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WO2015064354A1 - 太陽電池 - Google Patents

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WO2015064354A1
WO2015064354A1 PCT/JP2014/077328 JP2014077328W WO2015064354A1 WO 2015064354 A1 WO2015064354 A1 WO 2015064354A1 JP 2014077328 W JP2014077328 W JP 2014077328W WO 2015064354 A1 WO2015064354 A1 WO 2015064354A1
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WO
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amorphous silicon
silicon film
type amorphous
type
thickness
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PCT/JP2014/077328
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English (en)
French (fr)
Inventor
章義 大鐘
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Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2015544912A priority patent/JPWO2015064354A1/ja
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Priority to US15/131,033 priority patent/US20160233368A1/en
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/16Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers
    • H10F10/164Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells
    • H10F10/165Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells the heterojunctions being Group IV-IV heterojunctions, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC photovoltaic cells
    • H10F10/166Photovoltaic cells having only PN heterojunction potential barriers comprising heterojunctions with Group IV materials, e.g. ITO/Si or GaAs/SiGe photovoltaic cells the heterojunctions being Group IV-IV heterojunctions, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC photovoltaic cells the Group IV-IV heterojunctions being heterojunctions of crystalline and amorphous materials, e.g. silicon heterojunction [SHJ] photovoltaic cells
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10Semiconductor bodies
    • H10F77/14Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies
    • H10F77/147Shapes of bodies
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20Electrodes
    • H10F77/244Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. transparent conductive oxide [TCO] layers
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell.
  • a p-type amorphous silicon film and an n-type amorphous silicon film are formed on the main surface side and the back surface side of an n-type crystalline silicon substrate, respectively.
  • each amorphous silicon film is formed so as to wrap around the side surface and the back surface of the n-type crystalline silicon substrate. Therefore, the p-type amorphous silicon film and the n-type amorphous silicon film are formed on the side surface of the n-type crystalline silicon substrate. It is known that a leak current is generated due to contact with the porous silicon film. In order to prevent this, as shown in FIG. 6 of Patent Document 1, it is known to provide a region where an n-type amorphous silicon film is not formed at the end of an n-type crystal silicon substrate.
  • the region where the n-type amorphous silicon film is not formed is an invalid region that does not contribute to power generation because the passivation film is not formed, which is not preferable from the viewpoint of cell characteristics.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell that can prevent generation of leakage current due to contact between a p-type amorphous silicon film and an n-type amorphous silicon film, and can improve cell characteristics. It is in.
  • the solar cell of the present invention is provided on an n-type crystalline silicon substrate having a first main surface and a second main surface provided on the side opposite to the first main surface, and on the first main surface side.
  • an n-type amorphous silicon film and a p-type amorphous silicon film provided on the second main surface side, and the thickness of the end portion in the surface direction of the n-type amorphous silicon film is the surface
  • An inclined region whose thickness decreases toward the end is formed so as to be thinner than the thickness of the central portion in the direction.
  • the present invention it is possible to prevent the occurrence of leakage current due to the contact between the p-type amorphous silicon film and the n-type amorphous silicon film, and to improve the cell characteristics.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the solar cell of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the second embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the third embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the fourth embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of forming an amorphous silicon film having an inclined region.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of forming an amorphous silicon film having no inclined region.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing the solar cell of the first embodiment.
  • the solar cell 1 shown in FIGS. 1 and 2 includes an n-type crystalline silicon substrate 10.
  • the n-type crystalline silicon substrate 10 has a first main surface 11 and a second main surface 12.
  • a first intrinsic amorphous silicon film 21 is formed on the first main surface 11.
  • An n-type amorphous silicon film 31 is formed on the first intrinsic amorphous silicon film 21.
  • a first electrode layer 41 is formed on the n-type amorphous silicon film 31.
  • a bus bar electrode 51 and finger electrodes 53 are formed on the first electrode layer 41.
  • a second intrinsic amorphous silicon film 22 is formed on the second main surface 12 of the n-type crystalline silicon substrate 10.
  • a p-type amorphous silicon film 32 is formed on the second intrinsic amorphous silicon film 22.
  • a second electrode layer 42 is formed on the p-type amorphous silicon film 32.
  • a bus bar electrode 52 and finger electrodes 54 are formed on the second electrode layer 42.
  • the n-type crystalline silicon substrate 10 may be made of single crystal silicon or may be made of polycrystalline silicon.
