JPWO2013141232A1 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
改善された信頼性を有する太陽電池を提供する。太陽電池１は、光電変換部２０と、電極１４とを備える。光電変換部２０の一主面２０ｂは、シリコンにより構成されたシリコン表面を含む。電極１４は、光電変換部２０の上に配されている。電極１４は、スズ酸化物層１６と、金属層１７とを含む。スズ酸化物層１６は、シリコン表面の上に配されている。金属層１７は、スズ酸化物層１６の上に配されている。スズ酸化物層１６が、第１のスズ酸化物層１６ａと、第２のスズ酸化物層１６ｂとを含む。第２のスズ酸化物層１６ｂは、第１のスズ酸化物層１６ａに積層されている。第２のスズ酸化物層１６ｂは、第１のスズ酸化物層１６ａよりも酸素濃度が低い。スズ酸化物層１６の少なくとも一方の表層が第２のスズ酸化物層１６ｂにより構成されている。
Description
本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
近年、環境負荷が小さな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。太陽電池は、一般的に、光電変換部と、電極とを備えている。例えば特許文献１には、電極をシード層とコンタクトめっきとにより構成することが記載されている。
近年、太陽電池の信頼性をさらに改善したいという要望が高まってきている。
本発明は、改善された信頼性を有する太陽電池を提供することを主な目的とする。
本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、電極とを備える。光電変換部の一主面は、シリコンにより構成されたシリコン表面を含む。電極は、光電変換部の上に配されている。電極は、スズ酸化物層と、金属層とを含む。スズ酸化物層は、シリコン表面の上に配されている。金属層は、スズ酸化物層の上に配されている。スズ酸化物層が、第１のスズ酸化物層と、第２のスズ酸化物層とを含む。第２のスズ酸化物層は、第１のスズ酸化物層に積層されている。第２のスズ酸化物層は、第１のスズ酸化物層よりも酸素濃度が低い。スズ酸化物層の少なくとも一方の表層が第２のスズ酸化物層により構成されている。
本発明に係る太陽電池の製造方法では、一主面がシリコンにより構成されたシリコン表面を含む光電変換部のシリコン表面の上に、スズ酸化物層と金属層とをこの順番で形成する。スズ酸化物層及び金属層をエッチングすることによりパターニングし、パターニングされたスズ酸化物層及びパターニングされた金属層を含む電極を形成する。スズ酸化物層が、第１のスズ酸化物層と、第１のスズ酸化物層に積層されており、第１のスズ酸化物層よりも酸素濃度が低い第２のスズ酸化物層とを含み、スズ酸化物層の少なくとも一方の表層が第２のスズ酸化物層により構成されるようにスズ酸化物層を形成する。
本発明によれば、改善された信頼性を有する太陽電池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。
（第１の実施形態）
図１及び図２に示されるように、太陽電池１は、光電変換部２０を有する。光電変換部２０は、第１の主面と、第２の主面２０ｂとを有する。第１の主面及び第２の主面２０ｂのうち、第１の主面が受光面を構成しており、第２の主面２０ｂが裏面を構成している。ここで、「受光面」とは、主として受光する面である。
図１及び図２に示されるように、太陽電池１は、光電変換部２０を有する。光電変換部２０は、第１の主面と、第２の主面２０ｂとを有する。第１の主面及び第２の主面２０ｂのうち、第１の主面が受光面を構成しており、第２の主面２０ｂが裏面を構成している。ここで、「受光面」とは、主として受光する面である。
光電変換部２０は、受光した際に正孔や電子などのキャリアを生成させる部材である。光電変換部２０は、受光面を構成している第１の主面において受光した際にのみキャリアを生成させるものであってもよいし、第１の主面のみならず、裏面を構成している第２の主面２０ｂにおいて受光した際にもキャリアを生成させるものであってもよい。
光電変換部２０は、第２の主面２０ｂに、ｐ型表面２０ｂｐと、ｎ型表面２０ｂｎとを有する。これらｐ型表面２０ｂｐ及びｎ型表面２０ｂｎは、それぞれ、シリコンにより構成されたシリコン表面である。
