WO2012132595A1 - 太陽電池 - Google Patents

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WO2012132595A1
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semiconductor layer
side electrode
solar cell
relatively thin
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護 有本
泰子 平山
三島　孝博
藤田　和範
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三洋電機株式会社
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    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a back junction solar cell.
  • Patent Document 1 a so-called back junction type solar cell is proposed in which p-type and n-type semiconductor regions are formed on the back side of the solar cell.
  • this back junction solar cell it is not necessary to provide an electrode on the light receiving surface side. For this reason, in the back junction solar cell, the light receiving efficiency can be increased. Therefore, higher power generation efficiency can be realized.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a solar cell having high conversion efficiency.
  • the solar cell according to the present invention includes a photoelectric conversion unit, an n-side electrode, and a p-side electrode.
  • the photoelectric conversion unit has a first main surface and a second main surface.
  • the first main surface includes an n-type surface and a p-type surface.
  • the n-side electrode is electrically connected to the n-type surface.
  • the p-side electrode is electrically connected to the p-type surface.
  • the photoelectric conversion unit includes a semiconductor substrate and a semiconductor layer.
  • the semiconductor substrate has first and second main surfaces.
  • the semiconductor layer is disposed on a part of the first main surface.
  • the semiconductor layer constitutes one of the n-type surface and the p-type surface.
  • the semiconductor layer includes a relatively thick portion and a relatively thin portion.
  • One of the n-side electrode and the p-side electrode is disposed on at least a relatively thin portion of the semiconductor layer.
  • a solar cell having high conversion efficiency can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the solar cell according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing process of the solar cell in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the solar cell in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the solar cell in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the solar cell in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the solar cell in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing process of the solar cell in the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic plan view of a solar cell according to the sixth embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the seventh embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the eighth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the ninth embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic plan view of a solar cell according to the tenth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a solar cell 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • the solar cell 1 is a back junction solar cell.
  • the solar cell 1 includes a photoelectric conversion unit 20.
  • the photoelectric conversion unit 20 has a back surface 20a and a light receiving surface 20b.
  • the back surface 20 a constitutes a first main surface of the photoelectric conversion unit 20.
  • the light receiving surface 20 b constitutes a second main surface of the photoelectric conversion unit 20.
  • the light receiving surface 20b is a main surface that mainly receives light, and receives more light than the back surface 20a.
  • the photoelectric conversion unit 20 generates carriers (electrons and holes) by receiving light on the light receiving surface 20b.
  • the photoelectric conversion unit 20 includes a semiconductor substrate 10 having one conductivity type.
  • the semiconductor substrate 10 is configured by a substrate made of an n-type crystal semiconductor.
  • a specific example of the substrate made of an n-type crystal semiconductor is, for example, an n-type single crystal silicon substrate.
  • the semiconductor substrate 10 has first and second main surfaces 10b and 10a.
  • the second main surface 10a of the semiconductor substrate 10 constitutes the light receiving surface 20b of the photoelectric conversion unit 20.
  • the light receiving surface 20b constituted by the second main surface 10a has a texture structure.
  • the “texture structure” refers to a concavo-convex structure formed to suppress surface reflection and increase the light absorption amount of the photoelectric conversion unit.
  • the texture structure include a pyramidal (quadrangular pyramid or quadrangular frustum-shaped) uneven structure obtained by performing anisotropic etching on the surface of a single crystal silicon substrate having a (100) plane,
  • An example is a concavo-convex structure obtained by subjecting the surface of a crystalline silicon substrate or polycrystalline silicon substrate to isotropic etching by a method such as acid etching or dry etching.
  • the semiconductor layer 17 is disposed on the second main surface 10a.
  • the semiconductor layer 17 includes an i-type amorphous semiconductor layer 17i and an n-type amorphous semiconductor layer 17n.
  • the semiconductor layer 17i is disposed on the second main surface 10a.
  • the semiconductor layer 17i can be made of, for example, i-type amorphous silicon containing hydrogen.
  • the thickness of the semiconductor layer 17i is not particularly limited as long as the thickness does not substantially contribute to power generation.
  • the thickness of the semiconductor layer 17i can be, for example, about several to 250 inches.
  • the n-type semiconductor layer 17n is disposed on the semiconductor layer 17i.
  • the semiconductor layer 17 n is a semiconductor layer having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor layer 17n can be made of, for example, n-type amorphous silicon containing hydrogen.
  • the thickness of the semiconductor layer 17n is not particularly limited. The thickness of the semiconductor layer 17n can be, for example, about 50 to 500 mm.
  • a protective film 16 is disposed on the semiconductor layer 17.
  • the protective film 16 also has a function as a reflection suppressing film.
  • the protective film 16 can be composed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like. Especially, it is preferable that the protective film 16 is comprised by the silicon nitride film.
  • the thickness of the protective film 16 can be set to, for example, about 80 nm to 1 ⁇ m.
  • the solar cell 1 of the present embodiment can receive light on substantially the entire light receiving surface 20b.
  • an n-type semiconductor layer 12n is disposed on the first region of the first main surface 10b of the semiconductor substrate 10.
  • the n-type semiconductor layer 12n constitutes an n-type front surface 20an that constitutes a part of the back surface 20a.
  • the n-type semiconductor layer 12n is composed of an n-type amorphous semiconductor layer. More specifically, the n-type semiconductor layer 12n is composed of an n-type amorphous silicon layer containing hydrogen.
  • the thickness of the n-type semiconductor layer 12n can be, for example, about 20 to 500 mm.
  • a p-type semiconductor layer 13p is disposed on a second region different from the first region of the first main surface 10b of the semiconductor substrate 10.
  • the p-type semiconductor layer 13p constitutes a p-type front surface 20ap that constitutes a part of the back surface 20a.
  • the n-type semiconductor layer 12n and the p-type semiconductor layer 13p substantially cover the entire first main surface 10b.
  • the p-type semiconductor layer 13p is composed of a p-type amorphous semiconductor layer. More specifically, the p-type semiconductor layer 13p is composed of a p-type amorphous silicon layer containing hydrogen.
  • the thickness of the p-type semiconductor layer 13p can be about 20 to 500 mm, for example.
  • an i-type semiconductor layer having a thickness that does not substantially contribute to power generation for example, about several to 250 inches. It may be arranged.
  • the i-type semiconductor layer can be made of, for example, i-type amorphous silicon containing hydrogen.
