JP2016111357A5

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Publication number: JP2016111357A5
Application number: JP2015232128A
Authority: JP
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2035-11-27

Description

ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側には、基板内に光を閉じ込めるためのテクスチャー構造を構成する微小凹凸１Ｔが５μｍ程度の深さで形成されている。ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａの表層部、すなわち微小凹凸１Ｔの表層部には、ｎ型拡散層２が形成されてｐｎ接合部を形成している。すなわち、微小凹凸１Ｔの表層部には、ｎ型の不純物の拡散によりシート抵抗が９０Ω／□となる低濃度のｎ型拡散層が形成され、第１領域２Ｔを構成している。また、ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側においてはグリッド電極７Ｇの直下はグリッド電極７Ｇの電気的な接触抵抗を下げるために低抵抗のｎ型拡散層が形成され、第２領域２Ｄを構成していてもよい。高抵抗のｎ型拡散層である第１領域２Ｔ上をはじめグリッド電極７Ｇおよびバス電極７Ｂ上を除く太陽電池１０の受光面１Ａ表面には、パッシベーション膜としての酸化シリコン膜５と、入射する光の反射を低減して光利用率を向上するための反射防止膜としての窒化シリコン膜６とが形成されている。

次に、ｐ型単結晶シリコン基板１の受光面１Ａ側に窒化シリコン膜６を成膜する。窒化シリコン膜６の成膜には、常圧化学気相成長（ＡＰＣＶＤ：ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いる。成膜で用いられるガスは、ＳｉＨ₄、Ｎ₃、ＮＨ₃、Ｏ₂である。成膜温度は３００℃以上である。窒化シリコン膜６の膜厚は１０ｎｍから２００ｎｍ程度である。窒化シリコン膜６は、受光面１Ａにおいては、高いパッシベーション効果に加えて、反射防止膜として利用できる。

この場合、高濃度の不純物領域はグリッド電極７Ｇに近い側の領域に形成されている。これはグリッド電極７Ｇに近い部分であればあるほど、グリッド電極７Ｇに集電される光生成によるキャリアが増えることから、抵抗値Ｒを小さくすることで、抵抗損失Ｗ_Ｌoss＝ＲＩ^２を小さくすることができるためである。式中、Ｒは抵抗値、Ｉは電流値である。

前記実施の形態１から３では、第２導電型の不純物領域が、集電部であるバス電極７Ｂを囲む第１領域２Ｔで、集電部であるバス電極７Ｂから離間した、第２領域２Ｄよりも不純物濃度が低くなるようにし、第１の集電電極形成面のシート抵抗が高くなるようにすることで、セル上のすべての点において寄生抵抗成分による電圧降下が等しくなるようにしている。このほか、第２導電型の不純物領域のシート抵抗に分布をもたせるだけでなく、半導体基板そのものの不純物濃度に分布をもたせ、シート抵抗が分布をもつようにしてもよい。あるいは透光性導電膜のシート抵抗に分布をもたせるようにしてもよい。半導体基板そのものの不純物濃度に分布をもたせ、第１の集電電極形成面のシート抵抗が分布をもつようにした場合においても、半導体基板の第１領域は、光によって生成されたキャリアがグリッド電極７Ｇを通る距離が短く、グリッド電極７Ｇによる電圧降下が小さいため、シート抵抗が高くても良い。これに対して半導体基板の第２領域では、グリッド電極７Ｇに集められたキャリアがグリッド電極７Ｇを通る距離が長く、グリッド電極７Ｇによる電圧降下が大きいため、シート抵抗が小さくなるようにし、電圧降下を抑制する。全体の出力特性はこの２つの領域における電流電圧特性の重ね合わせになるため、理想的にはセル上のすべての点において寄生抵抗成分による電圧降下が等しくなるように調整するのが好ましい。このためには当該場所において生成された電荷がグリッド電極７Ｇを通る距離が長い場所ほど当該場所における半導体基板のシート抵抗が低くなるように形成された、多段階の不純物領域であることが好ましい。透光性導電膜のシート抵抗に分布をもたせる場合については実施の形態４において、半導体基板に濃度分布をもたせる場合については実施の形態６および７において、後述する。

