JPWO2013069324A1 - 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール - Google Patents
太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2013069324A1 JPWO2013069324A1 JP2013542875A JP2013542875A JPWO2013069324A1 JP WO2013069324 A1 JPWO2013069324 A1 JP WO2013069324A1 JP 2013542875 A JP2013542875 A JP 2013542875A JP 2013542875 A JP2013542875 A JP 2013542875A JP WO2013069324 A1 JPWO2013069324 A1 JP WO2013069324A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solar cell
- film layer
- main surface
- type layer
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 111
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 86
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 45
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 43
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 8
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 59
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 abstract description 59
- 239000004332 silver Substances 0.000 abstract description 59
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 43
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 19
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 17
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 12
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 11
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 6
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 5
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 5
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N n-[4-[4-(dinaphthalen-2-ylamino)phenyl]phenyl]-n-naphthalen-2-ylnaphthalen-2-amine Chemical compound C1=CC=CC2=CC(N(C=3C=CC(=CC=3)C=3C=CC(=CC=3)N(C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C=3C=C4C=CC=CC4=CC=3)C3=CC4=CC=CC=C4C=C3)=CC=C21 QKCGXXHCELUCKW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYSA-N nitrogen trifluoride Chemical compound FN(F)F GVGCUCJTUSOZKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N silicon tetrachloride Chemical compound Cl[Si](Cl)(Cl)Cl FDNAPBUWERUEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N sulfur hexafluoride Chemical compound FS(F)(F)(F)(F)F SFZCNBIFKDRMGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000909 sulfur hexafluoride Drugs 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N trichloroborane Chemical compound ClB(Cl)Cl FAQYAMRNWDIXMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
- H01L31/022433—Particular geometry of the grid contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
- H01L31/0745—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells
- H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
ｎ型単結晶シリコン基板１の第１主面に、真性（ｉ型）非晶質シリコン層２１とｐ型非晶質シリコン層２２と透明導電膜層２３と上部グリッド銀電極２４とがこの順で積層され、前記ｎ型単結晶シリコン基板１の第２主面に、真性（ｉ型）非晶質シリコン層３１とｎ型非晶質シリコン層３２と透明導電膜層３３と裏面銀電極３４とがこの順で積層された太陽電池であって、前記ｐ型非晶質シリコン層２２が、厚み方向に貫通する開口部２２１を有し、前記真性（ｉ型）非晶質シリコン層２１および透明導電膜層２３が、前記第１主面における前記開口部２２１に対応する領域を覆っている。
Description
本発明は、太陽電池に関するものであり、特に、単結晶シリコン基板上に真性シリコン系薄膜層および導電性シリコン系薄膜層が積層された太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュールに関するものである。
現在、光起電力装置として単結晶シリコンや多結晶シリコン等を用いた結晶シリコン系太陽電池が太陽電池市場において高いシェアを有している。特に単結晶シリコン太陽電池は、一般に普及されている太陽電池の中では極めて高い光電変換効率を有し、今後も太陽電池市場の中では主流となっていくと考えられる。
代表的な高効率単結晶シリコン太陽電池の構造として、単結晶シリコン基板上に非晶質シリコン系薄膜を形成した単結晶ヘテロ接合シリコン太陽電池が挙げられる。その中でも、単結晶シリコンと導電性非晶質シリコン層との間に真性の非晶質シリコン系薄膜を挿入した太陽電池は、最高レベルの光電変換効率を達成する手段の１つとして利用されている。この構造の太陽電池においては、真性非晶質シリコン層の導入により、従来の結晶系シリコン太陽電池で効率を低下させる要因となっていた結晶基板表面でのキャリア再結合を抑制することに成功している。
太陽電池の高光電変換効率化においては、短絡電流、開放電圧、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）の改善が必要になる。単結晶ヘテロ接合シリコン太陽電池では、欠陥要素の低減により極めて高い開放電圧およびＦ.Ｆ.を実現しているが、更なる高効率化を目指す場合には、光吸収量の増加による短絡電流の改善が必要になる。