  • An insulating layer 18 is provided on a part of the n-type semiconductor layer 12n. Specifically, the insulating layer 18 is provided on both end portions of the n-type semiconductor layer 12n excluding the central portion in the x direction. The central portion of the n-type semiconductor layer 12n in the x direction is exposed from the insulating layer 18.
  • the p-type semiconductor layer 13p is provided across a portion adjacent to the n-type semiconductor layer 12n of the first main surface 10b in the x direction and at least a portion of the insulating layer 18. That is, the insulating layer 18 is disposed between the overlapping portions in the z direction (thickness direction) of the n-type semiconductor layer 12n and the p-type semiconductor layer 13p.
  • the material of the insulating layer 18 is not particularly limited.
  • the insulating layer 18 can be composed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film. Especially, it is preferable that the insulating layer 18 is comprised by the silicon nitride film.
  • the insulating layer 18 preferably contains hydrogen.
  • the n-side electrode 14 is disposed on the n-type surface 20an.
  • the n-side electrode 14 is electrically connected to the n-type surface 20an.
  • the n-side electrode 14 collects electrons that are majority carriers.
  • the p-side electrode 15 is disposed on the p-type surface 20ap.
  • the p-side electrode 15 is electrically connected to the p-type surface 20ap.
  • the p-side electrode 15 collects holes that are minority carriers.
  • the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 are electrically separated on the surface of the insulating layer 18.
  • Each of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 has a comb shape.
  • the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 are interleaved with each other.
  • each of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 has a plurality of finger portions 14a and 15a and bus bar portions 14b and 15b constituting a current collecting portion.
  • Each of the plurality of finger portions 14a extends in the y direction (first direction).
  • the plurality of finger portions 14a are arranged at intervals along the x direction (second direction) perpendicular to the y direction.
  • Each of the plurality of finger portions 15a extends in the y direction (first direction).
  • the plurality of finger portions 15a are arranged at intervals along the x direction (second direction) perpendicular to the y direction.
  • the plurality of finger portions 14a and the plurality of finger portions 15a are alternately arranged along the x direction.
  • the plurality of finger portions 14a are electrically connected to the bus bar portion 14b.
  • the plurality of finger portions 15a are electrically connected to the bus bar portion 15b.
  • the bus bar portions 14b and 15b extend along the x direction.
  • Each of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 is, for example, a transparent conductive oxide (TCO), a metal such as Ag, Cu, Sn, Pt, or Au, or one or more of these metals It can comprise with electroconductive materials, such as an alloy containing.
  • TCO transparent conductive oxide
  • each of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 may be configured by a stacked body of a plurality of conductive layers, for example.
  • each of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 includes a TCO layer formed on the n-type or p-type semiconductor layers 12n and 13p, and at least one metal or alloy formed thereon. It is preferable that it is comprised by the laminated body with a layer.
  • each of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 is not particularly limited.
  • Each of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 can be formed by, for example, a thin film forming method such as a sputtering method, a CVD method, or a vapor deposition method, a plating method, or a combination thereof.
  • the n-type semiconductor layer 12n includes a relatively thick portion 12n1 and a relatively thin portion 12n2.
  • An n-side electrode 14 is disposed on at least a relatively thin portion 12n2 of the n-type semiconductor layer 12n.
  • the relatively thin portion 12n2 is in direct contact with the n-side electrode 14.
  • the relatively thin portion 12n2 is provided below each of the plurality of finger portions 14a.
  • the relatively thin portion 12n2 has a linear shape extending in the y direction, which is the direction in which the finger portion 14a extends, below the finger portion 14a.
  • the relatively thin portion 12n2 is provided continuously from one end portion in the y direction to the other end portion of the finger portion 14a.
  • the width of the relatively thin portion 12n2 along the x direction is smaller than the width of the finger portion 14a along the x direction.
  • the relatively thin portion 12n2 is provided below the central portion along the x direction of the finger portion 14a. Specifically, the relatively thin portion 12n2 is exposed from the insulating layer 18 of the n-type semiconductor layer 12n, and is provided over the entire portion connected to the finger portion 14a. In the present embodiment, the relatively thin portion 12n2 is not provided below the insulating layer 18.
  • the relatively thin portion 12n2 is not provided below the bus bar portion 14b. That is, the bus bar portion 14b is provided on the relatively thick portion 12n1.
  • the thickness (T1) of the relatively thin portion 12n2 is more preferably 0.2 to 0.8 times the thickness (T2) of the relatively thick portion 12n1.
  • the lifetime of minority carriers can be increased by increasing the band gap by increasing the thickness of the semiconductor layer provided on the semiconductor substrate or by adding hydrogen to the semiconductor layer. It is preferable to lengthen the length.
  • the semiconductor layer is thickened or hydrogen is included in the semiconductor layer, the resistance between the semiconductor substrate and the electrode increases. For this reason, the carrier collection efficiency is lowered.
  • the n-type semiconductor layer 12n is provided with a relatively thick portion 12n1 and a relatively thin portion 12n2.
  • the relatively thick portion 12n1 By providing the relatively thick portion 12n1, the lifetime of minority carriers (holes) generated below the n-type semiconductor layer 12n can be increased. Therefore, the collection efficiency by the p-side electrode 15 of minority carriers (holes) generated below the n-type semiconductor layer 12n is increased.
  • the n-type semiconductor layer 12n is provided with the relatively thin portion 12n2 that is in direct contact with the n-side electrode 14, even if the relatively thick portion 12n1 is thickened, the semiconductor substrate 10 And the n-side electrode 14 can be kept low. Therefore, the electron collection efficiency can be kept high.
  • the solar cell 1 of the present embodiment in which the n-type semiconductor layer 12n is provided with the relatively thick portion 12n1 and the relatively thin portion 12n2 has high photoelectric conversion efficiency.
  • Both the n-type semiconductor layer 12n and the p-type semiconductor layer 13p contain hydrogen.
  • substantially the entire first main surface 10b is covered with the n-type semiconductor layer 12n containing hydrogen and the p-type semiconductor layer 13p. Therefore, the lifetime of the carrier can be made longer. Therefore, further excellent photoelectric conversion efficiency can be realized.
  • a portion of the n-type semiconductor layer 12n that is in contact with the n-side electrode 14 is a relatively thick portion 12n1.
  • the portion of the n-type semiconductor layer 12n that is in contact with the insulating layer 18 and not in direct contact with the n-side electrode 14 is preferably a relatively thick portion 12n1.
