JPWO2013161668A1 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

太陽電池及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2013161668A1
JPWO2013161668A1 JP2014512507A JP2014512507A JPWO2013161668A1 JP WO2013161668 A1 JPWO2013161668 A1 JP WO2013161668A1 JP 2014512507 A JP2014512507 A JP 2014512507A JP 2014512507 A JP2014512507 A JP 2014512507A JP WO2013161668 A1 JPWO2013161668 A1 JP WO2013161668A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
thin film
silicon
film layer
solar cell
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.)
Granted
Application number
JP2014512507A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5726377B2 (ja
Inventor
古畑　武夫
武夫 古畑
幹雄 山向
幹雄 山向
友宏 品川
友宏 品川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2014512507A priority Critical patent/JP5726377B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5726377B2 publication Critical patent/JP5726377B2/ja
Publication of JPWO2013161668A1 publication Critical patent/JPWO2013161668A1/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01L31/04—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
    • 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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0368—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors
    • H01L31/03682—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • 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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0368—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors
    • H01L31/03682—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L31/03685—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including polycrystalline semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table including microcrystalline silicon, uc-Si
    • 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
    • H01L31/0248—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 characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0376—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors
    • H01L31/03762—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 characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including amorphous semiconductors including only elements of Group IV of the Periodic Table
    • 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
    • Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
    • 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
    • Y02E10/546—Polycrystalline silicon PV cells
    • 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
    • Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

結晶系シリコン基板上に形成される導電型半導体層における光吸収を低減し、光吸収損失を減らして光電変換効率を向上させることができる太陽電池を得ることを目的とし、結晶系シリコン基板としてのｎ型の単結晶シリコン基板１１の片面に真性シリコン系薄膜層と、導電型結晶系シリコン系薄膜層とが順次積層された太陽電池であって、真性シリコン系薄膜層は、ｎ型の単結晶シリコン基板１１側から順に非晶質層としての真性の非晶質シリコン層１２と結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３の２層を備え、前記導電型結晶系シリコン系薄膜層は、前記結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３と接して導電型結晶系シリコン系薄膜層としてのｐ型の微結晶シリコン層１４を有することを特徴とする。

Description

本発明は、太陽電池及びその製造方法に係り、特に結晶系半導体基板と非晶質半導体層との接合構造に関する。
従来、結晶系半導体基板と非晶質半導体層との間で接合を形成した構造の太陽電池技術が開示されている。このような太陽電池では、発電層として結晶系半導体基板を用い、基板の両側の真性非晶質半導体層で基板表面でのキャリアの再結合を低減し、さらにその両側の導電型半導体層で高い内蔵電界を形成することで、光電変換効率の向上をはかっている。
特許文献１では、真性非晶質半導体層を２層構造とし、基板側から外側に向かって順に光学的バンドギャップを広げた構成をとる。これにより、真性非晶質半導体層で発生する光吸収を減らすとしている。
特許第３４９０９６４号公報
しかしながら、上記従来の技術によっても十分な光電変換効率を得ることは困難であり、さらなる光電変換効率の向上が求められている。
