側透明導電性酸化物層を形成した後にｎ側透明導電性酸化物層を形成する。
本発明によれば、改善された出力特性を有する太陽電池を製造し得る方法を提供することができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
（太陽電池１の構成）
図１は、本実施形態において製造する太陽電池の断面図である。まず、図１を参照しながら本実施形態において製造する太陽電池の構成について説明する。
図１は、本実施形態において製造する太陽電池の断面図である。まず、図１を参照しながら本実施形態において製造する太陽電池の構成について説明する。
太陽電池１は、半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、例えば、単結晶半導体基板や多結晶半導体基板により構成することができる。具体的には、半導体基板１０は、例えば、単結晶シリコン基板により構成することができる。
なお、本実施形態では、半導体基板１０の導電型がｎ型である例について説明する。但し、本発明は、これに限定されない。半導体基板１０の導電型はｐ型であってもよい。
半導体基板１０の第１の主面１０ａの上には、半導体基板１０の導電型とは異なるｐ型半導体層１１が配されている。ｐ型半導体層１１は、例えば、ｐ型アモルファスシリコン層により構成することができる。ｐ型半導体層１１は、水素を含んでいることが好ましい。ｐ型半導体層１１の厚みは、例えば、３ｎｍ〜２０ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜１５ｎｍ程度とすることができる。なお、アモルファスシリコンとは、非単結晶シリコン系半導体材料であり、微結晶シリコンをも含むものである。
半導体基板１０の第１の主面１０ａとｐ型半導体層１１との間には、実質的に真性な半導体層１２が配されている。実質的に真性な半導体層１２は、例えば、ｉ型アモルファスシリコン層により構成することができる。実質的に真性な半導体層１２は、水素を含んでいることが好ましい。実質的に真性な半導体層１２の厚みは、実質的に発電に寄与しない程度であることが好ましい。実質的に真性な半導体層１２の厚みは、例えば、３ｎｍ〜１５ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜１０ｎｍ程度とすることができる。
一方、半導体基板１０の第２の主面１０ｂの上には、半導体基板１０の導電型と同じであるｎ型半導体層１３が配されている。ｎ型半導体層１３は、例えばｎ型アモルファスシリコン層により構成することができる。ｎ型半導体層１３は、水素を含んでいることが好ましい。ｎ型半導体層１３の厚みは、例えば、３ｎｍ〜２５ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜１５ｎｍ程度とすることができる。
半導体基板１０の第２の主面１０ｂとｎ型半導体層１３との間には、実質的に真性な半導体層１４が配されている。実質的に真性な半導体層１４は、例えば、ｉ型アモルファスシリコン層により構成することができる。実質的に真性な半導体層１４の厚みは、実質的に発電に寄与しない程度であることが好ましい。実質的に真性な半導体層１４は、水素を含んでいることが好ましい。実質的に真性な半導体層１４の厚みは、例えば、３ｎｍ〜１５ｎｍ、好ましくは５ｎｍ〜１０ｎｍ程度とすることができる。
本実施形態では、半導体層１１〜１４と、半導体基板１０とにより光電変換部２０が構成されている。光電変換部２０は、ｐ型半導体層１１の表面により構成されたｐ型表面２０ｐと、ｎ型半導体層１３の表面により構成されたｎ型表面２０ｎとを有する。
ｐ型表面２０ｐの上には、ｐ側透明導電性酸化物（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）層１５が配されている。ＴＣＯ層１５の上には、ｐ側集電極１７が配されている。このｐ側集電極１７によりホールが収集される。
ｎ型表面２０ｎの上には、ｎ側ＴＣＯ層１６が配されている。ＴＣＯ層１６の上には、ｎ側集電極１８が配されている。このｎ側集電極１８により電子が収集される。
なお、ＴＣＯ層１５，１６の構成材料である透明導電性酸化物の具体例としては、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、スズ酸カドミウム（Ｃｄ２ＳｎＯ２）等が挙げられる。なお、ＴＣＯ層１５，１６の構成材料として、酸化インジウムを用いた場合にあっては、Ｓｎ，Ｗ，Ｃｅ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｚｎのうち少なくとも一つを含むもの、酸化亜鉛を用いた場合にあっては、Ａｌ，Ｇａの少なくともいずれかを含むもの、さらに酸化錫を用いた場合にあっては、Ｆを含むものとしてもよい。
