JP2012204764A - 太陽電池及び太陽電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】集電の抵抗ロスが低減されている太陽電池を提供する。
【解決手段】第1及び第2の半導体層12n、13pのそれぞれは、複数の線状部を有する。第1の半導体層12nの線状部の本数は、第2の半導体層13pの線状部の本数よりも少ない。第1の半導体層12nの厚みは、第2の半導体層13pの厚みよりも薄い。
【選択図】図2
【解決手段】第1及び第2の半導体層12n、13pのそれぞれは、複数の線状部を有する。第1の半導体層12nの線状部の本数は、第2の半導体層13pの線状部の本数よりも少ない。第1の半導体層12nの厚みは、第2の半導体層13pの厚みよりも薄い。
【選択図】図2
Description
本発明は、太陽電池及び太陽電池の製造方法に関する。特に、本発明は、裏面接合型の太陽電池及びその製造方法に関する。
従来、裏面接合型の太陽電池が知られている(例えば、下記の特許文献1)。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、より改善された光電変換効率を実現し得る。
裏面接合型の太陽電池では、光電変換効率をさらに改善するためには、集電の抵抗ロスをさらに低減する必要がある。
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、集電の抵抗ロスが低減されてい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、半導体基板と、第1の半導体層と、第2の半導体層と、第1の電極と、第2の電極とを備えている。半導体基板は、一の導電型を有する。第1の半導体層は、半導体基板の一の主面の上に配されている。第1の半導体層は、一の導電型を有する。第2の半導体層は、半導体基板の一の主面の上に配されている。第2の半導体層は、他の導電型を有する。第1の電極は、第1の半導体層に電気的に接続されている。第2の電極は、第2の半導体層に電気的に接続されている。第1及び第2の半導体層のそれぞれは、複数の線状部を有する。第1の半導体層の線状部の本数は、第2の半導体層の線状部の本数よりも少ない。第1の半導体層の厚みは、第2の半導体層の厚みよりも薄い。
本発明に係る太陽電池の製造方法では、一の導電型を有する半導体基板の一主面の一部の上に、他の導電型を有する第2の半導体層を形成する。第2の半導体層を含み、半導体基板の一主面の上に、一の導電型を有する半導体膜を形成する。半導体膜の第2の半導体層の上に位置している部分の少なくとも一部を除去することにより、第2の半導体層を露出させると共に、半導体膜から第1の半導体層を形成する。第1の半導体層の上に第1の電極を形成すると共に、第2の半導体層の上に第2の電極を形成する。第1及び第2の半導体層のそれぞれは、複数の線状部を有する。第1の半導体層の線状部の本数は、第2の半導体層の線状部の本数よりも少ない。第1の半導体層の厚みは、第2の半導体層の厚みより薄い。
本発明によれば、集電の抵抗ロスが低減されている太陽電池を提供することができる。
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。
また、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る。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の実施形態における太陽電池の裏面側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の構成)
図1は、第1の実施形態における太陽電池の裏面側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。なお、本実施形態の太陽電池1単体では、十分に大きな出力が得られない場合は、太陽電池1は、複数の太陽電池1が配線材により接続された太陽電池モジュールとして利用されることもある。
太陽電池1は、半導体材料からなる半導体基板10を有する。半導体基板10は、一の導電型を有する。すなわち、半導体基板10は、n型またはp型の導電型を有する。具体的には、本実施形態では、半導体基板10は、n型の結晶シリコンからなるウエハ状の基板により構成されている。結晶シリコンは、単結晶シリコン或いは多結晶シリコンを含む。なお、本発明に係る半導体基板はこれに限るものではない。半導体基板の導電型が、p型であっても良い。また、半導体基板の材料は、GaAsやInP等の化合物半導体であっても良い。半導体基板10の厚みは、20μm〜500μmであることが好ましく、50μm〜300μmであることがより好ましい。
半導体基板10は、受光面10aと、裏面10bとを有する。裏面10bの一部分の上には、半導体層12と、半導体層13とが配されている。
半導体層12は、半導体基板10と同じ導電型のn型半導体層12nと、i型半導体層12iとを有する。n型半導体層12nは、n型のドーパントを含む半導体層である。n
