WO2017018379A1 - 太陽電池素子および太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池素子および太陽電池モジュール Download PDF

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WO2017018379A1
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semiconductor substrate
solar cell
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region
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庸介 西岡
浩紀 喜井
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京セラ株式会社
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    • 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
    • H01L31/068—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 homojunction type, e.g. bulk silicon PN homojunction solar cells or thin film polycrystalline silicon PN homojunction solar 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
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell element and a solar cell module.
  • Japanese Patent Publication No. 02-30190 discloses a solar cell element in which a member having a work function different from that of a semiconductor substrate is disposed as an electrode on a semiconductor substrate.
  • a solar cell element includes a semiconductor substrate having a first conductivity type first region and a second conductivity type second region on one main surface, and the first main surface of the semiconductor substrate.
  • a first electrode disposed in two regions, and a second electrode disposed in the first region of one main surface of the semiconductor substrate, wherein the first electrode is the second electrode of the one main surface.
  • a first underlayer made of one of a material having a work function lower than that of the semiconductor substrate and a material having a work function lower than that of the semiconductor substrate.
  • a first electrode portion disposed between the first electrode portion and the semiconductor substrate, wherein an electrical resistance of the first underlayer between the first electrode portion and the semiconductor substrate is a first resistance between the first electrode portion and the second electrode. It is smaller than the electrical resistance of one ground layer.
  • FIG. 1 shows a partial cross section of a solar cell element when the solar cell element 1 is cut in the vertical direction.
  • FIG. 2 the lower surface of the solar cell element 1 is shown.
  • the solar cell element 1 includes a semiconductor substrate 2 and an electrode 3 disposed on one main surface of the semiconductor substrate 2 as shown in FIG. As a result, the solar cell element 1 can convert light energy into electric energy. In addition, in the solar cell element 1 concerning this embodiment, sunlight is received by the other main surface (upper surface), and an electric current is taken out from the one main surface (lower surface) side.
  • the semiconductor substrate 2 can receive sunlight and generate carriers.
  • the semiconductor substrate 2 may be formed in a plate shape, for example.
  • the planar shape of the semiconductor substrate 2 should just be formed in the rectangular shape, for example.
  • the semiconductor substrate 2 may be, for example, silicon (Si) polycrystal or single crystal.
  • the semiconductor substrate 2 includes a donor or an acceptor and is the first conductivity type semiconductor substrate 2. As a result, the electrical resistance in the semiconductor substrate 2 can be reduced, and the generated current can be easily taken out.
  • the semiconductor substrate 2 of the present disclosure is an n-type semiconductor substrate. Specifically, in the semiconductor substrate 2, silicon (Si) is doped with, for example, phosphorus (P) or antimony (Sb).
  • the semiconductor substrate 2 can be formed by a conventionally known method.
  • the first conductivity type is n-type.
  • the first conductivity type is not limited to n-type, and the first conductivity type may be p-type.
  • the second conductivity type is p-type, and when the first conductivity type is p-type, the second conductivity type is n-type. Therefore, in the solar cell element 1 according to the embodiment described in this specification, the second conductivity type is p-type.
  • the electrode 3 can extract current from the semiconductor substrate 2. As shown in FIG. 1, the electrode 3 includes a first electrode 4 and a second electrode 5.
  • the first electrode 4 can take out either carriers of electrons or holes.
  • the second electrode 5 can extract carriers different from the first electrode 4 among electrons or holes.
  • the first electrode 4 extracts holes and the second electrode 5 extracts electrons.
  • the electrode 3 can be formed on the semiconductor substrate 2 by a conventionally known vapor deposition method or printing method.
  • the first electrode 4 includes a first electrode portion 6 and a first base layer 7 that is a base of the first electrode portion 6.
  • the first electrode unit 6 is a main part of the first electrode 4.
  • the 1st electrode part 6 should just be formed in the comb-tooth shape, for example.
  • the 1st electrode part 6 should just be formed with metal materials, such as gold (Au), aluminum (Al), silver (Ag), copper (Cu), or chromium (Cr), for example.
  • the thickness of the 1st electrode part 6 should just be set to 1 micrometer or more and 100 micrometers or less, for example.
  • the first underlayer 7 can reverse the conductivity type of the semiconductor substrate 2 in the vicinity of the first underlayer 7. That is, a first conductive type first region and a second conductive type second region are formed in the semiconductor substrate 2 by inverting a part of the first conductive type semiconductor substrate 2 to the second conductive type. is doing. As a result, a depletion layer is formed in the semiconductor substrate 2 in which the majority carriers of each other cancel each other out at the interface between the first region of the first conductivity type and the second region of the second conductivity type in the semiconductor substrate 2. An internal electric field can be generated. Therefore, a current can be generated in the solar cell element 1.
