JPWO2014014117A1 - パッシベーション膜、塗布型材料、太陽電池素子及びパッシベーション膜付シリコン基板 - Google Patents
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Abstract
Description
以上の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする第1の課題は、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜を低コストで実現することである。第2の課題は、そのパッシベーション膜の形成を実現するための塗布型材料を提供することである。第3の課題は、そのパッシベーション膜を用いた効率の高い太陽電池素子を低コストで実現することである。第4の課題は、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有するパッシベーション膜付シリコン基板を低コストで実現することである。
<1> 酸化アルミニウムと酸化ニオブとを含み、シリコン基板を有する太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜。
酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むことにより、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし且つ負の固定電荷を有することができる。キャリアライフタイムが長くなる理由は明らかではないが、その理由の一つとして、ダングリングボンドの終端が考えらえる。
これにより大きな安定した負の固定電荷をもつことができる。
<6> 酸化アルミニウム前駆体及び酸化ニオブ前駆体を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子のパッシベーション膜の形成に用いられる塗布型材料。
<7> 単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり、受光面及び前記受光面とは反対側の裏面を有するp型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の受光面側の前記n型の不純物拡散層の表面に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の裏面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記複数の開口部を通して、前記シリコン基板の裏面側の表面と電気的な接続を形成している第2電極と、
を備える太陽電池素子。
前記シリコン基板の受光面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の受光面側の前記n型の不純物拡散層の表面に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の裏面側の一部又は全部に形成され、前記シリコン基板より高濃度に不純物が添加されたp型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の裏面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記複数の開口部を通して、前記シリコン基板の裏面側の前記p型の不純物拡散層の表面と電気的な接続を形成している第2電極と、
を備える太陽電池素子。
前記シリコン基板の受光面側に形成されたp型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の裏面側に形成された第2電極と、
前記シリコン基板の受光面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記シリコン基板の受光面側の前記p型の不純物拡散層の表面に形成され、前記複数の開口部を通して前記シリコン基板の受光面側の表面と電気的な接続を形成している第1電極と、
を備える太陽電池素子。
<12> シリコン基板と、
前記シリコン基板上の全面又は一部に設けられる<1>〜<5>のいずれか1項に記載のパッシベーション膜と、
を有するパッシベーション膜付シリコン基板。
本実施の形態のパッシベーション膜は、シリコン太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜であり、酸化アルミニウムと酸化ニオブとを含むようにしたものである。
本実施の形態の塗布型材料は、酸化アルミニウム前駆体及び酸化ニオブ前駆体を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子用のパッシベーション膜の形成に用いられる。
本実施の形態の太陽電池素子(光電変換装置)は、シリコン基板の光電変換界面の近傍に上記実施の形態1で説明したパッシベーション膜(絶縁膜、保護絶縁膜)、すなわち、酸化アルミニウムと酸化ニオブを含む膜を有するものである。酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むことにより、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし、且つ負の固定電荷を有することができ、太陽電池素子の特性(光電変換効率)を向上させることができる。
まず、本実施の形態の太陽電池素子の構造について図2〜図5を参照しながら説明する。図2〜図5は、本実施の形態の裏面にパッシベーション膜を用いた太陽電池素子の第1〜第4構成例を示す断面図である。
次に、上記構成をもつ本実施の形態の太陽電池素子(図2〜図5)の製造方法の一例について説明する。ただし、本発明は、以下に述べる方法で作製した太陽電池素子に限るものではない。
本実施の形態のパッシベーション膜付シリコン基板は、シリコン基板と、シリコン基板上の全面又は一部に設けられる上記実施の形態1で説明したパッシベーション膜、すなわち、酸化アルミニウムと酸化ニオブを含む膜を有するものである。酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むことにより、シリコン基板のキャリアライフタイムを長くし、且つ負の固定電荷を有することができ、太陽電池素子の特性(光電変換効率)を向上させることができる。
熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[(株)高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]を3.0gと、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb2O5)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[(株)高純度化学研究所Nb−05、濃度5質量%]を3.0gとを混合して、塗布型材料であるパッシベーション材料(a−1)を調製した。
実施例1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所、SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb2O5)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[株式会社高純度化学研究所、Nb−05、濃度5質量%]とを、比率を変えて混合して、表1に示すパッシベーション材料(a−2)〜(a−7)を調製した。
市販のニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC2H5)5、分子量:318.21)を3.18g(0.010mol)と、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH3)2)3、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)とをシクロヘキサン80gに溶解して、濃度5質量%のパッシベーション材料(c−1)を調製した。
