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WO2014076972A1 - 太陽電池セル及び太陽電池セルの抵抗算出方法 - Google Patents

太陽電池セル及び太陽電池セルの抵抗算出方法 Download PDF

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WO2014076972A1
WO2014076972A1 PCT/JP2013/006773 JP2013006773W WO2014076972A1 WO 2014076972 A1 WO2014076972 A1 WO 2014076972A1 JP 2013006773 W JP2013006773 W JP 2013006773W WO 2014076972 A1 WO2014076972 A1 WO 2014076972A1
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WO
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electrode
measurement
resistance
semiconductor layer
amorphous semiconductor
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PCT/JP2013/006773
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English (en)
French (fr)
Inventor
慶一郎 益子
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
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    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
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    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a resistance calculation method for the solar cell.
  • the resistance between the semiconductor substrate and the electrode formed on the amorphous semiconductor layer is calculated. It is effective to feed back the production conditions.
  • Patent Document 1 discloses a method for obtaining a contact resistance between a diffusion layer and an electrode of a photoelectric conversion element.
  • a silver paste is applied by screen printing so as to be in direct contact with the diffusion layer on the main surface side of the photoelectric conversion element to form a first electrode and a second electrode.
  • Samples in which the interelectrode distance D between the electrodes is changed from 1 to 5 mm are prepared, and the contact resistance is measured.
  • TLM transmission line model
  • An object of the present invention is to calculate the resistance between a semiconductor substrate and an electrode formed on an amorphous semiconductor layer using a solar cell as a product.
  • the solar cell according to the present invention is a photoelectric cell in which a first conductive type amorphous semiconductor layer and a second conductive type amorphous semiconductor layer are arranged on one surface of a first conductive type semiconductor substrate.
  • the first electrode disposed in the predetermined first electrode region and the second conductive type amorphous semiconductor layer of the first conductive type amorphous semiconductor layer.
  • a second electrode disposed in the two-electrode region; and at least two first measurement electrodes provided at a predetermined interval on the first conductive type amorphous semiconductor layer.
  • the first conductive type amorphous semiconductor layer and the second conductive type amorphous semiconductor layer are formed on one surface of the first conductive type semiconductor substrate.
  • the first electrode is disposed on the first conductive type amorphous semiconductor layer and the second electrode is disposed on the second conductive type amorphous semiconductor layer.
  • the voltage-current characteristics between the electrodes are measured to determine the resistance value between the measurement electrodes, and the resistance value between the measurement electrodes of the semiconductor substrate that has been obtained in advance is subtracted from the resistance value between the measurement electrodes.
  • the first resistance between the electrodes is calculated.
  • the resistance including the contact resistance between the amorphous semiconductor layer and the electrode can be calculated.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is a figure explaining calculation of resistance in a photovoltaic cell concerning an embodiment. It is a figure which shows the example of other arrangement
  • FIG. 1 is a plan view of the back surface side of a back junction solar cell 10.
  • the back junction solar cell 10 has a pn junction for performing photoelectric conversion on the back surface opposite to the light receiving surface, and an electrode is provided only on the back surface. Thus, since no electrode is disposed on the light receiving surface, a large light receiving area can be obtained, and the photoelectric conversion efficiency per area is improved.
  • the back side of the paper is the light receiving side
  • the near side is the back side.
  • the back junction solar cell 10 is simply referred to as the solar cell 10.
  • the solar battery cell 10 includes an n-type amorphous semiconductor layer and a p-type amorphous semiconductor layer arranged in a plane on an n-type semiconductor substrate, and receives holes such as sunlight and the like.
  • generates the photo-generated carrier of an electron, and the electrodes 14 and 16 which take out the photoelectrically converted electric power are provided.
  • the electrodes 14 and 16 have a laminated structure of transparent conductive film layers 14-1 and 16-1 and Cu plating layers 14-2 and 16-2 as will be described later. Further, a resistance measurement unit including a plurality of measurement electrodes for measuring resistance including contact resistance between the amorphous semiconductor layer and the electrode at the outer peripheral edge 18 of the electrode region where the electrodes 14 and 16 are disposed. 20.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the back junction solar cell 10.
  • This sectional view is a sectional view in an electrode region in which the electrodes 14 and 16 are arranged.
  • the upper side on the paper surface is the back surface side of the solar battery cell 10 and the lower side is the light receiving surface side.
  • the substrate 22 is made of a crystalline semiconductor material.
  • the substrate 22 can be an n-type or p-type conductive crystalline semiconductor substrate.
  • a single crystal silicon substrate a polycrystalline silicon substrate, a gallium arsenide (GaAs) substrate, an indium phosphide (InP) substrate, or the like can be used.
  • the substrate 22 absorbs the incident light and generates a carrier pair of electrons and holes by photoelectric conversion.
  • an n-type silicon single crystal is used as the substrate 22.
  • the substrate 22 is shown as c-Si.
  • the n-type region 24 has a stacked structure of an i-type amorphous semiconductor layer 24-1 and an n-type amorphous semiconductor layer 24-2.
  • the i-type amorphous semiconductor layer is referred to as i layer
  • the n-type amorphous semiconductor layer is referred to as n layer
  • the p-type amorphous semiconductor layer is also referred to as p layer.
  • the i layer 24-1 is formed on the entire surface of the substrate 22.
  • the i layer 24-1 can be an amorphous semiconductor layer containing hydrogen, for example.
  • An example of the thickness of the i layer is about 1 to 25 nm, preferably about 5 to 10 nm.
  • the n layer 24-2 is formed on the entire surface of the i layer 24-1.
  • the n layer 24-2 includes a donor which is an n-type conductivity element in an amorphous semiconductor layer containing hydrogen.
  • An example of the thickness of the n layer is about 5 to 20 nm, preferably about 10 to 15 nm.
  • the SiN x layer 26 is a silicon nitride film layer used to separate the n-type region and the p-type region.
  • the SiN X layer 26 is formed in a region corresponding to the n-type region 24 on the n layer 24-2.