型半導体層12nは、例えば、n型ドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。n型半導体層12nの厚みは、1nm〜40nmであることが好ましく、2nm〜20nmであることがより好ましい。n型半導体層12nは、半導体基板10との間で、受光により半導体基板10内で発生したキャリアのうちn型半導体層12n側へ拡散する少数キャリアを半導体基板10側へ押し戻すための電界を形成する。
型半導体層12nは、例えば、n型ドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。n型半導体層12nの厚みは、1nm〜40nmであることが好ましく、2nm〜20nmであることがより好ましい。n型半導体層12nは、半導体基板10との間で、受光により半導体基板10内で発生したキャリアのうちn型半導体層12n側へ拡散する少数キャリアを半導体基板10側へ押し戻すための電界を形成する。
i型半導体層12iは、n型半導体層12nと裏面10bとの間に配されている。i型半導体層12iは、例えば、i型アモルファスシリコンにより構成することができる。i型半導体層12i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。i型半導体層12iの厚みは、例えば、数Å〜250Å程度とすることができる。
半導体層13は、半導体基板10とは異なる導電型のp型半導体層13pと、i型半導体層13iとを有する。p型半導体層13pは、p型のドーパントを含む半導体層である。p型半導体層13pは、例えば、p型のドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。p型半導体層13pの厚みは、2nm〜50nmであることが好ましく、4nm〜30nmであることがより好ましい。p型半導体層13pは、半導体基板10との間で、受光により半導体基板10内で発生したキャリアを分離するための電界を形成する。
i型半導体層13iは、p型半導体層13pと裏面10bとの間に配されている。i型半導体層13iは、例えば、i型アモルファスシリコンにより構成することができる。i型半導体層13i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。i型半導体層13iの厚みは、例えば、数Å〜250Å程度とすることができる。上記i型半導体層12iの厚みは、このi型半導体層13iの厚みよりも薄いことが好ましい。
半導体層12n、13pの少なくとも一方は、水素を含むことが好ましい。半導体層12i、13iの少なくとも一方も、水素を含むことが好ましい。半導体層に水素を含ませることにより、半導体層によるキャリアの再結合抑制効果を高めることができる。
なお、本発明において、「n型半導体層」とは、n型ドーパントの含有率が5×1019cm−3以上である半導体層をいう。
「p型半導体層」とは、p型ドーパントの含有率が5x1019cm−3以上である半導体層をいう。
「i型半導体層」とは、ドーパントの含有率が1x1019cm−3未満である半導体層をいう。
半導体層12と半導体層13とのそれぞれは、一の方向(y方向)に沿って延びる複数の線状部12a、13aを有する。複数の線状部12a、13aは、一の方向と直交する他の方向(x方向)に沿って交互に配列されている。x方向に隣り合う線状部12aと線状部13aとは、接触している。すなわち、本実施形態では、裏面10bの実質的に全体が半導体層12,13によって覆われている。
線状部12aの本数は、線状部13aの本数よりも少ない。具体的には、本実施形態では、線状部12aの本数は、線状部13aの本数よりも1本少ない。
なお、半導体層12の線状部12aの幅(=x方向において隣り合う半導体層13の線
状部13a間の間隔)W1と、半導体層13の線状部13aの幅(=x方向において隣り合う半導体層12の線状部12a間の間隔)W2とのそれぞれは、50μm〜2000μmであることが好ましく、100μm〜1000μmであることがより好ましい。
状部13a間の間隔)W1と、半導体層13の線状部13aの幅(=x方向において隣り合う半導体層12の線状部12a間の間隔)W2とのそれぞれは、50μm〜2000μmであることが好ましく、100μm〜1000μmであることがより好ましい。
本実施形態では、半導体層12の線状部12aの幅W1は、半導体層13の線状部13aの幅W2よりも小さい。半導体層12の線状部12aの幅W1は、半導体層13の線状部13aの幅W2の0.2倍〜0.9倍であることが好ましく、0.4倍〜0.8倍であることがより好ましい。
線状部13aのx方向における中央部を除く両端部の上には、絶縁層18が形成されている。線状部13aのx方向における中央部は、絶縁層18から露出している。この絶縁層18により、半導体層13のx方向における端部と半導体層12のx方向における端部とが厚み方向(z方向)に隔離されている。