  • the conductivity type of the semiconductor substrate 2 is reversed by the first underlayer 7. Accordingly, the first electrode 4 is disposed in the second region of the second conductivity type in the one main surface of the semiconductor substrate 2, and the second electrode 5 is the first in the one main surface of the semiconductor substrate 2. It will be arranged in the first region of the conductivity type.
  • the work function of the first underlayer 7 is set larger than the work function of the semiconductor substrate 2 in order to invert the conductivity type of the partial region A1 of the semiconductor substrate 2.
  • the material of the first underlayer 7 is made of a semiconductor material or an insulating material.
  • the first underlayer 7 is made of a semiconductor material such as molybdenum oxide (MoO 3 ) or gallium oxide (Ga 2 O 3 ), or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or tantalum oxide (Ta 2 O 5 ).
  • an insulating material such as titanium oxide (TiO 2 ) can be given.
  • the work function refers to a difference between a vacuum level and a Fermi level.
  • the work function of the first underlayer 7 may be set to, for example, 5 eV or more and 6 eV or less.
  • the work function of the semiconductor substrate 2 may be set to 4.0 eV or more and 4.4 eV or less.
  • the work function of the first underlayer 7 may be set to 1.1 to 1.5 times the work function of the semiconductor substrate 2.
  • the work function of each constituent member can be measured using, for example, the Kelvin method (vibration capacity method).
  • the first underlayer 7 covers one main surface of the semiconductor substrate 2 in the region from the first electrode portion 6 to the second electrode 5.
  • the electric resistance of the first base layer 7 between the first electrode part 6 and the semiconductor substrate 2 is smaller than the electric resistance of the first base layer 7 between the first electrode part 6 and the second electrode 5. That is, the electrical resistance between the first electrode unit 6 and the semiconductor substrate 2 is smaller than the electrical resistance between the first electrode unit 6 and the second electrode 5.
  • the electrical resistance between the 1st electrode part 6 and the semiconductor substrate 2 should just be set to 0.1 to 10 ohms.
  • the electrical resistance between the 1st electrode part 6 and the 2nd electrode 5 should just be set to 1 * 10 ⁇ 8 > (omega
  • the electrical resistance between the first electrode unit 6 and the semiconductor substrate 2 may be set to be 10 7 times or more and 10 13 times or less of the electrical resistance between the first electrode unit 6 and the second electrode 5, for example. .
  • the electrodes are arranged apart from each other from the viewpoint of preventing a short circuit between the electrodes.
  • the carrier extraction efficiency in the gap region between the electrodes cannot be improved. There was a limit to improving efficiency.
  • the solar cell element 1 according to the present invention is provided with the first underlayer 7 having a work function different from that of the semiconductor substrate 2, the short circuit between the first electrode portion 6 and the second electrode 5 is reduced.
  • the exposure of the semiconductor substrate 2 in the region between the first electrode portion 6 and the second electrode 5 can be reduced.
  • the carrier extraction efficiency can be improved by the first underlayer 7 also in the region between the first electrode portion 6 and the second electrode 5. Therefore, the power generation efficiency of the solar cell element 1 can be improved.
  • the first underlayer 7 according to the present embodiment has a sufficiently small thickness with respect to the distance between the first electrode portion 6 and the second electrode 5. As a result, the electrical resistance between the first electrode part 6 and the semiconductor substrate 2 is made smaller than the electrical resistance between the first electrode part 6 and the second electrode 5.
  • the thickness of the first underlayer 7 may be set to, for example, 5 nm or more and 50 nm or less. Moreover, the distance between the 1st electrode part 6 and the 2nd electrode 5 should just be set to 20 micrometers or more and 100 micrometers or less, for example. Moreover, the thickness of the 1st base layer 7 should just be 400 times or more and 20000 times or less of the distance between the 1st electrode part 6 and the 2nd electrode 5, for example.
  • the first underlayer 7 may be made of a semiconductor material. As a result, since the electrical resistance of the semiconductor material is larger than that of the metal material, a short circuit between the first electrode 4 and the second electrode 5 can be easily reduced.
  • the first underlayer 7 may have a recess 10 opened to the first electrode portion 6 side.
  • the first electrode unit 6 may be disposed in the recess 10.
  • 1st electrode part 6 may be distribute
  • the second electrode 5 includes a second electrode portion 8 and a second base layer 9 that is a base for the second electrode portion 8.
  • the second electrode portion 8 becomes a main portion of the second electrode 5.
  • the 2nd electrode part 8 should just be formed in the comb-tooth shape, for example, as shown in FIG.
  • the second electrode unit 8 may be formed of a metal material such as gold (Au), aluminum (Al), silver (Ag), copper (Cu), or chromium (Cr).
  • the thickness of the 2nd electrode part 8 should just be set to 1 micrometer or more and 100 micrometers or less, for example.