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、基板上の導電型半導体層における光吸収を低減することで、光吸収損失を低減し、光電変換効率の高い太陽電池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、本発明の太陽電池は、一導電型の結晶系シリコン基板の片面に接するように真性シリコン系薄膜層と、導電型結晶系シリコン系薄膜層とが順次積層された太陽電池であって、前記真性シリコン系薄膜層は、前記単結晶シリコン基板側から順に非晶質層と結晶系層の２層を備え、前記導電型結晶系シリコン系薄膜層は、前記真性シリコン系薄膜層と接する部分において隣接する前記真性シリコン系薄膜層より結晶化率が低いことを特徴としている。
本発明によれば、２層構造の真性シリコン系薄膜層のうちの結晶系層と接することによって導電型結晶系シリコン系薄膜層の結晶化が容易となる。また、前記導電型結晶系シリコン系薄膜層は、前記真性シリコン系薄膜層と接する部分において隣接する前記真性シリコン系薄膜層より結晶化率が低くなるようにすることで、バンドギャップ差の増大を抑制でき、界面での欠陥の発生を抑制可能となる。従って、本発明の構造を有する太陽電池によれば、導電型シリコン系薄膜層の結晶性を高めることができ、光吸収の低減が可能となり、光電変換効率を向上することができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１の太陽電池を示す模式的断面図である。 図２は、微結晶シリコン層のラマンスペクトルの一例を示す図である。 図３は、アモルファスシリコン層のラマンスペクトルの一例を示す図である。 図４−１は、本発明の実施の形態１の太陽電池を示す工程断面図である。 図４−２は、本発明の実施の形態１の太陽電池を示す工程断面図である。 図４−３は、本発明の実施の形態１の太陽電池を示す工程断面図である。 図４−４は、本発明の実施の形態１の太陽電池を示す工程断面図である。 図４−５は、本発明の実施の形態１の太陽電池を示す工程断面図である。 図４−６は、本発明の実施の形態１の太陽電池を示す工程断面図である。 図５は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造工程を示すフローチャートである。 図６は、本発明にかかる実施の形態１の比較例の太陽電池を示す模式的断面図である。 図７は、真性シリコン層とそれに接するｐ型のシリコン層の結晶化率の関係を示す図である。 図８は、本発明にかかる実施の形態１の太陽電池の各層の結晶化率を示す図である。 図９は、本発明にかかる実施の形態２の太陽電池を示す模式的断面図を示す図である。 図１０は、本発明にかかる実施の形態３の太陽電池を示す模式的断面図を示す図である。 図１１は、本発明にかかる実施の形態４の太陽電池を示す模式的断面図を示す図である。 図１２−１は、本発明にかかる実施の形態４の太陽電池の製造工程を示す要部拡大断面図である。 図１２−２は、本発明にかかる実施の形態４の太陽電池の製造工程を示す要部拡大断面図である。 図１３は、本発明にかかる実施の形態４の太陽電池の凸部に形成された各層の結晶化率の関係を示す図である。 図１４は、本発明にかかる実施の形態４の太陽電池を上からみた時に、凸部に形成したｎ型微結晶シリコン層が基板を占める領域を示す図である。 図１５は、本発明にかかる実施の形態４の太陽電池の特性を示す図である。 図１６−１は、本発明にかかる実施の形態５の太陽電池を示す模式的断面図を示す図である。 図１６−２は、本発明にかかる実施の形態５の太陽電池を示す要部拡大断面図である。 図１７は、本発明にかかる実施の形態５の太陽電池の凸部に形成された各層の結晶化率の関係を示す図である。 図１８は、本発明にかかる実施の形態５の太陽電池の凸部以外の領域に形成された各層の結晶化率の関係を示す図である。
以下に、本発明にかかる太陽電池及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる太陽電池の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合もある。
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態１の模式的断面図である。以下、図１を参照して本実施の形態１の太陽電池について説明する。この太陽電池１０は、一導電型の結晶系シリコン基板として、ｎ型の単結晶シリコン基板１１を用いる。本実施の形態１の太陽電池は、ｎ型の単結晶シリコン基板１１と接するように、非晶質層としての真性の非晶質シリコン層１２と、結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３とが順次積層され、この上層に導電型結晶系シリコン系薄膜層として、ホウ素（Ｂ）をドープしたｐ型の微結晶シリコン層１４を有することを特徴とする。ここで、ホウ素(Ｂ)の代わりにＡｌをドープしたｐ型の微結晶シリコン層でもよい。そしてこのｐ型の微結晶シリコン層１４上には透光性電極１５が形成され、表面には銀層からなる集電電極１６が形成されている。一方、ｎ型の単結晶シリコン基板１１の裏面側については、真性の非晶質シリコン層１７、ｎ型の非晶質シリコン層１８が順次積層されている。そして裏面側についてもこのｎ型の非晶質シリコン層１８上には透光性電極２５が形成されている。なお、真性の非晶質シリコン層１７とｎ型の非晶質シリコン層１８からＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）領域が形成される。その外側に反射層1９を備えており、この反射層１９上に裏面側の集電電極２６が設けられる。
ここで、ｎ型の単結晶シリコン基板１１としてはインゴットからスライスにより切り出されたものを用いる。切断面は研磨され表面の平坦化がなされている。さらに、切断面には結晶のひずみが残っているため、ＨＦ＋ＨＮＯ3やＮａＯＨなどを用いて表面を１０〜２０μｍ程度エッチングする。また、ゲッタリングにより基板内の不純物を除去することが好ましい。ゲッタリングには、リンを熱拡散し、形成されたリンガラス層に不純物を偏析させる方法がある。
また、ｎ型の単結晶シリコン基板１１はｐ型の単結晶シリコン基板でもよい。また、結晶系シリコン基板としては、ｎ型の多結晶シリコン基板表面に所望の厚さのｎ型の単結晶シリコン層を形成した基板あるいはｎ型の多結晶シリコン基板など、少なくとも表面が一導電型の結晶系シリコン層を構成するものであればよい。
反射防止あるいは散乱による基板内の光路長の増大のため、基板表面に凹凸（テクスチャー）が形成されていることが好ましい。テクスチャーは、単結晶シリコン基板の（１００）面を用いて、（１００）面と（１１１）面のエッチングレートが異なることを利用した異方性エッチングによって形成できる。薬液にはアルカリ溶液及び添加剤を用い、アルカリ溶液には水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等を、添加剤にはイソプロピルアルコール等を用いる。
ｎ型の単結晶シリコン基板１１の光入射側つまり受光面側に、真性非晶質シリコン系薄膜層として真性の非晶質シリコン層１２を備える。真性の非晶質シリコン層１２は基板表面の欠陥を修復し光電変換効率を向上することができる。この真性の非晶質シリコン層１２が結晶化すると、表面の欠陥の修復効果の低下やこの膜自体の欠陥の増加により、光電変換効率を低下させるため、ｎ型の単結晶シリコン基板１１に接する真性のシリコン層には非晶質層を用いる。
そして、この真性の非晶質シリコン層１２の上に真性の結晶系シリコン系薄膜層として真性の微結晶シリコン層１３を備える。ラマン分光法で微結晶シリコン層を測定すると、単結晶シリコン基板と同様に結晶のピーク（５２０ｃｍ-1）が見られる。微結晶シリコンは、膜中に結晶を含み結晶のピークがみられることから結晶系に分類する。