実施の形態４．
図８（ａ）および（ｂ）は、実施の形態４にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。実施の形態１から３で説明した太陽電池は拡散型太陽電池であるが、本実施の形態に係る太陽電池は、ヘテロ接合型の太陽電池である。本実施の形態では、ｐｎ接合を構成する導電型層の不純物濃度を変えるのではなく、導電型層上に形成される透光性導電膜のシート抵抗に面内分布を持たせたことを特徴とする。本実施の形態では、第１導電型の半導体基板であるｎ型単結晶シリコン基板１ｎとｐｎ接合を形成する第２導電型の不純物領域であるｐ型非晶質シリコン層２ｐ上に形成される透光性導電膜１４のシート抵抗に分布を持たせたことを特徴とする。また、ｎ型単結晶シリコン基板１ｎとｐ型非晶質シリコン層２ｐとの間には、非晶質シリコンｉ層２ｉが形成される。透光性導電膜１４のうち、バス電極７Ｂ下を含む第１の透光性導電領域を構成する第１の透光性導電膜１４Ｔが、バス電極７Ｂから離間した、ｎ型単結晶シリコン基板１ｎの周縁部を含む第２の透光性導電領域を構成する第２の透光性導電膜１４Ｄよりもシート抵抗が高くなっている。層構成については後述するが、透光性導電膜１４のシート抵抗に分布を持たせた点以外は通例のヘテロ接合型太陽電池である。

本実施の形態の太陽電池１０Ｒでは、ｎ型単結晶シリコン基板１ｎの受光面１Ａ側、裏面１Ｂ側、それぞれに、透光性導電膜１４，１５を備える。

図１１は、実施の形態５の太陽電池モジュールの変形例に用いられるバス電極を持たない太陽電池のストリングを模式的に示す図である。この例では第１〜第３の太陽電池セル１０ａ〜１０ｃは図１１に示すように、タブ線２０によって、シャドウロスを生じる遮光領域が少なく、かつセル間領域も小さく、高密度に接続されたストリングＳを構成する。タブ線２０は太陽電池セルの裏面から伸びて、第１の太陽電池セル１０ａと第２の太陽電池セル１０ｂのコーナー部分をとおり、タブ線２０とタブ線コンタクト用電極１７とがはんだにより接着される。この太陽電池モジュールは、太陽電池セルのコーナー部分の２箇所にタブ線コンタクト用電極１７を設け、そこから放射状にグリッド電極７Ｇを形成したことを特徴とするものである。グリッド電極７Ｇは長くなるため、抵抗率の低い銅めっきなどによって形成されることが望ましい。

この例では、高濃度の不純物領域はタブ線コンタクト用電極１７から遠い領域に形成されている。これはタブ線コンタクト用電極１７から遠い部分では抵抗損失が大きくなるため、高濃度領域とし、グリッド電極７Ｇに集電される光生成によるキャリア濃度を高くし、抵抗値Ｒを小さくすることで、抵抗損失Ｗ_Ｌoss＝ＲＩ^２を小さくすることができるためである。式中、Ｒは抵抗値、Ｉは電流値である。

実施の形態６．
図１２は、実施の形態６にかかる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は、第１導電型の半導体基板としてのｐ型単結晶シリコン基板１Ｓの比抵抗を示す図である。本実施の形態に係る太陽電池では実施の形態１の太陽電池と異なり、ｐ型単結晶シリコン基板１Ｓ上に設けたｎ型拡散層の不純物濃度は均一としている。この太陽電池のセル構成は、ｎ型拡散層である第１および第２領域２Ｔ，２Ｄの平面配置および受光面側の電極配置以外の部分は実施の形態１と同様である。本実施の形態に係る太陽電池では、バス電極７Ｂをｐ型単結晶シリコン基板１Ｓの１辺に沿って配し、バス電極７Ｂからグリッド電極７Ｇが他辺に向かって伸びるようにしている。そしてバス電極７Ｂから遠ざかる位置であるほど、ｐ型単結晶シリコン基板１Ｓの不純物濃度が高くなるように不純物濃度を分布させていることを特徴とする。ｐ型単結晶シリコン基板１Ｓのかかる不純物面内分布上にバス電極７Ｂを選択的に配置することにより、出力特性をさらに向上させることができる。

また第１領域２Ｔのシート抵抗が９０Ω／□で第２領域２Ｄのシート抵抗が７０Ω／□の場合の変換効率は２０．１５％であって、このことから第１領域２Ｔと第２領域２Ｄのシート抵抗値の差分はある程度大きい場合において効果的な出力特性が得られることがわかった。

＜実施例２＞
表２は、実施の形態２にもとづいて作製された太陽電池の太陽電池特性の測定結果を実施例２として示す表である。実施例２では実施の形態２にもとづいて太陽電池１０Ｐを作製した。

＜実施例３＞
表３は実施の形態３にもとづいて作製された太陽電池の太陽電池特性の測定結果を実施例３として示す表である。実施例３では実施の形態３にもとづいて、図７（ａ）および（ｂ）に示したように、バス電極７Ｂおよびグリッド電極７Ｇ直下を高濃度領域である第２領域２Ｄとしたものである。他の部分については実施の形態１と同様に形成した。

また第１領域２Ｔのシート抵抗を９０Ω／□で第２領域２Ｄのシート抵抗を７０Ω／□とした。この場合の変換効率は２０．３７％であった。表１との比較によっても、実施例３の場合短絡電流値は若干小さくなっているが曲線因子が向上し、実施例１に比べて変換効率が向上している。

図１１に実施例５で用いた太陽電池モジュールのストリングの図を示す。タブ線とセルの接続部分は太陽電池セルのコーナー部分のみで限定的になっており、タブ線２０が太陽電池セル１０ａから１０ｃの受光面積を減らすことによる遮光損失は低減される。しかしながらこの場合はグリッド電極の長さが図１に示すような電極構造と比較して長くなってしまうため、タブ線コンタクト用電極１７から離れた部分における面内の電圧降下が大きくなる。このため図１１で示すようにタブ線コンタクト用電極１７に近い部分を第１領域２Ｔとし、シート抵抗を９０Ω／□、コンタクト用電極部から遠い部分を第２領域２Ｄとし、シート抵抗を５０Ω／□とした。比較例として第１領域と第２領域が共に９０Ω／□の太陽電池モジュールも作製した。

＜実施例６＞
表６に実施の形態６にもとづいて作製された太陽電池の特性の測定結果を示している。実施例６では実施の形態６の図１２（ａ）から（ｃ）に示した例にもとづいて太陽電池セルを作製した。作製した太陽電池セルは、一般的に用いられる１５６ｍｍ×１５６ｍｍのｐ型単結晶シリコン基板を縦と横に４等分にカットして３９ｍｍ×３９ｍｍのサイズのシリコン基板に太陽電池セルを形成した。カットしたウェハの厚みは１８０μｍとした。太陽電池セル受光面側の不純物拡散層であるｎ型拡散層２のシート抵抗値は７０Ω／□とした。電極はシート抵抗の高い辺側にバス電極７Ｂを設け、バス電極７Ｂに接続するグリッド電極７Ｇを２ｍｍ間隔で設けた。比較例として、シート抵抗の低い辺側にバス電極７Ｂを設けた、実施例６と逆の関係で基板シート抵抗分布とバス電極７Ｂを形成した比較例の太陽電池セルも同時に作製した。

１ｐ型単結晶シリコン基板、１ｎｎ型単結晶シリコン基板、１Ｔ微小凹凸、１Ｅ端部、２ｎ型拡散層、２Ｔ第１領域、２Ｄ第２領域、７第１の集電電極、７Ｂバス電極、７Ｇグリッド電極、８第２の集電電極、９ＢＳＦ層、１０，１０Ｐ，１０Ｓ，１０Ｒ，１０Ｎ太陽電池、１４，１５透光性導電膜、１４Ｔ第１の透光性導電膜、１４Ｄ第２の透光性導電膜、１７タブ線コンタクト用電極、２０タブ線、３０外部取出しリード、３１封止樹脂、３２ガラス板、３３バックフィルム、１００太陽電池モジュール。

Claims

第１および第２主面を有する第１導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１または第２主面に形成された第２導電型の不純物領域と、
前記第１導電型の半導体基板または前記第２導電型の不純物領域上に形成された複数のグリッド電極と、前記グリッド電極を接続し外部接続する集電部とを含む第１の集電電極と、
前記半導体基板の前記第１の集電電極と対向する面側に形成された第２の集電電極とを備え、
前記集電部を囲む第１領域で、前記集電部から離間した第２領域よりも、前記第１の集電電極形成面のシート抵抗が高いことを特徴とする太陽電池。
前記第１の集電電極形成面において、前記第１導電型の半導体基板または前記第２導電型の不純物領域は、前記集電部を囲む第１領域で、前記集電部から離間した第２領域よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記半導体基板の前記第１主面に形成された第２導電型の不純物領域と、
前記第２導電型の不純物領域上に形成された複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極を接続し外部接続する集電部とを含む第１の集電電極と、
前記半導体基板の第２主面側に形成された第２の集電電極とを備え、
前記第２導電型の不純物領域は、前記集電部を囲む第１領域で、前記集電部から離間した第２領域よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
前記半導体基板の前記第１主面に形成された第２導電型の不純物領域と、
前記第２導電型の不純物領域上に形成された複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極を接続し外部接続する集電部とを含む第１の集電電極と、
前記半導体基板の第２主面側に形成された第２の集電電極とを備え、
前記第１導電型の半導体基板は、前記集電部を囲む第１領域で、前記集電部から離間した第２領域よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
前記半導体基板の前記第１主面に形成された第２導電型の不純物領域と、
前記半導体基板の前記第２主面上に形成された複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極を接続し外部接続する集電部とを含む第１の集電電極と、
前記第２導電型の不純物領域上に形成された第２の集電電極とを備え、
前記第１導電型の半導体基板は、前記集電部を囲む第１領域で、前記集電部から離間した第２領域よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
前記第２導電型の不純物領域は、第２導電型の拡散層であり、
前記集電部は、
前記第２導電型の拡散層上に形成され、前記複数のグリッド電極を接続するバス電極を備え、
前記バス電極を囲む前記第１領域で、前記バス電極から離間した、前記半導体基板の周縁部を含む前記第２領域よりも不純物濃度が低いことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
前記第２領域の不純物濃度は、前記複数のグリッド電極を接続するバス電極から遠ざかるにつれて段階的に高くなっていることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の太陽電池。
前記第２領域の不純物濃度は、前記複数のグリッド電極を接続するバス電極から遠ざかるにつれてなだらかに高くなっていることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の太陽電池。
前記第２領域は、前記グリッド電極を囲むことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
前記第２領域と前記第１領域とのシート抵抗値の差が２０Ω／□以上であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の太陽電池。
前記第１領域と前記第２領域との境界は、前記バス電極から遠ざかるに従って前記グリッド電極からの距離が増大することを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
前記複数のグリッド電極を接続するバス電極直下は、前記第１領域よりも高濃度の不純物領域で構成されたことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
前記バス電極直下は、前記第２領域と同じ濃度の不純物領域で構成されたことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池。
前記第１導電型の半導体基板または前記第２導電型の不純物領域上に形成された透光性導電膜と、
前記透光性導電膜上に形成された複数の前記グリッド電極と、前記グリッド電極を接続し外部接続する前記集電部とを含む前記第１の集電電極と、
前記半導体基板の前記第２主面側に形成された前記第２の集電電極とを備え、
前記透光性導電膜は、前記集電部を囲む第１の透光性導電領域を構成する第１の透光性導電膜と、前記集電部から離間した第２の透光性導電領域を構成する、前記第１の透光性導電膜よりも低抵抗の第２の透光性導電膜とを含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記集電部は、
前記第２導電型の不純物領域上に形成され、前記複数のグリッド電極を接続するバス電極を備え、
前記バス電極を囲む前記第１の透光性導電領域を構成する前記第１の透光性導電膜は、前記バス電極から離間した、前記半導体基板の周縁部を含む前記第２の透光性導電領域よりもシート抵抗の低い透光性導電膜で構成されたことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池。
前記第１および第２の透光性導電膜は、酸化錫であり、
互いに錫濃度が異なることを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池。
前記第１の透光性導電領域と前記第２の透光性導電領域との境界は、前記バス電極から遠ざかるに従って前記グリッド電極からの距離が増大することを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池。
請求項１から１７のいずれか１項に記載の太陽電池と、
前記太陽電池の集電部に接続されるタブ線とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。
第１および第２主面を有する第１導電型の半導体基板の前記第１主面に第２導電型の拡散層を形成し、ｐｎ接合を形成する工程と、
前記半導体基板上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜に開口領域を形成する工程と、
前記パッシベーション膜の前記開口領域に対して前記パッシベーション膜をマスクとして、第２導電型不純物を拡散させ、前記第２導電型の拡散層からなる第１領域と高濃度の拡散層からなる第２領域とを形成する選択拡散工程と、
前記第１領域にバス電極を形成するとともに、前記バス電極に接続され、一部が前記第２領域上となるグリッド電極を形成し、集電電極を形成する工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
第１および第２主面を有する第１導電型の半導体基板の前記第１主面に第２導電型の不純物領域を形成し、ｐｎ接合を形成する工程と、
前記第２導電型の不純物領域上に透光性導電膜を形成する工程と、
前記透光性導電膜上に複数のグリッド電極と、前記グリッド電極を接続し外部接続する集電部とを含む第１の集電電極を形成する工程と、
前記半導体基板の第２主面側に第２の集電電極を形成する工程とを備え、
前記透光性導電膜を形成する工程は、前記集電部を囲む第１の透光性導電領域を構成する第１の透光性導電膜と、前記集電部から離間した第２の透光性導電領域を構成する、第１の透光性導電膜よりも低抵抗の第２の透光性導電膜とを形成する工程であることを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記集電部は、
前記第２導電型の不純物領域上に形成され、前記複数のグリッド電極を接続するバス電極を備え、
前記バス電極下を含む前記第１の透光性導電領域を構成する第１の透光性導電膜は、前記バス電極から離間した、前記半導体基板の周縁部を含む前記第２の透光性導電領域よりもシート抵抗の低い透光性導電膜で構成されたことを特徴とする請求項２０に記載の太陽電池の製造方法。
前記透光性導電膜を形成する工程は、
スパッタリング法により、互いに錫濃度が異なる酸化錫からなる第１および第２の透光性導電膜を形成する工程であることを特徴とする請求項２１に記載の太陽電池の製造方法。