  • the second underlayer 9 can reduce the electrical resistance at the interface between the second electrode 5 and the semiconductor substrate 2. Therefore, the work function of the second underlayer 9 may be set smaller than the work function of the semiconductor substrate 2. As a result, the semiconductor substrate 2 and the second electrode 5 can be easily ohmic-bonded, and the electrical resistance at the interface between the semiconductor substrate 2 and the second electrode 5 can be reduced.
  • the material of the second underlayer 9 is made of a semiconductor material or an insulating material.
  • the material of the second underlayer 9 is, for example, a semiconductor material such as lithium fluoride (LiF) or lanthanum hexaboride (LaB 6 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or aluminum nitride (AlN).
  • Insulating materials such as And the work function of the 2nd base layer 9 should just be set to 2.8 eV or more and 3.6 eV or less, for example.
  • the work function of the second underlayer 9 may be set to 0.6 to 0.9 times the work function of the semiconductor substrate 2.
  • the first underlayer 7 may be arranged in the second electrode 5, as shown in FIG. 1, a part of the first underlayer 7 may be arranged.
  • the end portion of the first underlayer 7 may be located inside the second electrode 5.
  • peeling of the first underlayer 7 can be reduced by the second electrode 5.
  • the first underlayer 7 may cover the second underlayer 9.
  • the first foundation layer 7 is laminated on the second foundation layer 9, the second electrode portion 8 is laminated on the first foundation layer 7, and the second foundation layer 9, the first foundation layer 7 and the first foundation layer 7 are laminated.
  • the two electrode portions 8 are arranged in the vertical direction.
  • the first electrode portion 6 and the second electrode portion 8 are arranged along one direction when the solar cell element 1 is viewed in cross section.
  • the electric resistance in the thickness direction of the second underlayer 9 may be smaller than the electric resistance in the arrangement direction of the first electrode portion 6 and the second electrode portion 8 in the second underlayer 9.
  • the electrical resistance between the second electrode portion 8 and the semiconductor substrate 2 is reduced, and current can be easily taken out. Therefore, the power generation efficiency of the solar cell element 1 can be improved.
  • the electrical resistance in the thickness direction of the second underlayer 9 may be set to 0.1 ⁇ or more and 10 ⁇ or less.
  • the electrical resistance of the 1st electrode part 6 and the 2nd electrode part 8 in the 2nd base layer 9 should just be set to 1 * 10 ⁇ 8 > (omega
  • the electrical resistance in the thickness direction of the second underlayer 9 is set to 10 7 times or more and 10 13 times or less of the electrical resistance of the first electrode portion 6 and the second electrode portion 8 in the second under layer 9, for example. That's fine.
  • the second underlayer 9 according to the present embodiment has a sufficiently small thickness with respect to the length along the arrangement direction of the first electrode portion 6 and the second electrode portion 8. As a result, the electric resistance in the thickness direction of the second underlayer 9 is made smaller than the electric resistances of the first electrode portion 6 and the second electrode portion 8 in the second underlayer 9.
  • the thickness of the second underlayer 9 may be set to 0.5 nm or more and 10 nm or less, for example. Moreover, the length along the arrangement direction of the 1st electrode part 6 and the 2nd electrode part 8 should just be set to 20 micrometers or more and 100 micrometers or less, for example. Moreover, the thickness of the 2nd base layer 9 should just be 2000 times or more and 200000 times or less of the distance between the 1st electrode 4 and the 2nd electrode part 8, for example.
  • the second underlayer 9 may be made of a semiconductor material. As a result, since the electrical resistance of the semiconductor material is larger than that of the metal material, it is possible to easily reduce a short circuit between the first electrode portion 6 and the second electrode portion 8.
  • the first underlayer 7 and the second underlayer 9 may cover the entire main surface of the semiconductor substrate 2.
  • the first underlayer 7 and the second underlayer 9 also function as a passivation film.
  • the surface of the semiconductor substrate 2 can be protected by the first underlayer 7 and the second underlayer 9.
  • the installation area of the first foundation layer 7 may be larger than the installation area of the second foundation layer 9.
  • the second conductivity type second region can be enlarged, and the disappearance of minority carriers in the first conductivity type semiconductor substrate 2 can be reduced. Therefore, the carrier extraction efficiency of the solar cell element 1 can be improved.
  • the 1st base layer 7 should just be installed in the 60 to 85% area
  • the second underlayer 9 may be provided in a region of 15% to 40% of one main surface of the semiconductor substrate 2.
  • the thickness of the first underlayer 7 may be smaller than the thickness of the second underlayer 9. As a result, the electrical resistance between the first electrode portion 6 and the second electrode 5 can be improved.
  • the side surface of the first underlayer 7 and the side surface of the second underlayer 9 may be in contact with each other.
  • no metal material such as the first electrode portion 6 and the second electrode portion 8 is interposed between the first underlayer 7 and the second underlayer 9, the first electrode portion 6 and the second electrode portion 8 Can be reduced.
