JPWO2016147565A1 - 太陽電池セル - Google Patents
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Abstract
太陽電池セル７０は、結晶性の半導体基板１０と、半導体基板１０の主面上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層と、パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層と、コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層２２と、を備える。コンタクト層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層２１を含んでもよい。半導体基板１０は、主面上に第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２とを有し、パッシベーション層は、第１領域Ｗ１上にｎ型の非晶質シリコンで形成される第１導電型層１２ｎと、第２領域Ｗ２上にｐ型の非晶質シリコンで形成される第２導電型層１３ｐとを有してもよい。
Description
本発明は、太陽電池セルに関する。
太陽電池セルの表面には、発電した電力を取り出すための電極が設けられる。セル表面に設けられる電極は、例えば、スズ酸化物層と金属層により構成される（例えば、特許文献１参照）。
太陽電池セルの電極は、集電効率の高い構造であることが望ましい。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力特性を向上させた太陽電池セルを提供することにある。
本発明のある態様の太陽電池セルは、結晶性の半導体基板と、半導体基板の主面上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層と、パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層と、コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層と、を備える。
本発明によれば、出力特性を向上させた太陽電池セルを提供できる。
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施の形態は、太陽電池セルである。この太陽電池セルは、結晶性の半導体基板と、半導体基板の主面上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層と、パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層と、コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層と、を備える。本実施の形態では、非晶質構造のパッシベーション層と二酸化錫層の間に微結晶構造のコンタクト層を設けることで、パッシベーション層と二酸化錫層のコンタクト抵抗を改善する。これにより、太陽電池セルの出力特性を向上させる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態における太陽電池セル７０を示す平面図であり、太陽電池セル７０の裏面７０ｂの構造を示す。太陽電池セル７０は、裏面７０ｂに設けられるｎ側電極１４と、ｐ側電極１５を備える。ｎ側電極１４は、ｘ方向に延びるバスバー電極１４ａと、ｙ方向に延びる複数のフィンガー電極１４ｂとを含む櫛歯状に形成される。同様に、ｐ側電極１５は、ｘ方向に延びるバスバー電極１５ａと、ｙ方向に延びる複数のフィンガー電極１５ｂとを含む櫛歯状に形成される。ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれの櫛歯が噛み合って互いに間挿し合うように形成される。なお、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、複数のフィンガーのみにより構成され、バスバーを有さないバスバーレス型の電極であってもよい。