  • amorphous silicon includes microcrystalline silicon.
  • Microcrystalline silicon refers to silicon crystal precipitated in amorphous silicon.
  • the thickness of the end portion 31b of the n-type amorphous surface direction of the silicon film 31 is thinner than the thickness t 0 of the central portion in the surface direction (x-direction and y-direction) In this way, an inclined region 31a whose thickness decreases toward the end portion 31b is formed in the n-type amorphous silicon film 31.
  • the n-type amorphous silicon film 31 is n It is prevented from going around the side surface of the mold crystal silicon substrate 10. Therefore, it is possible to prevent the n-type amorphous silicon film 31 and the p-type amorphous silicon film 32 from contacting each other on the side surface of the n-type crystalline silicon substrate 10, and to prevent the occurrence of leakage current. Can do.
  • the power generation efficiency and the passivation property can be improved. Therefore, cell characteristics can be improved.
  • the thickness of the end portion 31b of the n-type amorphous silicon film 31 is preferably inclined region 31a is formed so as to be less than 50% of the thickness t 0 of the central portion.
  • the width W 1 of the inclined region 31a in the plane direction is preferably in the range of 0.1 to 2% of the width W 0 of the entire n-type amorphous silicon film 31 in the plane direction.
  • the inclined region 21 a is also formed in the first intrinsic amorphous silicon film 21.
  • the inclined region 21a is formed to have an inclination angle substantially the same as the inclination angle of the inclined region 31a.
  • the p-type amorphous silicon film 32 is also formed with an inclined region 32 a similar to the inclined region 31 a of the n-type amorphous silicon film 31. That is, the p-type amorphous silicon film 32 also faces the end portion 32b so that the thickness of the end portion 32b in the surface direction of the p-type amorphous silicon film 32 is smaller than the thickness of the center portion in the surface direction. Thus, an inclined region 32a is formed in which the thickness is reduced.
  • the p-type amorphous silicon film 32 can be prevented from wrapping around the side surface of the n-type crystalline silicon substrate 10, and the n-type amorphous silicon film can be prevented. It is possible to more reliably prevent the film 31 and the p-type amorphous silicon film 32 from contacting each other on the side surface of the n-type crystalline silicon substrate 10.
  • An inclined region 22 a is also formed in the second intrinsic amorphous silicon film 22. The inclined region 22a is formed to have an inclination angle that is substantially the same as the inclination angle of the inclined region 32a.
  • the dopant concentration in the n-type amorphous silicon film 31 is higher than the dopant concentration in the first intrinsic amorphous silicon film 21 and is preferably 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or more.
  • the thickness t 0 of the n-type amorphous silicon film 31 is such that carriers generated inside the n-type crystalline silicon substrate 10 are effectively separated at the junction, and the carriers are efficiently collected by the first electrode layer 41. It is preferable to make it as thick as possible.
  • the thickness t 0 of the n-type amorphous silicon film 31 is preferably 1 nm or more and 50 nm or less.
  • the dopant concentration in the n-type crystalline silicon substrate 10 is higher than the dopant concentration in the first intrinsic amorphous silicon film 21 and the second intrinsic amorphous silicon film 22 and is 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or more. Is preferred.
  • the dopant concentration in the p-type amorphous silicon film 32 is higher than the dopant concentration in the second intrinsic amorphous silicon film 22 and is preferably 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or more. Further, the thickness of the p-type amorphous silicon film 32 is made thin so as to reduce the absorption of light as much as possible, while the carriers generated in the photoelectric conversion part are effectively separated at the junction part, and the carriers are secondly separated.
  • the p-type amorphous silicon film 32 preferably has a thickness of 1 nm to 50 nm.
  • the p-type or n-type dopant concentration in the first and second intrinsic amorphous silicon films 21 and 22 is preferably 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less.
  • the intrinsic amorphous silicon films 21 and 22 are preferably made thin so that light absorption can be suppressed as much as possible, and thick enough to sufficiently passivate the surface of the n-type crystalline silicon substrate 10. . Specifically, it is preferably 1 nm or more and 25 nm or less, and more preferably 2 nm or more and 10 nm or less.
  • the first and second electrode layers 41 and 42 are transparent electrodes.
  • the second main surface 12 side may be the light receiving surface side
  • the first main surface 11 side may be the light receiving surface side.