  • the bus bar portion 14b is wider than the finger portion 14a. For this reason, the distance that the minority carriers generated below the bus bar portion 14b must move to be collected by the electrode 15 is the distance that the minority carriers generated below the finger portion 14a are collected by the electrode 15. Longer than the distance you have to do. For this reason, minority carriers generated below the bus bar portion 14 b are likely to disappear due to recombination before being collected by the electrode 15.
  • a relatively thin portion of the n-type semiconductor layer 12n is not provided below the bus bar portion 14b, and the bus bar portion 14b is provided on the relatively thick portion 12n1. It is preferable to provide it.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the manufacturing process of the solar cell of this embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view for explaining steps S1 and S2.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining step S3.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining step S4.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining step S5.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining step S6.
  • a semiconductor substrate 10 having a second main surface 10a having a texture structure is prepared.
  • the semiconductor layer 17 and the protective film 16 are formed on substantially the entire surface or the entire second main surface 10 a of the semiconductor substrate 10.
  • Each of the i-type semiconductor layer 17i, the n-type semiconductor layer 17n, and the protective film 16 can be formed by a thin film forming method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method typified by a plasma CVD method.
  • an n-type amorphous semiconductor layer 21 and an insulating film 22 are formed in this order on substantially the entire first main surface 10b of the semiconductor substrate 10 or on the entire surface.
  • the n-type amorphous semiconductor layer 21 can be formed, for example, by a thin film forming method such as a CVD (Chemical Vapor Deposition) method typified by a plasma CVD method.
  • the insulating film 22 can be formed by, for example, a thin film forming method such as a sputtering method or a CVD method.
  • step S3 the n-type amorphous semiconductor layer 21 and the insulating film 22 are etched.
  • the etchant suitably used for etching the n-type amorphous semiconductor layer 21 include a hydrofluoric acid aqueous solution.
  • the etching agent that is preferably used for etching the insulating film 22 include an HF aqueous solution.
  • the p-type semiconductor layer 23 is formed on substantially the entire surface of the first main surface 10b including the surface of the insulating film 22 or on the entire surface.
  • the method for forming the p-type semiconductor layer 23 is not particularly limited.
  • the p-type semiconductor layer 23 can be formed by a thin film forming method such as a CVD method, for example.
  • step S5 a part of the portion located on the insulating film 22 of the p-type semiconductor layer 23 is removed by etching or the like. Thereby, the p-type semiconductor layer 13p is formed from the p-type semiconductor layer 23.
  • the etchant preferably used for etching the p-type semiconductor layer 23 include an alkaline aqueous solution such as a NaOH aqueous solution containing NaOH, a hydrofluoric acid aqueous solution, and the like.
  • step S6 by using the p-type semiconductor layer 13p as a mask, the exposed portion of the insulating film 22 is removed by etching with an etchant to form the insulating layer 18 from the insulating film 22 and the n-type amorphous semiconductor. A part of the surface of the layer 21 is exposed.
  • the etchant preferably used for etching the insulating film 22 include, for example, an HF aqueous solution.
  • step S7 the portion exposed from the insulating layer 18 of the n-type amorphous semiconductor layer 21 is etched, so that the portion relatively thin from the n-type amorphous semiconductor layer 21 is relatively thin.
  • An n-type semiconductor layer 12n having a thick portion 12n1 is formed.
  • step S8 the solar cell 1 is completed by performing an electrode forming step of forming the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 on the n-type semiconductor layer 12n and the p-type semiconductor layer 13p, respectively. Can do.
  • the formation method of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 can be appropriately selected according to the material of the electrode.
  • the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 are formed by, for example, a thin film forming method such as sputtering, CVD, or vapor deposition, plating, a method of applying a conductive paste, or a method combining these methods. Can do.
  • the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 may be formed, for example, by dividing a conductive film formed so as to cover the n-type semiconductor layer 12n and the p-type semiconductor layer 13p on the insulating layer 18. . In this case, the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 can be formed with a narrow pitch and high shape accuracy.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the third embodiment.
  • the present invention is not particularly limited as long as an electrode is provided on a relatively thin portion of the semiconductor layer.
  • the relatively thin portion 12n2 may be provided in a part of the exposed portion from the insulating layer 18 of the n-type semiconductor layer 12n.
  • the relatively thin portion 12n2 is provided not only on the entire exposed portion of the n-type semiconductor layer 12n from the insulating layer 18, but also on a portion of the portion located below the insulating layer 18. It may be. Even in these cases, excellent photoelectric conversion efficiency can be realized as in the solar cell 1 of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the fifth embodiment.
  • the n-type semiconductor layer 12n is provided with a relatively thick portion 12n1 and a relatively thin portion 12n2, and the p-type semiconductor layer 13p is provided with a substantially uniform thickness.
  • the present invention is not particularly limited as long as a relatively thin portion and a relatively thick portion are provided in a certain semiconductor layer.
  • the p-type semiconductor layer 13p may be provided with a relatively thick portion 13p1 and a relatively thin portion 13p2 so that the n-type semiconductor layer 12n has a substantially uniform thickness.
  • the resistance between the p-side electrode 15 and the semiconductor substrate 10 can be lowered, and the recombination of minority carriers generated below the n-type semiconductor layer 12n can be more effectively suppressed. Therefore, the collection efficiency of the minority carrier p-side electrode 15 can be further increased.
  • the n-type semiconductor layer 12n is provided with a relatively thin portion 12n2 and a relatively thick portion 12n1, and a relatively thick portion 13p1 and a relatively thin portion 13p2. May be. Even in this case, high photoelectric conversion efficiency can be realized.
  • FIG. 13 is a schematic plan view of a solar cell according to the sixth embodiment.
  • the relatively thin portion 12n2 is continuously provided from below the one side end portion in the longitudinal direction (y direction) of the finger portion 14a to below the other end portion.
  • the shape of the relatively thin portion of the semiconductor layer is not particularly limited.
  • the relatively thin portion 12n2 may be provided only below a part of the finger portion 14a in the y direction.
  • a plurality of relatively thin portions 12n2 are provided discontinuously at intervals below the finger portion 14a along the y direction. Even in such a case, high photoelectric conversion efficiency can be realized.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the seventh embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the eighth embodiment.
  • the present invention is not particularly limited as long as the photoelectric conversion unit is provided with a semiconductor layer provided on one main surface of the semiconductor substrate and provided with an electrode on the semiconductor layer. .
  • the p-type surface 20 ap may be constituted by a p-type dopant diffusion region 10 p provided so as to be exposed on the first main surface 10 b of the semiconductor substrate 10.