図１は、第１の実施の形態における太陽電池セル７０を示す平面図であり、太陽電池セル７０の裏面７０ｂの構造を示す。太陽電池セル７０は、裏面７０ｂに設けられるｎ側電極１４と、ｐ側電極１５を備える。ｎ側電極１４は、ｘ方向に延びるバスバー電極１４ａと、ｙ方向に延びる複数のフィンガー電極１４ｂとを含む櫛歯状に形成される。同様に、ｐ側電極１５は、ｘ方向に延びるバスバー電極１５ａと、ｙ方向に延びる複数のフィンガー電極１５ｂとを含む櫛歯状に形成される。ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、それぞれの櫛歯が噛み合って互いに間挿し合うように形成される。なお、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、複数のフィンガーのみにより構成され、バスバーを有さないバスバーレス型の電極であってもよい。
図２は、第１の実施の形態における太陽電池セル７０の構造を示す断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面を示す。太陽電池セル７０は、半導体基板１０、第１のｉ型層１２ｉ、第１導電型層１２ｎ、第２のｉ型層１３ｉ、第２導電型層１３ｐ、第１絶縁層１６、第３のｉ型層１７ｉ、第３導電型層１７ｎ、第２絶縁層１８、電極構造２０を備える。電極構造２０は、ｎ側電極１４またはｐ側電極１５を構成する。太陽電池セル７０は、裏面７０ｂ側にヘテロ接合が形成される裏面接合型の太陽電池セルである。
半導体基板１０は、受光面７０ａ側に設けられる第１主面１０ａと、裏面７０ｂ側に設けられる第２主面１０ｂを有する。半導体基板１０は、第１主面１０ａに入射される光を吸収し、キャリアとして電子および正孔を生成する。半導体基板１０は、ｎ型またはｐ型の導電型を有する結晶性の半導体材料により構成される。結晶性半導体基板の具体例としては、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶シリコン（Ｓｉ）基板が挙げられる。
本実施の形態では、半導体基板１０がｎ型の単結晶シリコン基板である場合を示す。なお、太陽電池セルは、半導体基板として結晶性半導体基板以外の半導体基板により構成することができる。例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）などからなる化合物半導体基板を用いてもよい。
ここで、受光面７０ａは、太陽電池セル７０において主に光（太陽光）が入射される主面を意味し、具体的には、太陽電池セル７０に入射される光の大部分が入射される面を意味する。一方、裏面７０ｂは、受光面７０ａに対向する他方の主面を意味する。
第１主面１０ａの上には、実質的に真性な非晶質半導体（以下、真性な半導体を「ｉ型層」ともいう）で構成される第３のｉ型層１７ｉが設けられる。第３のｉ型層１７ｉは、水素（Ｈ）を含むｉ型の非晶質シリコン（アモルファスシリコン）により形成される。第３のｉ型層１７ｉは、発電に実質的に寄与しない程度の厚さを有し、例えば、２ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。
第３のｉ型層１７ｉの上には、第３導電型層１７ｎが設けられる。第３導電型層１７ｎは、半導体基板１０と同じ導電型を有するｎ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態における第３導電型層１７ｎは、水素を含むｎ型非晶質シリコンで構成され、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
第３導電型層１７ｎの上には、反射防止膜および保護膜としての機能を有する第２絶縁層１８が設けられる。第２絶縁層１８は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などにより形成される。第２絶縁層１８の厚さは、反射防止膜としての反射防止特性などに応じて適宜設定され、例えば、８０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とされる。
なお、第３のｉ型層１７ｉ、第３導電型層１７ｎ、第２絶縁層１８の積層構造は、第１主面１０ａのパッシベーション層として機能する。
第２主面１０ｂの上には、第１積層体１２と第２積層体１３が形成される。第１積層体１２および第２積層体１３はそれぞれ、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５に対応するように櫛歯状に形成され、互いに間挿し合うように形成される。このため、第１積層体１２が設けられる第１領域Ｗ１と、第２積層体１３が設けられる第２領域Ｗ２は、第２主面１０ｂ上において、ｘ方向に交互に配列される。また、ｘ方向に隣接する第１積層体１２と第２積層体１３は接触して設けられる。したがって、本実施の形態では、第１積層体１２および第２積層体１３によって、第２主面１０ｂの実質的に全体が被覆される。