  • the second electrode portion 8 is disposed on the second underlayer 9, and the end of the first underlayer 7 is the second electrode. It may be arranged inside the part 8. As a result, it is possible to reduce the fluctuation of the work function of the second underlayer 9 due to the influence of the first underlayer 7.
  • the second conductivity type second region in the semiconductor substrate 2 is formed by inverting the conductivity type of the semiconductor substrate 2 using the first underlayer 7.
  • the second region of the second conductivity type in the semiconductor substrate 2 may be formed by doping the semiconductor substrate 2 with the impurity of the second conductivity type.
  • the work function of the first underlayer 7 is higher than that of the semiconductor substrate 2 as in the solar cell element 1 according to the above embodiment. It shall be set large.
  • the example in which the work function of the first underlayer 7 is larger than the work function of the semiconductor substrate 2 has been described.
  • the first conductivity type of the semiconductor substrate 2 is p-type.
  • the work function of the first underlayer 7 is set to be smaller than the work function of the semiconductor substrate 2.
  • the example in which the work function of the second underlayer 9 is smaller than the work function of the semiconductor substrate 2 has been described.
  • the first conductivity type of the semiconductor substrate 2 is p-type.
  • the work function of the second underlayer 9 is set larger than the work function of the semiconductor substrate 2.
  • the second foundation layer 9 can employ a plurality of configurations of the first foundation layer 7 described above.
  • FIG. 3 shows a solar cell module 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell module 100 includes a plurality of solar cell elements 1 and a wiring member 101 that electrically connects the plurality of solar cell elements 1. More specifically, the solar cell module 100 includes a transparent member 102 disposed above the plurality of solar cell elements 1, a protective material 103 disposed below the plurality of solar cell elements 1, and a transparent member 102. And a sealing material 104 disposed between the protective material 103 and sealing the plurality of solar cell elements 1 and the wiring member 101.
  • the transparent member 102 is a member for protecting the light receiving surface that receives sunlight in the solar cell module 100.
  • the transparent member 102 is, for example, a transparent flat plate member.
  • the material of the transparent member 102 is, for example, glass.
  • the protective material 103 is a member for protecting from the back surface of the solar cell module 100.