市販のニオブ(V)エトキシド(構造式:Nb(OC2H5)5、分子量:318.21)を2.35g(0.0075mol)と、市販のアルミニウムトリイソプロポキシド(構造式:Al(OCH(CH3)2)3、分子量:204.25)を1.02g(0.005mol)と、ノボラック樹脂10gとを、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート10gとシクロヘキサン10gに溶解して、パッシベーション材料(c−2)を調製した。
実施例1と同様に、熱処理(焼成)により酸化アルミニウム(Al2O3)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[(株)高純度化学研究所SYM−AL04、濃度2.3質量%]と、熱処理(焼成)により酸化ニオブ(Nb2O5)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[(株)高純度化学研究所Nb−05、濃度5質量%]とを、比率を変えて混合して、表2に示すパッシベーション材料(b−1)〜(b−7)を調製した。
一方、酸化アルミニウムが100質量%となるパッシベーション材料(b−7)では、負の固定電荷密度を得ることができなかった。
パッシベーション材料(d−1)として、熱処理(焼成)により酸化チタン(TiO2)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[(株)高純度化学研究所Ti−03−P、濃度3質量%]、パッシベーション材料(d−2)として、熱処理(焼成)によりチタン酸バリウム(BaTiO3)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[(株)高純度化学研究所BT−06、濃度6質量%]、パッシベーション材料(d−3)として、熱処理(焼成)により酸化ハフニウム(HfO2)が得られる市販の有機金属分解塗布型材料[(株)高純度化学研究所Hf−05、濃度5質量%]を準備した。
すなわち、酸化ニオブと酸化アルミニウムとを併用することにより負の固定電荷を有するパッシベーション膜を得ることができ、負の固定電荷を安定化できるという観点から、酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比[酸化ニオブ/酸化アルミニウム(質量%)]が30/70〜90/10(30/70以上90/10以下)であることが好ましく、酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比が30/70〜80/20であることがより好ましい。また、酸化ニオブと酸化アルミニウムの質量比が50/50〜90/10であることが、キャリアライフタイムの向上と負の固定電荷を両立できるという観点から好ましい。
シリコン基板1として、ボロンをドーパントした単結晶シリコン基板を用いて、図4に示す構造の太陽電池素子を作製した。シリコン基板1の表面をテクスチャー処理した後、塗布型のリン拡散材を受光面側に塗布し、熱処理により拡散層2(リン拡散層)を形成した。その後、塗布型のリン拡散材を希フッ酸で除去した。
また、パッシベーション膜7として、実施例3で調製したパッシベーション材料(c−1)を用いたサンプルも別途作製した。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (12)
- 酸化アルミニウムと酸化ニオブとを含み、シリコン基板を有する太陽電池素子に用いられるパッシベーション膜。
- 前記酸化ニオブと前記酸化アルミニウムとの質量比(酸化ニオブ/酸化アルミニウム)が30/70〜90/10である請求項1に記載のパッシベーション膜。
- 前記酸化ニオブ及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90質量%以上である請求項1又は請求項2に記載のパッシベーション膜。
- 更に有機成分を含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のパッシベーション膜。
- 酸化アルミニウム前駆体及び酸化ニオブ前駆体を含む塗布型材料の熱処理物である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のパッシベーション膜。
- 酸化アルミニウム前駆体及び酸化ニオブ前駆体を含み、シリコン基板を有する太陽電池素子のパッシベーション膜の形成に用いられる塗布型材料。
- 単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり、受光面及び前記受光面とは反対側の裏面を有するp型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の受光面側の前記n型の不純物拡散層の表面に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の裏面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブとを含むパッシベーション膜と、
前記複数の開口部を通して、前記シリコン基板の裏面側の表面と電気的な接続を形成している第2電極と、
を備える太陽電池素子。 - 単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり、受光面及び前記受光面とは反対側の裏面を有するp型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側に形成されたn型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の受光面側の前記n型の不純物拡散層の表面に形成された第1電極と、
前記シリコン基板の裏面側の一部又は全部に形成され、前記シリコン基板より高濃度
に不純物が添加されたp型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の裏面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、
前記複数の開口部を通して、前記シリコン基板の裏面側の前記p型の不純物拡散層の表面と電気的な接続を形成している第2電極と、
を備える太陽電池素子。 - 単結晶シリコン又は多結晶シリコンからなり、受光面及び前記受光面とは反対側の裏面を有するn型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面側に形成されたp型の不純物拡散層と、
前記シリコン基板の裏面側に形成された第2電極と、
前記シリコン基板の受光面側の表面に形成され、複数の開口部を有する酸化アルミニウムと酸化ニオブを含むパッシベーション膜と、を備え、
前記シリコン基板の受光面側の前記p型の不純物拡散層の表面に形成され、前記複数の開口部を通して前記シリコン基板の受光面側の表面と電気的な接続を形成している第1電極と、
を備える太陽電池素子。 - 前記パッシベーション膜における前記酸化ニオブと前記酸化アルミニウムの質量比(酸化ニオブ/酸化アルミニウム)が30/70〜90/10である請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載の太陽電池素子。
- 前記パッシベーション膜における前記酸化ニオブ及び前記酸化アルミニウムの総含有率が90質量%以上である請求項7〜請求項10のいずれか1項に記載の太陽電池素子。
- シリコン基板と、
前記シリコン基板上の全面又は一部に設けられる請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の太陽電池素子用パッシベーション膜と、
を有するパッシベーション膜付シリコン基板。
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