  • a typical example of silicon nitride is Si 3 N 4 , but it does not necessarily have a composition of Si 3 N 4 depending on film forming conditions, but generally has a composition of SiN x .
  • An example of the thickness of the SiN x layer 26 is about 10 to 500 nm, preferably about 50 to 100 nm.
  • the p-type region 28 has a stacked structure of an i layer 28-1 and a p layer 28-2.
  • the i layer 28-1 is formed on the exposed substrate 22 by using the SiN X layer 26 as a mask to remove the i layer 24-1 and the n layer 24-2 except for the n-type region to expose the substrate 22.
  • the i layer 28-1 can be an amorphous semiconductor layer containing hydrogen like the i layer 24-1, and the thickness thereof is about 1 to 25 nm, preferably about 5 to 10 nm, like the i layer 24-1.
  • the p layer 28-2 is formed on the i layer 28-1.
  • the p layer 28-2 includes an acceptor which is a p-type conductivity element in an amorphous semiconductor layer containing hydrogen.
  • An example of the thickness of the p layer 28-2 is about 5 to 20 nm, preferably about 10 to 15 nm.
  • the electrodes 14 and 16 have a laminated structure of transparent conductive film layers 14-1 and 16-1 and Cu plating layers 14-2 and 16-2.
  • the electrode 14 is an n-type electrode drawn from the n-type region 24, and is configured by laminating a transparent conductive film layer 14-1 and a Cu plating layer 14-2 on an n layer 24-2.
  • the electrode 16 is a p-type electrode drawn out from the p-type region 28, and is configured by laminating a transparent conductive film layer 16-1 and a Cu plating layer 16-2 on a p-layer 28-2.
  • the transparent conductive layers 14-1 and 16-1 are made of, for example, indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ) having a polycrystalline structure. It comprises at least one metal oxide.
  • An example of the thickness of the transparent conductive film layers 14-1 and 16-1 is about 70 to 100 nm.
  • the Cu plating layers 14-2 and 16-2 are formed by an electrolytic plating method.
  • An example of the thickness of the Cu plating layers 14-2 and 16-2 is about 10 ⁇ m to 20 ⁇ m.
  • a base electrode layer may be used when forming the Cu plating layers 14-2 and 16-2.
  • an Sn plating layer may be formed on the Cu plating layers 14-2 and 16-2.
  • the passivation layer 30 on the light-receiving surface side is a layer that protects the surface that is the light-receiving surface of the substrate 22 on which photoelectric conversion is performed, and has a laminated structure of an i layer 30-1 and an n layer 30-2. As described above, the i layer 24-1 and the n layer 24-2 for the n-type region 24 are formed on the back surface side of the substrate 22, and at this time, the i layer 30 is also formed on the light receiving surface side of the substrate 22. ⁇ 1 and n layer 30-2 are formed, which can be used as the passivation layer 30.
  • the antireflection layer 32 is an insulating film layer having a function of suppressing reflection on the light receiving surface, and a SiN x layer is used.
  • SiN x 26 is also formed on the light receiving surface side of the substrate 22, and this is used as the antireflection layer 32. be able to.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the resistance measuring unit 20.
  • the resistance measuring unit 20 is provided between the substrate 22 and the electrode on the n-type region or the electrode on the p-type region on the outer peripheral edge 18 outside the electrode region where the electrodes 14 and 16 are arranged in the solar battery cell 10. It is a plurality of measurement electrode groups provided for measuring resistance.
  • the resistance between the substrate 22 and the electrode on the n-type region 24 is n-type resistance
  • the resistance between the substrate 22 and the electrode on the p-type region 28 is p-type resistance.
  • three measurement electrodes 34, 36 and 38 are shown, but more measurement electrodes may be provided.
  • illustration of the stacked structure of the n-type region 24, the p-type region 28, and the electrodes 14 and 16 is omitted.
  • the electrodes 14 and 16 are not disposed on the outer peripheral edge 18. However, it is possible to form an arbitrary electrode structure on the outer peripheral edge 18 by adjusting the position of the mask when forming each layer in accordance with the formation process of the electrodes 14 and 16. Therefore, an n-type region 24 is formed in the outer peripheral edge 18 under the same conditions as the electrode region, and at least two measurement electrodes are provided in the n-type region 24 at a predetermined electrode interval. A current-voltage characteristic (IV characteristic) between the measurement electrodes is measured, and an n-type resistance between the measurement electrode and the substrate 22 is calculated based on the current-voltage characteristic (IV characteristic).
  • IV characteristic current-voltage characteristic
  • a p-type region 28 is formed in the outer peripheral edge 18 under the same conditions as the electrode region, and at least one measurement electrode is provided in the p-type region 28.
  • An IV characteristic between the measurement electrode on the n-type region 24 and the measurement electrode on the p-type region 28 is measured, and the measurement electrode between the measurement electrode on the n-type region 24 and the measurement electrode on the p-type region 28 is measured.
  • First resistance is calculated.
  • a p-type resistance between the substrate 22 and the measurement electrode on the p-type region 28 is calculated based on the calculated n-type resistance and the first resistance.
  • the n-type resistance and the p-type resistance are the interface between each layer provided between the substrate 22 and the measurement electrode, i layer 24-1 or i layer 28-1, n layer 24-2 or p layer 28, respectively. -2 resistance included.
  • the resistance measurement unit 20 calculates the n-type resistance between the substrate 22 and the measurement electrode on the n-type region 24 and the p-type resistance between the substrate 22 and the measurement electrode on the p-type region 28, respectively. It can be measured separately.
  • the plane dimensions and the inter-electrode spacing of the three measurement electrodes 34, 36 and 38 are made the same, the measurement electrodes 34 and 36 are drawn from the n-type region 24, and the measurement electrode 38 is drawn from the p-type region 28.
  • the three measurement electrodes 34, 36, and 38 are arranged in a line along the outer side edge X of the solar battery cell 10 at the outer peripheral edge 18.