太陽電池の光吸収量を制限している要素の一つに、太陽電池の受光面側に積層された導電型非晶質シリコン層による光吸収損失が挙げられる。現行の太陽電池ではこの光吸収損失を低減するために導電型非晶質シリコン層のワイドバンドギャップ化や薄膜化などを試みている。しかし、もともとの非晶質シリコン系材料の光吸収量が甚大であることや、導電型非晶質シリコン層を過度に薄膜化すると太陽電池の電界形成を阻害することなどから、十分な対策とはなり得ていない。
受光面側の導電型非晶質シリコン層による光吸収を回避して発電量を増加させる方法として、特許文献１において新しい試みがなされている。特許文献１では、絶縁性基板上に裏面側電極層、ｐｉｎ構造を有する非晶質シリコン系薄膜層、受光面側電極層が順次積層された所謂サブストレート型薄膜シリコン太陽電池に関して述べているが、この太陽電池においても受光面側での光吸収損失が問題となっている。特許文献１では、光吸収損失対策として本来は基板全面に積層される受光面側の電極層、導電型非晶質シリコン系薄膜層に開口部を設けることにより、発電層に直接光を入射させる構造を提案している。
特許文献１では、前述した通り本来は全面に存在する受光面側の電極層および導電型シリコン系薄膜層に開口部を持たせることで、光吸収量の多い導電型非晶質シリコン系薄膜層を経由せず発電層に直接届く光を増加させている。
しかしながら、非晶質シリコン系薄膜発電層の場合、発電層で発生したキャリアの拡散長が短いため、開口部形成によってキャリア生成部と導電型シリコン層との間の距離が増大することでキャリアの収集量が大きく低下し、効率が低下するという問題がある。実際に特許文献１では開口部形成による上記影響を回避するため、開口部の幅を非晶質シリコン発電層時で０．５μｍ以上３．０μｍ以下、多結晶シリコン発電層時で０．５μｍ以上１００μｍ以下という制限を行っている。
こうした問題はキャリアの拡散長が十分に長い単結晶シリコンへテロ接合太陽電池を用いることで解決することができるが、単結晶シリコンへテロ接合太陽電池の場合は、開口部を形成することにより、発電層である単結晶シリコン基板表面での欠陥が増大し、光電変換効率が低下する、という別の問題がある。
他にも、特許文献１に記載の太陽電池では、光入射側に形成された透明導電膜層にも開口部が形成されるため、面内で分離された導電型薄膜シリコン層及び透明導電膜層と電流取出し用金属電極との間の電気的接続を取るために、表面金属電極の形成位置および形状が限られたものになってしまう問題もある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率に優れた太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュールを得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池は、導電型単結晶シリコン系基板の第１主面に、第１真性シリコン系薄膜層と第１導電型シリコン系薄膜層と第１透明導電膜層と第１電極とがこの順で積層され、前記導電型単結晶シリコン系基板の第２主面に、第２真性シリコン系薄膜層と第２導電型シリコン系薄膜層と第２透明導電膜層と第２電極とがこの順で積層された太陽電池であって、前記第１導電型シリコン系薄膜層が、厚み方向に貫通する第１開口部を有し、前記第１真性シリコン系薄膜層及び前記第１透明導電膜層が、前記第１主面における前記第１開口部に対応する領域を覆っていること、を特徴とする。
本発明によれば、光電変換効率に優れた単結晶シリコンへテロ接合太陽電池が得られる、という効果を奏する。
以下に、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
実施の形態１．
図１−１は、実施の形態１にかかる太陽電池の概略構成を示す要部断面図である。図１−２は、実施の形態１にかかる太陽電池の概略構成を示す上面図である。図１−１は、図１−２の線分Ａ−Ａの一部に対応する。実施の形態１にかかる太陽電池は、単結晶シリコン系基板上に、実質的に真正な真性（ｉ型）シリコン系薄膜層と導電型非晶質シリコン系薄膜層とが形成された単結晶シリコンへテロ接合太陽電池である。
図１−１は、実施の形態１にかかる太陽電池の概略構成を示す要部断面図である。図１−２は、実施の形態１にかかる太陽電池の概略構成を示す上面図である。図１−１は、図１−２の線分Ａ−Ａの一部に対応する。実施の形態１にかかる太陽電池は、単結晶シリコン系基板上に、実質的に真正な真性（ｉ型）シリコン系薄膜層と導電型非晶質シリコン系薄膜層とが形成された単結晶シリコンへテロ接合太陽電池である。
実施の形態１にかかる太陽電池において、ｎ型単結晶シリコン基板１（以下、基板１と呼ぶ場合がある）の受光面側である第１主面側には、真性（ｉ型）非晶質シリコン層２１（以下、ｉ型層２１と呼ぶ場合がある）とｐ型非晶質シリコン層２２（以下、ｐ型層２２と呼ぶ場合がある）とがこの順で形成されている。ｉ型層２１は、基板１の第１主面上の全面に形成されている。ｐ型層２２は、ｉ型層２１の全面には形成されず、膜厚方向に貫通する複数の開口部２２１を有する。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１の代わりに、ｐ型単結晶シリコン基板や、単結晶シリコンへテロ接合太陽電池に通常用いられる結晶シリコン系基板を用いてもよい。また、ｐ型層２２も非晶質シリコンに限定されず、単結晶シリコンへテロ接合太陽電池に適用可能な導電型非晶質シリコン系材料を使用可能である。
ｉ型層２１とｐ型層２２との上には、開口部２２１を埋めてこれらの層を覆うように透明導電膜層２３が基板１の面内の全面に形成されている。透明導電膜層２３上の一部には、櫛形の上部電極を構成する上部グリッド銀電極２４と上部バス銀電極２５が形成されている。なお、図１−２においては、透明導電膜層２３を透過して見た状態を示している。また、上面から見た場合、実際は開口部２２１の領域にはｉ型層２１が見えるが、理解の容易のため開口部２２１にはハッチングを入れて識別している。
また、この太陽電池において、基板１の受光面と反対側（裏面側）である第２主面側には、真性（ｉ型）非晶質シリコン層３１（以下、ｉ型層３１と呼ぶ場合がある）とｎ型非晶質シリコン層３２（以下、ｎ型層３２と呼ぶ場合がある）とがこの順で形成されている。基板１の第２主面側においては、裏面電界効果を得るためにｎ型にドープされたｎ型層３２が用いられている。また、基板１の第２主面側においては、ｉ型層３１およびｎ型層３２の両層とも基板１の面内の全面に形成されている。ｎ型層３２上には透明導電膜層３３が基板１の面内の全面に形成されている。透明導電膜層３３上には裏面銀電極３４が形成されている。ｎ型層３２は非晶質シリコンに限定されず、単結晶シリコンへテロ接合太陽電池に適用可能な導電型非晶質シリコン系材料を使用可能である。
図２は、開口部２２１のパターンの一例を模式的に示す上面図である。図２においては、ｐ型層２２と開口部２２１とに注目して示している。図２（ａ）は、開口部２２１がｐ型層２２の面内において短冊形状に形成された例を示している。図２（ｂ）は、開口部２２１がｐ型層２２の面内において正方形状に形成された例を示している。図２（ｃ）は、開口部２２１がｐ型層２２の面内において該ｐ型層２２を複数の正方形状に残すように形成された例を示している。図２（ｄ）は、開口部２２１がｐ型層２２の面内において円形状に形成された例を示している。このように、開口部２２１は種々の形状とすることが可能である。
以上のように構成された実施の形態１にかかる太陽電池においては、ｐ型層２２の一部に複数の開口部２２１が形成されている。このため、太陽電池の第１主面側に入射した太陽光の一部は透明導電膜層２３を通過した後、ｐ型層２２を経由せずにｉ型層２１を通過して基板１内に到達する。すなわち、開口部２２１の領域に入射した太陽光は、透明導電膜層２３を通過した後、ｐ型層２２を経由せずにｉ型層２１を通過して基板１内に到達する。これにより、本来はｐ型層２２を通過する際に発生する短波長側の光吸収損失を大きく低減することが可能であり、電流損失を低減することができる。