  • the material of the protective material 103 is, for example, polyethylene terephthalate (PET) or polyvinyl fluoride resin (PVF). Note that the protective material 103 may have a single-layer structure or a laminated structure.
  • the sealing material 104 is, for example, a transparent member.
  • the material of the sealing material 104 is, for example, ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA).
  • the wiring member 101 is a member (connecting member) that electrically connects the plurality of solar cell elements 1.
  • the solar cell elements 1 adjacent to each other in one direction include a cathode electrode 41 of one solar cell element 1 and an anode electrode 42 of the other solar cell element 1. Are connected by the wiring member 21.

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Abstract

本開示の太陽電池素子は、一主面に第１導電型の第１領域および第２導電型の第２領域を有する半導体基板と、半導体基板の一主面の第１領域に配された第１電極と、半導体基板の一主面の第２領域に配された第２電極と、を備え、第１電極は、一主面の第２電極までの領域を被覆し、且つ半導体材料または絶縁材料であるとともに、半導体基板よりも仕事関数が小さい材料または大きい材料のいずれか一方の材料からなる第１下地層と、第１下地層上に配された第１電極部を有しており、第１電極部および半導体基板の間における第１下地層の電気抵抗は、第１電極部および第２電極の間における第１下地層の電気抵抗よりも小さい。

Description

太陽電池素子および太陽電池モジュール
　本発明は、太陽電池素子および太陽電池モジュールに関する。
　従来、太陽電池素子として、例えば特公平０２－３０１９０号公報には、半導体基板上に電極として半導体基板と仕事関数の異なる部材を配置した太陽電池素子が記載されている。
　本発明の一実施形態にかかる太陽電池素子は、一主面に第１導電型の第１領域および第２導電型の第２領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の一主面の前記第２領域に配された第１電極と、前記半導体基板の一主面の前記第１領域に配された第２電極と、を備え、前記第１電極は、前記一主面の前記第２電極までの領域を被覆し、且つ半導体材料または絶縁材料であるとともに、前記半導体基板よりも仕事関数が小さい材料または大きい材料のいずれか一方の材料からなる第１下地層と、前記第１下地層上に配された第１電極部を有しており、前記第１電極部および前記半導体基板の間における前記第１下地層の電気抵抗は、前記第１電極部および前記第２電極の間における第１下地層の電気抵抗よりも小さい。
本発明の一実施形態にかかる太陽電池素子を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる太陽電池素子を示す平面図である。 本発明の一実施形態にかかる太陽電池モジュールを示す断面図である。
　＜太陽電池素子＞
　以下に、本発明の一実施形態にかかる太陽電池素子について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面では直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義し、以下の説明ではＺ軸方向の正側を上方とする。
　図１に、太陽電池素子１を上下方向に切断したときの、太陽電池素子の一部の断面を示す。図２に、太陽電池素子１の下面を示す。
　太陽電池素子１は、図１に示すように、半導体基板２と、半導体基板２の一主面に配された電極３とを備えている。その結果、太陽電池素子１は、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。なお、本実施形態にかかる太陽電池素子１では、他主面（上面）に太陽光を受光し、一主面（下面）側から電流を取り出す。
　半導体基板２は、太陽光を受けてキャリアを発生させることができる。半導体基板２は、例えば板状に形成されていればよい。また、半導体基板２の平面形状は、例えば矩形状に形成されていればよい。半導体基板２は、例えばシリコン（Ｓｉ）の多結晶または単結晶であればよい。
　また、半導体基板２は、ドナーまたはアクセプタを含んでおり、第１導電型の半導体基板２である。その結果、半導体基板２内の電気抵抗を小さくすることができ、発生した電流を取り出しやすくすることができる。なお、本開示の半導体基板２は、ｎ型の半導体基板である。具体的には、半導体基板２は、シリコン（Ｓｉ）に、例えばリン（Ｐ）またはアンチモン（Ｓｂ）などがドーピングされている。
　半導体基板２は、従来周知の方法によって形成することができる。
　なお、本明細書内で説明する実施形態にかかる太陽電池素子１において、第１導電型をｎ型とする。しかしながら、本発明において、第１導電型はｎ型に限られず、第１導電型をｐ型としても構わない。また、第１導電型をｎ型としたとき第２導電型はｐ型であり、第１導電型をｐ型としたとき第２導電型はｎ型である。したがって、本明細書内で説明する実施形態にかかる太陽電池素子１において、第２導電型はｐ型である。