  • the n-type surface 20 an may be constituted by an n-type dopant diffusion region 10 n provided so as to be exposed on the first main surface 10 b of the semiconductor substrate 10.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to the ninth embodiment.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • an insulating layer 18 may be provided on the p-type semiconductor layer 13p. Further, the insulating layer may not be provided.
  • FIG. 17 is a schematic plan view of a solar cell according to the tenth embodiment.
  • the shape of the electrode is not particularly limited.
  • At least one of the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 may not include the bus bar portion, and may be configured only by the finger portions 14a and 15a.
  • both the n-side electrode 14 and the p-side electrode 15 are configured only by the finger portions 14a and 15a.

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Abstract

本発明の太陽電池１は、第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂとを有する光電変換部２０と、ｎ側電極１４と、ｐ側電極１５とを備えている。第１の主面２０ａは、ｎ型表面２０ａｎとｐ型表面２０ａｐとを含む。光電変換部２０は、半導体基板１０と、半導体層１２ｎとを有する。半導体基板１０は、第１及び第２の主面１０ｂ、１０ａを有する。半導体層１２ｎは、第１の主面１０ｂの一部分の上に配されている。半導体層１２ｎは、ｎ型表面２０ａｎ及びｐ型表面２０ａｐのうちの一方を構成している。半導体層１２ｎは、相対的に厚い部分１２ｎ１と、相対的に薄い部分１２ｎ２とを含む。半導体層１２ｎのうちの少なくとも相対的に薄い部分１２ｎ２の上にｎ側電極１４及びｐ側電極１５のうちの一方が配されている。上記の構成により本発明の太陽電池は、相対的に厚い部分１２ｎ１により少数キャリアのライフタイムが長くなり、相対的に薄い部分１２ｎ２により半導体基板１０とｎ側電極１４との間の抵抗を低く抑えることができ、ホール及び電子の収集効率が高くなる。

Description

太陽電池
　本発明は、裏面接合型の太陽電池に関する。
　下記の特許文献１において、太陽電池の裏面側にｐ型及びｎ型の半導体領域が形成されている所謂裏面接合型の太陽電池が提案されている。この裏面接合型の太陽電池では、受光面側に電極を設ける必要がない。このため、裏面接合型の太陽電池では、光の受光効率を高めることができる。従って、より高い発電効率を実現し得る。
特開２０１０－８０８８７号公報
　高い変換効率や信頼性を有する太陽電池の要望が高まってきている。
　本発明は、斯かる点に鑑みて成されたものであり、その目的は、高い変換効率を有する太陽電池を提供することにある。
　本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、ｎ側電極と、ｐ側電極とを備えている。光電変換部は、第１の主面と第２の主面とを有する。第１の主面は、ｎ型表面とｐ型表面とを含む。ｎ側電極は、ｎ型表面に電気的に接続されている。ｐ側電極は、ｐ型表面に電気的に接続されている。光電変換部は、半導体基板と、半導体層とを有する。半導体基板は、第１及び第２の主面を有する。半導体層は、第１の主面の一部分の上に配されている。半導体層は、ｎ型表面及びｐ型表面のうちの一方を構成している。半導体層は、相対的に厚い部分と、相対的に薄い部分とを含む。半導体層のうちの少なくとも相対的に薄い部分の上にｎ側電極及びｐ側電極のうちの一方が配されている。
　本発明によれば、高い変換効率を有する太陽電池を提供することができる。
図１は、第１の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。 図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩにおける略図的断面図である。 図３は、第１の実施形態における太陽電池の製造工程を表すフローチャートである。 図４は、第１の実施形態における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 図５は、第１の実施形態における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 図６は、第１の実施形態における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 図７は、第１の実施形態における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 図８は、第１の実施形態における太陽電池の製造工程を説明するための略図的断面図である。 図９は、第２の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。 図１０は、第３の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。 図１１は、第４の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。 図１２は、第５の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。 図１３は、第６の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。 図１４は、第７の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。 図１５は、第８の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。 図１６は、第９の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。 図１７は、第１０の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
　以下、本発明の好ましい実施形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる一例である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
　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》
　（太陽電池１の構成）
　図１は、第１の実施形態に係る太陽電池１の略図的平面図である。図２は、図１の線ＩＩ－ＩＩにおける略図的断面図である。