また、実施の形態１にかかる太陽電池においては、透明導電膜層２３がｐ型層２２の開口部２２１にも形成されているため、ｐ型層２２の開口部２２１の領域においても表面反射防止効果が保たれており、太陽電池内への入射光量をより多くすることができる。
また、実施の形態１にかかる太陽電池においては、基板１の第１主面全域がｉ型層２１によって覆われて、すなわち開口部２２１の下部の基板１表面にもｉ型層２１が形成されているため、開口部２２１において発電層である基板１の表面の欠陥が増大することを防止することができる。
また、基板１、ｉ型層２１、ｐ型層２２、透明導電膜層２３、上部電極（上部グリッド銀電極２４、上部バス銀電極２５）との間は常に電気的に接続されている。このため、ｐ型層２２と上部電極との間の電気的接続を考えて上部電極等のパターニングの制限をする必要が無い。たとえば図２（ｃ）に示されるようにｐ型層２２が面内で細かく分離された構造とされた場合でも、上部電極の形状、位置合わせを行わずに電気的に基板１〜上部電極間を電気的に接続させることが可能である。したがって、部材配置の自由度が大きくなる。
つぎに、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法について図３−１〜図３−６を参照して具体的な実施例に基づいて説明する。図３−１〜図３−６は、実施の形態１にかかる太陽電池の製造方法を模式的に示す要部断面図である。
まず、基板１として、ｎ型単結晶シリコン基板を用意した（図３−１）。基板１の厚みは、たとえば約２００μｍとした。ここで、基板１としてはｎ型の単結晶シリコン基板の他に、ｐ型の単結晶シリコン基板を用いることも可能ではある。しかし、光吸収量が多くなる受光面付近での少数キャリア移動度を高めるためには、基板としてｎ型単結晶シリコンを用いて該基板の受光面側にｐ型層を形成させることによりｐｎ接合を構成することが好ましい。通常、少数キャリア移動度は、正孔よりも電子のほうが高い。このため、このように受光面側の少数キャリアが電子となる構造とすることで、少数キャリアの損失を抑制することができる。
基板１のｎ型単結晶シリコン基板には、基板表面の結晶面方位が（１００）面のものを用いた。そして、基板１の表裏面に対してアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことで（１１１）結晶面が露出したテクスチャ構造を基板１の表裏面に形成した。ここで、テクスチャ構造は、少なくとも基板１の受光面側の表面に形成される。なお、本実施例のように基板１の裏面側での光散乱効果を考慮して、基板１の裏面側の表面にもテクスチャ構造を形成させてもよい（図３−２）。
つぎに、たとえばＰＥＣＶＤ（Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、基板１の両面に薄膜シリコン層を形成した（図３−３）。まず、基板１の第１主面にｉ型層２１を５ｎｍの膜厚で堆積させ、その上にｐ型層２２を８ｎｍの膜厚で堆積させた。これにより、第１主面の全面にｉ型層２１、ｐ型層２２がこの順で積層される。
ここで、製膜条件について説明する。ｉ型層２１の製膜条件は、たとえば材料ガスとしてシラン、水素をそれぞれ５０ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍでＰＥＣＶＤ装置に導入した。ｐ型層２２の製膜条件は、たとえば材料ガスとしてシラン、水素およびｐ型ドーパントであるホウ素の添加用にジボランをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、４０ｓｃｃｍｍでＰＥＣＶＤ装置に導入した。
共通条件として、製膜圧力は１５０Ｐａ、製膜温度は１５０℃、ＲＦ出力は２０ｍＷ毎平方ｃｍとした。また、ここで用いるジボランは水素によって２００倍に希釈されたものを用いた。なお、製膜条件についてはこれらの条件に限定されるものではなく成膜環境に応じて適宜変更が可能である。また、ｐ型層２２およびｉ型層２１のバンドギャップを制御するために、ｉ型層２１に非晶質酸化シリコン、非晶質炭化シリコン、非晶質窒化シリコンなどの非晶質シリコン系合金を使用し、ｐ型層２２にこれらの非晶質シリコン系合金や微結晶シリコンおよびその合金を用いることも可能である。
つぎに、基板１の第２主面側の製膜を行う。基板１の第２主面側については、まず基板１の第２主面にｉ型層３１を５ｎｍの膜厚で堆積させ、その上にｎ型層３２を１０ｎｍの膜厚で堆積させた。これにより、第２主面の全面にｉ型層３１、ｎ型層３２がこの順で積層される。
ここで、製膜条件について説明する。ｉ型層３１の製膜条件は、たとえば材料ガスとしてシラン、水素をそれぞれ５０ｓｃｃｍ、３００ｓｃｃｍでＰＥＣＶＤ装置に導入した。ｎ型層３２の製膜条件は、たとえば材料ガスとしてシラン、水素およびｎ型ドーパントであるリンの添加用にフォスフィンをそれぞれ１０ｓｃｃｍ、１００ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍｍでＰＥＣＶＤ装置に導入した。
共通条件として、製膜圧力は１５０Ｐａ、製膜温度は１５０℃、ＲＦ出力は２０ｍＷ毎平方ｃｍとした。また、ここで用いるフォスフィンは水素によって１００倍に希釈されたものを用した。なお、製膜条件についてはこれらの条件に限定されるものではなく成膜環境に応じて適宜変更が可能である。また、第１主面側と同様に、ｉ型層２１に非晶質酸化シリコン、非晶質炭化シリコン、非晶質窒化シリコンなどの非晶質シリコン系合金を使用し、ｐ型層２２にこれらの非晶質シリコン系合金や微結晶シリコンおよびその合金を用いることによりｐ型層３２およびｉ型層３１のバンドギャップを制御することも可能である。
つぎに、基板１の第１主面の全面に積層させたｐ型層２２をたとえばドライエッチングによりパターニングした（図３−４）。まず、フォトリソグラフィとエッチングにより、エッチングのマスクとなるフォトレジストのパターンを形成した。ｐ型層２２上にフォトレジストを塗布し、所定のパターンにパターニングした。つぎに、フォトレジストをマスクに用いて、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置によりｐ型層２２に対してプラズマエッチングを行ってｐ型層２２を部分的に除去して、ｐ型層２２をパターニングした。その後、残ったフォトレジストを除去した。
エッチングガスとしては、三フッ化窒素を用いた。エッチングガスとしては、このようなフッ化窒素以外にも、フッ化炭素、フッ化硫黄、フルオロメタンなどのフッ素系ガスや塩素、塩化ホウ素、塩化珪素などの塩素系ガス、あるいは水素を用いてもよい。また、状況に応じてアルゴンやヘリウムなどの希ガスを添加することも可能である。また、ドライエッチング装置としては、ＲＩＥ装置の他にも、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置などの他のプラズマエッチング装置や、スパッタエッチング装置を使用してもよい。
このエッチングにおいては、ｐ型層２２のみでなく、太陽電池の受光面側におけるパッシベーション層としての役割を有するｉ型層２１を削り取ってしまい、基板１の表面にダメージを与える虞がある。これを防ぐため、エッチングレートをできるだけ小さくし、ｐ型層２２のみを安定的に除去することが好ましい。本実施例においてはエッチングレートを毎秒約０．２ｎｍとして４０秒間行った。この条件では、面内位置によってはｉ型層２１が一部削られることにはなるが、エッチング効果がｉ型層２１と基板１との界面にまで到達することはない。
本実施例では、図２（ａ）に示されるような短冊形状の開口部２２１をｐ型層２２に形成してｐ型層２２をパターニングした。ｐ型層２２および開口部２２１の幅（短冊形状の短手方向）は、それぞれ１．１ｍｍとし、残存させるｐ型層２２のパターンは、上部電極である上部グリッド銀電極２４および上部バス銀電極２５の形成領域にほぼ一致する領域とした。ｐ型層２２のパターンはこれに限定するものではないが、このような構造を用いると、上部グリッド銀電極２４および上部バス銀電極２５によって影となる部分のみにｐ型層２２を残し、受光量が多くなるその他の部分（上部グリッド銀電極２４および上部バス銀電極２５の形成領域以外の部分）のｐ型層２２を除去することで、基板１への入射光の低減を抑制して基板１での光吸収効率を最大化させることができる。