ｐ型表面２０ｂｐの上には、ｐ側電極１４が配されている。ｎ型表面２０ｂｎの上には、ｎ側電極１５が配されている。電極１４，１５は、それぞれ、くし歯状に設けられている。具体的には、電極１４，１５は、それぞれ、一方向に延びた複数のフィンガー部と、フィンガー部と交差し、かつ、複数のフィンガー部を電気的に接続するバスバー部とを有する。もっとも、本発明において、電極の構成は、特に限定されない。電極は、例えば、複数のフィンガー部のみによって構成されていてもよい。
光電変換部２０は、例えば、半導体材料からなる基板と、基板の一主面の上に配されており、ｐ型表面２０ｂｐを構成しているｐ型半導体層と、基板の一主面の上に配されており、ｎ型表面２０ｂｎを構成しているｎ型半導体層とを有していてもよい。ｐ型表面２０ｂｐは、基板に設けられたｐ型ドーパント拡散領域により構成されていてもよい。ｎ型表面２０ｂｎは、基板に設けられたｎ型ドーパント拡散領域により構成されていてもよい。
電極１４，１５は、それぞれ、ｐ型表面２０ｂｐまたはｎ型表面２０ｂｎの上に配されたスズ酸化物層１６と、スズ酸化物層１６の上に配された金属層１７と、めっき層１８とを有する。スズ酸化物層１６は、ｐ型表面２０ｂｐまたはｎ型表面２０ｂｎの直上に配されている。
スズ酸化物層１６は、第１のスズ酸化物層１６ａと、第１のスズ酸化物層１６ａに積層された第２のスズ酸化物層１６ｂとを含む。スズ酸化物層１６の少なくとも一方の表層が第２のスズ酸化物層１６ｂにより構成されている。具体的には、太陽電池１では、スズ酸化物層１６の金属層１７側の表面が第２のスズ酸化物層１６ｂにより構成されている。第２のスズ酸化物層１６ｂにおける酸素濃度は、第１のスズ酸化物層１６ａにおける酸素濃度よりも低い。スズ酸化物層１６ａの厚みは、スズ酸化物層１６ｂの厚みに比べ薄いことが好ましい。
金属層１７は、スズ酸化物層１６の直上に配されている。金属層１７は、Ｃｕを含むことが好ましい。具体的には、金属層１７は、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、またはそれらのうち少なくとも２つを含む合金により構成されていることが好ましい。
めっき層１８は、金属層１７の上に配されている。具体的には、めっき層１８は、金属層１７の上面及び側面を覆うように配されている。めっき層１８は、電解めっきなどのめっきにより形成された層である。めっき層１８の構成材料は、特に限定されない。めっき層１８は、Ｃｕ、Ｃｕを含む合金、Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｇ等により構成することができる。
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、光電変換部２０を用意する。次に、図３に示されるように、光電変換部２０の第２の主面２０ｂの実質的に全面の上に、第１のスズ酸化物層１６ａを構成するための第１のスズ酸化物膜２６ａ、第２のスズ酸化物層１６ｂを構成するための第２のスズ酸化物膜２６ｂ、及び金属層１７を構成するための金属膜２７をこの順番で形成する。
例えば、光電変換部２０の第２の主面２０ｂの上に、所定の酸素濃度を有するスズ酸化物膜を成膜したあと、表面側を還元処理することによって、表面側の酸素濃度を低下させて第１、第２のスズ酸化物膜２６ａ、２６ｂを形成する。その後、第２のスズ酸化物膜２６ｂ上に金属膜２７を成膜する。還元処理は、例えば、還元作用を有する元素を含んだターゲットを用いてスズ酸化物膜の表面にスパッタリングする方法、スズ酸化物膜の表面に水素プラズマを照射する方法、または、スズ酸化物膜の表面を還元作用を有する液体に浸す方法、のうちのいずれかを採用することができる。スズ酸化物膜や金属膜はそれぞれ、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により形成することができる。
第１、第２のスズ酸化物膜２６ａ、２６ｂ、及び金属層１７の形成方法は、上記の方法に限られない。例えば、添加するガスの量などの成膜条件を異ならせて第１、第２のスズ酸化物膜２６ａ、２６ｂを成膜したあと、金属層１７を成膜することにより第１、第２のスズ酸化物膜２６ａ、２６ｂ、及び金属層１７を形成してもよい。