　太陽電池１は、裏面接合型の太陽電池である。太陽電池１は、光電変換部２０を備えている。光電変換部２０は、裏面２０ａと、受光面２０ｂとを有する。裏面２０ａは、光電変換部２０の第１の主面を構成している。受光面２０ｂは、光電変換部２０の第２の主面を構成している。受光面２０ｂは、主として光を受光する主面であり、裏面２０ａよりも多くの光を受光する。光電変換部２０は、受光面２０ｂにおいて受光することにより、キャリア（電子及び正孔）を生成するものである。
　光電変換部２０は、一の導電型を有する半導体基板１０を有する。具体的には、本実施形態では、半導体基板１０は、ｎ型の結晶半導体からなる基板により構成されている。ｎ型の結晶半導体からなる基板の具体例としては、例えば、ｎ型の単結晶シリコン基板が挙げられる。
　半導体基板１０は、第１及び第２の主面１０ｂ、１０ａを有する。この半導体基板１０の第２の主面１０ａによって、光電変換部２０の受光面２０ｂが構成されている。第２の主面１０ａによって構成された受光面２０ｂは、テクスチャ構造を有する。ここで、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部の光吸収量を増大させるために形成されている凹凸構造のことをいう。テクスチャ構造の具体例としては、（１００）面を有する単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状（四角錐状や、四角錐台状）の凹凸構造や、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板の表面に、酸エッチングやドライエッチング等の方法で等方性エッチングを施すことによって得られる凹凸構造等が挙げられる。
　第２の主面１０ａの上には、半導体層１７が配されている。半導体層１７は、ｉ型非晶質半導体層１７ｉと、ｎ型非晶質半導体層１７ｎとを有する。
　半導体層１７ｉは、第２の主面１０ａの上に配されている。半導体層１７ｉは、例えば、水素を含有するｉ型のアモルファスシリコンなどにより構成することができる。半導体層１７ｉの厚みは、発電に実質的に寄与しない程度の厚みである限りにおいて特に限定されない。半導体層１７ｉの厚みは、例えば、数Å～２５０Å程度とすることができる。
　ｎ型半導体層１７ｎは、半導体層１７ｉの上に配されている。半導体層１７ｎは、半導体基板１０と同じ導電型を有する半導体層である。半導体層１７ｎは、例えば、水素を含有するｎ型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。半導体層１７ｎの厚みは、特に限定されない。半導体層１７ｎの厚みは、例えば、５０Å～５００Å程度とすることができる。
　半導体層１７の上には、保護膜１６が配されている。本実施形態においては、この保護膜１６は、反射抑制膜としての機能も兼ね備えている。保護膜１６は、例えば、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜等により構成することができる。なかでも、保護膜１６は、窒化ケイ素膜により構成されていることが好ましい。保護膜１６の厚みは、例えば８０ｎｍ～１μｍ程度とすることができる。
　受光面２０ｂの上には、金属電極等の光を遮光する部材が設けられていない。従って、本実施形態の太陽電池１は、受光面２０ｂの実質的に全面で受光可能である。
　半導体基板１０の第１の主面１０ｂの第１の領域の上には、ｎ型半導体層１２ｎが配されている。このｎ型半導体層１２ｎによって、裏面２０ａの一部を構成しているｎ型表面２０ａｎが構成されている。
　ｎ型半導体層１２ｎは、ｎ型非晶質半導体層により構成されている。より具体的には、ｎ型半導体層１２ｎは、水素を含むｎ型アモルファスシリコン層により構成されている。ｎ型半導体層１２ｎの厚みは、例えば、２０Å～５００Å程度とすることができる。
　半導体基板１０の第１の主面１０ｂの第１の領域とは異なる第２の領域の上には、ｐ型半導体層１３ｐが配されている。このｐ型半導体層１３ｐによって、裏面２０ａの一部を構成しているｐ型表面２０ａｐが構成されている。
　これらｎ型半導体層１２ｎとｐ型半導体層１３ｐとによって、第１の主面１０ｂの実質的に全体が覆われている。
　ｐ型半導体層１３ｐは、ｐ型非晶質半導体層により構成されている。より具体的には、ｐ型半導体層１３ｐは、水素を含むｐ型アモルファスシリコン層により構成されている。ｐ型半導体層１３ｐの厚みは、例えば、２０Å～５００Å程度とすることができる。
　ｎ型半導体層１２ｎとｐ型半導体層１３ｐとのそれぞれと、第１の主面１０ｂとの間に、例えば、数Å～２５０Å程度の実質的に発電に寄与しない厚みを有するｉ型半導体層を配してもよい。ｉ型半導体層は、例えば、水素を含有するｉ型のアモルファスシリコンにより構成することができる。このような構成とすることで、ｎ型半導体層１２ｎとｐ型半導体層１３ｐとのそれぞれと、第１の主面１０ｂとの間の界面特性をより改善することができる。従って、より改善された光電変換効率が得られる。
　ｎ型半導体層１２ｎの一部の上には、絶縁層１８が設けられている。具体的には、絶縁層１８は、ｎ型半導体層１２ｎのｘ方向における中央部を除く両端部の上に設けられている。ｎ型半導体層１２ｎのｘ方向における中央部は、絶縁層１８から露出している。
　ｐ型半導体層１３ｐは、第１の主面１０ｂのｎ型半導体層１２ｎにｘ方向に隣接した部分の上と、絶縁層１８の少なくとも一部の上とに跨がって設けられている。すなわち、ｎ型半導体層１２ｎとｐ型半導体層１３ｐとのｚ方向（厚み方向）において重畳している部分の間には、絶縁層１８が配されている。
　絶縁層１８の材質は、特に限定されない。絶縁層１８は、例えば、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜または酸窒化ケイ素膜により構成することができる。なかでも、絶縁層１８は、窒化ケイ素膜により構成されていることが好ましい。また、絶縁層１８は、水素を含んでいることが好ましい。
　ｎ型表面２０ａｎの上には、ｎ側電極１４が配されている。ｎ側電極１４は、ｎ型表面２０ａｎに電気的に接続されている。ｎ側電極１４は、多数キャリアである電子を収集する。
　ｐ型表面２０ａｐの上には、ｐ側電極１５が配されている。ｐ側電極１５は、ｐ型表面２０ａｐに電気的に接続されている。ｐ側電極１５は、少数キャリアであるホールを収集する。ｎ側電極１４及びｐ側電極１５は、絶縁層１８の表面上で電気的に分離されている。
　ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、くし歯状である。ｎ側電極１４とｐ側電極１５とは、互いに間挿し合っている。具体的には、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、複数のフィンガー部１４ａ、１５ａと、集電部を構成しているバスバー部１４ｂ、１５ｂとを有する。複数のフィンガー部１４ａのそれぞれは、ｙ方向（第１の方向）に延びている。複数のフィンガー部１４ａは、ｙ方向に対して垂直なｘ方向（第２の方向）に沿って間隔をおいて配置されている。複数のフィンガー部１５ａのそれぞれは、ｙ方向（第１の方向）に延びている。複数のフィンガー部１５ａは、ｙ方向に対して垂直なｘ方向（第２の方向）に沿って間隔をおいて配置されている。複数のフィンガー部１４ａと複数のフィンガー部１５ａとは、ｘ方向に沿って交互に配列されている。
　複数のフィンガー部１４ａは、バスバー部１４ｂに電気的に接続されている。複数のフィンガー部１５ａは、バスバー部１５ｂに電気的に接続されている。バスバー部１４ｂ、１５ｂは、ｘ方向に沿って延びている。
　ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、例えば、透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｏｘｉｄｅ）や、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｔ，Ａｕなどの金属、それらの金属のうちの一種以上を含む合金等の導電性材料により構成することができる。また、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、例えば、複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。その場合、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、ｎ型またはｐ型半導体層１２ｎ、１３ｐの上に形成されているＴＣＯ層と、その上に形成されている少なくともひとつの金属または合金層との積層体により構成されていることが好ましい。
　ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれの形成方法も特に限定されない。ｎ側電極１４及びｐ側電極１５のそれぞれは、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法あるいは蒸着法などの薄膜形成方法やめっき法、またはそれらの組み合わせにより形成することができる。
　ｎ型半導体層１２ｎは、相対的に厚い部分１２ｎ１と、相対的に薄い部分１２ｎ２とを含む。ｎ型半導体層１２ｎのうち、少なくとも相対的に薄い部分１２ｎ２の上にｎ側電極１４が配されている。相対的に薄い部分１２ｎ２は、ｎ側電極１４と直接接触している。
　具体的には、図１に示すように、相対的に薄い部分１２ｎ２は、複数のフィンガー部１４ａのそれぞれの下方に設けられている。相対的に薄い部分１２ｎ２は、フィンガー部１４ａの下方において、フィンガー部１４ａの延びる方向であるｙ方向に延びる直線状である。相対的に薄い部分１２ｎ２は、フィンガー部１４ａのｙ方向の一方側端部から他方側端部にわたって連続して設けられている。
　相対的に薄い部分１２ｎ２のｘ方向に沿った幅は、フィンガー部１４ａのｘ方向に沿った幅よりも小さい。相対的に薄い部分１２ｎ２は、フィンガー部１４ａのｘ方向に沿った中央部の下方に設けられている。具体的には、相対的に薄い部分１２ｎ２は、ｎ型半導体層１２ｎの絶縁層１８から露出しており、フィンガー部１４ａと接続されている部分の全体にわたって設けられている。本実施形態では、相対的に薄い部分１２ｎ２は、絶縁層１８の下方には設けられていない。
　相対的に薄い部分１２ｎ２は、バスバー部１４ｂの下方には設けられていない。すなわち、バスバー部１４ｂは、相対的に厚い部分１２ｎ１の上に設けられている。
　例えば、相対的に薄い部分１２ｎ２の厚さ（Ｔ１）は、相対的に厚い部分１２ｎ１の厚さ（Ｔ２）の０．２倍～０．８倍であることがより好ましい。
　ところで、太陽電池の光電変換効率を高める観点からは、少数キャリアの再結合による消失を如何に抑制するかが重要となる。少数キャリアの再結合を抑制する観点からは、半導体基板の上に設けられた半導体層を厚くしたり、半導体層に水素を含ませることによりバンドギャップを大きくしたりすることにより少数キャリアのライフタイムを長くすることが好ましい。
　しかしながら、半導体層を厚くしたり、半導体層に水素を含ませたりすると、半導体基板と電極との間の抵抗が大きくなる。このため、キャリアの収集効率が低くなる。
　ここで、ｎ型半導体層１２ｎに、相対的に厚い部分１２ｎ１と、相対的に薄い部分１２ｎ２とが設けられている。相対的に厚い部分１２ｎ１を設けることにより、ｎ型半導体層１２ｎの下方において発生した少数キャリア（ホール）のライフタイムを長くすることができる。よって、ｎ型半導体層１２ｎの下方において発生した少数キャリア（ホール）のｐ側電極１５による収集効率が高くなる。また、ｎ型半導体層１２ｎに、ｎ側電極１４に直接接触している相対的に薄い部分１２ｎ２が設けられているため、相対的に厚い部分１２ｎ１を厚くした場合であっても、半導体基板１０とｎ側電極１４との間の抵抗を低く抑えることができる。よって、電子の収集効率も高く保つことができる。
　従って、ｎ型半導体層１２ｎに相対的に厚い部分１２ｎ１と相対的に薄い部分１２ｎ２とが設けられている本実施形態の太陽電池１は、高い光電変換効率を有する。
　ｎ型半導体層１２ｎとｐ型半導体層１３ｐとの両方が水素を含んでいる。特に、第１の主面１０ｂの実質的に全体が水素を含むｎ型半導体層１２ｎとｐ型半導体層１３ｐとにより覆われている。よって、キャリアのライフタイムをより長くできる。従って、さらに優れた光電変換効率を実現することができる。
　ｎ型半導体層１２ｎの一部分の上に絶縁層１８が配されている場合は、ｎ型半導体層１２ｎのうちのｎ側電極１４と接触する部分を相対的に厚い部分１２ｎ１とすることが好ましい。ｎ型半導体層１２ｎのうちの絶縁層１８と接触しており、ｎ側電極１４と直接接触していない部分を相対的に厚い部分１２ｎ１とすることが好ましい。このようにすることにより、ｎ型半導体層１２ｎと半導体基板１０との間の低い抵抗と、少数キャリアの長いライフタイムとの両立を図ることができる。
　ｎ側電極１４と半導体基板１０との間の抵抗をさらに低くする観点からは、バスバー部１４ｂにも相対的に薄い部分を設けることが好ましい。しかしながら、バスバー部１４ｂは、フィンガー部１４ａよりも幅広である。このため、バスバー部１４ｂの下方において生じた少数キャリアが電極１５により収集されるまでに移動しなければならない距離は、フィンガー部１４ａの下方において生じた少数キャリアが電極１５により収集されるまでに移動しなければならない距離よりも長い。このため、バスバー部１４ｂの下方において生じた少数キャリアは、電極１５により収集されるまでに再結合により消失しやすい。従って、より優れた光電変換効率を得る観点からは、バスバー部１４ｂの下方には、ｎ型半導体層１２ｎの相対的に薄い部分は設けず、相対的に厚い部分１２ｎ１の上にバスバー部１４ｂを設けることが好ましい。
　（太陽電池１の製造方法）
　次に、図３～図８を主として参照しながら、本実施形態の太陽電池１の製造工程の一例について説明する。具体的には、図３は、本実施形態の太陽電池の製造工程を表すフローチャートである。図４は、ステップＳ１，Ｓ２を説明するための略図的断面図である。図５は、ステップＳ３を説明するための略図的断面図である。図６は、ステップＳ４を説明するための略図的断面図である。図７は、ステップＳ５を説明するための略図的断面図である。図８は、ステップＳ６を説明するための略図的断面図である。
　まず、テクスチャ構造を有する第２の主面１０ａを有する半導体基板１０を用意する。そして、ステップＳ１において、半導体基板１０の第２の主面１０ａの略全面または全面の上に、半導体層１７及び保護膜１６を形成する。ｉ型半導体層１７ｉ、ｎ型半導体層１７ｎ及び保護膜１６のそれぞれは、例えば、プラズマＣＶＤ法に代表されるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の薄膜形成法により形成することができる。
　次に、ステップＳ２において、半導体基板１０の第１の主面１０ｂの略全面または全面の上にｎ型非晶質半導体層２１と、絶縁膜２２とをこの順に形成する。ｎ型非晶質半導体層２１は、例えば、プラズマＣＶＤ法に代表されるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の薄膜形成法により形成することができる。絶縁膜２２は、例えば、スパッタリング法やＣＶＤ法等の薄膜形成法などにより形成することができる。
　次に、ステップＳ３において、ｎ型非晶質半導体層２１と絶縁膜２２とをエッチングする。ｎ型非晶質半導体層２１のエッチングに好適に用いられるエッチング剤の具体例としては、フッ硝酸水溶液等が挙げられる。絶縁膜２２のエッチングに好適に用いられるエッチング剤の具体例としては、例えば、ＨＦ水溶液などが挙げられる。
　次に、ステップＳ４において、絶縁膜２２の表面を含んで第１の主面１０ｂの略全面または全面の上に、ｐ型半導体層２３を形成する。ｐ型半導体層２３の形成方法は特に限定されない。ｐ型半導体層２３は、例えば、ＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成することができる。