なお、ｐ型層２２のパターンは、正孔の拡散長による制限を受ける。少数キャリア拡散長は、基板内で発生した少数キャリアが安全に移動できる指標となる距離であり、少数キャリア移動度や少数キャリアライフタイムによって決まる。一般的なｎ型単結晶シリコン基板でライフタイムが１ｍｓ程度の場合の少数キャリア拡散長は、およそ１ｍｍ程度となる。このような太陽電池の場合は、開口部２２１を挟んで隣り合うｐ型層２２間の距離は２ｍｍ以内にすることが好ましい。
このように、透明導電膜層２３の形成後ではなく、ｐ型層２２を形成した直後にエッチングを行うため、エッチングにおける膜厚の制御性が向上し、ｉ型層２１を残しつつｐ型層２２のみを除去することが可能になる。
つぎに、スパッタリング装置を用いて、基板１の第１主面側の全面に酸化インジウムからなる透明導電膜層２３を、基板１の第２主面側の全面に酸化インジウムからなる透明導電膜層３３を形成した（図３−５）。透明導電膜層２３および透明導電膜層３３の厚さは、ともに８０ｎｍとした。透明導電膜層２３、３３としては、酸化インジウム膜以外にも、ＩＴＯ膜や酸化亜鉛膜などを用いることもできる。
最後に、第１主面側に櫛形の上部電極を構成する上部グリッド銀電極２４と上部バス銀電極２５を、第２主面側の全面に裏面銀電極３４を印刷により形成して、図１−１および図１−２に示される太陽電池を作製した（図３−６）。上部グリッド銀電極２４の幅は２００μｍとし、開口部２２１を挟んで隣り合う上部グリッド銀電極２４間の距離は２ｍｍとした。このとき、前述したように上部電極はｐ型層２２が存在する領域にのみ形成した。本実施例では、図１−２に表されるようにｐ型層２２のパターンと上部グリッド銀電極２４とのパターンを同一ピッチで形成させており、上部グリッド銀電極２４は常にｐ型層２２の真上に来るように配置している。また、電極の下部領域はもともと入射する光の量が他の領域と比べて少ないため開口部２２１の形成による効果は少ない。そこで、この領域の導電型シリコン系薄膜層（ｐ型層２２）を残し、開口部２２１を上部電極が存在しない領域に形成することで導電型シリコン系薄膜層（ｐ型層２２）による電界形成効果と開口部２２１における光吸収量の上昇効果を最適化することができる。
上述したように、実施の形態１においては、ｉ型層２１を残してｐ型層２２の一部に複数の開口部２２１が形成される。このため、太陽電池の第１主面側に入射した太陽光の一部は透明導電膜層２３を通過した後、ｐ型層２２を経由せずにｉ型層２１を通過して基板１内に到達する。これにより、本来はｐ型層２２を通過する際に発生する短波長側の光吸収損失を大きく低減することが可能であり、電流損失を低減することができる。
また、実施の形態１においては、透明導電膜層２３がｐ型層２２の開口部２２１にも形成されているため、ｐ型層２２の開口部２２１の領域においても表面反射防止効果が保たれており、太陽電池内への入射光量をより多くすることができる。また、片面側の透明導電膜を削ってしまうことで基板１の両面の応力バランスが崩れてしまうことを防ぐことができる。
また、実施の形態１においては、基板１の第１主面全域がｉ型層２１によって覆われて、すなわち開口部２２１の下部の基板１表面にもｉ型層２１が形成されているため、開口部２２１において発電層である基板１の表面の欠陥が増大することを防止することができる。
また、実施の形態１においては、基板１、ｉ型層２１、ｐ型層２２、透明導電膜層２３、上部電極（上部グリッド銀電極２４、上部バス銀電極２５）との間は常に電気的に接続されている。このため、ｐ型層２２と上部電極との間の電気的接続を考えて上部電極等のパターニングの制限をする必要が無い。これにより、部材配置の自由度が大きくなる。
したがって、実施の形態１によれば、光電変換効率に優れた単結晶へテロ接合シリコン太陽電池が得られる。
実施の形態２．
実施の形態１では、ｐ型層２２に開口部２２１を形成する際にｐ型層２２上にフォトレジストのパターンを形成した後に、該フォトレジストのパターンをマスクに用いてプラズマエッチングによりｐ型層２２のパターニングを行った。しかしながら、このような製造工程を用いた場合は、フォトレジストの塗布、フォトレジストの硬化、エッチング前の余計なレジストの除去、エッチング後のレジスト除去などの工程が必要であり、工程が増加する。実施の形態２では、開口部２２１形成に要する工程数の少ない形態について説明する。
実施の形態１では、ｐ型層２２に開口部２２１を形成する際にｐ型層２２上にフォトレジストのパターンを形成した後に、該フォトレジストのパターンをマスクに用いてプラズマエッチングによりｐ型層２２のパターニングを行った。しかしながら、このような製造工程を用いた場合は、フォトレジストの塗布、フォトレジストの硬化、エッチング前の余計なレジストの除去、エッチング後のレジスト除去などの工程が必要であり、工程が増加する。実施の形態２では、開口部２２１形成に要する工程数の少ない形態について説明する。
図４は、実施の形態２にかかる太陽電池の概略構成を示す要部断面図である。実施の形態２にかかる太陽電池が実施の形態１にかかる太陽電池と異なる点は、ｐ型層２２上に透明導電膜としてアルミニウムがドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ：Aluminum-doped Zinc Oxide）層４１が形成されていることであり、それ以外の構成は実施の形態１にかかる太陽電池と同じである。そして、本実施の形態では、ｐ型層２２に開口部２２１を形成する際にフォトレジストではなくこのＡＺＯ層４１をパターニングマスクとして利用することで工程の削減を図る。
実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法について図５−１〜図５−７を参照して説明する。図５−１〜図５−７は、実施の形態２にかかる太陽電池の製造方法を模式的に示す要部断面図である。
まず、実施の形態１において図３−１〜図３−３を参照して説明した工程を実施して、基板１の第１主面の全面にｉ型層２１、ｐ型層２２をこの順で形成し、基板１の第２主面の全面にｉ型層３１、ｐ型層３２をこの順で形成した（図５−１〜図５−３）。
つぎに、第１主面上に形成されたｐ型層２２のパターニングを行った。本実施の形態では、まず第１主面のｐ型層２２上にスパッタリング法を用いてＡＺＯ層４１を１０ｎｍの膜厚で所定のパターンに製膜した（図５−４）。このとき、マスクを用いてＡＺＯ層４１が第１主面の面内において短冊形状になるように製膜した。つぎに、ＡＺＯ層４１をマスクとして、ＲＩＥ装置を用いてｐ型層２２をパターニングした（図５−５）。パターニング後、ＡＺＯ層４１は、そのまま残存させる。このように、透明導電膜であるＡＺＯ層４１をマスクとしてｐ型層２２のパターニングを行うことにより、フォトレジストをマスクに用いる場合に比べて工程が簡略化され、工程数の低減が可能である。すなわち、除去する必要がない透明導電膜をマスクとして用いることにより、工程を短縮することができる。
エッチングガスとしては、水素を用いた。これは、ＡＺＯは耐還元性が高い耐還元性透明導電膜であるため、ＡＺＯが水素に対するマスクとして働くことによる。ここではＡＺＯ層４１を短冊形状に製膜したが、ｐ型層２２のエッチングパターンによってＡＺＯ層４１の製膜パターンを適宜変更してもよい。また、耐還元性の高いマスクとして使用可能な透明導電膜として、酸化チタンなどを用いてもよい。
このように、透明導電膜層２３の形成後ではなく、ｐ型層２２を形成した直後にエッチングを行うため、エッチングにおける膜厚の制御性が向上し、ｉ型層２１を残しつつｐ型層２２のみを除去することが可能になる。
つぎに、スパッタリング装置を用いて、基板１の第１主面側の全面に酸化インジウムからなる透明導電膜層２３を、基板１の第２主面側の全面に酸化インジウムからなる透明導電膜層３３を形成した（図５−６）。透明導電膜層２３および透明導電膜層３３の厚さは、ともに８０ｎｍとした。このとき、第１主面のｐ型層２２上にはマスクとして用いたＡＺＯ層４１が残存しているが、ＡＺＯ層４１自体は透明導電膜であるため上下の層との電気的な接続は十分取ることができ、ＡＺＯ層４１が残存しても問題はない。また、ＡＺＯ層４１を挟むことによって、ｐ型層２２と透明導電膜層２３のとの間のバンドギャップ的な不整合を緩和する効果を得ることができる。