微結晶シリコンのラマンスペクトルの一例を図２に示す。微結晶シリコンは、非晶質と結晶が混在しているため、結晶のピーク（５２０ｃｍ-1）以外に非晶質のピーク（４８０ｃｍ-1）も見られる。この他、結晶系シリコン系薄膜層としては、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどがある。
ピーク強度の求め方を以下に述べる。４００ｃｍ-1と５５０ｃｍ-1の測定点を結び、これをベースラインとし、ベースラインに対して、４８０ｃｍ-1付近の非晶質のピーク強度及び５２０ｃｍ-1付近の結晶のピーク強度を、それぞれＩａ、Ｉｃとする。結晶化率をこのピーク強度比Ｉｃ／Ｉａで定義する。
非晶質シリコンのラマンスペクトルの一例を図３に示す。非結晶シリコンは、非晶質のピークが４８０ｃｍ-1に見られ、ピーク幅が広いために５２０ｃｍ-1に強度として観測される。このため、この場合、結晶化率Ｉｃ／Ｉａは０．２となり、非晶質シリコンでも、結晶化率Ｉｃ／Ｉａは０より高い値を示す場合がある。
その上に、導電型の結晶系シリコン薄膜層としてｐ型の微結晶シリコン層１４を備える。ｐ型の微結晶シリコン層１４の上には、透光性電極１５を備え、この上に集電電極１６が設けられている。
次に、このような太陽電池１０の製造方法について図４−１〜図４−６を参照して説明する。図５は、実施の形態１にかかる太陽電池１０の製造工程を示すフローチャートである。
まず、主面の面方位が（１００）で、リン(Ｐ)を含有するｎ型の単結晶シリコン基板１１を用意した（図４−１）。ｎ型の単結晶シリコン基板１１の大きさは、１０ｃｍ×１０ｃｍ〜２０ｃｍ×２０ｃｍ程度で、厚みが１３０〜２００μｍ程度である。アルカリ溶液中に浸漬してｎ型の単結晶シリコン基板１１の表面をエッチングし、スライス時のワイヤーソーダメージを除去する。断面には結晶のひずみが残っているため、ＨＦ＋ＨＮＯ3やＮａＯＨなどを用いて表面を１０〜２０μｍ程度エッチングする。
また、ゲッタリングにより基板内の不純物を除去した後、光閉じ込め構造により反射損失を低減するため、テクスチャー構造の凹凸が形成される。テクスチャー構造の凹凸を形成する方法としてイソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液を用いる（ステップＳ１）。
また、ここではワイヤーソーダメージにおける金属汚染の影響を減らすためにワイヤーソーダメージ除去工程後にテクスチャーを形成したが、ワイヤーソーにおける金属汚染の影響が少ない場合には、ワイヤーソーダメージの除去とテクスチャーの形成とを兼ねてもよい。この場合は、ワイヤーソーダメージ除去を行うことなくｎ型の単結晶シリコン基板１１を、イソプロピルアルコールを含有したアルカリ溶液でエッチングを行うことにより、ワイヤーソーダメージの除去とテクスチャーの形成とを兼ねることができる。また、テクスチャー構造の形成方法としては、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等のドライエッチングによって形成してもよい。
次に、ｎ型の単結晶シリコン基板１１をＲＣＡ洗浄によりクリーニングし、製膜直前に希フッ酸で表面酸化膜除去を施し、１３．５６〜６０ＭＨｚのプラズマＣＶＤチャンバで、プラズマＣＶＤ法により、真性の非晶質シリコン層１２（ステップＳ２（図４−２））及び真性の微結晶シリコン層１３（ステップＳ３（図４−３））を受光面側に順次形成した。真性の非晶質シリコン層１２は、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4 ガス流量６０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガス６０ｓｃｃｍとし、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー３０Ｗの条件で形成される。膜厚は３ｎｍである。なお、膜厚は１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。真性の微結晶シリコン層１３は、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4 ガス流量１０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガス流量１０００ｓｃｃｍ、圧力２００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー２００Ｗの条件で形成される。
その結晶化率をラマン分光法で評価した。非晶質のピーク（４８０ｃｍ-1付近）Ｉａに対する結晶のピーク（５２０ｃｍ-1付近）Ｉｃの比で結晶化率を表すとＩｃ／Ｉａ＝２．０であった。なお、結晶化率の評価はすべて、太陽電池の作製中に基板上に実際に形成した膜を測定した。表面から深さ数ｎｍの範囲に集光して測定を行った。膜厚は４ｎｍである。なお、膜厚は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。
こののち、ｐ型の微結晶シリコン層１４をプラズマＣＶＤ法により、形成する（ステップＳ４（図４−４））。製膜条件は、ＳｉＨ4ガス流量１０ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス流量１０００ｓｃｃｍ、Ｂ2Ｈ6ガス（１％Ｈ2 ベース）流量２ｓｃｃｍ、圧力２００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー２００Ｗの条件とする。膜厚は４ｎｍである。なお、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。光吸収を減らすためにｐ型シリコン層の膜厚は、Ｖoc、フィルファクターＦＦを低下させずに薄くすることが好ましい。
このとき、膜の結晶化率は、Ｉｃ／Ｉａ＝１．５であった。従来、ｐ型シリコン層の製膜初期は特に非晶質になりやすく、薄膜のｐ型シリコン層の結晶化率を増加させるのが難しいという問題があった。しかし、比較的容易に作製可能な膜である、真性の微結晶シリコン層１３を下地に形成することで、薄膜のｐ型の微結晶シリコン層１４を得ることができた。これは、下地の結晶成分が結晶核となって、その上に堆積する膜の結晶化を促進することができるからである。これにより、ｐ型の非晶質シリコンより光吸収の少ないｐ型の微結晶シリコン膜を形成することができ、その結果、光電変換効率を向上できる。
次に、裏面側の真性の非晶質シリコン層１７（ステップＳ５）、ｎ型の非晶質シリコン層１８を順次積層する（ステップＳ６（図４−５））。ここで真性の非晶質シリコン層１７は、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量６０ｓｃｃｍ、Ｈ2 ガス流量６０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、及びＲＦパワー３０Ｗの条件で形成している。膜厚は４ｎｍである。なお、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲が好ましい。
ｎ型の非晶質シリコン膜１８は、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4ガス流量４０ｓｃｃｍ、ＰＨ3ガス（２％Ｈ2ベース）流量２０ｓｃｃｍ、圧力１００Ｐａ、基板温度１７０℃、ＲＦパワー３０Ｗの条件で形成している。膜厚は２０ｎｍである。１ｎｍ〜４０ｎｍの範囲が好ましい。
次に、受光面側に透光性電極１５を形成する（ステップＳ７）。透光性電極１５としては、透光性の導電性酸化膜が用いられる。スパッタリング法により、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）が形成される。形成条件は、基板温度１８０℃、Ａｒガス流量７０ｓｃｃｍ、Ｏ2 ガス流量（５％Ａｒベース）５ｓｃｃｍ、圧力０．７Ｐａ、ＲＦパワー８００Ｗの条件で形成され、その膜厚は１００ｎｍである。なお、透光性電極１５の膜厚としては、光閉じ込めの観点から６０ｎｍ〜１２０ｎｍの膜厚とするのが好ましい。