  • the thickness of the first and second electrode layers 41 and 42 is preferably 50 nm or more and 150 nm or less, and more preferably 70 nm or more and 120 nm or less. By setting the thicknesses of the first and second electrode layers 41 and 42 within the above range, it is possible to suppress an increase in electric resistance while suppressing absorption of incident light.
  • the bus bar electrodes 51 and 52 and the finger electrodes 53 and 54 can be formed by a bus bar electrode and finger electrode forming method in a general solar cell.
  • the bus bar electrodes 51 and 52 and the finger electrodes 53 and 54 can be formed by printing Ag (silver) paste.
  • the bus bar electrode is formed, but it may be bus bar-less without forming the bus bar electrode.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the second embodiment.
  • no inclined region is formed in the p-type amorphous silicon film 32 and the second intrinsic amorphous silicon film 22.
  • the rest is the same as in the first embodiment. Therefore, also in this embodiment, it is possible to prevent the n-type amorphous silicon film 31 and the p-type amorphous silicon film 32 from coming into contact with each other, and it is possible to prevent the occurrence of leakage current.
  • power generation efficiency and passivation can be improved, and cell characteristics can be improved.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the third embodiment.
  • no inclined region is formed in the first intrinsic amorphous silicon film 21 and the second intrinsic amorphous silicon film 22.
  • the rest is the same as in the first embodiment. Therefore, the first intrinsic amorphous silicon film 21 and the second intrinsic amorphous silicon film 22 are formed with substantially the same thickness up to the end of the n-type crystalline silicon substrate 10. For this reason, passivation property can be improved rather than 1st Embodiment.
  • n-type amorphous silicon film 31 and the p-type amorphous silicon film 32 it is possible to prevent the occurrence of a leak current.
  • power generation efficiency and passivation can be improved, and cell characteristics can be improved.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the solar cell of the fourth embodiment.
  • no inclined region is formed in the first intrinsic amorphous silicon film 21.
  • the rest is the same as in the second embodiment. Therefore, the first intrinsic amorphous silicon film 21 is formed with substantially the same thickness up to the end of the n-type crystalline silicon substrate 10. For this reason, passivation property can be improved rather than 2nd Embodiment.
  • power generation efficiency and passivation can be improved, and cell characteristics can be improved.
  • the first intrinsic amorphous silicon film 21 is provided between the n-type amorphous silicon film 31 and the n-type crystalline silicon substrate 10, and the p-type non-crystalline silicon film 21 is provided.
  • a second intrinsic amorphous silicon film 22 is provided between the crystalline silicon film 32 and the n-type crystalline silicon substrate 10.
  • the present invention is not limited to this.
  • An n-type amorphous silicon film 31 and a p-type amorphous silicon film 32 may be provided directly on the n-type crystalline silicon substrate 10, respectively.
  • a pn junction is formed on the second main surface 12 side, but a pn junction may be formed on the first main surface 11 side.
  • Each layer of the solar cell 1 can be formed as follows. First, it is preferable that the surface of the n-type crystalline silicon substrate 10 is cleaned before forming each layer. Specifically, it can be performed using a hydrofluoric acid solution or an RCA cleaning solution. Moreover, it is preferable to form a texture structure on the front surface or the back surface of the n-type crystalline silicon substrate 10 using an alkaline etching solution such as a potassium hydroxide aqueous solution (KOH aqueous solution). In this case, the n-type crystalline silicon substrate 10 having the (100) plane can be anisotropically etched with an alkaline etchant to form a texture structure having a pyramidal (111) plane.
  • an alkaline etching solution such as a potassium hydroxide aqueous solution (KOH aqueous solution
  • the first intrinsic amorphous silicon film 21 and the second intrinsic amorphous silicon film 22 are used.
  • a predetermined oxidation treatment may be performed before forming the porous silicon film 22 to form an oxidation interface.
  • the predetermined oxidation treatment it can be left for a predetermined time in an atmosphere controlled in the air or humidity, or an ozone water treatment, a hydrogen peroxide treatment, an ozonizer treatment, or the like can be used as appropriate.
  • the first intrinsic amorphous silicon film 21, the second intrinsic amorphous silicon film 22, the n-type amorphous silicon film 31, and the p-type amorphous silicon film 32 are formed by plasma chemical vapor deposition, thermal chemistry. It can be formed by methods such as vapor deposition, photochemical vapor deposition, and sputtering. For plasma chemical vapor deposition, any method such as an RF plasma method, a VHF plasma method, or a microwave plasma method may be used.
  • a silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), a p-type dopant-containing gas such as diborane (B 2 H 6 ), and an n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ).
  • SiH 4 silane
  • B 2 H 6 diborane
  • n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ).
  • RF high frequency power is applied to a parallel plate electrode or the like to form plasma, and the plasma is supplied to the surface of the heated n-type crystalline silicon substrate 10.
  • the substrate temperature during film formation is preferably in the range of 150 ° C. to 250 ° C.
  • the RF power density during film formation is preferably in the range of 1 mW / cm 2 to 10 mW / cm 2 .
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of forming an amorphous silicon film having an inclined region.
  • mask 60 is arranged on first main surface 11 of n-type crystalline silicon substrate 10.
  • the mask 60 has an opening 61.
  • the end surface 60 a on the opening 61 side of the mask 60 is inclined so that the opening 61 becomes larger as it approaches the first main surface 11.
  • Such a mask 60 is arranged on the first main surface 11 of the n-type crystalline silicon substrate 10.
  • the first intrinsic amorphous silicon film 21 and the n-type amorphous silicon film 31 are sequentially formed on the first main surface 11 by the above-described method such as plasma chemical vapor deposition.
  • the inclined regions 21 a and 31 a can be formed in the first intrinsic amorphous silicon film 21 and the n-type amorphous silicon film 31.
  • the second intrinsic amorphous silicon film 22 and the p-type amorphous silicon film 32 of the first embodiment having the inclined regions 22a and 32a can be formed in the same manner.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of forming an amorphous silicon film having no inclined region.
  • mask 70 is arranged on second main surface 12 of n-type crystalline silicon substrate 10.
  • the mask 70 has an opening 71.
  • the end surface 70a on the opening 71 side of the mask 70 is formed to extend in the vertical direction (z direction), and is not inclined like the end surface 60a of the mask 60 shown in FIG.
  • Such a mask 70 is arranged on the second main surface 12 of the n-type crystalline silicon substrate 10.
  • the second intrinsic amorphous silicon film 22 and the p-type amorphous silicon film 32 are sequentially formed on the second main surface 12 by the above-described method such as plasma chemical vapor deposition.
  • the second intrinsic amorphous silicon film 22 and the p-type amorphous silicon film 32 having no inclined region can be formed.
  • the second intrinsic amorphous silicon film 22 and the p-type amorphous silicon film 32 in the second embodiment and the fourth embodiment can be formed by such a method as shown in FIG.
  • the first intrinsic amorphous silicon film 21 and the second intrinsic amorphous silicon film 22 in the third embodiment and the fourth embodiment can be similarly formed by such a method.
  • an n-type amorphous silicon film is formed by the method shown in FIG. 31 and a p-type amorphous silicon film 32 are formed.
  • the n-type amorphous silicon film 31 is formed by the method shown in FIG.
  • SYMBOLS 1 Solar cell 10 ... N-type crystalline silicon substrate 11, 12 ... 1st, 2nd main surface 21, 22 ... 1st, 2nd intrinsic amorphous silicon film 21a, 22a ... Inclined area 31 ... N-type non- Crystalline silicon film 31a ... inclined region 31b ... end 32 ... p-type amorphous silicon film 32a ... inclined region 32b ... end 41, 42 ... first and second electrode layers 51, 52 ... busbar electrodes 53, 54 ... Finger electrodes 60, 70 ... Masks 60a, 70a ... End faces 61, 71 ... Openings

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  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

 p型非晶質シリコン膜とn型非晶質シリコン膜の接触によるリーク電流の発生を防止することができ、かつセル特性を向上させることができる太陽電池を提供する。 第1の主面11、及び第1の主面11と反対側に設けられる第2の主面12を有するn型結晶シリコン基板10と、第1の主面11側に設けられるn型非晶質シリコン膜31と、第2の主面12側に設けられるp型非晶質シリコン膜32とを備え、n型非晶質シリコン膜31の面方向における端部31bの厚みが、面方向の中央部の厚みtより薄くなるように、端部31bに向かって厚みが薄くなる傾斜領域31aが形成されている。

Description

太陽電池
 本発明は、太陽電池に関する。
 結晶シリコン系の太陽電池においては、n型結晶シリコン基板の主面側及び裏面側に、それぞれp型非晶質シリコン膜及びn型非晶質シリコン膜を形成している。この場合、それぞれの非晶質シリコン膜がn型結晶シリコン基板の側面及び背面に回り込んで形成されるため、n型結晶シリコン基板の側面において、p型非晶質シリコン膜とn型非晶質シリコン膜とが接触し、リーク電流が発生することが知られている。これを防止するため、特許文献1の図6に示されているように、n型結晶シリコン基板の端部において、n型非晶質シリコン膜を形成しない領域を設けることが知られている。
特開2006-237363号公報
 しかしながら、n型非晶質シリコン膜が形成されない領域は、パッシベーション膜が形成されていないため、発電に寄与しない無効領域となり、セル特性の観点からは好ましくない。
 本発明の目的は、p型非晶質シリコン膜とn型非晶質シリコン膜の接触によるリーク電流の発生を防止することができ、かつセル特性を向上させることができる太陽電池を提供することにある。
 本発明の太陽電池は、第1の主面、及び前記第1の主面と反対側に設けられる第2の主面を有するn型結晶シリコン基板と、前記第1の主面側に設けられるn型非晶質シリコン膜と、前記第2の主面側に設けられるp型非晶質シリコン膜とを備え、前記n型非晶質シリコン膜の面方向における端部の厚みが、前記面方向の中央部の厚みより薄くなるように、前記端部に向かって厚みが薄くなる傾斜領域が形成されている。
 本発明によれば、p型非晶質シリコン膜とn型非晶質シリコン膜の接触によるリーク電流の発生を防止することができ、かつセル特性を向上させることができる。
図1は、第1の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。 図2は、第1の実施形態の太陽電池を示す模式的平面図である。 図3は、第2の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。 図4は、第3の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。 図5は、第4の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。 図6は、傾斜領域を有する非晶質シリコン膜を形成する方法を説明するための模式的断面図である。 図7は、傾斜領域を有しない非晶質シリコン膜を形成する方法を説明するための模式的断面図である。
 以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、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場合がある。
 (第1の実施形態)
 図1は、第1の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。図2は、第1の実施形態の太陽電池を示す模式的平面図である。図1及び図2に示す太陽電池1は、n型結晶シリコン基板10を備えている。n型結晶シリコン基板10は、第1の主面11及び第2の主面12を有している。第1の主面11の上には、第1の真性非晶質シリコン膜21が形成されている。第1の真性非晶質シリコン膜21の上には、n型非晶質シリコン膜31が形成されている。n型非晶質シリコン膜31の上には、第1の電極層41が形成されている。第1の電極層41の上には、バスバー電極51及びフィンガー電極53が形成されている。
 n型結晶シリコン基板10の第2の主面12上には、第2の真性非晶質シリコン膜22が形成されている。第2の真性非晶質シリコン膜22の上には、p型非晶質シリコン膜32が形成されている。p型非晶質シリコン膜32の上には、第2の電極層42が形成されている。第2の電極層42の上には、バスバー電極52及びフィンガー電極54が形成されている。
 n型結晶シリコン基板10は、単結晶シリコンから形成されていてもよいし、多結晶シリコンから形成されていてもよい。また、本明細書において、「非晶質シリコン」には、微結晶シリコンも含まれる。微結晶シリコンとは、非晶質シリコン中にシリコン結晶が析出しているものをいう。
 本実施形態においては、n型非晶質シリコン膜31の面方向(x方向及びy方向)における端部31bの厚みが、面方向(x方向及びy方向)の中央部の厚みtより薄くなるように、端部31bに向かって厚みが薄くなる傾斜領域31aがn型非晶質シリコン膜31に形成されている。
 本実施形態では、n型非晶質シリコン膜31の端部31bに傾斜領域31aを設けることにより、n型非晶質シリコン膜31を形成する際に、n型非晶質シリコン膜31がn型結晶シリコン基板10の側面に回り込むのを防止している。したがって、n型非晶質シリコン膜31とp型非晶質シリコン膜32とが、n型結晶シリコン基板10の側面上で接触するのを防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。
 本実施形態では、従来のように、n型非晶質シリコン膜が形成されていない領域が存在しないので、発電効率及びパッシベーション性を高めることができる。したがって、セル特性を向上させることができる。
 n型非晶質シリコン膜31の端部31bの厚みは、中央部の厚みtの50%以下となるように傾斜領域31aが形成されていることが好ましい。面方向における傾斜領域31aの幅Wは、面方向におけるn型非晶質シリコン膜31全体の幅Wの0.1~2%の範囲内であることが好ましい。
 本実施形態では、第1の真性非晶質シリコン膜21にも、傾斜領域21aが形成されている。傾斜領域21aは、傾斜領域31aの傾斜角度とほぼ同程度の傾斜角度となるように形成されている。
 また、本実施形態では、p型非晶質シリコン膜32にも、n型非晶質シリコン膜31の傾斜領域31aと同様の傾斜領域32aが形成されている。すなわち、p型非晶質シリコン膜32にも、p型非晶質シリコン膜32の面方向における端部32bの厚みが、面方向の中央部の厚みより薄くなるように、端部32bに向かって厚みが薄くなる傾斜領域32aが形成されている。したがって、p型非晶質シリコン膜32を形成する際にも、p型非晶質シリコン膜32がn型結晶シリコン基板10の側面に回り込むのを防止することができ、n型非晶質シリコン膜31とp型非晶質シリコン膜32とが、n型結晶シリコン基板10の側面上で接触するのをより確実に防止することができる。第2の真性非晶質シリコン膜22にも、傾斜領域22aが形成されている。傾斜領域22aは、傾斜領域32aの傾斜角度とほぼ同程度の傾斜角度となるように形成されている。
 n型非晶質シリコン膜31におけるドーパント濃度は、第1の真性非晶質シリコン膜21におけるドーパント濃度よりも高く、1×1020cm-3以上であることが好ましい。また、n型非晶質シリコン膜31の厚みtは、n型結晶シリコン基板10内部で発生したキャリアを接合部で効果的に分離し、かつキャリアを第1の電極層41で効率よく収集できる程度に厚くすることが好ましい。具体的には、n型非晶質シリコン膜31の厚みtは、1nm以上50nm以下であることが好ましい。
 n型結晶シリコン基板10におけるドーパント濃度は、第1の真性非晶質シリコン膜21及び第2の真性非晶質シリコン膜22におけるドーパント濃度よりも高く、1×1020cm-3以上であることが好ましい。
 p型非晶質シリコン膜32におけるドーパント濃度は、第2の真性非晶質シリコン膜22におけるドーパント濃度よりも高く、1×1020cm-3以上であることが好ましい。また、p型非晶質シリコン膜32の厚みは、光の吸収をできるだけ少なくするように薄くし、一方で光電変換部で発生したキャリアを接合部で効果的に分離し、かつキャリアを第2の電極層42で効率よく収集できる程度に厚くすることが好ましく、具体的には、p型非晶質シリコン膜32の厚みは、1nm以上50nm以下であることが好ましい。
 第1及び第2の真性非晶質シリコン膜21及び22におけるp型またはn型のドーパント濃度は、5×1018cm-3以下であることが好ましい。また、真性非晶質シリコン膜21及び22の厚みは、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方でn型結晶シリコン基板10の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好ましい。具体的には、1nm以上25nm以下であることが好ましく、さらには2nm以上10nm以下であることが好ましい。
 本実施形態において、第1及び第2の電極層41及び42は透明電極である。本実施形態の太陽電池1は、第2の主面12側を受光面側としてもよいし、第1の主面11側を受光面側としてもよい。また、両面受光タイプの太陽電池としてもよい。
 第1及び第2の電極層41及び42の厚みは、50nm以上150nm以下であることが好ましく、さらには70nm以上120nm以下であることが好ましい。第1及び第2の電極層41及び42の厚みを上記の範囲内にすることにより、入射する光の吸収を抑えつつ、電気抵抗が高くなることを抑制できる。
 バスバー電極51及び52並びにフィンガー電極53及び54は、一般的な太陽電池におけるバスバー電極及びフィンガー電極の形成方法より形成することができる。例えば、バスバー電極51及び52並びにフィンガー電極53及び54は、Ag(銀)ペーストを印刷することにより形成することができる。本実施形態においては、バスバー電極を形成しているが、バスバー電極を形成しないバスバーレスであってもよい。
 (第2の実施形態)
 図3は、第2の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。本実施形態では、p型非晶質シリコン膜32及び第2の真性非晶質シリコン膜22に傾斜領域が形成されていない。それ以外については、第1の実施形態と同様である。したがって、本実施形態においても、n型非晶質シリコン膜31とp型非晶質シリコン膜32とが接触するのを防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。また、発電効率及びパッシベーション性を高めることができ、セル特性を向上させることができる。
 (第3の実施形態)
 図4は、第3の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。本実施形態では、第1の真性非晶質シリコン膜21及び第2の真性非晶質シリコン膜22に傾斜領域が形成されていない。それ以外については、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の真性非晶質シリコン膜21及び第2の真性非晶質シリコン膜22は、n型結晶シリコン基板10の端部までほぼ同じ厚みで形成されている。このため、第1の実施形態よりもパッシベーション性を高めることができる。本実施形態においても、n型非晶質シリコン膜31とp型非晶質シリコン膜32とが接触するのを防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。また、発電効率及びパッシベーション性を高めることができ、セル特性を向上させることができる。
 (第4の実施形態)
 図5は、第4の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。本実施形態では、第1の真性非晶質シリコン膜21に傾斜領域が形成されていない。それ以外については、第2の実施形態と同様である。したがって、第1の真性非晶質シリコン膜21は、n型結晶シリコン基板10の端部までほぼ同じ厚みで形成されている。このため、第2の実施形態よりもパッシベーション性を高めることができる。本実施形態においても、n型非晶質シリコン膜31とp型非晶質シリコン膜32とが接触するのを防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。また、発電効率及びパッシベーション性を高めることができ、セル特性を向上させることができる。
 上記第1~第4の実施形態では、n型非晶質シリコン膜31とn型結晶シリコン基板10との間に、第1の真性非晶質シリコン膜21が設けられており、p型非晶質シリコン膜32とn型結晶シリコン基板10との間に、第2の真性非晶質シリコン膜22が設けられている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。n型結晶シリコン基板10の上に、直接n型非晶質シリコン膜31及びp型非晶質シリコン膜32がそれぞれ設けられていてもよい。
 上記第1~第4の実施形態では、第2の主面12側にpn接合を形成しているが、第1の主面11側にpn接合を形成してもよい。
 (製造方法)
 太陽電池1の各層は、以下のようにして形成することができる。まず、n型結晶シリコン基板10の表面は、各層の成膜前に洗浄されていることが好ましい。具体的には、フッ化水素酸溶液やRCA洗浄液を用いて行うことができる。また、水酸化カリウム水溶液(KOH水溶液)等のアルカリ性エッチング液を用いて、n型結晶シリコン基板10の表面や裏面にテクスチャ構造を形成することが好ましい。この場合、(100)面を有するn型結晶シリコン基板10をアルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることによって、ピラミッド型の(111)面を有するテクスチャ構造を形成することができる。
 また、第1の真性非晶質シリコン膜21及び第2の真性非晶質シリコン膜22との整合性を良くするために、第1の真性非晶質シリコン膜21及び第2の真性非晶質シリコン膜22の成膜前に所定の酸化処理をして、酸化界面を形成してもよい。所定の酸化処理としては、大気や湿度制御された雰囲気中に所定時間放置するか、オゾン水処理、過酸化水素水処理、オゾナイザー処理などを適宜使用することが出来る。
 第1の真性非晶質シリコン膜21、第2の真性非晶質シリコン膜22、n型非晶質シリコン膜31、及びp型非晶質シリコン膜32は、プラズマ化学気相成長、熱化学気相成長、光化学気相成長およびスパッタリングなどの方法により形成することができる。プラズマ化学気相成長には、RFプラズマ方式、VHFプラズマ方式、さらにマイクロ波プラズマ方式などいずれの手法を用いてもよい。例えばRFプラズマ化学気相成長を用いる場合は、シラン(SiH)等のケイ素含有ガス、ジボラン(B)等のp型ドーパント含有ガスおよびホスフィン(PH)等のn型ドーパント含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にRF高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱されたn型結晶シリコン基板10の表面に供給することによって形成することができる。なお、成膜時の基板温度は150℃から250℃の範囲にあることが好ましい。また、成膜時のRF電力密度は1mW/cmから10mW/cmの範囲にあることが好ましい。
 図6は、傾斜領域を有する非晶質シリコン膜を形成する方法を説明するための模式的断面図である。図6に示すように、n型結晶シリコン基板10の第1の主面11の上に、マスク60を配置する。マスク60は、開口61を有している。マスク60の開口61側の端面60aは、第1の主面11に近づくにしたがって開口61が大きくなるように傾斜している。このようなマスク60を、n型結晶シリコン基板10の第1の主面11の上に配置する。この状態で、第1の主面11の上に、第1の真性非晶質シリコン膜21及びn型非晶質シリコン膜31を、例えば、プラズマ化学気相成長法などの上記方法で順次成膜することにより、第1の真性非晶質シリコン膜21及びn型非晶質シリコン膜31に傾斜領域21a及び31aを形成することができる。
 傾斜領域22a及び32aを有する第1の実施形態の第2の真性非晶質シリコン膜22及びp型非晶質シリコン膜32も、同様にして形成することができる。
 図7は、傾斜領域を有しない非晶質シリコン膜を形成する方法を説明するための模式的断面図である。図7に示すように、n型結晶シリコン基板10の第2の主面12の上に、マスク70を配置する。マスク70は、開口71を有している。マスク70の開口71側の端面70aは、垂直方向(z方向)に延びるように形成されており、図6に示すマスク60の端面60aのように傾斜していない。このようなマスク70を、n型結晶シリコン基板10の第2の主面12の上に配置する。この状態で、第2の主面12の上に、第2の真性非晶質シリコン膜22及びp型非晶質シリコン膜32を、例えば、プラズマ化学気相成長法などの上記方法で順次成膜することにより、傾斜領域を有しない第2の真性非晶質シリコン膜22及びp型非晶質シリコン膜32を形成することができる。
 第2の実施形態及び第4の実施形態における第2の真性非晶質シリコン膜22及びp型非晶質シリコン膜32は、図7に示すこのような方法で形成することができる。また、第3の実施形態及び第4の実施形態における第1の真性非晶質シリコン膜21及び第2の真性非晶質シリコン膜22も、同様にこのような方法で形成することができる。
 第3の実施形態は、このようにして第1の真性非晶質シリコン膜21及び第2の真性非晶質シリコン膜22を形成した後、図6に示す方法によりn型非晶質シリコン膜31及びp型非晶質シリコン膜32を形成している。第4の実施形態は、上記のようにして第1の真性非晶質シリコン膜21を形成した後、図6に示す方法によりn型非晶質シリコン膜31を形成している。
1…太陽電池
10…n型結晶シリコン基板
11,12…第1,第2の主面
21,22…第1,第2の真性非晶質シリコン膜
21a,22a…傾斜領域
31…n型非晶質シリコン膜
31a…傾斜領域
31b…端部
32…p型非晶質シリコン膜
32a…傾斜領域
32b…端部
41,42…第1,第2の電極層
51,52…バスバー電極
53,54…フィンガー電極
60,70…マスク
60a,70a…端面
61,71…開口

Claims (5)

  1.  第1の主面、及び前記第1の主面と反対側に設けられる第2の主面を有するn型結晶シリコン基板と、
     前記第1の主面側に設けられるn型非晶質シリコン膜と、
     前記第2の主面側に設けられるp型非晶質シリコン膜とを備え、
     前記n型非晶質シリコン膜の面方向における端部の厚みが、前記面方向の中央部の厚みより薄くなるように、前記端部に向かって厚みが薄くなる傾斜領域が形成されている、太陽電池。
  2.  前記n型非晶質シリコン膜の前記端部の厚みが、前記中央部の厚みの50%以下となるように前記傾斜領域が形成されている、請求項1に記載の太陽電池。
  3.  前記面方向における前記傾斜領域の幅が、前記面方向における前記n型非晶質シリコン膜全体の幅の0.1~2%の範囲内である、請求項1または2に記載の太陽電池。
  4.  前記p型非晶質シリコン膜は、前記p型非晶質シリコン膜の面方向における端部の厚みが、前記面方向の中央部の厚みより薄くなるように、前記端部に向かって厚みが薄くなる傾斜領域が形成されている、請求項1~3のいずれか一項に記載の太陽電池。
  5.  前記n型非晶質シリコン膜と前記n型結晶シリコン基板との間に、第1の真性非晶質シリコン膜が設けられており、前記p型非晶質シリコン膜と前記n型結晶シリコン基板との間に、第2の真性非晶質シリコン膜が設けられている、請求項1~4のいずれか一項に記載の太陽電池。
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