第１積層体１２は、第２主面１０ｂの上に形成される第１のｉ型層１２ｉと、第１のｉ型層１２ｉの上に形成される第１導電型層１２ｎにより構成される。第１のｉ型層１２ｉは、上記の第３のｉ型層１７ｉと同様に、水素を含むｉ型の非晶質シリコンで構成される。第１のｉ型層１２ｉは、例えば、２ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。
第１導電型層１２ｎは、半導体基板１０と同じ導電型であるｎ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態における第１導電型層１２ｎは、水素を含むｎ型非晶質シリコンで構成される。第１導電型層１２ｎは、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
第１積層体１２の上には、第１絶縁層１６が形成される。第１絶縁層１６は、第１領域Ｗ１のうちｘ方向の中央部に相当する第３領域Ｗ３には設けられず、第３領域Ｗ３を残した両端に相当する第４領域Ｗ４に設けられる。第１絶縁層１６が形成される第４領域Ｗ４の幅は、例えば、第１領域Ｗ１の幅の約１／３程度である。また、第１絶縁層１６が設けられない第３領域Ｗ３は、例えば、第１領域Ｗ１の幅の約１／３程度である。
第１絶縁層１６は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどにより形成される。第１絶縁層１６は、窒化シリコンにより形成されることが望ましく、水素を含んでいることが好ましい。
第２積層体１３は、第２主面１０ｂのうち第１積層体１２が設けられない第２領域Ｗ２と、第１絶縁層１６が設けられる第４領域Ｗ４の端部の上に形成される。このため、第２積層体１３の両端部は、第１積層体１２と高さ方向（ｚ方向）に重なって設けられる。
第２積層体１３は、第２主面１０ｂの上に形成される第２のｉ型層１３ｉと、第２のｉ型層１３ｉの上に形成される第２導電型層１３ｐにより構成される。第２のｉ型層１３ｉは、水素を含むｉ型の非晶質シリコンで構成され、例えば、２ｎｍ〜２５ｎｍ程度の厚さを有する。
第２導電型層１３ｐは、半導体基板１０とは異なる導電型であるｐ型のドーパントが添加された非晶質半導体で構成される。本実施の形態における第２導電型層１３ｐは、水素を含むｐ型の非晶質シリコンで構成される。第２導電型層１３ｐは、例えば、２ｎｍ〜５０ｎｍ程度の厚さを有する。
非晶質シリコンで構成される第１積層体１２および第２積層体１３は、第２主面１０ｂのパッシベーション層として機能する。したがって、第１積層体１２および第２積層体１３を構成する第１のｉ型層１２ｉ、第１導電型層１２ｎ、第２のｉ型層１３ｉ、第２導電型層１３ｐは、「パッシベーション層」ということができる。なお、変形例においては、このような「パッシベーション層」として、非晶質構造の酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化シリコン（ＳｉＣ）などを用いてもよい。
第１導電型層１２ｎの上には、電子を収集するｎ側電極１４が形成される。第２導電型層１３ｐの上には、正孔を収集するｐ側電極１５が形成される。ｎ側電極１４とｐ側電極１５の間には溝が形成され、両電極は電気的に絶縁される。本実施の形態において、ｎ側電極１４およびｐ側電極１５は、電極構造２０により構成される。電極構造２０は、インジウム錫酸化物層２１、二酸化錫層２２および金属電極層２３により構成される。
インジウム錫酸化物層２１は、第１導電型層１２ｎおよび第２導電型層１３ｐの上に形成され、例えば、１５ｎｍ〜３５ｎｍ程度の厚さを有する。インジウム錫酸化物層２１は、微結晶構造を有しており、非晶質構造である第１導電型層１２ｎおよび第２導電型層１３ｐと比べて二酸化錫層２２との接触抵抗が低い。したがって、インジウム錫酸化物層２１は、二酸化錫層２２とのコンタクト抵抗を改善させる「コンタクト層」ということができる。
二酸化錫層２２は、インジウム錫酸化物層２１の上に形成され、例えば、４０ｎｍ〜１２０ｎｍ程度の厚さを有する。二酸化錫（ＳｎＯ２）は、酸やアルカリに対して高い薬剤耐性を有する。そのため、電極構造２０に二酸化錫層２２を設けることで電極構造２０の化学的な安定性を高めることができる。