  • the plane dimensions and the inter-electrode spacing of the three measurement electrodes 34, 36, 38 are made sufficiently smaller than the dimensions of the outer peripheral edge 18 in the width direction (direction perpendicular to the side X). For example, it may be set to 1/10 or less of the dimension in the width direction of the outer peripheral edge 18.
  • An example of the dimension in the width direction of the outer peripheral edge 18 is about 1 to 3 mm.
  • An example of the planar dimensions of the measurement electrodes 34, 36, and 38 in this case can be a square having a side of about 100 to 500 ⁇ m.
  • the distance between the measurement electrode 34 and the measurement electrode 36 and the distance between the measurement electrode 36 and the measurement electrode 38 are about 50 to 200 ⁇ m.
  • the IV characteristics between the measurement electrodes 34 and 36 drawn from the n-type region 24 are obtained, and based on the IV characteristics, the measurement results between the substrate 22 and the measurement electrodes 34 and 36 on the n-type region 24 are obtained.
  • An n-type resistance can be calculated.
  • an IV characteristic between the measurement electrode 34 drawn from the n-type region 24 and the measurement electrode 38 drawn from the p-type region 28 is obtained, and based on this, a second characteristic between the measurement electrode 34 and the measurement electrode 38 is obtained.
  • a type 1 resistance can be calculated.
  • a p-type resistance between the substrate 22 and the measurement electrode 38 on the p-type region 28 can be calculated using the calculated n-type resistance and the first resistance.
  • the measurement principle of the resistance R C will be described using the model of FIG.
  • two measurement electrodes 42, 44 are provided on the semiconductor layer 40 with an interelectrode distance L, and a current I is passed between the measurement electrodes 42, 44, and the measurement electrodes 42, 44 at that time are provided. Is measured to obtain a resistance value R between the measurement electrodes, and a resistance RC between the semiconductor layer 40 and the measurement electrodes 42 and 44 is obtained based on the resistance value R between the measurement electrodes.
  • the resistance value R between the measurement electrodes may be obtained by first applying a voltage V between the measurement electrodes 42 and 44 and measuring the current I flowing between the measurement electrodes 42 and 44.
  • the measurement electrode resistance R SUB of the semiconductor layer 40 is the specific resistivity of the semiconductor layer 40 as ⁇ .
  • R SUB ⁇ ⁇ (L / S)
  • R Cn ⁇ (R 34 ⁇ 3 6 ⁇ R SUBn ) / 2 ⁇ based on the above principle.
  • R 34 ⁇ 3 6 V 34 ⁇ 3 6 / I 34 ⁇ 3 6 .
  • R SUBn is an interelectrode resistance value of the substrate 22 and the n-type region 24, but may be substantially an interelectrode resistance value R SUB22 of the substrate 22.
  • R Cn thus obtained can be used as an n-type resistance between the substrate 22 and the electrode 14 on the n-type region 24 in the electrode region of the solar battery cell 10.
  • the n-type resistance includes the interface of each layer between the substrate 22 and the electrode 14, and the resistance of the i layer 24-1 and the n layer 24-2.
  • This current-voltage characteristic corresponds to the current-voltage characteristic between the n-type electrode and the p-type electrode of the solar battery cell 10, where the current is I and the voltage is V, and the following equation is used. it can.
  • k B is a Boltzmann constant
  • T is a temperature
  • R S and R Sh are a series resistance and a parallel resistance, respectively, when the photovoltaic cell 10 is a model in which minute photoelectric conversion units are connected in parallel. .
  • R Cp obtained in this way can be used as a p-type resistance between the substrate 22 in the electrode region of the solar battery cell 10 and the electrode 16 on the p-type region 28.
  • the p-type resistance includes the interface of each layer between the substrate 22 and the electrode 16, and the resistance of the i layer 28-1 and the p layer 28-2.
  • the model in FIG. 4 assumes that L is sufficiently long and S is sufficiently wide, but a case where L is short is also conceivable.
  • L is a length that contributes as a resistance value when a current flows. Therefore, when L is short, it is preferable to correct R and calculate R SUB .
  • R SUB is obtained by setting the correction coefficient as ⁇ and L as ⁇ L / S. ⁇ can be obtained in advance by experiments or the like.
  • the resistance measuring unit 20 is provided in the outer peripheral edge 18 of the solar battery cell 10, but may be provided in the electrode region of the solar battery cell 10.
  • a configuration when the resistance measuring unit 20 is provided in the electrode region will be described with reference to FIGS. 5 to 8 are enlarged views of a portion of the electrode region on the back surface of the solar battery cell 10, respectively.
  • an n-type region 25 is formed at the center of the p-type region 28, and two measurement electrodes 35 and 37 are provided with a predetermined electrode interval. That is, the two measurement electrodes 35 and 37 are surrounded by the electrode 16 at a predetermined interval. Accordingly, the n-type resistance can be calculated using the two measurement electrodes 35 and 37, and the first resistance can be calculated using the measurement electrodes 35 and 37 and the electrode 16. Then, the p-type resistance is calculated based on the n-type resistance and the first resistance.
  • the n-type region 24 is formed at the center of the p-type region 28, but the n-type region 25 is formed at the center of the n-type region 24, and the two measurement electrodes 35 and 37 are formed. May be provided. That is, the measurement electrodes 35 and 37 are surrounded by the electrode 14 with a predetermined interval. In this case, the n-type resistance can be calculated using the two measurement electrodes 35 and 37. The first resistance can be calculated using the electrode 14 and the electrode 16 adjacent to the electrode 14. Note that the n-type regions 24 and 25 may be formed simultaneously or separately.
  • one measurement electrode 35 is provided at the center of the n-type region 24. That is, the measurement electrode 35 is surrounded by the electrode 14 with a predetermined interval.
  • the n-type resistance can be calculated using the measurement electrode 35 and the electrode 14, and the first resistance can be calculated using the electrode 14 and the electrode 16 adjacent to the electrode 14.