最後に、実施の形態１の場合と同様にして、第１主面側に櫛形の上部電極を構成する上部グリッド銀電極２４と上部バス銀電極２５を、第２主面側の全面に裏面銀電極３４を印刷により形成して、実施の形態２にかかる太陽電池を作製した（図５−７）。このとき、上部電極はｐ型層２２が存在する領域にのみ形成した。
上述したように、実施の形態２においては、実施の形態１の場合と同様にｐ型層２２の一部に複数の開口部２２１が形成される。このため、太陽電池の第１主面側に入射した太陽光の一部は透明導電膜層２３を通過した後、ｐ型層２２を経由せずにｉ型層２１を通過して基板１内に到達する。これにより、本来はｐ型層２２を通過する際に発生する短波長側の光吸収損失を大きく低減することが可能であり、電流損失を低減することができる。
また、実施の形態２においては、実施の形態１の場合と同様に透明導電膜層２３がｐ型層２２の開口部２２１にも形成されているため、ｐ型層２２の開口部２２１の領域においても表面反射防止効果が保たれており、太陽電池内への入射光量をより多くすることができる。また、片面側の透明導電膜を削ってしまうことで基板１の両面の応力バランスが崩れてしまうことを防ぐことができる。
また、実施の形態２においては、実施の形態１の場合と同様に基板１の第１主面全域がｉ型層２１によって覆われて、すなわち開口部２２１の下部の基板１表面にもｉ型層２１が形成されているため、開口部２２１において発電層である基板１の表面の欠陥が増大することを防止することができる。
また、実施の形態２においては、実施の形態１の場合と同様に基板１、ｉ型層２１、ｐ型層２２、透明導電膜層２３、上部電極（上部グリッド銀電極２４、上部バス銀電極２５）との間は常に電気的に接続されている。このため、ｐ型層２２と上部電極との間の電気的接続を考えて上部電極等のパターニングの制限をする必要が無い。これにより、部材配置の自由度が大きくなる。
さらに、実施の形態２においては、透明導電膜であるＡＺＯ層４１をマスクとしてｐ型層２２のパターニングを行うため、フォトレジストをマスクに用いる場合に比べて工程が簡略であり工程数の低減が可能である。
したがって、実施の形態２によれば、光電変換効率に優れた単結晶へテロ接合シリコン太陽電池が得られる。
実施の形態３．
単結晶へテロ接合シリコン太陽電池は基板の表裏面で対称構造を有することから、基板の両面を受光面とすることも可能である。実施の形態３では、基板の両面を受光面とする太陽電池に本発明を適用する場合について説明する。
単結晶へテロ接合シリコン太陽電池は基板の表裏面で対称構造を有することから、基板の両面を受光面とすることも可能である。実施の形態３では、基板の両面を受光面とする太陽電池に本発明を適用する場合について説明する。
図６は、実施の形態３にかかる太陽電池の概略構成を示す要部断面図である。実施の形態３にかかる太陽電池が実施の形態１にかかる太陽電池と異なる点は、基板１の第１主面、第２主面がともに受光面となるため、ｐ型層２２だけでなくｎ型層３２にも開口部３２１が設けられている点と、裏面銀電極３４の代わりに第２主面側に櫛形の下部電極を構成する下部グリッド銀電極３５と下部バス銀電極（図示せず）が設けられている点であり、それ以外の構成は実施の形態１にかかる太陽電池と同じである。ｎ型層３２に開口部３２１を設けることにより、実施の形態１で説明したｐ型層２２に開口部２２１を設けることによる効果が第２主面側においても得られる。すなわち、第２主面側から光が入射する場合でもｎ型層３２の除去による基板１への光入射量の増加効果を得ることができる。
実施の形態３にかかる太陽電池の製造方法について図７−１〜図７−６を参照して説明する。図７−１〜図７−６は、実施の形態３にかかる太陽電池の製造方法を模式的に示す要部断面図である。
まず、実施の形態１において図３−１〜図３−３を参照して説明した工程を実施して、基板１の第１主面の全面にｉ型層２１、ｐ型層２２をこの順で形成し、基板１の第２主面の全面にｉ型層３１、ｐ型層３２をこの順で形成した（図７−１〜図７−３）。なお、テクスチャ構造は基板１の両面に対して形成した。実施の形態３にかかる太陽電池では第２主面側からも光が入射されるため、基板１の両面にテクスチャ構造が形成されていることが必要である。基板１の両面にテクスチャ構造を備えることにより、基板１のどちらの面から光が入射しても十分に入射光の光散乱が行える。
つぎに、基板１の第１主面の全面に積層させたｐ型層２２および基板１の第２主面の全面に積層させたｎ型層３２を実施の形態１で説明した方法でドライエッチングによりパターニングして、ｐ型層２２に短冊形状の開口部２２１を、ｎ型層３２に短冊形状の開口部３２１を形成した（図７−４）。なお、ドライエッチングのマスクとして、フォトレジストの代わりに、実施の形態２で説明したように透明導電膜を利用してもよい。
透明導電膜層２３の形成後ではなく、ｐ型層２２を形成した直後にエッチングを行うため、エッチングにおける膜厚の制御性が向上し、ｉ型層２１を残しつつｐ型層２２のみを除去することが可能になる。また、透明導電膜層２３の形成後ではなく、ｎ型層３２を形成した直後にエッチングを行うため、エッチングにおける膜厚の制御性が向上し、ｉ型層３１を残しつつｎ型層３２のみを除去することが可能になる。
つぎに、実施の形態１の場合と同様にスパッタリング装置を用いて、基板１の第１主面側の全面に酸化インジウムからなる透明導電膜層２３を、基板１の第２主面側の全面に酸化インジウムからなる透明導電膜層３３を形成した（図７−５）。
最後に、第１主面側に櫛形の上部電極を構成する上部グリッド銀電極２４と上部バス銀電極２５を、第２主面側に櫛形の下部電極を構成する下部グリッド銀電極３５と下部バス銀電極（図示せず）を印刷により形成して、図６に示される太陽電池を作製した（図７−６）。このとき、上部電極はｐ型層２２が存在する領域にのみ形成し、下部電極はｎ型層３２が存在する領域にのみ形成した。
上述したように、実施の形態３においては、実施の形態１の場合と同様にｐ型層２２の一部に複数の開口部２２１が形成される。このため、太陽電池の第１主面側に入射した太陽光の一部は透明導電膜層２３を通過した後、ｐ型層２２を経由せずにｉ型層２１を通過して基板１内に到達する。これにより、本来はｐ型層２２を通過する際に発生する短波長側の光吸収損失を大きく低減することが可能であり、電流損失を低減することができる。また、ｎ型層３２の一部に複数の開口部３２１が形成される。このため、太陽電池の第２主面側に入射した太陽光の一部は透明導電膜層３３を通過した後、ｎ型層３２を経由せずにｉ型層３１を通過して基板１内に到達する。これにより、本来はｎ型層３２を通過する際に発生する短波長側の光吸収損失を大きく低減することが可能であり、電流損失を低減することができる。
また、実施の形態３においては、実施の形態１の場合と同様に透明導電膜層２３がｐ型層２２の開口部２２１にも形成されているため、ｐ型層２２の開口部２２１の領域においても表面反射防止効果が保たれており、太陽電池内への入射光量をより多くすることができる。また、実施の形態３においては、透明導電膜層３３がｎ型層３２の開口部３２１にも形成されているため、ｎ型層３２の開口部３２１の領域においても表面反射防止効果が保たれており、太陽電池内への入射光量をより多くすることができる。
また、実施の形態３においては、実施の形態１の場合と同様に基板１の第１主面全域がｉ型層２１によって覆われて、すなわち開口部２２１の下部の基板１表面にもｉ型層２１が形成されているため、開口部２２１において発電層である基板１の表面の欠陥が増大することを防止することができる。また、実施の形態３においては、基板１の第２主面全域がｉ型層３１によって覆われて、すなわち開口部３２１の下部の基板１表面にもｉ型層３１が形成されているため、開口部３２１において発電層である基板１の表面の欠陥が増大することを防止することができる。
また、実施の形態３においては、実施の形態１の場合と同様に基板１、ｉ型層２１、ｐ型層２２、透明導電膜層２３、上部電極（上部グリッド銀電極２４、上部バス銀電極２５）との間は常に電気的に接続されている。このため、ｐ型層２２と上部電極との間の電気的接続を考えて上部電極等のパターニングの制限をする必要が無い。これにより、部材配置の自由度が大きくなる。また、実施の形態３においては、基板１、ｉ型層３１、ｎ型層３２、透明導電膜層３３、下部電極（下部グリッド銀電極３５、下部バス銀電極）との間は常に電気的に接続されている。このため、ｎ型層３２と下部電極との間の電気的接続を考えて下部電極等のパターニングの制限をする必要が無い。これにより、部材配置の自由度が大きくなる。
したがって、実施の形態３によれば、光電変換効率に優れた単結晶へテロ接合シリコン太陽電池が得られる。
実施の形態４．
上記実施の形態において示した単結晶へテロ接合シリコン太陽電池の場合、開口部２２１をある程度広くしても生成キャリアの収集が可能である。しかし、実際には開口部２２１の幅に応じて若干の生成キャリア収集効率の低下が生じ、開放電圧が徐々に低下していく。前記実施の形態１〜３では、電流損失を極力減らすためにｐ型層２２の形成領域を上部グリッド銀電極２４の直下およびその極近傍のみとし、それ以外の領域はすべてｐ型層２２が存在しない開口部２２１とした。その結果、開口部の幅がたとえば２ｍｍと広くなるため、開放電圧の低下量が増大するおそれがある。
上記実施の形態において示した単結晶へテロ接合シリコン太陽電池の場合、開口部２２１をある程度広くしても生成キャリアの収集が可能である。しかし、実際には開口部２２１の幅に応じて若干の生成キャリア収集効率の低下が生じ、開放電圧が徐々に低下していく。前記実施の形態１〜３では、電流損失を極力減らすためにｐ型層２２の形成領域を上部グリッド銀電極２４の直下およびその極近傍のみとし、それ以外の領域はすべてｐ型層２２が存在しない開口部２２１とした。その結果、開口部の幅がたとえば２ｍｍと広くなるため、開放電圧の低下量が増大するおそれがある。
実施の形態４ではこの点に鑑み、開口部形成によって電流を増加させつつも開放電圧の低下を抑制して発電効率を最適化させる。図８は、実施の形態２にかかる太陽電池における厚み方向に沿った断面斜視図であり、第一主面側を表している。なお、図８では基板１の表面に形成されているテクスチャ構造は省略している。図９は、実施の形態４にかかる太陽電池における厚み方向に沿った断面斜視図であり、第一主面側を表している。
実施の形態４にかかる単結晶へテロ接合シリコン太陽電池では、隣り合う上部グリッド銀電極２４間が全て開口部２２１とはなっておらず、隣り合う上部グリッド銀電極２４間に電極間ｐ型層ライン２２２および電極間ＡＺＯ層ライン４１２が一部存在する。したがって、開口部２２１は、基板１の面内において上部グリッド銀電極２４の長手方向に平行に延在した略長方形状に設けられる。このため隣り合う開口部２２１間の距離は実施の形態２の場合に比べて減少しており、ｐｎ接合による電界の効果が及ぶ領域が拡大し、キャリア収集効率が増加している。
一方で、この構造は実施の形態２の構造と異なり、ｐ型層２２の形成部が増えるため、若干の光吸収損失が発生する。なお、実施の形態４にかかる太陽電池が、実施の形態２にかかる太陽電池と異なる点は、隣り合う上部グリッド銀電極２４間に電極間ｐ型層ライン２２２および電極間ＡＺＯ層ライン４１２が一部存在することのみである。
実施の形態４にかかる太陽電池の形成においては、実施の形態１および実施の形態２にかかる太陽電池と同様に、ｎ型単結晶シリコン基板１の第一主面上にアモルファスシリコンからなるｉ型層２１およびｐ型層２２が形成された後に、酸化亜鉛からなる耐還元性の透明導電膜であるＡＺＯ層４１が形成される。そして、実施の形態２の場合と同様に、ＡＺＯ層４１をマスクとして水素エッチングを行ってｐ型層２２のパターニングが行われる。ただし、ｐ型層２２のパターニングの方法としては、ＡＺＯ層４１を使わずにｐ型層２２上にレジストを塗布して硬化させた後に削る方法を採用してもよい。
ここでのｐ型層２２のラインのパターニング形状は、たとえば線幅が１００μｍ、開口部２２１の幅が９５０μｍとなるように設定される。たとえば上部グリッド銀電極２４間が２ｍｍである場合には、隣り合う上部グリッド銀電極２４の間に一本の電極間ｐ型層ライン２２２が形成部が形成されることになる。なお、上部グリッド銀電極２４間の開口部２２１の幅は、２００μｍ〜１ｍｍとされることが好ましい。開口部２２１の幅が２００μｍ未満の場合は、開口部２２１における光吸収量の上昇効果が十分に得られない。開口部２２１の幅が１ｍｍより大の場合は、電極間ｐ型層ライン２２２による電界形成効果が十分に得られない。ｎ型単結晶シリコン基板１の第２主面側においても同様である。
そして、ｐ型層２２を成型した後に、実施の形態１および実施の形態２の場合と同様に透明導電膜層２３、上部グリッド銀電極２４、上部バス銀電極２５が形成されて第１主面側の構造が完成する。また、裏面側の構造は、実施の形態１および実施の形態２の場合と同様にして形成される。
上記のような実施の形態４にかかる太陽電池では、開口部２２１が実施の形態１〜実施の形態３の場合と比べて５％減少しているが、電界をより効果的にかけることができるため光電変換効率は向上する。また、ここで上部グリッド銀電極２４間に等間隔にｐ型層２ライン２２２を配置したときの、その本数と光電変換効率の関係についてシミュレーションを行った結果を図１０に示す。図１０は、実施の形態４にかかる太陽電池において、電極間ｐ型層ライン２２２の形成本数と光電変換効率の関係を示した特性図である。電極間ｐ型層ライン２２２の形成幅は、１本当たり１００μｍとした。図１０において、横軸はｐ型層の形成本数であり、縦軸は開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、光電変換効率（Ｅｆｆ）について、開口部２２１が存在しない場合の値を基準としたときの相対比較値を表している。
図１０より、上部グリッド銀電極２４間に電極間ｐ型層ライン２２２を追加することにより、開口部２２１の形成による電圧減少を抑える効果が得られ、光電変換効率が向上することがわかる。開放電圧は、数本の電極間ｐ型層ライン２２２の形成によって十分に改善できる。このため、ｐ型層２２の形成面積を大きく増やす必要なく、光電変換効率を上昇させることができる。なお、上述した構成を実施の形態３におけるｎ型単結晶シリコン基板１の第二主面側に適用しても上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。
実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態４に対してさらに改良を加えた構造について説明する。図１１は、実施の形態５にかかる太陽電池における厚み方向に沿った断面斜視図であり、第一主面側を表している。実施の形態２で示されるような構造を用いた場合、ＡＺＯ層４１が積層された領域は、その他の領域と比較して透明導電膜が厚くなっている。この結果、この領域は面内方向に対しての抵抗が減少し、キャリア輸送効率が上昇している。
実施の形態５では、実施の形態４に対してさらに改良を加えた構造について説明する。図１１は、実施の形態５にかかる太陽電池における厚み方向に沿った断面斜視図であり、第一主面側を表している。実施の形態２で示されるような構造を用いた場合、ＡＺＯ層４１が積層された領域は、その他の領域と比較して透明導電膜が厚くなっている。この結果、この領域は面内方向に対しての抵抗が減少し、キャリア輸送効率が上昇している。
実施の形態５にかかる太陽電池では、実施の形態４で説明した電極間ｐ型層ライン２２２およびその上に形成された電極間ＡＺＯ層ライン４１２を、基板１の面方向において上部グリッド銀電極２４の長手方向に対して直交する方向に配置することを特徴とする。この構造においては、電極間ｐ型層ライン２２２に到達したキャリアは、直近の低抵抗な透明導電膜の領域を通りながら上部グリッド銀電極２４に到達する。これにより太陽電池全体の直列抵抗が低下し、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が向上し、その結果、光電変換効率の向上を実現することができる。
また、本実施の形態では、ｐ型層２２の形成部を増やすために上部グリッド銀電極２４の直下およびその極近傍にｐ型層２２を配置したが、この構造の場合には、形状の簡略化のために上部グリッド銀電極２４の直下およびその極近傍に配置されたｐ型層２２を除去した構造とすることもできる。なお、上述した構成を実施の形態３におけるｎ型単結晶シリコン基板１の第２主面側に適用しても上記と同様の効果が得られることは言うまでもない。
また、上記の実施の形態で説明した構成を有する太陽電池を複数形成し、隣接する太陽電池同士を電気的に接続することにより、光電変換効率に優れた太陽電池モジュールが実現できる。この場合は、例えば隣接する太陽電池セルの一方の上部電極と他方の下部電極とを電気的に接続すればよい。
以上のように、本発明にかかる太陽電池は、光電変換効率に優れた単結晶へテロ接合シリコン太陽電池の実現に有用である。
１ ｎ型単結晶シリコン基板（基板）
２１ 真性（ｉ型）非晶質シリコン層（ｉ型層）
２２ ｐ型非晶質シリコン層（ｐ型層）
２３ 透明導電膜層
２４ 上部グリッド銀電極
２５ 上部バス銀電極
３１ 真性（ｉ型）非晶質シリコン層（ｉ型層）
３２ ｎ型非晶質シリコン層（ｎ型層）
３３ 透明導電膜層
３４ 裏面銀電極
３５ 下部グリッド銀電極
４１ 酸化亜鉛層（ＡＺＯ層）
２２１ 開口部
２２２ 電極間ｐ型層ライン
３２１ 開口部
４１２ 電極間ＡＺＯ層ライン
２１ 真性（ｉ型）非晶質シリコン層（ｉ型層）
２２ ｐ型非晶質シリコン層（ｐ型層）
２３ 透明導電膜層
２４ 上部グリッド銀電極
２５ 上部バス銀電極
３１ 真性（ｉ型）非晶質シリコン層（ｉ型層）
３２ ｎ型非晶質シリコン層（ｎ型層）
３３ 透明導電膜層
３４ 裏面銀電極
３５ 下部グリッド銀電極
４１ 酸化亜鉛層（ＡＺＯ層）
２２１ 開口部
２２２ 電極間ｐ型層ライン
３２１ 開口部
４１２ 電極間ＡＺＯ層ライン
Claims (12)
- 導電型単結晶シリコン系基板の第１主面に、第１真性シリコン系薄膜層と第１導電型シリコン系薄膜層と第１透明導電膜層と第１電極とがこの順で積層され、前記導電型単結晶シリコン系基板の第２主面に、第２真性シリコン系薄膜層と第２導電型シリコン系薄膜層と第２透明導電膜層と第２電極とがこの順で積層された太陽電池であって、
前記第１導電型シリコン系薄膜層が、厚み方向に貫通する第１開口部を有し、
前記第１真性シリコン系薄膜層及び前記第１透明導電膜層が、前記第１主面における前記第１開口部に対応する領域を覆っていること、
を特徴とする太陽電池。 - 前記第１電極は、前記第１主面の面内において前記第１開口部の上部領域を除いた領域に形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池。 - 前記第１電極は、前記第１主面の面内において一定の間隔をおいて並列配置された複数本の第１グリッド電極を有し、
前記第１開口部は、前記第１グリッド電極の長手方向に平行に延在した形状に設けられ、幅が２００μｍ〜１ｍｍであること、
を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。 - 前記第２導電型シリコン系薄膜層が、厚み方向に貫通する第２開口部を有し、
前記第２真性シリコン系薄膜層及び第２透明導電膜層が、前記第２主面における前記第２開口部に対応する領域を覆っていること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池。 - 前記第２電極は、前記第２主面の面内において前記第２開口部の上部領域を除いた領域に形成されていること、
を特徴とする請求項４に記載の太陽電池。 - 前記第２電極は、前記第２主面の面内において一定の間隔をおいて並列配置された複数本の第２グリッド電極を有し、
前記第２開口部は、前記第２グリッド電極の長手方向に平行に延在した形状に設けられ、幅が２００μｍ〜１ｍｍであること、
を特徴とする請求項４または５に記載の太陽電池。 - 導電型単結晶シリコン系基板の主面上に真性シリコン系薄膜層を形成する第１工程と、
前記真性シリコン系薄膜層上に導電型シリコン系薄膜層を形成する第２工程と、
前記導電型シリコン系薄膜層上に透明導電膜層を形成する第３工程と、
前記透明導電膜層上に電極を形成する第４工程と、
を含む太陽電池の製造方法であって、
前記第２工程において、前記導電型シリコン系薄膜層の一部に、厚み方向に貫通する開口部を形成して前記真性シリコン系薄膜層を露出させること、
を特徴とする太陽電池の製造方法。 - 前記第２工程では、フォトリソグラフィおよびエッチングにより前記導電型シリコン系薄膜層上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてエッチングにより前記導電型シリコン系薄膜層の一部に前記開口部を形成して前記真性シリコン系薄膜層を露出させること、
を特徴とする請求項７に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記第２工程では、前記導電型シリコン系薄膜層上に耐還元性透明導電膜のパターンを形成し、該パターンをマスクとして水素によるプラズマエッチングにより前記導電型シリコン系薄膜層の一部に前記開口部を形成して前記真性シリコン系薄膜層を露出させること、
を特徴とする請求項７に記載の太陽電池の製造方法。 - 前記電極を、前記主面の面内において前記開口部の上部領域を除いた領域に形成すること、
を特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 - 前記導電型単結晶シリコン系基板の主面が、前記導電型単結晶シリコン系基板の第１主面および第２主面の少なくとも一方の主面であること、
を特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の太陽電池の製造方法。 - 請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池の少なくとも２つ以上が電気的に直列または並列に接続されてなること、
を特徴とする太陽電池モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013542875A JPWO2013069324A1 (ja) | 2011-11-10 | 2012-05-15 | 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011246697 | 2011-11-10 | ||
| JP2011246697 | 2011-11-10 | ||
| JP2013542875A JPWO2013069324A1 (ja) | 2011-11-10 | 2012-05-15 | 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2013069324A1 true JPWO2013069324A1 (ja) | 2015-04-02 |
Family
ID=48289593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013542875A Pending JPWO2013069324A1 (ja) | 2011-11-10 | 2012-05-15 | 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPWO2013069324A1 (ja) |
| WO (1) | WO2013069324A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101813123B1 (ko) * | 2016-08-24 | 2017-12-29 | 주성엔지니어링(주) | 태양전지 및 그 제조 방법 |
| CN110634962A (zh) * | 2018-06-01 | 2019-12-31 | 君泰创新（北京）科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法 |