　次に、ステップＳ５において、ｐ型半導体層２３の絶縁膜２２の上に位置している部分の一部分をエッチング等により除去する。これにより、ｐ型半導体層２３からｐ型半導体層１３ｐを形成する。ｐ型半導体層２３のエッチングに好ましく用いられるエッチング剤としては、例えば、ＮａＯＨを含むＮａＯＨ水溶液などのアルカリ性水溶液やフッ硝酸水溶液等が挙げられる。
　次に、ステップＳ６において、ｐ型半導体層１３ｐをマスクとして、エッチング剤により、絶縁膜２２の露出部をエッチングにより除去することによって絶縁膜２２から絶縁層１８を形成すると共にｎ型非晶質半導体層２１の表面の一部を露出させる。この絶縁膜２２のエッチングに好ましく用いられるエッチング剤の具体例としては、例えば、ＨＦ水溶液などが挙げられる。
　次に、ステップＳ７において、ｎ型非晶質半導体層２１の絶縁層１８から露出している部分をエッチングすることにより、ｎ型非晶質半導体層２１から相対的に薄い部分１２ｎ２と相対的に厚い部分１２ｎ１とを有するｎ型半導体層１２ｎを形成する。
　最後に、ステップＳ８において、ｎ型半導体層１２ｎ及びｐ型半導体層１３ｐのそれぞれの上にｎ側電極１４及びｐ側電極１５を形成する電極形成工程を行うことにより、太陽電池１を完成させることができる。
　ｎ側電極１４及びｐ側電極１５の形成方法は、電極の材質に応じて適宜選択することができる。ｎ側電極１４及びｐ側電極１５は、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法などの薄膜形成法や、めっき法、導電性ペーストを塗布する方法、それらの方法を組み合わせた方法により形成することができる。また、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５は、例えば、ｎ型半導体層１２ｎ及びｐ型半導体層１３ｐを覆うように形成した導電膜を絶縁層１８の上で分断することにより形成してもよい。この場合、ｎ側電極１４及びｐ側電極１５を狭ピッチで高い形状精度で形成することができる。
　以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。但し、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》
　図９は、第２の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。図１０は、第３の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
　第１の実施形態では、ｎ型半導体層１２ｎの相対的に薄い部分１２ｎ２が絶縁層１８からの露出部の全体に形成されており、絶縁層１８の下方には形成されていない例について説明した。但し、本発明は、半導体層の相対的に薄い部分の上に電極が設けられている限りにおいて、特に限定されない。
　例えば、図９に示すように、相対的に薄い部分１２ｎ２は、ｎ型半導体層１２ｎの絶縁層１８からの露出部の一部に設けられていてもよい。図１０に示すように、相対的に薄い部分１２ｎ２は、ｎ型半導体層１２ｎの絶縁層１８からの露出部の全体に加えて、絶縁層１８の下方に位置する部分の一部にも設けられていてもよい。これらの場合であっても、第１の実施形態の太陽電池１と同様に、優れた光電変換効率を実現することができる。
　《第４及び第５の実施形態》
　図１１は、第４の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。図１２は、第５の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
　第１の実施形態では、ｎ型半導体層１２ｎに相対的に厚い部分１２ｎ１と相対的に薄い部分１２ｎ２とが設けられており、ｐ型半導体層１３ｐは、略均一厚みに設けられている例について説明した。但し、本発明は、ある半導体層に相対的に薄い部分と相対的に厚い部分とが設けられている限りにおいて特に限定されない。
　例えば、図１１に示すように、ｐ型半導体層１３ｐに、相対的に厚い部分１３ｐ１と相対的に薄い部分１３ｐ２とを設け、ｎ型半導体層１２ｎを略均一厚みとしてもよい。この場合は、ｐ側電極１５と半導体基板１０との間の抵抗を低くすると共に、ｎ型半導体層１２ｎの下方において生じた少数キャリアの再結合をより効果的に抑制することができる。従って、少数キャリアのｐ側電極１５による収集効率をより高めることができる。
　例えば、図１２に示すように、ｎ型半導体層１２ｎに、相対的に薄い部分１２ｎ２と相対的に厚い部分１２ｎ１とを設けると共に、相対的に厚い部分１３ｐ１と相対的に薄い部分１３ｐ２とを設けてもよい。この場合であっても高い光電変換効率を実現することができる。
　《第６の実施形態》
　図１３は、第６の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
　第１の実施形態では、相対的に薄い部分１２ｎ２がフィンガー部１４ａの長手方向（ｙ方向）の一方側端部の下方から他方側端部の下方にわたって連続的に設けられている例について説明した。但し、本発明において、半導体層の相対的に薄い部分の形状は特に限定されない。
　例えば、図１３に示すように、相対的に薄い部分１２ｎ２は、フィンガー部１４ａのｙ方向における一部の下方にのみ設けられていてもよい。具体的には、第６の実施形態では、相対的に薄い部分１２ｎ２が、フィンガー部１４ａの下方において、ｙ方向に沿って、相互に間隔をおいて、不連続に複数設けられている。このような場合であっても高い光電変換効率を実現することができる。
　《第７及び第８の実施形態》
　図１４は、第７の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。図１５は、第８の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
　第１の実施形態では、ｐ型表面２０ａｐ及びｎ型表面２０ａｎの両方が半導体層１２ｎ、１３ｐの表面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、光電変換部に、半導体基板の一主面の上に設けられている半導体層であって、上に電極が設けられている半導体層が設けられている限りにおいて特に限定されない。
　例えば、図１４に示すように、ｐ型表面２０ａｐは、半導体基板１０の第１の主面１０ｂに露出するように設けられたｐ型ドーパント拡散領域１０ｐにより構成されていてもよい。図１５に示すように、ｎ型表面２０ａｎは、半導体基板１０の第１の主面１０ｂに露出するように設けられたｎ型ドーパント拡散領域１０ｎにより構成されていてもよい。
　《第９の実施形態》
　図１６は、第９の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
　第１の実施形態では、ｎ型半導体層１２ｎの上に絶縁層１８が設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
　例えば、図１６に示すように、ｐ型半導体層１３ｐの上に絶縁層１８が設けられていてもよい。また、絶縁層を設けないようにしてもよい。
　《第１０の実施形態》
　図１７は、第１０の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
　第１の実施形態では、電極１４，１５が、フィンガー部１４ａ、１５ａと、バスバー部１４ｂ、１５ｂとを有する例について説明した。但し、本発明において、電極の形状は特に限定されない。
　例えば、図１７に示すように、ｎ側電極１４とｐ側電極１５との少なくとも一方が、バスバー部を有さず、フィンガー部１４ａ、１５ａのみにより構成されていてもよい。具体的には、第１０の実施形態に係る太陽電池では、ｎ側電極１４とｐ側電極１５との両方が、フィンガー部１４ａ、１５ａのみにより構成されている。
　尚、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
１…太陽電池
１０…半導体基板
１０ａ…第２の主面
１０ｂ…第１の主面
１２ｎ…ｎ型半導体層
１２ｎ１…相対的に厚い部分