金属電極層２３は、二酸化錫層２２の上に形成される。金属電極層２３は、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を含む導電性の材料である。本実施の形態における金属電極層２３は、第１金属層２３ａ、第２金属層２３ｂ、第３金属層２３ｃの三層により構成される。第１金属層２３ａおよび第２金属層２３ｂは、例えば、銅により形成され、第３金属層２３ｃは、錫により形成される。第１金属層２３ａ、第２金属層２３ｂ、第３金属層２３ｃはそれぞれ、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度、１０μｍ〜２０μｍ程度、１μｍ〜５μｍ程度の厚さを有する。
第１金属層２３ａ、第２金属層２３ｂ、第３金属層２３ｃの形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリングや蒸着、化学気相成長（ＣＶＤ）などの薄膜形成方法や、めっき法などにより形成できる。本実施の形態において、第１金属層２３ａは、薄膜形成法により形成され、第２金属層２３ｂおよび第３金属層２３ｃは、めっき法により形成される。
本実施の形態によれば、電極構造２０に二酸化錫層２２を設けることで、太陽電池セル７０の薬液耐性を向上させることができる。これにより、太陽電池セル７０の信頼性を高めることができる。また、第２主面１０ｂ上に非晶質シリコンで形成されるパッシベーション層と二酸化錫層２２との間に、コンタクト層となるインジウム錫酸化物層２１を設けることで、二酸化錫層２２の接触抵抗を下げることができる。言いかえれば、非晶質シリコン層に二酸化錫層２２を直接接触することで接触抵抗の高い電極構造となることを防ぐことができる。本実施の形態によれば、電極構造２０の接触抵抗を改善して、太陽電池セル７０の出力特性を向上させることができる。
本実施の形態の一態様は次の通りである。ある態様の太陽電池セル７０は、
結晶性の半導体基板１０と、
半導体基板１０の主面（第２主面１０ｂ）上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層（第１積層体１２、第２積層体１３）と、
パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層（インジウム錫酸化物層２１）と、
コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層２２と、を備える。
結晶性の半導体基板１０と、
半導体基板１０の主面（第２主面１０ｂ）上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層（第１積層体１２、第２積層体１３）と、
パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層（インジウム錫酸化物層２１）と、
コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層２２と、を備える。
コンタクト層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層２１を含んでもよい。
半導体基板１０は、主面（第２主面１０ｂ）上に第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２とを有し、
パッシベーション層（第１積層体１２、第２積層体１３）は、第１領域Ｗ１上にｎ型の非晶質シリコンで形成される第１導電型層１２ｎと、第２領域Ｗ２上にｐ型の非晶質シリコンで形成される第２導電型層１３ｐとを有してもよい。
パッシベーション層（第１積層体１２、第２積層体１３）は、第１領域Ｗ１上にｎ型の非晶質シリコンで形成される第１導電型層１２ｎと、第２領域Ｗ２上にｐ型の非晶質シリコンで形成される第２導電型層１３ｐとを有してもよい。
（第２の実施の形態）
図３は、第２の実施の形態に係る太陽電池セル１７０の構造を示す断面図である。本実施の形態では、上述のインジウム錫酸化物層２１を設ける代わりに、第１導電型層１１２ｎおよび第２導電型層１１３ｐを微結晶構造とすることで、これらを二酸化錫層２２とのコンタクト層として機能させる。以下、上述の第１の実施の形態との相違点を中心に述べる。
図３は、第２の実施の形態に係る太陽電池セル１７０の構造を示す断面図である。本実施の形態では、上述のインジウム錫酸化物層２１を設ける代わりに、第１導電型層１１２ｎおよび第２導電型層１１３ｐを微結晶構造とすることで、これらを二酸化錫層２２とのコンタクト層として機能させる。以下、上述の第１の実施の形態との相違点を中心に述べる。
半導体基板１０の第２主面１０ｂの上には、第１積層体１１２と第２積層体１１３が設けられる。第１積層体１１２は、ｉ型の非晶質半導体で形成される第１のｉ型層１１２ｉと、ｎ型の微結晶半導体で形成される第１導電型層１１２ｎを有する。本実施の形態における第１のｉ型層１１２ｉは、ｉ型の非晶質シリコンで形成され、第１導電型層１１２ｎは、ｎ型の微結晶シリコン（マイクロクリスタルシリコン）で形成される。