　電極３は、半導体基板２から電流を取り出すことができる。電極３は、図１に示すように、第１電極４と第２電極５とを有している。第１電極４は、電子または正孔のどちらか一方のキャリアを取り出すことができる。第２電極５は、電子または正孔のうち第１電極４と異なるキャリアを取り出すことができる。本実施形態にかかる電極３では、第１電極４が正孔を取り出しており、第２電極５が電子を取り出している。
　電極３は、従来周知の蒸着法や印刷法などによって、半導体基板２上に形成することができる。
　第１電極４は、図１に示すように、第１電極部６と、第１電極部６の下地になる第１下地層７とを有している。第１電極部６は、第１電極４の主要部になる。第１電極部６は、図２に示すように、例えば櫛歯状に形成されていればよい。第１電極部６は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）またはクロム（Ｃｒ）などの金属材料で形成されていればよい。第１電極部６の厚みは、例えば１μｍ以上１００μｍ以下に設定されていればよい。
　第１下地層７は、半導体基板２のうち第１下地層７の近傍領域の導電型を反転させることができる。すなわち、第１導電型の半導体基板２の一部の領域を第２導電型に反転させることによって、半導体基板２内に第１導電型の第１領域と第２導電型の第２領域を形成している。その結果、半導体基板２内の第１導電型の第１領域と第２導電型の第２領域との界面において互いの多数キャリアがその電荷を打ち消し合って空乏層を形成し、半導体基板２内に内部電界を発生させることができる。したがって、太陽電池素子１内で電流を発生させることができる。
　なお、本実施形態にかかる太陽電池素子１では、第１下地層７によって半導体基板２の導電型を反転させている。したがって、第１電極４は、半導体基板２の一主面のうち第２導電型の第２領域に配されることになり、第２電極５は、半導体基板２の一主面のうち第１導電型の第１領域に配されることになる。
　第１下地層７の仕事関数は、半導体基板２の一部の領域Ａ１の導電型を反転させるために、半導体基板２の仕事関数よりも大きく設定される。第１下地層７の材料は、半導体材料または絶縁材料からなる。具体的には、第１下地層７は、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）または酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）などの半導体材料、あるいは酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）または酸化チタン（ＴｉＯ２）などの絶縁材料などが挙げられる。
　なお、本明細書において、仕事関数とは、真空準位とフェルミ準位との差をいう。
　第１下地層７の仕事関数は、例えば５ｅＶ以上６ｅＶ以下に設定されていればよい。半導体基板２の仕事関数は、例えば４．０ｅＶ以上４．４ｅＶ以下に設定されていればよい。第１下地層７の仕事関数は、例えば、半導体基板２の仕事関数の１．１倍以上１．５倍以下に設定されていればよい。なお、各構成部材の仕事関数は、例えばケルビン法（振動容量法）等を利用して測定することができる。
　また、第１下地層７は、図１に示すように、第１電極部６から第２電極５までの領域における半導体基板２の一主面を被覆している。そして、第１電極部６および半導体基板２の間における第１下地層７の電気抵抗は、第１電極部６および第２電極５の間における第１下地層７の電気抵抗よりも小さい。すなわち、第１電極部６および半導体基板２の間の電気抵抗は、第１電極部６と第２電極５の間の電気抵抗よりも小さい。
　なお、第１電極部６および半導体基板２の間の電気抵抗は、０．１Ω以上１０Ω以下に設定されていればよい。また、第１電極部６と第２電極５の間の電気抵抗は、１×１０８Ω以上１×１０１２Ω以下に設定されていればよい。また、第１電極部６および半導体基板２の間の電気抵抗は、例えば第１電極部６と第２電極５の間の電気抵抗の１０７倍以上１０１３倍以下に設定されていればよい。
　ここで、従来の太陽電池素子においては、電極同士の短絡を防止する観点から電極同士は互いに離れて配置されていた。その結果、太陽電池素子の発電効率を向上させるために半導体基板上に仕事関数の異なる電極を設置しても、電極間の隙間の領域におけるキャリアの取り出し効率は向上できず、太陽電池素子の発電効率の向上には限界があった。
　これに対して、本発明にかかる太陽電池素子１は、半導体基板２と仕事関数の異なる第１下地層７を設けたことから、第１電極部６と第２電極５との短絡を低減しつつ、第１電極部６と第２電極５と間の領域における半導体基板２の露出を低減することができる。その結果、第１電極部６と第２電極５との間の領域においても第１下地層７によって、キャリアの取り出し効率を向上させることができる。したがって、太陽電池素子１の発電効率を向上させることができる。
　なお、本実施形態にかかる第１下地層７は、第１電極部６および第２電極５の間の距離に対して、厚みを十分に薄くしている。その結果、第１電極部６および半導体基板２の間の電気抵抗は、第１電極部６と第２電極５の間の電気抵抗よりも小さくしている。
　第１下地層７の厚みは、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下に設定されていればよい。また、第１電極部６および第２電極５の間の距離は、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下に設定されていればよい。また、第１下地層７の厚みは、例えば第１電極部６および第２電極５の間の距離の４００倍以上２００００倍以下であればよい。
　第１下地層７は、半導体材料からなってもよい。その結果、半導体材料は金属材料と比較して電気抵抗が大きくなるため、第１電極４と第２電極５との間の短絡を低減しやすくすることができる。
　第１下地層７は、図１に示すように、第１電極部６側に開口した凹部１０を有していてもよい。そして、第１電極部６は、凹部１０内に配されていてもよい。その結果、半導体基板２と第１電極部６との距離を小さくすることができ、半導体基板２および第１電極部６の間の電気抵抗を小さくすることができる。したがって、太陽電池素子１の発電効率を向上させることができる。
　第１電極部６は、図１に示すように、凹部１０の側壁から離れて配されていてもよい。その結果、第１電極部６と第２電極５との距離を大きくすることができる。したがって、第１電極４と第２電極５との短絡を低減しやすくすることができる。