１２ｎ２…相対的に薄い部分
１３ｐ…ｐ型半導体層
１３ｐ１…相対的に厚い部分
１３ｐ２…相対的に薄い部分
１４…ｎ側電極
１５…ｐ側電極
１４ａ、１５ａ…フィンガー部
１４ｂ、１５ｂ…バスバー部
１８…絶縁層
２０…光電変換部
２０ａ…裏面
２０ａｎ…ｎ型表面
２０ａｐ…ｐ型表面
２０ｂ…受光面

Claims (9)

  1. 　ｎ型表面とｐ型表面とを含む第１の主面と、第２の主面とを有する光電変換部と、
    　前記ｎ型表面に電気的に接続されたｎ側電極と、
    　前記ｐ型表面に電気的に接続されたｐ側電極と、
    を備え、
    　前記光電変換部は、
    　第１及び第２の主面を有する半導体基板と、
    　前記第１の主面の一部分の上に配されており、前記ｎ型表面及び前記ｐ型表面のうちの一方を構成している半導体層と、
    を有し、
    　前記半導体層は、相対的に厚い部分と、相対的に薄い部分とを含み、
    　前記半導体層のうちの少なくとも前記相対的に薄い部分の上に前記ｎ側電極及びｐ側電極のうちの一方が配されている、太陽電池。
  2. 　前記半導体層は、水素を含む、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 　前記ｎ側電極と前記ｐ側電極とのそれぞれは、第１の方向に沿って延び、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って間隔をおいて配置されている複数のフィンガー部を含み、
    　前記半導体層の相対的に薄い部分は、前記フィンガー部の下方に設けられている、請求項１または２に記載の太陽電池。
  4. 　前記ｎ側電極と前記ｐ側電極とのそれぞれは、前記複数のフィンガー部が電気的に接続されている集電部をさらに含み、
    　前記半導体層の相対的に薄い部分は、前記ｎ側電極の集電部の下方には設けられていない、請求項３に記載の太陽電池。
  5. 　前記光電変換部は、前記半導体層の一部が露出するように、前記半導体層の前記一部を除く他の部分の上に設けられている絶縁層をさらに有し、
    　前記半導体層の相対的に薄い部分は、前記絶縁層から露出している部分に位置している、請求項１～４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  6. 　前記光電変換部は、前記第１の主面の前記半導体層が設けられていない部分の上に配されており、前記ｎ型表面及び前記ｐ型表面のうちの他方を構成しているさらなる半導体層をさらに有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の太陽電池。
  7. 　前記第１の主面の実質的に全体が前記半導体層と前記さらなる半導体層とにより覆われている、請求項６に記載の太陽電池。
  8. 　前記さらなる半導体層は、相対的に厚い部分と、相対的に薄い部分とを含み、
    　前記さらなる半導体層のうちの少なくとも前記相対的に薄い部分の上に前記ｎ側電極及びｐ側電極のうちの他方が配されている、請求項６または７に記載の太陽電池。
  9. 　前記さらなる半導体層は、水素を含む、請求項６～８のいずれか一項に記載の太陽電池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013191657A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 Sharp Corp 光電変換素子およびその製造方法
WO2017150671A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 シャープ株式会社 光電変換素子および光電変換素子の製造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11502213B2 (en) 2016-12-30 2022-11-15 Sunpower Corporation Solar cell having a plurality of sub-cells coupled by cell level interconnection

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003124483A (ja) * 2001-10-17 2003-04-25 Toyota Motor Corp 光起電力素子
JP2008529265A (ja) * 2005-01-20 2008-07-31 コミツサリア タ レネルジー アトミーク へテロ接合およびインターフィンガ構造を有する半導体デバイス
WO2009096539A1 (ja) * 2008-01-30 2009-08-06 Kyocera Corporation 太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法
JP2010080887A (ja) * 2008-09-29 2010-04-08 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池及びその製造方法
WO2010104098A1 (ja) * 2009-03-10 2010-09-16 三洋電機株式会社 太陽電池の製造方法及び太陽電池

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008030880A1 (de) * 2007-12-11 2009-06-18 Institut Für Solarenergieforschung Gmbh Rückkontaktsolarzelle mit großflächigen Rückseiten-Emitterbereichen und Herstellungsverfahren hierfür
JP5230222B2 (ja) * 2008-02-21 2013-07-10 三洋電機株式会社 太陽電池
US20110041910A1 (en) * 2009-08-18 2011-02-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device and manufacturing method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003124483A (ja) * 2001-10-17 2003-04-25 Toyota Motor Corp 光起電力素子
JP2008529265A (ja) * 2005-01-20 2008-07-31 コミツサリア タ レネルジー アトミーク へテロ接合およびインターフィンガ構造を有する半導体デバイス
WO2009096539A1 (ja) * 2008-01-30 2009-08-06 Kyocera Corporation 太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法
JP2010080887A (ja) * 2008-09-29 2010-04-08 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池及びその製造方法
WO2010104098A1 (ja) * 2009-03-10 2010-09-16 三洋電機株式会社 太陽電池の製造方法及び太陽電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013191657A (ja) * 2012-03-13 2013-09-26 Sharp Corp 光電変換素子およびその製造方法
WO2017150671A1 (ja) * 2016-03-04 2017-09-08 シャープ株式会社 光電変換素子および光電変換素子の製造方法

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