  • the p-type resistance is calculated based on the n-type resistance and the first resistance.
  • an n-type region 25 is formed between the tip of the electrode 16 and the electrode 14, and two measurement electrodes 35 and 37 are provided with a predetermined electrode interval. Accordingly, the n-type resistance can be calculated using the two measurement electrodes 35 and 37, and the first resistance is calculated using the electrode 16 and the measurement electrodes 35 and 37 or the electrode 14 adjacent to the electrode 16. Can do. Then, the p-type resistance is calculated based on the n-type resistance and the first resistance.
  • an n-type region 25 is formed between the tip of the electrode 14 and the electrode 16, and one measurement electrode 35 is provided at a predetermined interval from the electrode 14. Thereby, the n-type resistance can be calculated using the measurement electrode 35 and the electrode 14. Then, the p-type resistance is calculated based on the n-type resistance and the first resistance. Note that the n-type regions 24 and 25 may be formed simultaneously or separately.
  • the place where the resistance measurement unit 20 is provided is not particularly limited.
  • the n-type resistance can be calculated by providing at least two electrodes on the n-type regions 24 and 25 at a predetermined electrode interval.
  • the electrodes 14 provided on the n-type region 24 and the electrodes 16 provided on the p-type region 28 are alternately arranged adjacent to each other at a predetermined interval. Therefore, the first resistance can be easily calculated using the electrodes 14 and 16. That is, the p-type resistance between the substrate 22 and the electrode on the p-type region 28 can be easily calculated only by providing at least two electrodes on the n-type regions 24 and 25 at a predetermined electrode interval. is there.
  • n-type silicon single crystal is used as the substrate 22
  • at least two electrodes are provided on the n-type region 24 at a predetermined electrode interval.
  • a p-type crystalline semiconductor substrate is used as the substrate 22, the same effect as described above can be obtained if at least two electrodes are provided on the p-type region 28 at a predetermined electrode interval.
  • the present invention can be used for solar cells.

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

【解決手段】太陽電池セル（１０）は、ｎ型の半導体基板上にｎ型の非晶質半導体層を含むｎ型領域とｐ型の非晶質半導体層含むｐ型領域を平面的に配置し、太陽光等の光を受光することで正孔および電子の光生成キャリアを生成する光電変換部（１２）と、光電変換された電力を取り出す電極（１４），（１６）と、電極（１４），（１６）が配置される電極領域の外側周縁部（１８）に設けられる抵抗測定部（２０）とを備える。抵抗測定部（２０）は、ｎ型領域から引き出される２つの測定電極と、ｐ型領域から引き出される１つの測定電極を有し、各測定電極は所定の電極間間隔で配置される。

Description