　第２電極５は、図１に示すように、第２電極部８と、第２電極部８の下地になる第２下地層９とを有している。第２電極部８は、第２電極５の主要部になる。第２電極部８は、図２に示すように、例えば櫛歯状に形成されていればよい。第２電極部８は、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）またはクロム（Ｃｒ）などの金属材料で形成されていればよい。第２電極部８の厚みは、例えば１μｍ以上１００μｍ以下に設定されていればよい。
　第２下地層９は、第２電極５と半導体基板２との界面における電気抵抗を低減することができる。そのため、第２下地層９の仕事関数は、半導体基板２の仕事関数よりも小さく設定されていてもよい。その結果、半導体基板２と第２電極５とを、オーミック接合しやすくなり、半導体基板２と第２電極５との界面の電気抵抗を小さくすることができる。
　第２下地層９の材料は、半導体材料または絶縁材料からなる。具体的には、第２下地層９の材料は、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）または六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）などの半導体材料、あるいは窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）または窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの絶縁材料などが挙げられる。そして、第２下地層９の仕事関数は、例えば２．８ｅＶ以上３．６ｅＶ以下に設定されていればよい。第２下地層９の仕事関数は、例えば半導体基板２の仕事関数の０．６倍以上０．９倍以下に設定されていればよい。
　第２電極５の内部には、図１に示すように、第１下地層７の一部が配されていてもよい。言い換えれば、第１下地層７は、端部が第２電極５の内部に位置していてもよい。その結果、第２電極５によって、第１下地層７の剥がれを低減することができる。また、第１下地層７は、第２下地層９を覆っていてもよい。この場合、第２下地層９に第１下地層７が積層されており、第１下地層７に第２電極部８が積層されており、第２下地層９、第１下地層７および第２電極部８は、上下方向に並んでいる。
　第１電極部６および第２電極部８は、図１に示すように、太陽電池素子１を断面視したときに、一方向に沿って並んでいる。そして、第２下地層９における厚み方向の電気抵抗は、第２下地層９における第１電極部６および第２電極部８の配列方向における電気抵抗よりも小さくてもよい。その結果、第２電極部８および半導体基板２の間の電気抵抗が小さくなり、電流を取り出しやすくなる。したがって、太陽電池素子１の発電効率を向上させることができる。
　なお、第２下地層９における厚み方向の電気抵抗は、０．１Ω以上１０Ω以下に設定されていればよい。また、第２下地層９における第１電極部６および第２電極部８の電気抵抗は、１×１０８Ω以上１×１０１２Ω以下に設定されていればよい。また、第２下地層９における厚み方向の電気抵抗は、例えば第２下地層９における第１電極部６および第２電極部８の電気抵抗の１０７倍以上１０１３倍以下に設定されていればよい。
　なお、本実施形態にかかる第２下地層９は、第１電極部６および第２電極部８の配列方向に沿った長さに対して、厚みを十分に薄くしている。その結果、第２下地層９における厚み方向の電気抵抗は、第２下地層９における第１電極部６および第２電極部８の電気抵抗よりも小さくしている。
　第２下地層９の厚みは、例えば０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下に設定されていればよい。また、第１電極部６および第２電極部８の配列方向に沿った長さは、例えば２０μｍ以上１００μｍ以下に設定されていればよい。また、第２下地層９の厚みは、例えば第１電極４および第２電極部８の間の距離の２０００倍以上２０００００倍以下であればよい。
　第２下地層９は、半導体材料からなってもよい。その結果、半導体材料は金属材料と比較して電気抵抗が大きくなるため、第１電極部６と第２電極部８との間の短絡を低減しやすくすることができる。
　第１下地層７と第２下地層９は、半導体基板２の一主面の全面を覆っていてもよい。その結果、第１下地層７および第２下地層９が、パッシベーション膜としても機能する。その結果、第１下地層７および第２下地層９によって、半導体基板２の表面を保護することができる。
　第１下地層７の設置面積は、第２下地層９の設置面積よりも大きくてもよい。その結果、第２導電型の第２領域を大きくすることができ、第１導電型の半導体基板２内の少数キャリアの消滅を低減することができるため。したがって、太陽電池素子１のキャリアの取り出し効率を向上させることができる。
　なお、第１下地層７は、例えば半導体基板２の一主面の６０％以上８５％以下の領域に設置されていればよい。第２下地層９は、例えば半導体基板２の一主面の１５％以上４０％以下の領域に設置されていればよい。
　第１下地層７の厚みは、第２下地層９の厚みよりも薄くてもよい。その結果、第１電極部６と第２電極５との間の電気抵抗を向上させることができる。
　第１下地層７および第２下地層９が半導体材料からなる場合、第１下地層７の側面および第２下地層９の側面は接していてもよい。その結果、第１下地層７および第２下地層９の間に第１電極部６および第２電極部８などの金属材料が介在しないことから、第１電極部６と第２電極部８との短絡を低減することができる。
　第１下地層７および第２下地層９が半導体材料からなる場合、第２下地層９上には、第２電極部８が配されており、第１下地層７の端部は第２電極部８の内部に配されていてもよい。その結果、第２下地層９の仕事関数が、第１下地層７の影響によって変動することを低減することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
　上記の実施形態にかかる太陽電池素子１では、半導体基板２内の第２導電型の第２領域を、第１下地層７を利用して半導体基板２の導電型を反転させて形成した例を説明したが、半導体基板２内の第２導電型の第２領域は、半導体基板２に第２導電型の不純物をドーピングさせることによって形成してもよい。
　なお、この場合、第２導電型の第２領域がｐ型の場合には、上記の実施形態にかかる太陽電池素子１と同様に、第１下地層７の仕事関数は、半導体基板２よりも大きく設定するものとする。
　上記の実施形態にかかる太陽電池素子１では、第１下地層７の仕事関数が、半導体基板２の仕事関数よりも大きい例を説明したが、半導体基板２の第１導電型をｐ型とした場合、第１下地層７の仕事関数は半導体基板２の仕事関数よりも小さく設定するものとする。
　また、上記の実施形態にかかる太陽電池素子１では、第２下地層９の仕事関数が、半導体基板２の仕事関数よりも小さい例を説明したが、半導体基板２の第１導電型をｐ型とした場合、第２下地層９の仕事関数は半導体基板２の仕事関数よりも大きく設定するものとする。
　また、上記の実施形態にかかる太陽電池素子１では、第１下地層７が第２電極５まで延在している例を説明したが、第１下地層７の代わりに、第２下地層９が第１電極４まで延在していてもよい。なお、この場合、第２下地層９は、上述した第１下地層７の複数の構成を採用することができる。
　＜太陽電池モジュール＞
　図３、本発明の実施形態にかかる太陽電池モジュール１００を示す。
　本実施形態にかかる太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池素子１と、複数の太陽電池素子１を電気的に接続している配線部材１０１と、を備えている。より具体的には、太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池素子１の上方に配置された透明部材１０２と、複数の太陽電池素子１の下方に配置された保護材１０３と、透明部材１０２と保護材１０３との間に配されて、複数の太陽電池素子１および配線部材１０１を封止している封止材１０４と、を備えている。
　透明部材１０２は、太陽電池モジュール１００において太陽光を受光する受光面を保護するための部材である。この透明部材１０２は、例えば、透明な平板状の部材である。透明部材１０２の材料は、例えば、ガラスなどである。
　保護材１０３は、太陽電池モジュール１００裏面から保護するための部材である。保護材１０３の材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）などである。なお、保護材１０３は、単層構造を有していても積層構造を有していてもよい。
　封止材１０４は、例えば、透明な部材である。封止材１０４の材料は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）などである。
　配線部材１０１は、複数の太陽電池素子１を電気的に接続する部材（接続部材）である。太陽電池モジュール１００に含まれる複数の太陽電池素子１のうちの一方向に隣り合う太陽電池素子１同士は、一方の太陽電池素子１のカソード電極４１と他方の太陽電池素子１のアノード電極４２とが配線部材２１によって接続されている。
１　　・・・太陽電池素子
２　　・・・半導体基板
３　　・・・電極
４　　・・・第１電極
５　　・・・第２電極
６　　・・・第１電極部
７　　・・・第１下地層
８　　・・・第２電極部
９　　・・・第２下地層
１０　・・・凹部

Claims (10)

  1. 　一主面に第１導電型の第１領域および第２導電型の第２領域を有する半導体基板と、
    　前記半導体基板の一主面の前記第２領域に配された第１電極と、
    　前記半導体基板の一主面の前記第１領域に配された第２電極と、を備え、
    　前記第１電極は、前記一主面の前記第２電極までの領域を被覆し、且つ半導体材料または絶縁材料であるとともに、前記半導体基板よりも仕事関数が小さい材料または大きい材料のいずれか一方の材料からなる第１下地層と、前記第１下地層上に配された第１電極部を有しており、
    　前記第１電極部および前記半導体基板の間における前記第１下地層の電気抵抗は、前記第１電極部および前記第２電極の間における第１下地層の電気抵抗よりも小さい、太陽電池素子。
  2. 　前記第２電極は、前記半導体基板の一主面に配されて、かつ前記半導体基板よりも仕事関数が小さい材料または大きい材料のうち前記第１下地層と異なる他方の材料からなる第２下地層を有している、請求項１に記載の太陽電池素子。
  3. 　前記第１下地層の厚みは、前記第１電極部と前記第２電極との間の距離よりも小さい、請求項１または２に記載の太陽電池素子。
  4. 　前記第１下地層および前記第２下地層は、前記半導体基板の前記一主面の全面を覆っている、請求項２に記載の太陽電池素子。
  5. 　前記第１下地層の端部は、前記第２電極の内部に位置している、請求項１～４のいずれかに記載の太陽電池素子。
  6. 　前記第１下地層は、前記第１電極部側に開口した凹部を有しており、
    前記第１電極部は、前記凹部内に配されている、請求項１～５のいずれかに記載の太陽電池素子。
  7. 　前記第１電極部は、前記凹部の側壁から離れて配されている、請求項６に記載の太陽電池素子。
  8. 　前記第１下地層および前記第２下地層は、半導体材料からなる、請求項２に記載の太陽電池素子。
  9. 　一主面に第１導電型の第１領域および第２導電型の第２領域を有する半導体基板と、
    　前記半導体基板の一主面の前記第２領域に配された第１電極と、
    　前記半導体基板の一主面の前記第１領域に配された第２電極と、を備え、
    　前記第１電極は、前記半導体基板の一主面に配され、かつ前記半導体基板よりも仕事関数が小さい材料または大きい材料のいずれか一方の材料からなる第１下地層を有しており、
    　前記第２電極は、前記一主面の前記第１電極までの領域を被覆し、且つ半導体材料または絶縁材料からなる第２下地層と、前記第２下地層上に配された第２電極部を有しており、
    　前記第２電極部および前記半導体基板の間における前記第２下地層の電気抵抗は、前記第２電極部および前記第１電極の間における前記第２下地層の電気抵抗よりも小さい、太陽電池素子。
  10. 　請求項１～９のいずれかに記載された構成を有している、複数の太陽電池素子と、
    　前記複数の太陽電池素子同士を電気的に接続している配線と、を備えている太陽電池モジュール。
     
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