| CN114649422B (zh) * | 2020-12-17 | 2024-05-10 | 浙江爱旭太阳能科技有限公司 | 一种硅基异质结太阳电池结构及制备方法 |
| CN114005886B (zh) * | 2021-10-29 | 2024-01-09 | 苏州光汇新能源科技有限公司 | 一种适用于室内发电的硅异质结太阳电池结构及其制备方法 |
| CN114823935B (zh) * | 2022-05-16 | 2024-05-03 | 东方日升新能源股份有限公司 | 一种异质结电池及其制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6389657A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-20 | Asahi Glass Co Ltd | 透明電導膜 |
| JPS6439780A (en) * | 1987-08-06 | 1989-02-10 | Sharp Kk | Manufacture of solar cell |
| JPH07131041A (ja) * | 1992-12-09 | 1995-05-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力素子 |
| JPH09181343A (ja) * | 1995-12-26 | 1997-07-11 | Kyocera Corp | 光電変換装置 |
| JP2005260107A (ja) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置の製造方法 |
| JP2006237452A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力素子 |
| JP2011029625A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-02-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置及びその作製方法 |
| JP2013093543A (ja) * | 2011-10-05 | 2013-05-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置 |
-
2012
- 2012-05-15 WO PCT/JP2012/062395 patent/WO2013069324A1/ja active Application Filing
- 2012-05-15 JP JP2013542875A patent/JPWO2013069324A1/ja active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6389657A (ja) * | 1986-10-03 | 1988-04-20 | Asahi Glass Co Ltd | 透明電導膜 |
| JPS6439780A (en) * | 1987-08-06 | 1989-02-10 | Sharp Kk | Manufacture of solar cell |
| JPH07131041A (ja) * | 1992-12-09 | 1995-05-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力素子 |
| JPH09181343A (ja) * | 1995-12-26 | 1997-07-11 | Kyocera Corp | 光電変換装置 |
| JP2005260107A (ja) * | 2004-03-15 | 2005-09-22 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置の製造方法 |
| JP2006237452A (ja) * | 2005-02-28 | 2006-09-07 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力素子 |
| JP2011029625A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-02-10 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置及びその作製方法 |
| JP2013093543A (ja) * | 2011-10-05 | 2013-05-16 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 光電変換装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013069324A1 (ja) | 2013-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6059173B2 (ja) | 太陽電池 | |
| EP3170209B1 (en) | Solar cell with interdigitated back contact | |
| JP5538360B2 (ja) | 太陽電池の製造方法及び太陽電池 | |
| US20170194516A1 (en) | Advanced design of metallic grid in photovoltaic structures | |
| JP5461028B2 (ja) | 太陽電池 | |
| KR101889775B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR101387718B1 (ko) | 태양 전지 및 이의 제조 방법 | |
| US20120325309A1 (en) | Solar cell and solar cell manufacturing method | |
| US8664034B2 (en) | Method of manufacturing solar cell | |
| JP5710024B2 (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| JP2016111357A5 (ja) | ||
| JP5889163B2 (ja) | 光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュール | |
| JP2010080888A (ja) | 太陽電池の製造方法及び太陽電池 | |
| WO2013069324A1 (ja) | 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール | |
| JP2014220291A (ja) | 光起電力装置およびその製造方法、光起電力モジュール | |
| US9761749B2 (en) | Photoelectric conversion device | |
| US9997647B2 (en) | Solar cells and manufacturing method thereof | |
| JP2010283406A (ja) | 太陽電池 | |
| US8889981B2 (en) | Photoelectric device | |
| JP2015506584A (ja) | 光起電力セル及び製造方法 | |
| CN210956694U (zh) | 背钝化太阳能电池结构 | |
| JP7221276B2 (ja) | 太陽電池の製造方法、および、太陽電池 | |
| KR20120086593A (ko) | 태양전지 및 그 제조방법 | |
| CN110600561A (zh) | 一种ibc电池叉指状pn结的电池结构及其制备方法 | |
| JP5645734B2 (ja) | 太陽電池素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150106 |