絶縁層18のx方向における幅W3は特に限定されず、例えば、幅W1の約1/3程度とすることができる。また、絶縁層18間のx方向における間隔W4も特に限定されず、例えば、幅W1の約1/3程度とすることができる。
絶縁層18の材質は、特に限定されない。絶縁層18は、例えば、SiO2などの酸化ケイ素、SiNなどの窒化ケイ素、SiONなどの酸窒化ケイ素により形成することができる。また、絶縁層18は、酸化チタンや酸化タンタルなどの金属酸化物により形成することもできる。なかでも、絶縁層18は、窒化ケイ素により形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。
半導体基板10の受光面10aの上には、半導体基板10と同じ導電型のn型半導体層17nが配されている。n型半導体層17nは、n型のドーパントを含む半導体層である。n型半導体層17nは、例えば、n型ドーパントを含むアモルファスシリコンにより構成することができる。なお、n型半導体層17nの厚みは、1nm〜40nmであることが好ましく、2nm〜20nmであることがより好ましい。
受光面10aとn型半導体層17nとの間には、i型半導体層17iが配されている。i型半導体層17iは、例えば、i型アモルファスシリコンにより構成することができる。i型半導体層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。i型半導体層17iの厚みは、例えば、数Å〜250Å程度とすることができる。
半導体層17nの上には、反射防止膜としての機能と保護膜としての機能とを兼ね備えた絶縁層16が形成されている。絶縁層16は、例えば、SiO2などの酸化ケイ素、SiNなどの窒化ケイ素、SiONなどの酸窒化ケイ素により形成することができる。絶縁層16の厚みは、付与しようとする反射防止膜の反射防止特性などに応じて適宜設定することができる。絶縁層16の厚みは、例えば80nm〜1μm程度とすることができる。
なお、受光面10a上には金属層等の遮光物を設けない。これにより、受光面10a全面での受光が可能となる。
半導体層12の上には、n側電極14が配されている。n側電極14は、半導体層12に電気的に接続されている。一方、半導体層13の上には、p側電極15が配されている。p側電極15は、半導体層13に電気的に接続されている。n側電極14とp側電極15とは、絶縁層18上で電気的に分離されている。なお、絶縁層18の上における電極14と電極15との間の間隔W5は、例えば、幅W3の1/3程度とすることができる。
本実施形態では、n側電極14とp側電極15とのそれぞれは、バスバー及び複数のフィンガーを含むくし歯状に形成されている。もっとも、n側電極14とp側電極15とのそれぞれは、複数のフィンガーのみにより構成されており、バスバーを有さない所謂バスバーレス型の電極であってもよい。
電極14,15は、例えば、Cu,Agなどの金属や、それらの金属のうちの一種以上を含む合金により形成することができる。また、電極14,15は、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)などのTCO(Transparent Conductive Oxide:透光性導電酸化物)等により形成することもできる。電極14,15は、上記金属、合金またはTCOからなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。電極14,15がTCO層を含む場合、TCO層は半導体層12,13と接触して設けることが好ましい。
上述のように、半導体層12の線状部12aの本数は、半導体層13の線状部13aの本数よりも少ない。そして、本数が少ない線状部13aを構成しているn型半導体層12nの厚みは、本数が多い線状部12aを構成しているp型半導体層13pの厚みよりも薄い。このため、本数が少なく、電気抵抗が大きくなりがちなn側電極14と半導体基板10との間の電気抵抗を小さくすることができる。従って、集電の抵抗ロスが抑制された太陽電池1を実現することができる。
また、p型半導体層13pは厚く形成されているため、n型半導体層に加えてp型半導体層も薄くした場合よりもキャリアの再結合による消失を抑制することができる。このように、本実施形態では、集電の抵抗ロスを抑制しつつ、キャリアの再結合による消失も抑制することができる。従って、改善された光電変換効率を有する太陽電池1を得ることができる。
また、半導体層12の線状部12aの幅W1は、半導体層13の線状部13aの幅W2よりも小さい。このため、半導体基板10の半導体層12の下方に位置する部分で生成したホールが、p側電極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を短くできる。よって、n側半導体層12が薄い場合であっても、少数キャリアであるホールの再結合による消失を効果的に抑制することができる。従って、より改善された光電変換効率を得ることができる。