第１導電型層１１２ｎの形成方法は特に限定されないが、プラズマＣＶＤ法等の化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成することができる。例えば、ＣＶＤ法における成膜条件として非晶質シリコンを形成する場合と異なる条件を用いることにより、微結晶シリコンを形成することができる。なお、プラズマＣＶＤ法等で非晶質シリコンを形成し、形成した非晶質シリコンに熱処理を加えることで微結晶シリコンを形成してもよい。
第２積層体１１３は、ｉ型の非晶質半導体で形成される第２のｉ型層１１３ｉと、ｐ型の微結晶半導体で形成される第２導電型層１１２ｐを有する。本実施の形態における第２のｉ型層１１３ｉは、ｉ型の非晶質シリコンで形成され、第２導電型層１１３ｐは、ｐ型の微結晶シリコンで形成される。第２導電型層１１３ｐは、第１導電型層１１２ｎと同様に、プラズマＣＶＤ法等により形成することができる。
電極構造１２０は、二酸化錫層２２と金属電極層２３により構成される。二酸化錫層２２は、微結晶シリコンで形成される第１導電型層１１２ｎおよび第２導電型層１１３ｐの上に形成される。二酸化錫層２２を微結晶の半導体層上に形成することで、非晶質の半導体層上に形成する場合と比べて接触抵抗を下げることができる。したがって、本実施の形態における第１導電型層１１２ｎおよび第２導電型層１１３ｐは、二酸化錫層２２とのコンタクト抵抗を改善させる「コンタクト層」ということができる。
なお、第２主面１０ｂには、非晶質半導体である第１のｉ型層１１２ｉおよび第２のｉ型層１１３ｉが形成されている。したがって、本実施の形態における第１のｉ型層１１２ｉおよび第２のｉ型層１１３ｉは、第２主面１０ｂの「パッシベーション層」ということができる。
本実施の形態によれば、第２主面１０ｂ上に非晶質シリコンで形成されるパッシベーション層と二酸化錫層２２との間に、コンタクト層となる第１導電型層１１２ｎおよび第２導電型層１１３ｐを設けることで、二酸化錫層２２の接触抵抗を下げることができる。これにより、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また本実施の形態によれば、比較的高価な原材料であるインジウム（Ｉｎ）を含むＩＴＯ層を設ける必要がないため、太陽電池セル１７０の製造コストを抑えることができる。
本実施の形態に係る別の態様の太陽電池セル１７０は、
結晶性の半導体基板１０と、
半導体基板１０の主面（第２主面１０ｂ）上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層（第１のｉ型層１１２ｉ、第２のｉ型層１１３ｉ）と、
パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層（第１導電型層１１２ｎ、第２導電型層１１３ｐ）と、
コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層２２と、を備える。
結晶性の半導体基板１０と、
半導体基板１０の主面（第２主面１０ｂ）上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層（第１のｉ型層１１２ｉ、第２のｉ型層１１３ｉ）と、
パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層（第１導電型層１１２ｎ、第２導電型層１１３ｐ）と、
コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層２２と、を備える。
コンタクト層（第１導電型層１１２ｎ、第２導電型層１１３ｐ）は、微結晶シリコン層を含んでもよい。
半導体基板１０は、主面（第２主面１０ｂ）上に第１領域Ｗ１と第２領域Ｗ２とを有し、
パッシベーション層は、第１領域Ｗ１上にｉ型の非晶質シリコンで形成される第１のｉ型層１１２ｉと、第２領域Ｗ２上にｉ型の非晶質シリコンで形成される第２のｉ型層１１３ｉとを有し、
コンタクト層は、第１のｉ型層１１２ｉ上にｎ型の微結晶シリコンで形成される第１導電型層１１２ｎと、第２のｉ型層１１３ｉ上にｐ型の微結晶シリコンで形成される第２導電型層１１３ｐとを有してもよい。
パッシベーション層は、第１領域Ｗ１上にｉ型の非晶質シリコンで形成される第１のｉ型層１１２ｉと、第２領域Ｗ２上にｉ型の非晶質シリコンで形成される第２のｉ型層１１３ｉとを有し、