太陽電池セル及び太陽電池セルの抵抗算出方法
　本発明は、太陽電池セル及び太陽電池セルの抵抗算出方法に関する。
　半導体基板上に非晶質系半導体層が形成された太陽電池セルを安定的に生産するためには、半導体基板と非晶質系半導体層上に形成された電極との間の抵抗を算出し、生産条件にフィードバックすることが有効である。
　特許文献１には、光電変換素子の拡散層と電極との間の接触抵抗を求める方法が開示されている。特許文献１では、光電変換素子の主表面側の拡散層と直接接触するようにスクリーン印刷によって銀ペーストを塗布して第一の電極と第二の電極を形成し、この第一電極と第二電極の間の電極間距離Ｄを１～５ｍｍまで変化させた試料をそれぞれ用意して接触抵抗を測定する。ここでは、ＴＬＭ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　Ｍｏｄｅｌ）法に準じて、拡散層の抵抗の両端にそれぞれ接触抵抗が接続するモデルで、電極間距離Ｄを変えると拡散層の抵抗はＤに比例して変化することから接触抵抗を求めている。
特開２００８－２０５３９８号公報
　本発明は、半導体基板と非晶質系半導体層上に形成された電極との間の抵抗を、商品としての太陽電池セルを用いて算出することを目的とする。
　本発明に係る太陽電池セルは、第１導電型の半導体基板の一方の面上において、第１導電型の非晶質半導体層と第２導電型の非晶質半導体層とが配置された光電変換部と、第１導電型の非晶質半導体層のうち、予め定めた第１電極領域に配置された第１電極と、第２導電型の非晶質半導体層のうち、予め定めた第２電極領域に配置された第２電極と、第１導電型の非晶質半導体層上において、互いに所定の間隔をあけて設けられた少なくとも２つの第１測定電極と、を有する。
　本発明に係る太陽電池セルの抵抗算出方法は、第１導電型の半導体基板の一方の面上において、第１導電型の非晶質半導体層と第２導電型の非晶質半導体層とが配置され、第１導電型の非晶質半導体層上に第１電極が配置され、第２導電型の非晶質半導体層上に第２電極が配置された太陽電池セルにおいて、半導体基板と第１電極および第２電極の少なくとも一方との間の抵抗を測定する方法であって、第１導電型の非晶質半導体層上において、互いに所定の間隔をあけて設けられる少なくとも２つの第１測定電極の間の電圧－電流特性を測定して測定電極間抵抗値を求め、測定電極間抵抗値から予め求めておいた半導体基板の測定電極間抵抗値を減算して、半導体基板と第１測定電極との間の第１抵抗を算出する。
　上記構成によれば、半導体基板上に非晶質半導体層が形成された太陽電池セルにおいて、非晶質半導体層と電極との間の接触抵抗を含めた抵抗を算出できる。
実施の形態に係る太陽電池セルにおける裏面側の平面図である。 実施の形態に係る太陽電池セルの断面図である。 図１のＡ－Ａ線における断面図である。 実施の形態に係る太陽電池セルにおける抵抗の算出を説明する図である。 測定電極の他の配置の例を示す図である。 測定電極のさらに他の配置の例を示す図である。 測定電極の別の配置の例を示す図である。 測定電極のさらに別の配置の例を示す図である。
　以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下で述べる厚さ等は説明のための例示であって、太陽電池セルの仕様に応じ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、裏面接合型の太陽電池セル１０の裏面側の平面図である。裏面接合型の太陽電池セル１０は、その受光面の反対側の裏面に、光電変換を行うｐｎ接合を形成し、電極も裏面にのみ設けるものである。このように、受光面に電極を一切配置しないので、受光面積が広く取れ、面積当たりの光電変換効率が向上する。図１では、紙面の奥側が受光面側で、手前側が裏面である。なお、以下では、特に断らない限り、裏面接合型の太陽電池セル１０のことを、単に太陽電池セル１０と呼ぶことにする。
　太陽電池セル１０は、ｎ型の半導体基板上にｎ型の非晶質半導体層とｐ型の非晶質半導体層を平面的に配置し、太陽光等の光を受光することで正孔および電子の光生成キャリアを生成する光電変換部１２と、光電変換された電力を取り出す電極１４，１６とを備える。なお、電極１４，１６は、後述するように透明導電膜層１４－１，１６－１とＣｕメッキ層１４－２，１６－２の積層構造となっている。さらに、電極１４，１６が配置される電極領域の外側周縁部１８に、非晶質半導体層と電極との間の接触抵抗を含めた抵抗を測定するための複数の測定電極を含む抵抗測定部２０を備える。
　図２は、裏面接合型の太陽電池セル１０の構造を示す断面図である。この断面図は、電極１４，１６が配置される電極領域における断面図である。ここでは、紙面上で上側を太陽電池セル１０の裏面側とし、下側を受光面側としてある。
　図２において、基板２２は、結晶系の半導体材料から構成されている。基板２２は、ｎ型またはｐ型の導電型の結晶性半導体基板とすることができる。基板２２としては、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板、インジウムリン（ＩｎＰ）基板等を用いることができる。基板２２は、入射された光を吸収することで、光電変換により電子および正孔のキャリア対を発生させる。ここでは、基板２２としてｎ型シリコン単結晶が用いられる。図２では、基板２２をｃ－Ｓｉと示した。
　ｎ型領域２４は、ｉ型非晶質半導体層２４－１とｎ型非晶質半導体層２４－２の積層構造を有する。以下では、ｉ型非晶質半導体層をｉ層、ｎ型非晶質半導体層をｎ層と呼び、同様にｐ型非晶質半導体層をｐ層と呼ぶことにする。
　ｉ層２４－１は、基板２２上の全面に形成される。ｉ層２４－１は、例えば水素を含む非晶質の半導体層とできる。ｉ層の厚さの一例を示すと、約１～２５ｎｍで、好ましくは約５～１０ｎｍとすることがよい。ｎ層２４－２は、ｉ層２４－１上の全面に形成される。ｎ層２４－２は、水素を含む非晶質半導体層にｎ型の導電型の元素であるドナーを含む。ｎ層の厚さの一例を示すと、約５～２０ｎｍで、好ましくは約１０～１５ｎｍとすることがよい。