また、半導体層12nと半導体基板10との間、及び半導体層13pと半導体基板10との間のそれぞれにi型半導体層12i、13iが配されている。よって、キャリアの再結合による消失をさらに効果的に抑制することができる。従って、さらに改善された光電変換効率を得ることができる。
また、n側半導体層12nの下方に位置するi型半導体層12iが、i型半導体層13iよりも薄くされている。よって、n側電極14と半導体基板10との間の電気抵抗の増大を抑制することができる。従って、さらに改善された光電変換効率を得ることができる。
また、半導体層12n、12i、13p、13iが水素を含む。よって、キャリアの再結合による消失をさらに効果的に抑制することができる。従って、さらに改善された光電変換効率を得ることができる。
次に、図3〜図10を主として参照しながら、本実施形態の太陽電池1の製造方法について説明する。
まず、半導体基板10を用意する。次に、ステップS1において、半導体基板10の受光面10a及び裏面10bの洗浄を行う。半導体基板10の洗浄は、例えば、HF水溶液などを用いて行うことができる。
次に、ステップS2において、半導体基板10の受光面10aの上に半導体層17iと半導体層17nとを形成すると共に、裏面10bの上にi型非晶質半導体膜21とp型非晶質半導体膜22とを形成する。
半導体層17i,17n及び半導体膜21,22のそれぞれの形成方法は、特に限定されない。半導体層17i,17n及び半導体膜21,22は、例えば、プラズマCVD法等のCVD(Chemical Vapor Deposition)法やスパッタリング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S3において、半導体層17nの上に絶縁層16を形成すると共に、半導体膜22の上に絶縁層23を形成する。なお、絶縁層16,23の形成方法は特に限定されない。絶縁層16,23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S4において、絶縁層23をエッチングすることにより、絶縁層23の一部分を除去する。具体的には、絶縁層23のうち、後の工程で半導体基板10にn型半導体層を接合させる領域の上に位置する部分を除去する。これにより、絶縁層23aを形成する。なお、絶縁層23のエッチングは、絶縁層23が酸化シリコン、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンからなる場合は、例えば、HF水溶液等の酸性のエッチング液を用いて行うことができる。
次に、ステップS5において、絶縁層23aをマスクとして用いて、半導体膜21と半導体膜22とを、エッチングすることにより、半導体膜21及び半導体膜22の絶縁層23aにより覆われている部分以外の部分を除去する。これにより、裏面10bのうち、上方に絶縁層23aが位置していない部分を露出させると共に、半導体膜21,22から、半導体層13i,13pを形成する。半導体膜21と半導体膜22のエッチングは、例えばアルカリ性のエッチング液を用いて行うことができる。
次に、ステップS6において、p型半導体層13pの上を含み、裏面10bを覆うように、i型非晶質半導体膜24とn型非晶質半導体膜25とをこの順番で順次形成する。非晶質半導体膜24,25の形成方法は特に限定されない。半導体膜24,25は、例えば、スパッタリング法や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S7において、半導体膜24,25の絶縁層23aの上に位置している部分の一部分をエッチングする。これにより、非晶質半導体膜24,25から半導体層12i,12nを形成する。半導体膜24,25のエッチングは、例えば、NaOH水溶液などを用いて行うことができる。
次に、ステップS8において絶縁層23aのエッチングを行う。具体的には、半導体層12i,12nの上からエッチングすることにより、絶縁層23aの露出部を除去する。これにより、半導体層12nを露出させると共に、絶縁層23aから絶縁層18を形成する。絶縁層23aのエッチングは、例えば、HF水溶液などを用いて行うことができる。
次に、ステップS9において、半導体層12n及び半導体層13pのそれぞれの上に電極14,15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。
できる。
このように、本実施形態では、相対的に薄いn型半導体層12nを、相対的に厚いp型半導体層13pを形成した後に形成する。半導体層上に絶縁層を形成する際に、半導体層表面に形成される酸化や窒化層などの変質層が形成される可能性がある。この変質による悪影響は、厚みが薄いほど大きい。そこで、本発明では、相対的に薄いn型半導体層12nを、相対的に厚いp型半導体層13pを形成した後に形成する。これにより、相対的に薄いn型半導体層12nへの、変質層の悪影響を低減することができる。この結果、より高い光電変換効率を得ることができる。