このほか、透光性電極１５としては、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ2Ｏ4、ＣｄＳｎＯ3、ＭｇＩｎ2Ｏ4、ＣｄＧａ2Ｏ4、ＧａＩｎＯ3、ＩｎＧａＺｎＯ4、Ｃｄ2Ｓｂ2Ｏ7、Ｃｄ2ＧｅＯ4、ＣｕＡｌＯ2、ＣｕＧａＯ2、ＳｒＣｕ2Ｏ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3などを使用することができ、またこれらを積層して形成した透光性導電膜を使用することもできる。また、ドーパントとしては、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｙ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆ、Ｃｅから選択した１種類以上の元素を用いてもよい。形成方法として、これ以外に、蒸着、イオンプレーティングなどがある。
続いて、裏面側に透光性電極２５を形成する（ステップＳ８（図４−６））。透光性電極２５は、透光性導電性酸化膜が用いられ、スパッタリング法により、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）が形成される。透光性電極２５は、光に対し基板の裏面側に位置するため透光性電極１５より短波長側の光の透過性は低くてもよく、より長波長側の光の吸収を減らすような膜を選択することが好ましい。形成方法、形成材料は透光性電極１５で記載した内容と同様のものが考えられる。
こののち、裏面側の透光性電極２５上に反射層１９を形成する（ステップＳ９）。反射層１９は、入射した光をより有効活用するために形成することが好ましい。スパッタリングにより形成したＡｇ層を用いる。このほか、反射層１９としては、蒸着などで形成してもよいし、材料としてＡｌを用いてもよい。
このほか、金属酸化物の微粒子からなる白色高反射材料を用いてもよい。例えば、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、白色亜鉛などがある。この場合、当該材料が絶縁体であるため、透光性電極２５の上に集電電極２６を形成した後に反射層１９が形成される。
そして受光面側の集電電極１６、裏面側の集電電極２６が順次受光面側及び裏面側に形成される（ステップＳ１０，ステップＳ１１）。集電電極１６、２６は、インクジェット、スクリーン印刷、銅線接着、スプレーなどによって形成される。生産性の観点からスクリーン印刷が好ましい。スクリーン印刷は、Ａｇなどの金属粒子と樹脂バインダーからなる導電ペーストを用いて形成される。
以上のようにして図１に示した太陽電池１０が得られる。この太陽電池を実施例１とする。
ここで、比較例として、図６に示すような構造の太陽電池を作製した。本実施の形態では、ｎ型の単結晶シリコン基板１１上に形成した、膜厚７ｎｍの真性の非晶質シリコン層１２の上にｐ型のシリコン層を前記実施の形態１の太陽電池１０と同じ条件で製膜した。この時、ｐ型のシリコン層は、結晶化せずにｐ型の非晶質シリコン層２４が形成された。
表１に、実施例１の太陽電池と比較例の太陽電池について、太陽電池のＪＶ特性である、開放電圧Ｖoc及び短絡電流Ｊsc、フィルファクターＦＦを測定した結果を示す。
さらに、実施例２として、真性の微結晶シリコン層１３の製膜条件において、Ｈ2流量を２０００ｓｃｃｍに変えて形成した。この時の結晶化率がＩｃ／Ｉａ＝３．０であった。
次に、この上に、ｐ型の微結晶シリコン層を実施例１と同じ製膜条件で形成した。この結晶化率がＩｃ／Ｉａ＝２．５であった。
さらに、実施例３として、Ｈ2流量を３０００ｓｃｃｍに変えて形成した。この時の結晶化率がＩｃ／Ｉａ＝４．０であった。次に、この上に、ｐ型の微結晶シリコン層を実施例１と同じ製膜条件で形成した。この結晶化率がＩｃ／Ｉａ＝３．０であった。
ここで、真性シリコン層の結晶化率とこの上に形成されたｐ型シリコン層の結晶化率の関係を図７に示す。図７において、真性非晶質シリコン層の結晶化率Ｉｃ／Ｉａが０．２であった。それに接してｐ型シリコン層を実施例１と同じ条件で形成すると、この結晶化率Ｉｃ／Ｉａも０．２で、これも非晶質であった。また、真性シリコン層の結晶化率の増加に伴い、ｐ型シリコン層の結晶化率が増加し結晶化が促進されている。なお、非晶質の結晶化率Ｉｃ／Ｉａが０．２と、０より高い値を示すのは、既に記載し図３に示した通り、非晶質の４８０ｃｍ-1のピークが５２０ｃｍ-1のところまで及んでいるためである。
実施例２，３の太陽電池について、ＪＶ特性を測定した結果を表１に示す。
Figure 2013161668
表１から明らかなように、比較例に比べ、実施例１の太陽電池は、短絡電流（Ｊsc）が向上し、光電変換効率が高められている。また、実施例１〜３の結果から明らかなように、ｐ型シリコン層の結晶化率の増加に伴い、Ｊscが向上し、光電変換効率が向上している。
すなわち、真性の非晶質シリコン層上に真性の微結晶シリコン層を形成することで、その上のｐ型シリコン層を結晶化させることができ、その結果、ｐ型シリコン層の光吸収が低減でき光電変換効率の向上をはかることができた。
また、真性シリコン層の結晶化率Ｉｃ／Ｉａを２．０から４．０の範囲で制御し、ｐ型シリコン層の結晶化率Ｉｃ／Ｉａを１．５から３．０の範囲で制御することで、Ｊsc及び光電変換効率を向上できるため、この範囲に結晶化率を制御することが好ましい。なお、ｐ型シリコン層の結晶化率を制御するには、ｐ型シリコン層の製膜条件において、ＳｉＨ4ガス流量、Ｈ2ガス流量、Ｂ2Ｈ6ガス流量、圧力、基板温度、及びＲＦパワーを調整することで可能である。例えば、ＳｉＨ4ガス流量を減らす、Ｈ2ガス流量を増やす、Ｂ2Ｈ6ガス流量を減らす、圧力を上げる、基板温度を上げる、及びＲＦパワーを上げる方向で結晶化率を上げることができる。なお、ｐ型シリコン層の膜厚は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下が好ましい。
なお、さらに真性シリコン層の結晶化率をあげようとすると、製膜時の水素流量をさらに増やす必要があり、この場合、製膜時のダメージにより光電変換効率が低下する懸念がある。
次に、結晶化率Ｉｃ／Ｉａ＝２．０の真性の微結晶シリコン層を実施例１と同様の製膜条件で形成し、この上に、ｐ型の微結晶シリコン層を、より結晶化率の高いｐ型の微結晶シリコン層を形成するため、製膜条件のＨ2流量を４０００ｓｃｃｍに変えて形成した。この時、ｐ型の微結晶シリコン層の結晶化率Ｉｃ／Ｉａ＝３．０が得られた。これを用いて、太陽電池を作製した。これを実施例４とし、その結果を表１に示す。
実施例４の太陽電池の場合、比較例の太陽電池に比べ、Ｊsc、変換効率は増加するが、Ｖocの低下が見られるため、実施例３の太陽電池に比べて変換効率は低下する。これは、真性の微結晶シリコン層より高い結晶化率のｐ型の微結晶シリコン層を用いたためである。
原因として、ｐ型シリコン層の結晶化率の増加に伴い、ｐ型シリコン層のバンドギャップは狭くなり、この結果、ｐ型の微結晶シリコン膜と、これに接する真性の微結晶シリコン層とのバンドギャップ差が拡大し、両者の界面での欠陥が増加したと考えられる。言い換えれば、真性の微結晶シリコン層より低い結晶化率のｐ型の微結晶シリコン層を形成することで両者のバンドギャップを等しくすることができ、両者の界面での欠陥を低減できる。