　ＳｉＮX層２６は、ｎ型領域とｐ型領域とを分離するため等に用いられる窒化シリコン膜層である。ＳｉＮX層２６は、ｎ層２４－２上のｎ型領域２４に対応する領域に形成される。窒化シリコンの代表はＳｉ3Ｎ4であるが、成膜条件によっては必ずしもＳｉ3Ｎ4の組成とならずに一般的にはＳｉＮXの組成となる。ＳｉＮX層２６の厚さの一例を示すと、約１０～５００ｎｍで、好ましくは約５０～１００ｎｍとすることがよい。
　ｐ型領域２８は、ｉ層２８－１とｐ層２８－２の積層構造を有する。ｉ層２８－１は、ＳｉＮX層２６をマスクとして、ｎ型領域以外のｉ層２４－１とｎ層２４－２を除去して基板２２を露出させ、その露出した基板２２上に形成される。ｉ層２８－１は、ｉ層２４－１と同様に水素を含む非晶質の半導体層とでき、その厚さもｉ層２４－１と同様に約１～２５ｎｍで、好ましくは約５～１０ｎｍとできる。ｐ層２８－２は、ｉ層２８－１の上に形成される。ｐ層２８－２は、水素を含む非晶質半導体層にｐ型の導電型の元素であるアクセプタを含む。ｐ層２８－２の厚さの一例を示すと、約５～２０ｎｍで、好ましくは約１０～１５ｎｍとすることがよい。
　電極１４，１６は、透明導電膜層１４－１，１６－１と、Ｃｕメッキ層１４－２，１６－２の積層構造を有する。電極１４は、ｎ型領域２４から引き出されるｎ型用電極で、ｎ層２４－２の上に透明導電膜層１４－１とＣｕメッキ層１４－２が積層されて構成される。電極１６は、ｐ型領域２８から引き出されるｐ型用電極で、ｐ層２８－２の上に透明導電膜層１６－１とＣｕメッキ層１６－２が積層されて構成される。
　透明導電膜層１４－１，１６－１は、例えば、多結晶構造を有する酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）等の金属酸化物を少なくとも１つ含んで構成される。透明導電膜層１４－１，１６－１の厚さの一例を示すと、約７０～１００ｎｍである。
　Ｃｕメッキ層１４－２，１６－２は、電解メッキ法によって形成される。Ｃｕメッキ層１４－２，１６－２の厚さの一例を示すと、約１０μｍから２０μｍである。Ｃｕメッキ層１４－２，１６－２形成の際に下地電極層を用いてもよい。また、Ｃｕメッキ層１４－２，１６－２の上にＳｎメッキ層を形成してもよい。
　受光面側のパッシベーション層３０は、光電変換が行われる基板２２の受光面である表面を保護する層で、ｉ層３０－１とｎ層３０－２の積層構造を有する。上記のように、基板２２の裏面側にｎ型領域２４のためのｉ層２４－１とｎ層２４－２が形成されるが、その際に、基板２２の受光面側にもｉ層３０－１とｎ層３０－２を形成し、これをパッシベーション層３０とすることができる。
　反射防止層３２は、受光面における反射を抑制する機能を有する絶縁膜層で、ＳｉＮX層が用いられる。基板２２の裏面側においてｎ型領域２４の形成の後で行われるＳｉＮX２６の成膜の際に、基板２２の受光面側にもＳｉＮXを成膜し、これを反射防止層３２とすることができる。
　図３は、抵抗測定部２０の断面図である。抵抗測定部２０は、太陽電池セル１０において電極１４，１６が配置される電極領域の外側の外側周縁部１８に、基板２２とｎ型領域上の電極またはｐ型領域上の電極との間の抵抗を測定するために設けられる複数の測定電極群である。以下、基板２２とｎ型領域２４上の電極との間の抵抗をｎ型抵抗、基板２２とｐ型領域２８上の電極との間の抵抗をｐ型抵抗とする。図３では、３つの測定電極３４，３６，３８が示されるが、さらに多くの測定電極を設けてもよい。なお、図３では、ｎ型領域２４、ｐ型領域２８、電極１４，１６についての積層構造の図示を省略した。
　外側周縁部１８には、電極１４，１６は配置されない。しかし、電極１４，１６の形成工程に合せて、各層形成時にマスクの位置を調整することにより、外側周縁部１８にも任意の電極構造を形成することが可能である。そこで、外側周縁部１８に電極領域と同じ条件で、ｎ型領域２４を作り込み、そのｎ型領域２４において所定の電極間隔で少なくとも２つの測定電極を設ける。測定電極間の電流－電圧特性（Ｉ－Ｖ特性）を測定し、それに基づいて測定電極と基板２２の間のｎ型抵抗を算出する。また、外側周縁部１８に電極領域と同じ条件で、ｐ型領域２８を作り込み、そのｐ型領域２８において少なくとも１つの測定電極を設ける。ｎ型領域２４上の測定電極とｐ型領域２８上の測定電極との間のＩ－Ｖ特性を測定し、ｎ型領域２４上の測定電極とｐ型領域２８上の測定電極との間の第１抵抗を算出する。算出されたｎ型抵抗と第１抵抗とに基づいて、基板２２とｐ型領域２８上の測定電極との間のｐ型抵抗を算出する。ここで、ｎ型抵抗、ｐ型抵抗は、基板２２と測定電極との間に設けられた各層間の界面、ｉ層２４－１またはｉ層２８－１、ｎ層２４－２またはｐ層２８－２の抵抗を含む。このように、抵抗測定部２０は、基板２２とｎ型領域２４上の測定電極との間のｎ型抵抗と、基板２２とｐ型領域２８上の測定電極との間のｐ型抵抗をそれぞれ独立に分離して測定することができる。
　図３では、３つの測定電極３４，３６，３８の平面寸法と電極間間隔を同じに揃え、ｎ型領域２４から測定電極３４，３６を引き出し、ｐ型領域２８から測定電極３８を引き出す。３つの測定電極３４，３６，３８は、外側周縁部１８において、太陽電池セル１０の外周の辺Ｘに沿って一列に配列される。３つの測定電極３４，３６，３８の平面寸法と電極間間隔は、外側周縁部１８の幅方向（辺Ｘに対して垂直な方向）の寸法に比べて十分に小さくする。例えば、外側周縁部１８の幅方向の寸法の１／１０以下に設定することがよい。外側周縁部１８の幅方向の寸法の一例を挙げると、約１～３ｍｍである。この場合の測定電極３４，３６，３８の平面寸法の一例を挙げると、一辺が約１００～５００μｍの正方形とできる。測定電極３４と測定電極３６の間の電極間間隔、測定電極３６と測定電極３８の間の電極間間隔の一例を挙げると、約５０～２００μｍとできる。
　この構成を用いて、ｎ型領域２４から引き出される測定電極３４，３６の間のＩ－Ｖ特性を求めて、それに基づき、基板２２とｎ型領域２４上の測定電極３４，３６との間のｎ型抵抗を算出することができる。次に、ｎ型領域２４から引き出される測定電極３４とｐ型領域２８から引き出される測定電極３８の間のＩ－Ｖ特性を求めて、それに基づき、測定電極３４と測定電極３８との間の第１型抵抗を算出することができる。算出されたｎ型抵抗と第１抵抗とを用いて、基板２２とｐ型領域２８上の測定電極３８の間のｐ型抵抗を算出することができる。