次に、第１、第２のスズ酸化物膜２６ａ、２６ｂ及び金属膜２７をエッチングすることによりパターニングし、パターニングされた第１、第２のスズ酸化物層１６ａ、１６ｂ及びパターニングされた金属層１７を形成する。この第１、第２のスズ酸化物膜２６ａ、２６ｂ及び金属膜２７のエッチングに好ましく用いられるエッチング液の具体例としては、例えば、塩酸、シュウ酸、王水、塩酸と塩化第２鉄の混合液等が挙げられる。
次に、第１、第２のスズ酸化物層１６ａ、１６ｂ及び金属層１７をシード層として、第１、第２のスズ酸化物層１６ａ、１６ｂ及び金属層１７に給電することにより、めっき層１８を形成する。これにより、第１、第２のスズ酸化物層１６ａ、１６ｂ、金属層１７及びめっき層１８を含む電極１４，１５を形成し、太陽電池１を完成させる。なお、めっき層１８は、例えば、電解めっきにより形成されることがより好ましい。
例えば、スズ酸化物層を、酸素濃度が高く、且つ、層全体で実質的に一定である単層のスズ酸化物層により構成した場合は、スズ酸化物層及び金属層をエッチングすることによりパターニングする際に、スズ酸化物層のみが、側面から横方向に選択的にエッチングされやすい。このため、スズ酸化物層がシリコン表面から剥離しやすくなったり、スズ酸化物層と金属層とが剥離しやすくなったりする。よって、製造される太陽電池の信頼性が低くなる場合や、太陽電池の光電変換効率が低くなるなどの場合がある。
本実施形態の太陽電池１では、スズ酸化物層１６の金属層１７側の表層が、相対的に酸素濃度が低く、エッチングされにくい第２のスズ酸化物層１６ｂにより構成されている。このため、スズ酸化物層１６の金属層１７側の表層が大きくエッチングされることを防止でき、スズ酸化物層１６と金属層１７との接合強度が低下することを抑制することができる。
具体的には、図４に示すように、本実施形態の第１のスズ酸化物層１６ａ及び第２の酸化物層１６ｂは、電極１４，１５の長手方向とは垂直な方向の長さ（以下、幅という）が互いに異なる。金属層１７側の第２のスズ酸化物層１６ｂの幅は、光電変換部２０側の第１のスズ酸化物層１６ａの幅よりも広くなっている。これにより、酸素濃度が高く、且つ、層全体で実質的に一定である単層のスズ酸化物層を用いた場合と比較して、金属層１７の下面とスズ酸化物層１６の上面との接触面積が大きくなり、金属層１７とスズ酸化物層１６の界面における接合強度が大きくなる。従って、改善された信頼性を有し、かつ改善された光電変換効率を有する太陽電池を製造することが可能となる。
なお、スズ酸化物層と金属層との接合強度を改善する観点からは、スズ酸化物層の全体における酸素濃度を低くすることも考えられる。しかしながら、この場合は、スズ酸化物層の電気抵抗が高くなる。従って、得られる太陽電池の光電変換効率が低くなってしまう場合がある。
それに対して、太陽電池１では、スズ酸化物層１６は、相対的に酸素濃度が低い第２のスズ酸化物層１６ｂに加えて、相対的に酸素濃度が高い第１のスズ酸化物層１６ａを含む。このため、スズ酸化物層１６の電気抵抗の増大が抑制されている。従って、光電変換効率の低下を抑制することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
（第２及び第３の実施形態）
第１の実施形態では、スズ酸化物層１６の金属層１７側の表層のみが、酸素濃度が相対的に低い第２のスズ酸化物層１６ｂ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、これに限定されない。
第１の実施形態では、スズ酸化物層１６の金属層１７側の表層のみが、酸素濃度が相対的に低い第２のスズ酸化物層１６ｂ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、これに限定されない。
例えば、図５に示されるように、スズ酸化物層１６の光電変換部２０側の表層のみが、酸素濃度が相対的に低い第２のスズ酸化物層１６ｂにより構成されていてもよい。すなわち、光電変換部２０上に第２のスズ酸化物層１６ｂ、第１のスズ酸化物層１６ａがこの順に積層されていてもよい。このとき、第１のスズ酸化物層１６ａは、その厚み方向において第２のスズ酸化物層１６ｂから金属層１７に向かうに従い、幅が狭くなっていることが好ましい。これにより、めっき層１８は、金属層１７の上面及び側面に加え、第１のスズ酸化物層１６ａから露出している下面部分を覆うように形成される。その結果、金属層１７とめっき層１８との接触面積が増加し、接触抵抗を低減することができる。
その場合は、図６に示されるように、まず、第２のスズ酸化物膜２６ｂを形成した後に、第１のスズ酸化物膜２６ａを形成すればよい。第１のスズ酸化物層１６ａの幅を変化させる方法としては、例えば、添加する酸素ガスの量を徐々に変化させることにより実現可能である。なお、第１のスズ酸化物層１６ａの幅は、層の厚み方向において均一であってもよい。
例えば、図７に示されるように、スズ酸化物層１６の金属層１７側の表層と、光電変換部２０側の表層との両方が、酸素濃度が相対的に低い第２のスズ酸化物層１６ｂにより構成されていてもよい。すなわち、光電変換部２０上に第２のスズ酸化物層１６ｂ、第１のスズ酸化物層１６ａ、第２のスズ酸化物層１６ｂがこの順に積層されていてもよい。第１のスズ酸化物層１６ａの幅は、金属層１７側の第２のスズ酸化物層１６ｂ及び光電変換部２０側の第２のスズ酸化物層１６ｂの幅よりも狭くなっている。これにより、スズ酸化物層１６は、第２のスズ酸化物層１６ｂと金属層１７及び光電変換部２０との接合強度を維持しつつ、電気抵抗の増大を抑制することができる。従って、光電変換効率の低下を抑制することができる。
その場合は、図８に示されるように、まず、第２のスズ酸化物膜２６ｂを形成した後に、第１のスズ酸化物膜２６ａを形成した後に、さらに第２のスズ酸化物膜２６ｂを形成すればよい。
また、スズ酸化物層１６における酸素濃度が、スズ酸化物層１６の厚み方向に沿って徐変しており、スズ酸化物層１６の一方の表層に酸素濃度が相対的に低い部分が設けられていてもよい。
１…太陽電池
１４…ｐ側電極
１５…ｎ側電極
１６…スズ酸化物層
１６ａ…第１のスズ酸化物層
１６ｂ…第２のスズ酸化物層
１７…金属層
２０…光電変換部
２０ｂ…第２の主面
２０ｂｎ…ｎ型表面
２０ｂｐ…ｐ型表面
２６ａ、２６ｂ…スズ酸化物膜
２７…金属膜
１４…ｐ側電極
１５…ｎ側電極
１６…スズ酸化物層
１６ａ…第１のスズ酸化物層
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１７…金属層
２０…光電変換部
２０ｂ…第２の主面
２０ｂｎ…ｎ型表面
２０ｂｐ…ｐ型表面
２６ａ、２６ｂ…スズ酸化物膜
２７…金属膜
Claims (7)
- 一主面がシリコンにより構成されたシリコン表面を含む光電変換部と、
前記光電変換部の上に配された電極と、
を備え、
前記電極は、前記シリコン表面の上に配されたスズ酸化物層と、前記スズ酸化物層の上に配された金属層とを含み、
前記スズ酸化物層が、第１のスズ酸化物層と、前記第１のスズ酸化物層に積層されており、前記第１のスズ酸化物層よりも酸素濃度が低い第２のスズ酸化物層とを含み、
前記スズ酸化物層の少なくとも一方の表層が前記第２のスズ酸化物層により構成されている、太陽電池。 - 前記スズ酸化物層の前記金属層側の表面が前記第２のスズ酸化物層により構成されている、請求項１に記載の太陽電池。
- 前記スズ酸化物層の前記シリコン表面側の表面が前記第２のスズ酸化物層により構成されている、請求項１または２に記載の太陽電池。
- 前記第２のスズ酸化物層の厚みが、前記第１のスズ酸化物層の厚みより小さい、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 前記金属層がＣｕを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 一主面がシリコンにより構成されたシリコン表面を含む光電変換部の前記シリコン表面の上に、スズ酸化物層と金属層とをこの順番で形成する工程と、
前記スズ酸化物層及び前記金属層をエッチングすることによりパターニングし、前記パターニングされたスズ酸化物層及びパターニングされた金属層を含む電極を形成する工程と、
を備え、
前記スズ酸化物層が、第１のスズ酸化物層と、前記第１のスズ酸化物層に積層されており、前記第１のスズ酸化物層よりも酸素濃度が低い第２のスズ酸化物層とを含み、前記スズ酸化物層の少なくとも一方の表層が前記第２のスズ酸化物層により構成されるように前記スズ酸化物層を形成する、太陽電池の製造方法。 - 前記スズ酸化物層及び前記金属層のエッチングを、塩酸、シュウ酸、王水、塩酸と塩化第２鉄の混合液のうちいずれかを用いて行う、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
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