従って、ｐ型の微結晶シリコン層は、真性の微結晶シリコン層より低い結晶化率を有することで、光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。真性の非晶質シリコン層からｐ型シリコン層までの結晶化率の関係を図８に示す。図８に示すように、結晶化率ＣＲ＝Ｉｃ／Ｉａは、真性の非晶質シリコン層１２の結晶化率をＣＲia、真性の微結晶シリコン層１３の結晶化率をＣＲic、ｐ型の微結晶シリコン層１４の結晶化率をＣＲpcとしたとき、ＣＲia＜ＣＲic＞ＣＲpcとなっている。このように、真性の非晶質シリコン層１２から真性の微結晶シリコン層１３で結晶性が高くなり、この真性の微結晶シリコン層１３よりもやや結晶性が低下したｐ型の微結晶シリコン層１４を形成することで、光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。
以上のように、本実施の形態の太陽電池によれば、真性シリコン系薄膜層を、単結晶シリコン基板側から順に非晶質層と結晶系層の２層構造とし、導電型シリコン系薄膜層の下地となる真性シリコン系薄膜層を微結晶化した結晶系層としている。これは真性シリコン系薄膜層の方が結晶化しやすいため、まず真性シリコン系薄膜層を結晶化し、この結晶化した真性層上に導電型の結晶系層を形成している。特にｐ型の導電型シリコン系薄膜層としてホウ素（Ｂ）をドープしたシリコン層は、低温で微結晶化することが困難であるが、本実施の形態のように、下地となる真性シリコン系薄膜層を微結晶化し結晶系層としたため、ホウ素（Ｂ）をドープしたシリコン層（導電型シリコン系薄膜層）の結晶化が促進され、その結果、光吸収が低減し光電変換効率が向上する。
また、本実施の形態１の太陽電池の製造方法によれば、前述したように、ｎ型の単結晶シリコン基板１１上に、真性の非晶質シリコン層１２を形成する工程、その上に、真性の微結晶シリコン層１３を形成する工程、その上に、ｐ型の微結晶シリコン層１４を形成する工程を備える。そして次に、ｎ型の単結晶シリコン基板１１の反対側つまり裏面側に、真性の非晶質シリコン層１７を形成する工程、この上にｎ型の非晶質シリコン層１８を形成する工程、を備える。
これにより、ｐ型の微結晶シリコン層１４をより効率よく結晶化させることができ、その結果、光吸収の低減をはかることができ、光電変換効率を向上することができる。
実施の形態２．
次に、実施の形態２の太陽電池について説明する。図９は、実施の形態２の太陽電池を示す模式的断面図である。本実施の形態においては、実施の形態１に示した太陽電池１０において、ｐ型の微結晶シリコン層１４と透光性電極１５の間に、ｐ型の非晶質シリコン層３４を追加したものである。ここでｐ型の微結晶シリコン層１４の膜厚を３ｎｍ、ｐ型の非晶質シリコン層３４の膜厚を１ｎｍとし、ｐ型導電性層全体の膜厚は実施例１と同様４ｎｍとした。他の構成については前記実施の形態１の太陽電池と同様であるため、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。また、ＪＶ特性の結果を実施例５として表１に示す。表１に示すように、実施例５は、比較例や実施例１に比べて、太陽電池特性のフィルファクターＦＦが増加し光電変換効率が向上している。
実施例１の太陽電池に比べて、実施例５の太陽電池のフィルファクターＦＦが増加したのは抵抗を低減した効果によるもので、抵抗が低減する理由は、ｐ型シリコン層と透光性電極の間のコンタクト抵抗が、ｐ型の非晶質シリコン層３４を介在させることによって低減できるからである。これは、ｐ型の非晶質シリコン層３４はｐ型の微結晶シリコン層１４より酸化されにくく、透光性電極形成時に製膜室に存在する酸素元素による酸化、あるいは透光性電極を構成する酸素の拡散による酸化を、ｐ型の非晶質シリコン層３４で低減できるからである。
また、比較例の太陽電池よりも実施例５の太陽電池のフィルファクターＦＦが増加している理由は、ｐ型の微結晶シリコン層１４の方がｐ型の非晶質シリコン層２４より膜自身の導電率が高いため、これを反映して太陽電池における抵抗が低減したためである。
実際、ガラス上にｐ型の微結晶シリコン層とｐ型の非晶質シリコン層とをそれぞれ１０ｎｍ製膜して、膜の導電率を比較すると、それぞれ、１Ｅ−４Ｓ／ｃｍ、１Ｅ−５Ｓ／ｃｍが得られ、ｐ型の微結晶シリコン層の導電率の方が高いことが分かる。
また、本実施の形態２の太陽電池の製造方法によれば、前記実施の形態１の製造方法に加え、ｐ型の微結晶シリコン層１４の形成の後、ｐ型の非晶質シリコン層３４を形成する工程を追加することで容易に形成可能である。つまり、ｎ型の単結晶シリコン基板１１上に、真性の非晶質シリコン層１２を形成する工程、その上に、真性の微結晶シリコン層１３を形成する工程、その上に、ｐ型の微結晶シリコン層１４を形成する工程、ｐ型の非晶質シリコン層３４を形成する工程を備える。そして次に、ｎ型の単結晶シリコン基板１１の反対側つまり裏面側に、真性の非晶質シリコン層１７を形成する工程、この上にｎ型非晶質シリコン層１８を形成する工程、を備えることを特徴とする。
これにより、ｐ型微結晶シリコン層をより結晶化させることができ、その結果、光吸収の低減をはかることができ、光電変換効率を向上することができる。更に、透光性電極１５の形成に先立ち、ｐ型の非晶質シリコン層３４を形成することで、透光性電極に接触するｐ型シリコン層の酸化を抑えることができ、その結果、両者の界面のコンタクト抵抗を低減でき、フィルファクターＦＦが向上し光電変換効率の向上をはかることができる。フィルファクターＦＦは、理論出力に対する最大出力の割合を表す数値であって、太陽電池モジュールの品質の目安の一つとされている。理論出力は、開放電圧及び短絡電流の積に相当する。ＦＦは、最大出力が理論出力と同一である場合を最大値１とし、数値が１に近いほど発電効率が高いことを表す。
上記では両面に真性シリコン系薄膜層と導電型シリコン系薄膜層とが形成された構造について説明したが、真性シリコン系薄膜層と導電型シリコン系薄膜層とが片面のみにある構成としても有効である。
実施の形態３．
図１０は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態３の模式的断面図である。以下、図１０を参照して本実施の形態３の太陽電池について説明する。実施の形態３では、光の入射面側にｎ型層を配置した場合について説明する。この太陽電池は、一導電型の結晶系シリコン基板として、ｎ型の単結晶シリコン基板１１を用いる。なお、ｐ型の単結晶シリコン基板でもよい。ｎ型の単結晶シリコン基板１１と接するように、非晶質層としての真性の非晶質シリコン層１７と、結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３とが順次積層され、この上層に導電型結晶系シリコン系薄膜層として、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層２８を有する。そしてこのｎ型の微結晶シリコン層２８上には透光性電極１５が形成され、表面には銀層からなる集電電極１６が形成されている。
一方、ｎ型の単結晶シリコン基板１１の裏面側については、真性の非晶質シリコン層１２、ｐ型の非晶質シリコン層２４が順次積層されている。その外側には透光性電極２５が形成され、その外側に反射層１９を備えており、この反射層１９上に裏面側の集電電極２６が設けられる。
ｎ型の微結晶シリコン層２８は、プラズマＣＶＤ法により形成する。製膜条件は、ＳｉＨ4 ガス流量１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量１０００ｓｃｃｍ、ＰＨ3ガス（２％Ｈ2 ベース）流量１ｓｃｃｍ、圧力２００Ｐａ、基板温度１７０℃、ＲＦパワー２００Ｗの条件で形成した。Ｈ２ガス流量、ＲＦパワー、圧力を変えることで結晶化率を調整できる。膜厚は４ｎｍである。なお、１ｎｍ以上１５ｎｍ以下が好ましい。光吸収を減らすためにｎ型微結晶シリコン層２８の膜厚は、Ｖoc、フィルファクターＦＦを低下させない程度に薄くすることが好ましい。