　図４のモデルを用いて抵抗ＲCの測定原理を説明する。図４のモデルは、半導体層４０の上に電極間間隔Ｌで２つの測定電極４２，４４を設け、測定電極４２，４４の間に電流Ｉを流し、そのときの測定電極４２，４４の間の電圧Ｖを測定し、測定電極間抵抗値Ｒを求め、この測定電極間抵抗値Ｒに基づいて、半導体層４０と測定電極４２，４４との間の抵抗ＲCを求めるものである。なお、測定電極間抵抗値Ｒは、測定電極４２，４４の間にまず電圧Ｖをかけて、測定電極４２，４４の間に流れる電流Ｉを測定して求めてもよい。
　測定電極４２，４４の間に電流Ｉを流し、そのときの測定電極４２，４４の間の電圧Ｖから、測定電極間抵抗値Ｒは、Ｒ＝Ｖ／Ｉで求められる。図４で示すように、測定電極間距離をＬ、そのＬで向かい合う半導体層４０の面積をＳとすると、半導体層４０の測定電極間抵抗値ＲSUBは、半導体層４０の比抵抗率をρとして、ＲSUB＝ρ×（Ｌ／Ｓ）で求められる。半導体層４０と測定電極４２との間の抵抗と、半導体層４０と測定電極４４との間の抵抗を同じとして、それぞれＲCとすると、Ｒ＝Ｉ／Ｖ＝ＲSUB＋２ＲCとなる。これから、半導体層４０と測定電極４２，４４との間の抵抗ＲCは、それぞれ、ＲC＝｛（Ｒ－ＲSUB）／２｝として算出できる。
　図３に戻り、測定電極３４，３６の間に電流Ｉ34・36を流し、そのときの測定電極３４，３６の間の電圧Ｖ34・36を測定することで、ｎ型領域２４と測定電極３４，３６の間の抵抗ＲCnは、上記の原理により、ＲCn＝｛（Ｒ34・36－ＲSUBn）／２｝で算出できる。ここで、Ｒ34・36＝Ｖ34・36／Ｉ34・36である。ＲSUBnは、基板２２とｎ型領域２４の電極間抵抗値であるが、実質的には、基板２２の電極間抵抗値ＲSUB22としてよい。このようにして求められたＲCnは、太陽電池セル１０の電極領域における基板２２とｎ型領域２４上の電極１４との間のｎ型抵抗として用いることができる。なお、このｎ型抵抗は、基板２２と電極１４との間の各層の界面と、ｉ層２４－１と、ｎ層２４－２の抵抗も含む。
　次に、測定電極３４，３８の間に電流Ｉ34・38を流し、そのときの測定電極３４，３８の間の電圧Ｖ34・38を測定すると、測定電極３４，３８の間の電流－電圧特性を得ることができる。この電流－電圧特性は、太陽電池セル１０のｎ型用電極とｐ型用電極との間の電流－電圧特性に対応するもので、電流をＩ、電圧をＶとして、次式を用いることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、ｋBはボルツマン定数、Ｔは温度、ＲSとＲShは、それぞれ、太陽電池セル１０を微小な光電変換部が並列に接続されたモデルとしたときの直列抵抗と並列抵抗である。
　上記Ｉ－Ｖ特性において、Ｉ＝Ｉ34・38、Ｖ＝Ｖ34・38として、非線形の電極間抵抗値ＲS＝Ｒ34・38が求められる。ここで、基板２２とｐ型領域２８の電極間抵抗値をＲSUBpとし、ｐ型領域２８と測定電極３８の間の抵抗をＲCpとすると、Ｒ34・38＝ＲSUBp＋ＲCn＋ＲCpである。したがって、ＲCp＝｛（Ｒ34・38－ＲSUBp）－ＲCn｝で算出される。ＲSUBpは、基板２２とｐ型領域２８の電極間抵抗値であるが、実質的には、基板２２の電極間抵抗値ＲSUB22としてよい。このようにして求められたＲCpは、太陽電池セル１０の電極領域における基板２２とｐ型領域２８上の電極１６との間のｐ型抵抗として用いることができる。なお、このｐ型抵抗は、基板２２と電極１６との間の各層の界面と、ｉ層２８－１と、ｐ層２８－２の抵抗も含む。
　上記では、半導体層４０の電極間抵抗値をＲSUB＝ρ×（Ｌ／Ｓ）で求めるものとした。図４のモデルは、Ｌが十分に長く、Ｓが十分に広いものと仮定しているが、Ｌが短い場合も考えられる。図４のモデルで、Ｌは電流が流れて抵抗値として貢献する長さであるので、Ｌが短い場合には、Ｌに補正を加えてＲSUBを求めることがよい。例えば、補正係数をαとして、ＬをαＬ／ＳとしてＲSUBを求める。αは予め実験等で求めることができる。
　なお、本実施形態では、抵抗測定部２０は、太陽電池セル１０の外側周縁部１８に設けられているが、太陽電池セル１０の電極領域に設けられていてもよい。電極領域に抵抗測定部２０を設ける場合の構成について、図５～図８を参照して説明する。図５～図８は、それぞれ、太陽電池セル１０の裏面の電極領域の部分の拡大図である。
　図５では、ｐ型領域２８の中央部に、ｎ型領域２５を作り込み、２つの測定電極３５，３７が所定の電極間隔をあけて設けられている。すなわち、２つの測定電極３５，３７は、所定の間隔をあけて電極１６に囲まれている。これにより、２つの測定電極３５，３７を用いてｎ型抵抗を算出することができ、測定電極３５，３７と電極１６とを用いて第１抵抗を算出することができる。そして、ｎ型抵抗と第１抵抗とに基づき、ｐ型抵抗が算出される。
　なお、図５では、ｐ型領域２８の中央部にｎ型領域２４が作り込まれているが、ｎ型領域２４の中央部にｎ型領域２５が作り込まれ、２つの測定電極３５，３７が設けられてもよい。すなわち、測定電極３５，３７は、所定の間隔をあけて電極１４に囲まれている。この場合、２つの測定電極３５，３７を用いてｎ型抵抗を算出することができる。電極１４と電極１４に隣接する電極１６とを用いて第１抵抗を算出することができる。なお、ｎ型領域２４，２５は、同時に形成してもよいし、別々に形成してもよい。
　また、図６では、ｎ型領域２４の中央部に、１つの測定電極３５が設けられている。すなわち、測定電極３５は、所定の間隔をあけて電極１４に囲まれている。これにより、測定電極３５と電極１４とを用いてｎ型抵抗を算出することができ、電極１４と電極１４に隣接する電極１６とを用いて第１抵抗を算出することができる。そして、ｎ型抵抗と第１抵抗とに基づき、ｐ型抵抗が算出される。
　また、図７では、電極１６の先端部と電極１４との間に、ｎ型領域２５を作り込み、２つの測定電極３５，３７が所定の電極間隔をあけて設けられている。これにより、２つの測定電極３５，３７を用いてｎ型抵抗を算出することができ、電極１６と測定電極３５，３７または電極１６に隣接する電極１４とを用いて第１抵抗を算出することができる。そして、ｎ型抵抗と第１抵抗とに基づき、ｐ型抵抗が算出される。