コンタクト層は、第１のｉ型層１１２ｉ上にｎ型の微結晶シリコンで形成される第１導電型層１１２ｎと、第２のｉ型層１１３ｉ上にｐ型の微結晶シリコンで形成される第２導電型層１１３ｐとを有してもよい。
（第３の実施の形態）
図４は、第３の実施の形態に係る太陽電池セル２７０の構造を示す断面図である。太陽電池セル２７０は、半導体基板２１０、第１のｉ型層２１１、第１導電型層２１２、第１インジウム錫酸化物層２１３、第１二酸化錫層２１４、第１金属電極２１５、第２のｉ型層２２１、第２導電型層２２２、第２インジウム錫酸化物層２２３、第２二酸化錫層２２４、第２金属電極２２５を備える。本実施の形態に係る太陽電池セル２７０は、太陽電池セル２７０の受光面２７０ａと裏面２７０ｂの双方に電極が設けられる点で上述の実施の形態と異なる。以下、上述の実施の形態との相違点を中心に述べる。
図４は、第３の実施の形態に係る太陽電池セル２７０の構造を示す断面図である。太陽電池セル２７０は、半導体基板２１０、第１のｉ型層２１１、第１導電型層２１２、第１インジウム錫酸化物層２１３、第１二酸化錫層２１４、第１金属電極２１５、第２のｉ型層２２１、第２導電型層２２２、第２インジウム錫酸化物層２２３、第２二酸化錫層２２４、第２金属電極２２５を備える。本実施の形態に係る太陽電池セル２７０は、太陽電池セル２７０の受光面２７０ａと裏面２７０ｂの双方に電極が設けられる点で上述の実施の形態と異なる。以下、上述の実施の形態との相違点を中心に述べる。
半導体基板２１０は、受光面２７０ａ側に設けられる第１主面２１０ａと、裏面２７０ｂ側に設けられる第２主面２１０ｂを有する。半導体基板２１０は、結晶性の半導体基板であり、例えば、ｎ型の単結晶シリコン基板である。
第１のｉ型層２１１は、第１主面２１０ａの上に形成されるｉ型の非晶質半導体層であり、例えば、ｉ型の非晶質シリコン層である。第１導電型層２１２は、第１のｉ型層２１１の上に形成され、半導体基板２１０と同じ導電型を有する非晶質半導体層であり、例えば、ｎ型の非晶質シリコン層である。第１のｉ型層２１１および第１導電型層２１２は、第１主面２１０ａの「パッシベーション層」として機能する。
第１インジウム錫酸化物層２１３は、第１導電型層２１２の上に形成される微結晶構造を有する透明電極層である。第１二酸化錫層２１４は、第１インジウム錫酸化物層２１３の上に形成される透明電極層である。第１金属電極２１５は、第１二酸化錫層２１４の上に形成される電極層であり、例えば、銀（Ａｇ）などの金属材料で形成される。
第２のｉ型層２２１は、第２主面２１０ｂの上に形成されるｉ型の非晶質半導体層であり、例えば、ｉ型の非晶質シリコン層である。第２導電型層２２２は、第２のｉ型層２２１の上に形成され、半導体基板２１０と異なる導電型を有する非晶質半導体層であり、例えば、ｐ型の非晶質シリコン層である。第２のｉ型層２２１および第２導電型層２２２は、第２主面２１０ｂの「パッシベーション層」として機能する。
第２インジウム錫酸化物層２２３は、第２導電型層２２２の上に形成される微結晶構造を有する透明電極層である。第２二酸化錫層２２４は、第２インジウム錫酸化物層２２３の上に形成される透明電極層である。第２金属電極２２５は、第２二酸化錫層２２４の上に形成される電極層であり、例えば、銀（Ａｇ）などの金属材料で形成される。
本実施の形態によれば、第１導電型層２１２と第１二酸化錫層２１４との間に、コンタクト層となる第１インジウム錫酸化物層２１３が設けられるため、第１二酸化錫層２１４の接触抵抗を下げることができる。同様に、第２導電型層２２２と第２二酸化錫層２２４との間に、コンタクト層となる第２インジウム錫酸化物層２２３が設けられるため、第２二酸化錫層２２４の接触抵抗を下げることができる。したがって、本実施の形態においても電極の接触抵抗を改善させて、太陽電池セル２７０の出力特性を向上させることができる。また、透明電極層として二酸化錫を用いることで、薬液耐性に優れた信頼性の高い太陽電池セル２７０とすることができる。
なお、本実施の形態では、半導体基板２１０の第１主面２１０ａ、第２主面２１０ｂの両方の上にコンタクト層及び二酸化錫層を形成したが、第１主面２１０ａ、第２主面２１０ｂのいずれか一方の上にコンタクト層及び二酸化錫層を形成してもよい。例えば、半導体基板２１０の第１主面２１０ａに第１インジウム錫酸化物層２１３及び第１二酸化錫層２１４を形成し、半導体基板２１０の第２主面２１０ｂに二酸化錫層を形成せずにインジウム錫酸化物層を形成した構造としてもよい。
本実施の形態に係るさらに別の態様の太陽電池セル２７０は、
結晶性の半導体基板２１０と、