このとき、ｎ型の微結晶シリコン層２８の結晶化率は、Ｉｃ／Ｉａ＝１．５であった。従来、ｎ型シリコン層の製膜初期は特に非晶質になりやすく、薄膜のｎ型シリコン層の結晶化率を増加させるのが難しいという問題があった。しかし、比較的容易に作製可能な膜である、真性の微結晶シリコン層１３を下地に形成することで、薄膜のｎ型の微結晶シリコン層２８を得ることができた。これは、下地の結晶成分が結晶核となって、その上に堆積する膜の結晶化を促進することができるからである。これにより、ｎ型の非晶質シリコンより光吸収の少ないｎ型の微結晶シリコン膜を形成することができ、その結果、光電変換効率を向上することができる。
また、結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３の結晶化率は２．０で、ｎ型の微結晶シリコン膜の結晶化率の方が真性の微結晶シリコン層の結晶化率に比べ低い。これによって、両者のバンドギャップを等しくすることができ、両者の界面での欠陥を低減できる。
このようにして作製した太陽電池を実施例６とし、表２にそのＪＶ特性の結果を示す。表２から明らかなように、比較例に比べ、実施例６の太陽電池は、短絡電流（Ｊsc）が向上し、光電変換効率が高められている。
なお、裏面のｐ層側にも、実施の形態１の受光面側のｐ層に用いたような、真性の結晶系シリコン層及びｐ型の結晶系シリコン層を用いてもよい。
Figure 2013161668
実施の形態４．
図１１は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態４の模式的断面図である。図１２−１及び図１２−２は、本発明にかかる実施の形態４の太陽電池の製造工程を示す要部拡大断面図である。図１２−１及び図１２−２では、説明を容易にするために、受光面側の基板表面の凹凸構造（テクスチャー）も拡大して模式的に示した。なお、基板の裏面側は、実施の形態３と同様である。基板の受光面側については、ｎ型の単結晶シリコン基板１１、非晶質層としての真性の非晶質シリコン層１７と、結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３とが順次積層され、実施の形態３の太陽電池の構成と同様、この上に導電型結晶系シリコン系薄膜層として、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層２８を有する。
そして、図１２−２に示すように、その上に、凸部にのみ、導電型結晶系シリコン系薄膜層として、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層３８を有する。ｎ型の微結晶シリコン層３８は、ｎ型の微結晶シリコン層２８より結晶化率が高いという特徴を有する。そしてさらにこの上には、透光性電極１５が形成され、表面には銀層からなる集電電極１６が形成されている。
次に、この太陽電池の製造方法について説明する。他の層については通例の方法で形成されるが、ｎ型の微結晶シリコン層２８の凸部にのみ選択的に、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層３８を形成する点が特徴である。ここではこのｎ型の微結晶シリコン層３８の形成方法について説明する。実施の形態３の太陽電池の構成と同様、図１２−１に示すように、ｎ型の単結晶シリコン基板１１に、非晶質層としての真性の非晶質シリコン層１７と、結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３とを順次積層する。そして、この上層に導電型結晶系シリコン系薄膜層として、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層２８を形成する。
そして、図１２−２に示すように、ｎ型の微結晶シリコン層２８の凸部にのみ選択的に、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層３８を形成する。製膜条件は、ＳｉＨ4ガス流量６ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量１０００ｓｃｃｍ、ＰＨ3ガス（２％Ｈ2 ベース）流量１ｓｃｃｍ、圧力２００Ｐａ、基板温度１７０℃、ＲＦパワー２００Ｗの条件で形成している。膜厚は最大で４ｎｍ、これにより凸部にのみ形成される。ここで、ＳｉＨ4ガス流量を６ｓｃｃｍと小さくすることで、凸部にのみ選択的に製膜することができた。このほか、Ｈ2ガス流量を増やす、ＲＦパワーを上げることで凸部にのみ選択的に製膜することができる。また、Ｈ2ガス流量、ＰＨ3ガス流量、圧力、ＲＦパワーなどの製膜条件を調整することでｎ型の微結晶シリコン層３８の結晶化率や凸部を占める割合を制御することができる。
そして、裏面側の各層に加え、受光面側及び裏面側の各電極を形成し、図１２に示した太陽電池が形成される。
図１３は、この太陽電池の凸部に積層された各層の結晶化率の関係を示す図である。ｎ型微結晶シリコン層２８の上に、ｎ型微結晶シリコン層２８に比べて結晶化率の高いｎ型微結晶シリコン層３８が形成されている。図１４は、実施の形態４の太陽電池を上からみた時に、ｎ型の微結晶シリコン層３８が基板を占める領域を示す図である。この時の基板に対してのｎ型の微結晶シリコン層３８の面積割合は１１％である。図１５に、面積割合と太陽電池のＪＶ特性の関係を示す。すなわち、効率が向上するのは、面積割合は１％から２５％の間で、この範囲にすることが好ましい。
このようにして作製した太陽電池を実施例７とし、表２にそのＪＶ特性を測定した結果を示す。表２から明らかなように、比較例に比べ、実施例７の太陽電池は、ＦＦが向上し、光電変換効率が高められている。
すなわち、ｎ型の微結晶シリコン層３８と透光性電極１５との界面抵抗を抑えることができ、太陽電池のＪＶ特性におけるＦＦが向上する。これは、ｎ型の微結晶シリコン層の結晶化率をあげることで、この層自身の抵抗が低くなり、この層と接触する層との接触抵抗も低減できるためである。一方、凸部にのみｎ型の微結晶シリコン層３８を形成しているために、ｎ型層での太陽光の吸収損失を抑えることができ、その結果、太陽電池特性のＪscの低下を抑えることができる。
なお、ここではｎ層側を受光面としたが、ｐ層側を受光面とした場合には、ｐ型の結晶系シリコン層として、ボロン(Ｂ)をドープした微結晶シリコン層を用い、その上に、結晶化率がそれより高く、凸部にのみ形成されたボロン(Ｂ)をドープしたｐ型の微結晶シリコン層を用いることで、ＦＦが向上し、光電変換効率の高い太陽電池を得ることができる。
実施の形態５．
図１６−１及び図１６−２は、本発明にかかる太陽電池の実施の形態５の模式的断面図および要部拡大断面図である。なお、基板の裏面側は、実施の形態３と同様である。受光面側では、ｎ型の単結晶シリコン基板１１、非晶質層としての真性の非晶質シリコン層１７と、結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３とが順次積層される。実施の形態５では、実施の形態４に対してｎ型の微結晶シリコン層２８とｎ型の微結晶シリコン層３８の順番を入れ替えて形成した。すなわち、結晶系層としての真性の微結晶シリコン層１３の上に、凸部にのみ、導電型結晶系シリコン系薄膜層としてリン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層３８を有する。真性の微結晶シリコン層１３及びｎ型の微結晶シリコン層３８上に、導電型結晶系シリコン系薄膜層として、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層２８を有する。ｎ型の微結晶シリコン層３８の製膜条件としては前記実施の形態４と同様とした。
図１７に凸部での各層の結晶化率の関係を示す。結晶化率３．５のｎ型微結晶シリコン層３８上に、結晶化率３.０のｎ型微結晶シリコン層２８が形成されている。一方、凸部以外の領域では、図１８に示すように、結晶化率２．０の真性微結晶シリコン層１３上に結晶化率１．５のｎ型微結晶シリコン層２８が形成されている。凸部でｎ型微結晶シリコン層２８の結晶化率が凸部以外の領域のｎ型微結晶シリコン層２８に比べ増加したのは、下にこれと接するように結晶化率３．５と高いｎ型微結晶シリコン層３８があり、これにより結晶化が促進されたためである。