なお、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。例えば、半導体基板はp型であってもよい。その場合は、半導体基板と同じ導電型を有するp型半導体層の厚みを、半導体基板とは異なる導電型を有するn型半導体層の厚みよりも薄くする必要がある。
また、半導体基板と同じ導電型を有する半導体層の線状部の本数は、半導体基板とは異なる半導体層の線状部の本数よりも2本以上少なくてもよい。
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
12,13…半導体層
12a、13a…線状部
12i、13i…i型半導体層
12n…n型半導体層
13p…p型半導体層
14…n側電極
15…p側電極
10…半導体基板
12,13…半導体層
12a、13a…線状部
12i、13i…i型半導体層
12n…n型半導体層
13p…p型半導体層
14…n側電極
15…p側電極
Claims (8)
- 一の導電型を有する半導体基板と、
前記半導体基板の一の主面の上に配されており、一の導電型を有する第1の半導体層と、
前記半導体基板の一の主面の上に配されており、他の導電型を有する第2の半導体層と、
前記第1の半導体層に電気的に接続されている第1の電極と、
前記第2の半導体層に電気的に接続されている第2の電極と、
を備え、
前記第1及び第2の半導体層のそれぞれは、複数の線状部を有し、
前記第1の半導体層の線状部の本数は、前記第2の半導体層の線状部の本数よりも少なく、
前記第1の半導体層の厚みは、前記第2の半導体層の厚みよりも薄い、太陽電池。 - 前記第1の半導体層の線状部の幅は、前記第2の半導体層の線状部の幅よりも小さい、請求項1に記載の太陽電池。
- 前記第1及び第2の半導体層の少なくとも一方は、水素を含む、請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記半導体基板と前記第1の半導体層との間に配されている第1のi型半導体層と、
前記半導体基板と前記第2の半導体層との間に配されている第2のi型半導体層と、
をさらに備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池。 - 前記第1のi型半導体層の厚みは、前記第2のi型半導体層の厚みよりも薄い、請求項4に記載の太陽電池。
- 前記第1及び第2のi型半導体層の少なくとも一方は、水素を含む、請求項4または5に記載の太陽電池。
- 前記半導体基板の他主面が受光面である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 一の導電型を有する半導体基板の一主面の一部の上に、他の導電型を有する第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層を含み、前記半導体基板の一主面の上に、前記一の導電型を有する半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜の前記第2の半導体層の上に位置している部分の少なくとも一部を除去することにより、前記第2の半導体層を露出させると共に、前記半導体膜から前記第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に前記第1の電極を形成すると共に、前記第2の半導体層の上に前記第2の電極を形成する工程と、
を備え、
前記第1及び第2の半導体層のそれぞれは、複数の線状部を有し、
前記第1の半導体層の線状部の本数は、前記第2の半導体層の線状部の本数よりも少なく、
前記第1の半導体層の厚みは、前記第2の半導体層の厚みより薄い、太陽電池の製造方法。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2011070194A JP2012204764A (ja) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 太陽電池及び太陽電池の製造方法 |
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| JP2011070194A JP2012204764A (ja) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | 太陽電池及び太陽電池の製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE112013005513B4 (de) | 2012-11-19 | 2019-02-28 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Solarzelle und Verfahren zum Berechnen des Widerstands einer Solarzelle |
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