半導体基板２１０の主面（第１主面２１０ａ、第２主面２１０ｂ）上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層（第１のｉ型層２１１、第２のｉ型層２２１）と、
パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層（第１インジウム錫酸化物層２１３、第２インジウム錫酸化物層２２３）と、
コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層（第１二酸化錫層２１４、第２二酸化錫層２２４）と、を備える。
結晶性の半導体基板２１０と、
半導体基板２１０の主面（第１主面２１０ａ、第２主面２１０ｂ）上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層（第１のｉ型層２１１、第２のｉ型層２２１）と、
パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層（第１インジウム錫酸化物層２１３、第２インジウム錫酸化物層２２３）と、
コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層（第１二酸化錫層２１４、第２二酸化錫層２２４）と、を備える。
コンタクト層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層（第１インジウム錫酸化物層２１３、第１二酸化錫層２１４）を含んでもよい。
（第４の実施の形態）
図５は、第４の実施の形態に係る太陽電池セル３７０の構造を示す断面図である。本実施の形態では、上述の第１インジウム錫酸化物層２１３および第２インジウム錫酸化物層２２３を設ける代わりに、第１導電型層３１２および第２導電型層３１３を微結晶構造とすることで、これらを二酸化錫層とのコンタクト層として機能させる。以下、上述の第３の実施の形態との相違点を中心に述べる。
図５は、第４の実施の形態に係る太陽電池セル３７０の構造を示す断面図である。本実施の形態では、上述の第１インジウム錫酸化物層２１３および第２インジウム錫酸化物層２２３を設ける代わりに、第１導電型層３１２および第２導電型層３１３を微結晶構造とすることで、これらを二酸化錫層とのコンタクト層として機能させる。以下、上述の第３の実施の形態との相違点を中心に述べる。
半導体基板２１０の第１主面２１０ａの上には、パッシベーション層となる第１のｉ型層２１１が形成され、第１のｉ型層２１１の上には第１導電型層３１２が形成される。本実施の形態における第１導電型層３１２は、微結晶構造を有する半導体層であり、半導体基板２１０と同じ導電型を有するｎ型の微結晶シリコン層である。第１導電型層３１２の上には、第１二酸化錫層２１４が形成される。第１導電型層３１２は、微結晶構造を有することから、第１二酸化錫層２１４との接触抵抗を改善させる「コンタクト層」として機能する。
半導体基板２１０の第２主面２１０ｂの上には、パッシベーション層となる第２のｉ型層２２１が形成され、第２のｉ型層２２１の上には第２導電型層３２２が形成される。本実施の形態における第２導電型層３２２は、微結晶構造を有する半導体層であり、半導体基板２１０と異なる導電型を有するｐ型の微結晶シリコン層である。第２導電型層３２２の上には、第２二酸化錫層２２４が形成される。第２導電型層３２２は、微結晶構造を有することから、第２二酸化錫層２２４との接触抵抗を改善させる「コンタクト層」として機能する。
本実施の形態によれば、第１のｉ型層２１１と第１二酸化錫層２１４の間に、コンタクト層となる第１インジウム錫酸化物層２１３が設けられるため、第１二酸化錫層２１４の接触抵抗を下げることができる。同様に、第２のｉ型層２２１と第２二酸化錫層２２４の間に、コンタクト層となる第２インジウム錫酸化物層２２３が設けられるため、第２二酸化錫層２２４の接触抵抗を下げることができる。したがって、本実施の形態においても電極の接触抵抗を改善して、太陽電池セル３７０の出力特性を向上させることができる。また、透明電極層として二酸化錫を用いることで、薬液耐性の優れた信頼性の高い太陽電池セル３７０とすることができる。
本実施の形態では、パッシベーション層となる第１のｉ型層２１１及び第２のｉ型層２２１がｉ型の非晶質シリコン（アモルファスシリコン）により形成される例を説明したが、パッシベーション層は酸化シリコンにより形成されてもよい。パッシベーション層を酸化シリコンとする場合、パッシベーション層の厚みは０．１ｎｍ〜５ｎｍ程度とするのが好ましい。なお、第１のｉ型層２１１および第２のｉ型層２２１の両方を酸化シリコン層に置き換えてもよいし、いずれか一方を酸化シリコン層に置き換えてもよい。
また、本実施の形態では、半導体基板２１０の第１主面２１０ａ、第２主面２１０ｂの両方の上に、コンタクト層及び二酸化錫層を形成したが、第１主面２１０ａ、第２主面２１０ｂのうちいずれか一方の上にコンタクト層及び二酸化錫層を形成してもよい。例えば、半導体基板２１０の第１主面２１０ａに微結晶構造を有する第１導電型層３１２および第１二酸化錫層２１４を形成し、半導体基板２１０の第２主面２１０ｂに二酸化錫層を形成せずにインジウム錫酸化物層を形成した構造としてもよい。
本実施の形態に係るさらに別の態様の太陽電池セル３７０は、
結晶性の半導体基板２１０と、
半導体基板２１０の主面（第１主面２１０ａ、第２主面２１０ｂ）上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層（第１のｉ型層２１１、第２のｉ型層２２１）と、
パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層（第１導電型層３１２、第２導電型層３２２）と、
コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層（第１二酸化錫層２１４、第２二酸化錫層２２４）と、を備える。
結晶性の半導体基板２１０と、
半導体基板２１０の主面（第１主面２１０ａ、第２主面２１０ｂ）上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層（第１のｉ型層２１１、第２のｉ型層２２１）と、
パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層（第１導電型層３１２、第２導電型層３２２）と、
コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層（第１二酸化錫層２１４、第２二酸化錫層２２４）と、を備える。
コンタクト層は、微結晶シリコン層（第１導電型層３１２、第２導電型層３２２）を含んでもよい。
以上、本発明を上述の各実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。
Ｗ１…第１領域、Ｗ２…第２領域、１０…半導体基板、１２ｉ…第１のｉ型層、１２ｎ…第１導電型層、１３ｉ…第２のｉ型層、１３ｐ…第２導電型層、２１…インジウム錫酸化物層、２２…二酸化錫層、７０…太陽電池セル、１１２ｉ…第１のｉ型層、１１２ｎ…第１導電型層、１１３ｉ…第２のｉ型層、１１３ｐ…第２導電型層、１７０…太陽電池セル、２１０…半導体基板、２１１…第１のｉ型層、２１２…第１導電型層、２１３…第１インジウム錫酸化物層、２１４…第１二酸化錫層、２２１…第２のｉ型層、２２２…第２導電型層、２２３…第２インジウム錫酸化物層、２２４…第２二酸化錫層、２７０…太陽電池セル、３１２…第１導電型層、３２２…第２導電型層、３７０…太陽電池セル。
本発明によれば、出力特性を向上させた太陽電池セルを提供できる。
Claims (5)
- 結晶性の半導体基板と、
前記半導体基板の主面上に非晶質構造を有する材料で形成されるパッシベーション層と、
前記パッシベーション層上に微結晶構造を有する材料で形成されるコンタクト層と、
前記コンタクト層上に設けられる二酸化錫（ＳｎＯ２）層と、を備える太陽電池セル。 - 前記コンタクト層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層を含む請求項１に記載の太陽電池セル。
- 前記コンタクト層は、微結晶シリコン層を含む請求項１または２に記載の太陽電池セル。
- 前記半導体基板は、前記主面上に第１領域と第２領域とを有し、
前記パッシベーション層は、前記第１領域上にｎ型の非晶質シリコンで形成される第１導電型層と、前記第２領域上にｐ型の非晶質シリコンで形成される第２導電型層とを有する請求項２に記載の太陽電池セル。 - 前記半導体基板は、前記主面上に第１領域と第２領域とを有し、
前記パッシベーション層は、前記第１領域上にｉ型の非晶質シリコンで形成される第１のｉ型層と、前記第２領域上にｉ型の非晶質シリコンで形成される第２のｉ型層とを有し、
前記コンタクト層は、前記第１のｉ型層上にｎ型の微結晶シリコンで形成される第１導電型層と、前記第２のｉ型層上にｐ型の微結晶シリコンで形成される第２導電型層とを有する請求項３に記載の太陽電池セル。
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