さらに、ｎ型微結晶シリコン層２８上に、透光性電極１５が形成され、表面には銀層からなる集電電極１６が形成されている。
これにより、光吸収の少ないｎ型の微結晶シリコン膜が形成できるとともに、ｎ層自身の抵抗の低減及び透光性電極との接触抵抗の低減を図ることができるためＦＦが向上する。一方、真性の微結晶シリコン層１３とこれよりも結晶化率の高いｎ型微結晶シリコン層３８が凸部で接することになるが、接している領域は基板表面の全面積に対して１１％程度と少ないため、太陽電池特性のＶocへの低下を招くことはほとんどない。
このようにして作製した太陽電池を実施例８とし、表２にそのＪＶ特性の結果を示す。表２から明らかなように比較例に比べ、実施例８の太陽電池は、ＦＦが向上し、光電変換効率が高められていることがわかる。
なお、本発明において、結晶系シリコン基板とは、単結晶又は多結晶シリコン基板をいうものとする。また真性シリコン系薄膜層とは、真性シリコン薄膜又は真性シリコン化合物半導体薄膜をいうものとする。また導電型結晶系シリコン系薄膜層は、不純物を含み、ｐ型又はｎ型の微結晶又は多結晶シリコン薄膜層あるいは、微結晶又は多結晶シリコン化合物半導体薄膜層をいうものとする。
以上のように、本発明にかかる太陽電池及びその製造方法は、結晶系基板上に導電型薄膜を形成した太陽電池に有用であり、特に、低温で微結晶化することが困難であるボロンドープのシリコン系薄膜を用いた太陽電池に適している。
１１ ｎ型の単結晶シリコン基板、１２ 真性の非晶質シリコン層、１３ 真性の微結晶シリコン層、１４ ｐ型の微結晶シリコン層、１５，２５ 透光性電極、１６，２６ 集電電極、１７ 真性の非晶質シリコン層、１８ ｎ型の非晶質シリコン層、１９ 反射層、２４，３４ ｐ型の非晶質シリコン層、２８，３８ ｎ型の微結晶シリコン層。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池は、片面に凹凸構造を有する一導電型の結晶系シリコン基板上に、凹凸構造を有する片面に接するように真性シリコン系薄膜層と、導電型結晶系シリコン系薄膜層とが順次積層された太陽電池であって、真性シリコン系薄膜層は、結晶系シリコン基板側から順に非晶質層と結晶系層の２層を備え、導電型結晶系シリコン系薄膜層に接するように凹凸構造の凸部に選択的に形成され、導電型結晶系シリコン系薄膜層の結晶化率より高い導電型結晶系シリコン系薄膜層からなるキャップ層を備えている。そして、導電型結晶系シリコン系薄膜層は、真性シリコン系薄膜層と接する部分において隣接する真性シリコン系薄膜層より結晶化率が低いことを特徴としている。
そして、図１２−２に示すように、その上に、凸部にのみ、導電型結晶系シリコン系薄膜層として、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層３８からなるキャップ層を有する。ｎ型の微結晶シリコン層３８は、ｎ型の微結晶シリコン層２８より結晶化率が高いという特徴を有する。そしてさらにこの上には、透光性電極１５が形成され、表面には銀層からなる集電電極１６が形成されている。

Claims (9)

  1. 一導電型の結晶系シリコン基板の片面に接するように真性シリコン系薄膜層と、導電型結晶系シリコン系薄膜層とが順次積層された太陽電池であって、
    前記真性シリコン系薄膜層は前記結晶系シリコン基板側から順に非晶質層と結晶系層の２層を備え、
    前記導電型結晶系シリコン系薄膜層は、前記真性シリコン系薄膜層と接する部分において隣接する前記真性シリコン系薄膜層より結晶化率が低いことを特徴とする太陽電池。
  2. 前記結晶系シリコン基板の前記片面は凹凸構造を有しており、
    前記導電型結晶系シリコン系薄膜層に接するように前記凹凸構造の凸部に選択的に形成され、前記導電型結晶系シリコン系薄膜層の結晶化率より高い導電型結晶系シリコン系薄膜層からなるキャップ層を備えたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記キャップ層が前記片面において占める面積の割合は１％〜２５％であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記キャップ層は、前記真性シリコン系薄膜層の前記結晶系層と前記導電型結晶系シリコン系薄膜層とに挟まれて形成されており、
    前記導電型結晶系シリコン系薄膜層は、前記キャップ層に接する部分の結晶化率が前記キャップ層に接しない部分の結晶化率より高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
  5. 前記一導電型の結晶系シリコン基板は、ｎ型単結晶シリコンあるいはｐ型単結晶シリコンであり、前記真性シリコン系薄膜層の結晶層は真性微結晶シリコンであり、
    前記導電型結晶系シリコン系薄膜層及び前記キャップ層は、ｐ型微結晶シリコンあるいはｎ型微結晶シリコンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池。
  6. 一導電型の結晶系シリコン基板の片面に接するように真性シリコン系薄膜層を形成する工程と、
    前記真性シリコン系薄膜層上に導電型結晶系シリコン系薄膜層を形成する工程と、
    を含む太陽電池の製造方法であって、
    前記真性シリコン系薄膜層を形成する工程は、
    前記結晶系のシリコン基板に接して非晶質層を形成する工程と、
    前記非晶質層上に結晶系層を形成する工程と、
    を含み、
    前記導電型結晶系シリコン系薄膜層は、前記真性シリコン系薄膜層と接する部分において隣接する前記真性シリコン系薄膜層より結晶化率を低く形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
  7. 前記結晶系シリコン基板の前記片面は凹凸構造を有しており、
    前記導電型結晶系シリコン系薄膜層を形成する工程に先立ち、前記凹凸構造の凸部に選択的に、前記導電型結晶系シリコン系薄膜層の結晶化率より高い導電型結晶系シリコン系薄膜層からなるキャップ層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 前記結晶系シリコン基板の前記片面は凹凸構造を有しており、
    前記導電型結晶系シリコン系薄膜層を形成する工程後、前記凹凸構造の凸部に選択的に、前記導電型結晶系シリコン系薄膜層の結晶化率より高い導電型結晶系シリコン系薄膜層からなるキャップ層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 一導電型の結晶系シリコン基板は、ｎ型単結晶シリコンあるいはｐ型単結晶シリコンであり、
    前記結晶系層は、真性の微結晶シリコン層であり、
    前記導電型結晶系シリコン系薄膜層は、ホウ素（Ｂ）をドープしたｐ型の微結晶シリコン層を形成する工程あるいは、リン（Ｐ）をドープしたｎ型の微結晶シリコン層を形成する工程であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
JP2014512507A 2012-04-27 2013-04-18 太陽電池及びその製造方法 Expired - Fee Related JP5726377B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014512507A JP5726377B2 (ja) 2012-04-27 2013-04-18 太陽電池及びその製造方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012104007 2012-04-27