　また、図８では、電極１４の先端部と電極１６との間にｎ型領域２５を作り込み、電極１４から所定の間隔をあけて１つの測定電極３５が設けられている。これにより、測定電極３５と電極１４とを用いてｎ型抵抗を算出することができる。そして、ｎ型抵抗と第１抵抗とに基づき、ｐ型抵抗が算出される。なお、ｎ型領域２４，２５は、同時に形成してもよいし、別々に形成してもよい。
　以上のように、抵抗測定部２０が設けられる場所は特に限定されない。また、ｎ型領域２４，２５上に所定の電極間隔で少なくとも２つの電極を設けることにより、ｎ型抵抗を算出することが可能である。裏面接合型の太陽電池セル１０の場合、ｎ型領域２４上に設けられた電極１４と、ｐ型領域２８上に設けられた電極１６とは、所定の間隔で交互に隣接して配置されているため、第１抵抗は電極１４、１６を用いて容易に算出することができる。すなわち、ｎ型領域２４，２５上に所定の電極間隔で少なくとも２つの電極を設けるだけで、基板２２とｐ型領域２８上の電極との間のｐ型抵抗まで容易に算出することが可能である。
　なお、本実施形態では、基板２２としてｎ型シリコン単結晶を用いているため、ｎ型領域２４上に所定の電極間隔で少なくとも２つの電極が設けられている。基板２２としてｐ型の結晶性半導体基板を用いた場合、ｐ型領域２８上に所定の電極間隔で少なくとも２つの電極が設けられていれば、上述した効果と同一の効果を得ることができる。
　本発明は、太陽電池セルに利用できる。
　１０　太陽電池セル、１２　光電変換部、１４，１６　電極、１４－１，１６－１　透明導電膜層、１４－２，１６－２　メッキ層、１８　外側周縁部、２０　抵抗測定部、２２　基板、２４，２５　ｎ型領域、２４－１，２８－１，３０－１　ｉ層（ｉ型非晶質半導体層）、２４－２，３０－２　ｎ層（ｎ型非晶質半導体層）、２６　ＳｉＮX層、２８　ｐ型領域、２８－２　ｐ層（ｐ型非晶質半導体層）、３０　パッシベーション層、３２　反射防止層、３４，３５，３６，３７，３８，４２，４４　測定電極、４０　半導体層。

Claims (11)

  1. 　第１導電型の半導体基板の一方の面上において、前記第１導電型の非晶質半導体層と第２導電型の非晶質半導体層とが配置された光電変換部と、
    　前記第１導電型の非晶質半導体層のうち、予め定めた第１電極領域に配置された第１電極と、
    　前記第２導電型の非晶質半導体層のうち、予め定めた第２電極領域に配置された第２電極と、
    　前記第１導電型の非晶質半導体層上において、互いに所定の間隔をあけて設けられた少なくとも２つの第１測定電極と、
    　を有する、太陽電池セル。
  2. 　前記第２導電型の非晶質半導体層上において、前記第１測定電極に対し所定の間隔をあけて設けられた少なくとも１つの第２測定電極を有する、請求項1に記載の太陽電池セル。
  3. 　前記第１測定電極は、前記光電変換部上の前記第１電極領域および前記第２電極領域以外の領域に配置されている、請求項１に記載の太陽電池セル。
  4. 　前記第１測定電極および前記第２測定電極は、前記光電変換部上の前記第１電極領域および前記第２電極領域以外の領域に配置されている、請求項２に記載の太陽電池セル。
  5. 　前記少なくとも２つの第１測定電極は、互いに隣接して設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池セル。
  6. 　前記第１測定電極の一つと、前記第２測定電極とは、互いに隣接して設けられている、請求項２または４に記載の太陽電池セル。
  7. 　第１導電型の半導体基板の一方の面上において、前記第１導電型の非晶質半導体層と第２導電型の非晶質半導体層とが配置された光電変換部と、
    　前記第１導電型の非晶質半導体層のうち、予め定めた第１電極領域上に配置された第１電極と、
    　前記第２導電型の非晶質半導体層のうち、予め定めた第２電極領域上に配置された第２電極と、
    　前記第１導電型の非晶質半導体層上に配置された第３測定電極とを備え、
    　前記第３測定電極は、前記第１電極と所定の間隔をあけて、前記第１電極と隣接して配置されている、太陽電池セル。
  8. 　前記第３測定電極は、前記第１電極の中央部において、前記第１電極に囲まれるように配置されている、請求項７に記載の太陽電池セル。
  9. 　第１導電型の半導体基板の一方の面上において、前記第１導電型の非晶質半導体層と第２導電型の非晶質半導体層とが配置され、前記第１導電型の非晶質半導体層上に第１電極が配置され、前記第２導電型の非晶質半導体層上に第２電極が配置された太陽電池セルにおいて、前記半導体基板と前記第１電極および第２電極の少なくとも一方との間の抵抗を測定する方法であって、
    　前記第１導電型の非晶質半導体層上において、互いに所定の間隔をあけて設けられる少なくとも２つの第１測定電極の間の電圧－電流特性を測定して測定電極間抵抗値を求め、
    　前記測定電極間抵抗値から予め求めておいた前記半導体基板の測定電極間抵抗値を減算して、前記半導体基板と前記第１測定電極との間の第１抵抗を算出する、太陽電池セルの抵抗算出方法。
  10. 　前記第２導電型の非晶質半導体層に、前記第１測定電極と所定の間隔をあけて設けられる少なくとも１つの第２測定電極を用い、前記第１測定電極と前記第２測定電極の間の電圧－電流特性を測定して第２の測定電極間抵抗値を求め、
    　前記第２の測定電極間抵抗値から前記半導体基板の測定電極間抵抗値と前記第１抵抗を減算して、前記半導体基板と前記第２測定電極との間の第２抵抗を算出する、請求項９に記載の太陽電池セルの抵抗算出方法。
  11. 　前記２つの第１測定電極間の間隔および前記第１測定電極と前記第２測定電極との間隔に応じて前記半導体基板の電極間抵抗値を補正する、請求項９または１０に記載の太陽電池セルの抵抗算出方法。
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