（太陽電池１の製造方法）
次に、太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
次に、太陽電池１の製造方法の一例について説明する。
まず、半導体基板１０の上に、実質的に真性な半導体層１２，１４を形成する。次に、実質的に真性な半導体層１２の上にｐ型半導体層１１を形成すると共に、実質的に真性な半導体層１４の上にｎ型半導体層１３を形成する。以上の工程により、光電変換部２０を作製する。
なお、実質的に真性な半導体層１２，１４並びにｐ型半導体層１１及びｎ型半導体層１３の形成は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の蒸着法により行うことができる。
次に、ｐ側ＴＣＯ層１５を形成する。その後に、ｎ側ＴＣＯ層１６を形成する。ＴＣＯ層１５，１６の形成方法は、特に限定されない。ＴＣＯ層１５，１６は、例えば、ＣＶＤ法に加え、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法などのＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により形成することができる。なかでも、イオンプレーティング法がＴＣＯ層１５，１６の形成に好ましく用いられる。
さらに、イオンプレーティング法を用いることにより、ｐ型非晶質シリコン層上にＴＣＯ層１５，１６を形成する際のイオンのエネルギーを約１０ｅＶ〜約２０ｅＶまで小さくすることが可能である。このため、例えば、通常のスパッタ法を用いて透明導電膜を形成する場合のようにイオンのエネルギーが数１００ｅＶ以上になる場合に比べて、イオンのエネルギーを大幅に低減することが可能である。これにより、ｐ型半導体層１１、実質的に真性な半導体層１２，１４及び半導体基板１０へのダメージを低減することが可能である。
ＴＣＯ層１５，１６の形成をイオンプレーティング法で行う場合は、例えば、ドーピング用としてＳｎＯ２粉末を約１質量％〜約５質量％含むＩｎ２Ｏ３粉末の焼結体からなるターゲットを、チャンバ内の基板と対向する位置に設置してＴＣＯ層１５，１６の形成を行う。この場合、ＳｎＯ２粉末の量を変化させることにより、ＴＣＯ層１５，１６を構成するＩＴＯ膜中のＳｎ量を変化させることが可能である。
より具体的には、例えば、ＴＣＯ層１５，１６の形成を形成するために、半導体基板１０をターゲットと平行に対向配置した状態で、チャンバを真空排気する。その後、ＡｒとＯ２との混合ガスを流して圧力を約０．４Ｐａ〜約１．０Ｐａに保持し、放電を開始する。以上のようにして、ＩＴＯ膜からなるＴＣＯ層１５，１６を約１００ｎｍの厚みに形成した後、放電を停止する。
ｐ側ＴＣＯ層１５の形成温度は、ｎ側ＴＣＯ層１６の形成温度と同じであってもよいし、ｎ側ＴＣＯ層１６の形成温度よりも高くてもよい。
最後に、ｐ側集電極１７とｎ側集電極１８とを形成することにより太陽電池１を完成させることができる。なお、集電極１７，１８の形成は、例えば導電性ペーストの塗布や、めっき法等により行うことができる。
以上説明したように、本実施形態では、ｐ側ＴＣＯ層１５を形成した後に、ｎ側ＴＣＯ層１６を形成する。従って、優れた出力特性を有する太陽電池１を得ることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、ｐ側ＴＣＯ層１５は、ｎ側ＴＣＯ層１６の形成時に加熱される。これにより、ｐ側ＴＣＯ層１５の結晶性が改善されるため、ｐ型半導体層１１とｐ側ＴＣＯ層１５との間のオーミック性が改善される。その結果、得られる太陽電池の曲線因子が改善され、よって、優れた出力特性を有する太陽電池１が得られるものと考えられる。
なお、上記実施形態では、半導体基板１０の第１の主面１０ａの上にｐ型半導体層１１が形成されており、第２の主面１０ｂの上にｎ型半導体層１３が形成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明に係る太陽電池は、ｐ型表面とｎ型表面を含む一主面を有する光電変換部を備える裏面接合型の太陽電池であってもよい。
上記実施形態では、ｐ型表面がｐ型半導体層により構成されており、ｎ型表面がｎ型半導体層により構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明においては、例えば、ｐ型表面は、半導体基板に形成されたｐ型ドーパント拡散領域により構成されていてもよい。また、ｎ型表面は、半導体基板に形成されたｎ型ドーパント拡散領域により構成されていてもよい。
上記実施形態では、半導体層１１〜１４を形成した後に、ｐ側ＴＣＯ層１５を形成し、その後、ｎ側ＴＣＯ層１６を形成する例について説明した。但し、本発明は、ｐ側ＴＣＯ層をｎ側ＴＣＯ層に先だって形成する限りにおいて特に限定されない。例えば、ｐ側ＴＣＯ層を形成した後に、ｎ型半導体層を形成し、その後に、ｎ側ＴＣＯ層を形成してもよい。
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
（実施例）
第１の実施形態に係る太陽電池１と実質的に同様の構成を有する太陽電池を、第１の実施形態において説明した方法により、下記の条件で作製した。すなわち、実施例では、ｐ側ＴＣＯ層１５を先に形成し、その後、ｎ側ＴＣＯ層１６を形成した。
第１の実施形態に係る太陽電池１と実質的に同様の構成を有する太陽電池を、第１の実施形態において説明した方法により、下記の条件で作製した。すなわち、実施例では、ｐ側ＴＣＯ層１５を先に形成し、その後、ｎ側ＴＣＯ層１６を形成した。
実施例における条件：
ＴＣＯ層１５，１６の形成条件：
ＴＣＯ層１５，１６の材料：ＩＴＯ １質量％
ガス流量：アルゴンガス３００ｓｃｃｍ、酸素ガス９０ｓｃｃｍ
投入電力：３ｋＷ
圧力：０．６Ｐａ
ＴＣＯ層１５，１６の厚み：１００ｎｍ
ＴＣＯ層１５，１６の形成条件：
ＴＣＯ層１５，１６の材料：ＩＴＯ １質量％
ガス流量：アルゴンガス３００ｓｃｃｍ、酸素ガス９０ｓｃｃｍ
投入電力：３ｋＷ
圧力：０．６Ｐａ
ＴＣＯ層１５，１６の厚み：１００ｎｍ
（比較例）
ｎ側ＴＣＯ層１６を先に形成し、その後、ｐ側ＴＣＯ層１５を形成した以外は、実施例と同様にして太陽電池を作製した。
ｎ側ＴＣＯ層１６を先に形成し、その後、ｐ側ＴＣＯ層１５を形成した以外は、実施例と同様にして太陽電池を作製した。
実施例及び比較例のそれぞれにおいて作製した太陽電池の曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、最大出力（Ｐｍａｘ）を測定した。結果を、下記の表１に示す。なお、表１に示す値は、比較例の値を１００として規格化した値である。
表１に示す結果から、ｐ側ＴＣＯ層１５を先に形成し、その後にｎ側ＴＣＯ層１６を形成することにより、太陽電池の出力特性を向上できることが分かる。
１…太陽電池
１０…半導体基板
１０ａ…第１の主面
１０ｂ…第２の主面
１１…ｐ型半導体層
１２，１４…実質的に真性な半導体層
１３…ｎ型半導体層
１５，１６…ＴＣＯ層
１７…ｐ側集電極
１８…ｎ側集電極
２０…光電変換部
１０…半導体基板
１０ａ…第１の主面
１０ｂ…第２の主面
１１…ｐ型半導体層
１２，１４…実質的に真性な半導体層
１３…ｎ型半導体層
１５，１６…ＴＣＯ層
１７…ｐ側集電極
１８…ｎ側集電極
２０…光電変換部
Claims (5)
- ｐ型表面及びｎ型表面を有する光電変換部と、前記ｐ型表面の上に配されたｐ側透明導電性酸化物層と、前記ｎ型表面の上に配されたｎ側透明導電性酸化物層と、前記ｐ側透明導電性酸化物層の上に配されたｐ側電極と、前記ｎ側透明導電性酸化物層の上に配されたｎ側電極とを備える太陽電池の製造方法であって、
前記ｐ側透明導電性酸化物層を形成した後に前記ｎ側透明導電性酸化物層を形成する、太陽電池の製造方法。 - 前記ｐ側透明導電性酸化物層をＰＶＤ法により形成する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記光電変換部は、ｎ型またはｐ型の半導体基板と、前記半導体基板の上に配されており、前記ｐ型表面を構成しているｐ型半導体層と、前記半導体基板の上に配されており、前記ｎ型表面を構成しているｎ型半導体層とを有する、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記ｐ型半導体層は、アモルファスシリコンからなる、請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
- 前記ｐ側透明導電性酸化物層を、酸化インジウム系材料または酸化亜鉛系材料により形成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013518014A JPWO2012165289A1 (ja) | 2011-06-03 | 2012-05-24 | 太陽電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
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