JP2012104007 2012-04-27
JP2014512507A JP5726377B2 (ja) 2012-04-27 2013-04-18 太陽電池及びその製造方法
PCT/JP2013/061503 WO2013161668A1 (ja) 2012-04-27 2013-04-18 太陽電池及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5726377B2 JP5726377B2 (ja) 2015-05-27
JPWO2013161668A1 true JPWO2013161668A1 (ja) 2015-12-24

Family

ID=49482989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014512507A Expired - Fee Related JP5726377B2 (ja) 2012-04-27 2013-04-18 太陽電池及びその製造方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5726377B2 (ja)
WO (1) WO2013161668A1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6109107B2 (ja) * 2014-03-20 2017-04-05 三菱電機株式会社 太陽電池およびその製造方法
US20150380581A1 (en) * 2014-06-27 2015-12-31 Michael C. Johnson Passivation of light-receiving surfaces of solar cells with crystalline silicon
WO2017110456A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 株式会社カネカ 光電変換装置の製造方法
CN108538960A (zh) * 2018-04-08 2018-09-14 晋能光伏技术有限责任公司 一种hjt电池钝化工艺
CN112436063B (zh) * 2020-11-13 2022-07-15 福建新峰二维材料科技有限公司 一种铸造单晶硅异质结太阳电池制备方法
JP2022183700A (ja) * 2021-05-31 2022-12-13 パナソニックホールディングス株式会社 太陽電池セル、多接合型太陽電池セル、及び太陽電池セルの製造方法
CN115117182A (zh) * 2021-12-07 2022-09-27 福建金石能源有限公司 一种高效异质结太阳能电池及其制作方法
CN114188432A (zh) * 2021-12-08 2022-03-15 晋能清洁能源科技股份公司 一种新型微晶-晶硅叠层异质结电池结构及其制备方法
CN115995512B (zh) * 2023-02-08 2024-05-14 通威太阳能（安徽）有限公司 太阳电池及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04266067A (ja) * 1991-02-20 1992-09-22 Canon Inc 光起電力素子
JP2001168364A (ja) * 1999-12-13 2001-06-22 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 非晶質シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
JP2006237452A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力素子
JP2009076939A (ja) * 2008-12-22 2009-04-09 Sharp Corp 光電変換装置およびその製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04266067A (ja) * 1991-02-20 1992-09-22 Canon Inc 光起電力素子
JP2001168364A (ja) * 1999-12-13 2001-06-22 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 非晶質シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
JP2006237452A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力素子
JP2009076939A (ja) * 2008-12-22 2009-04-09 Sharp Corp 光電変換装置およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013161668A1 (ja) 2013-10-31
JP5726377B2 (ja) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5726377B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
JP5868503B2 (ja) 太陽電池およびその製造方法
WO2012020682A1 (ja) 結晶シリコン系太陽電池
JP5374250B2 (ja) 結晶シリコン太陽電池
JP2013239476A (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
JP2014511038A (ja) 太陽電池の製造方法
TWI596792B (zh) 光發電元件及其製造方法
TW201448245A (zh) 光發電裝置
JP6109107B2 (ja) 太陽電池およびその製造方法
JP5307688B2 (ja) 結晶シリコン系太陽電池
KR20100028113A (ko) 광전 변환 장치
JP5232362B2 (ja) 集積化薄膜光電変換装置の製造方法および、その製造方法で得られうる集積化薄膜光電変換装置。
WO2010050035A1 (ja) 光電変換装置の製造方法
JP2015146335A (ja) 光起電力素子およびその製造方法
JP4764469B2 (ja) 光電変換装置及び光電変換装置の製造方法
JP2009290115A (ja) シリコン系薄膜太陽電池
JP2014072416A (ja) 太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュール
JP2011003654A (ja) 結晶シリコン系太陽電池
JP2013115057A (ja) 結晶シリコン太陽電池の製造方法
JP5541980B2 (ja) 結晶シリコン系太陽電池およびその製造方法
JP4911878B2 (ja) 半導体／電極のコンタクト構造とこれを用いた半導体素子、太陽電池素子、並びに太陽電池モジュール
JP5748907B2 (ja) 光起電力装置およびその製造方法
JP2011155026A (ja) 光電変換装置の製造方法
JP4875566B2 (ja) 光電変換装置の製造方法
JP2014053544A (ja) 光電変換素子およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150303

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150331

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5726377

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees