JP5103038B2 - Photoelectric conversion element, solar cell module, solar power generation system - Google Patents
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Description
本発明は、太陽光などの光の照射を受けてそのエネルギーを直接電気エネルギーに変える、太陽電池素子に代表される光電変換素子及びこの素子を備える太陽電池モジュール及び太陽光発電システムに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element typified by a solar battery element, a solar battery module including this element, and a solar power generation system, which are irradiated with light such as sunlight and change its energy directly into electric energy.
通常、結晶シリコン太陽電池の母材には、p型半導体基板が用いられる。このp型半導体基板を用いた太陽電池の特性改善の技術として、基板の裏面に基板よりも高濃度にp型不純物を有するp+層を形成し、p層−p+層の内部電界により裏面電界層が形成することが一般的に行われている。しかしながら、このp+層を形成するために高濃度のp型不純物を添加する必要があるが、この添加が基板裏面の品質を低下させるという問題があった。また、通常、p+層の形成は、アルミニウムペーストを印刷焼成して実現されるが、この形成過程は700℃前後の焼成工程を経るために、シリコンとアルミニウムの熱膨張係数の違いから熱応力を発生し、基板の反りや割れの原因となることが知られている。 Usually, a p-type semiconductor substrate is used as a base material of a crystalline silicon solar cell. As a technique for improving the characteristics of a solar cell using this p-type semiconductor substrate, a p + layer having p-type impurities at a higher concentration than the substrate is formed on the back surface of the substrate, and the back surface is generated by an internal electric field of the p layer-p + layer. It is common practice to form an electric field layer. However, in order to form the p + layer, it is necessary to add a high-concentration p-type impurity. However, this addition has a problem that the quality of the back surface of the substrate is deteriorated. Usually, the formation of the p + layer is realized by printing and baking an aluminum paste. However, since this formation process goes through a baking process at around 700 ° C., the thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between silicon and aluminum. Is known to cause warping and cracking of the substrate.
これまでに、アルミニウムの印刷焼成に代わるp+層の形成方法として、Bなどのp型不純物を熱拡散する方法や、p型の半導体膜を基板表面に堆積する方法などが検討されてきた。しかしながら、何れも実用化されていない。前者は高温長時間の熱処理を要するために製造コストが高いこと、後者はデバイス性能がSi/半導体膜界面特性に依存することや半導体膜に多数キャリアを流す必要があることなどから、高品質な半導体膜が必要となり、十分に低コストな製造技術が確立されていないことが原因である。 So far, methods for thermally diffusing p-type impurities such as B and methods for depositing a p-type semiconductor film on a substrate surface have been studied as methods for forming a p + layer in place of printing and baking aluminum. However, none has been put into practical use. The former requires high-temperature and long-time heat treatment, resulting in high manufacturing costs. The latter has high quality because the device performance depends on the Si / semiconductor film interface characteristics and the majority of carriers must flow through the semiconductor film. This is because a semiconductor film is required and a sufficiently low-cost manufacturing technique has not been established.
p+層は、裏面近傍における再結合損失を抑制する等の目的で設けられる。高温長時間の熱処理を必要とせず、また、高品質な半導体膜を形成せずとも再結合損失を抑制することができる技術が望まれている。 The p + layer is provided for the purpose of suppressing recombination loss in the vicinity of the back surface. A technique that can suppress recombination loss without requiring high-temperature and long-time heat treatment and without forming a high-quality semiconductor film is desired.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高温長時間の熱処理を必要とせず、また、高品質な半導体膜を形成せずとも再結合損失を抑制することができる光電変換素子を提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and does not require a high-temperature and long-time heat treatment, and can also suppress recombination loss without forming a high-quality semiconductor film. An element is provided.
本発明の光電変換素子は、第1導電型の第1半導体層と、第1半導体層に接して設けられた第2導電型の第2半導体層と、第1半導体層の裏面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた導電層を備え、前記導電層は、第1半導体層と電気的に分離され且つ第2半導体層に電気的に接続されている。 The photoelectric conversion element of the present invention is provided on a first conductive type first semiconductor layer, a second conductive type second semiconductor layer provided in contact with the first semiconductor layer, and a back surface of the first semiconductor layer. An insulating layer and a conductive layer provided on the insulating layer, the conductive layer being electrically isolated from the first semiconductor layer and electrically connected to the second semiconductor layer.
光電変換素子では、第1半導体層と第2半導体層の間で使用材料に応じた拡散電位が形成され、発電時には、その拡散電位に応じた光起電圧(動作電圧ともいう。)が生じる。光起電圧は、結晶シリコンの場合、0.5V程度である。
本発明によれば、導電層が第2半導体層に電気的に接続されているので、第1半導体層と第2半導体層の間で発生した電圧が第1半導体層と導電層の間に印加される。この印加された電圧によって第1半導体層の裏面近傍に第1導電型キャリアが高濃度に蓄積した蓄積層(第1導電型がp型層の場合はp+層)が形成される。
第1半導体層の裏面上の絶縁層は、例えば低温のプラズマCVD法などを用いて形成することができるため、高温長時間の熱処理は不要である。また、第1導電型層と蓄積層の界面が、第1半導体層の内部に形成されるために、絶縁層/第1導電型層の界面特性の影響を低減することができる。
従って、本発明の光電変換素子では、高温長時間の熱処理を必要とせず、また、高品質な半導体膜を形成せずとも再結合損失を抑制することができる。
In the photoelectric conversion element, a diffusion potential corresponding to the material used is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and a photovoltaic voltage (also referred to as an operating voltage) corresponding to the diffusion potential is generated during power generation. The photovoltaic voltage is about 0.5 V in the case of crystalline silicon.
According to the present invention, since the conductive layer is electrically connected to the second semiconductor layer, a voltage generated between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is applied between the first semiconductor layer and the conductive layer. Is done. By this applied voltage, an accumulation layer (a p + layer when the first conductivity type is a p-type layer) in which the first conductivity type carriers are accumulated at a high concentration is formed near the back surface of the first semiconductor layer.
Since the insulating layer on the back surface of the first semiconductor layer can be formed using, for example, a low-temperature plasma CVD method, heat treatment for a long time at a high temperature is not necessary. In addition, since the interface between the first conductivity type layer and the accumulation layer is formed inside the first semiconductor layer, the influence of the interface characteristics of the insulating layer / first conductivity type layer can be reduced.
Therefore, in the photoelectric conversion element of the present invention, recombination loss can be suppressed without requiring high-temperature and long-time heat treatment and without forming a high-quality semiconductor film.
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be exemplified.
第2半導体層は、その少なくとも一部が第1半導体層の受光面側に設けられ、第2半導体層の受光面上に第2半導体層に電気的に接続されるように設けられた受光面電極と、前記受光面電極と前記導電層を電気的に接続する接続部をさらに備えてもよい。この場合、第1半導体層と第2半導体層の間に発生した電圧を第1半導体層と導電層の間に確実に印加することができる。 The second semiconductor layer is at least partially provided on the light receiving surface side of the first semiconductor layer, and is provided on the light receiving surface of the second semiconductor layer so as to be electrically connected to the second semiconductor layer. You may further provide the connection part which electrically connects an electrode and the said light-receiving surface electrode, and the said conductive layer. In this case, the voltage generated between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be reliably applied between the first semiconductor layer and the conductive layer.
第1半導体層は、貫通孔を有し、前記接続部は、前記貫通孔を通じて前記受光面電極と前記導電層を電気的に接続してもよい。この場合、第1半導体層の周縁部の外側に接続部を配置する場合、接続部が他の光電変換素子や配線とショートする恐れがあるが、本実施形態では、接続部が第1半導体層の貫通孔を通るので、そのような恐れがない。 The first semiconductor layer may have a through hole, and the connection portion may electrically connect the light receiving surface electrode and the conductive layer through the through hole. In this case, when the connection portion is disposed outside the peripheral portion of the first semiconductor layer, the connection portion may be short-circuited with other photoelectric conversion elements or wirings. In this embodiment, the connection portion is the first semiconductor layer. There is no such fear because it passes through the through hole.
第2半導体層は、第1半導体層の受光面側から前記貫通孔の側面を通って第1半導体層の裏面側にまで延びるように設けられている。第2半導体層が貫通孔の途中まで延びているような場合には貫通孔の側壁において接続部と第1半導体層とが短絡する恐れがあるが、本実施形態では、第2半導体層が第1半導体層の裏面にまで延びているので、そのような恐れがない。 The second semiconductor layer is provided so as to extend from the light receiving surface side of the first semiconductor layer to the back surface side of the first semiconductor layer through the side surface of the through hole. When the second semiconductor layer extends partway through the through hole, the connection portion and the first semiconductor layer may be short-circuited on the side wall of the through hole. However, in the present embodiment, the second semiconductor layer is the first semiconductor layer. Since it extends to the back surface of one semiconductor layer, there is no such fear.
第2半導体層は、第1半導体層の受光面側にのみ、又は、第1半導体層の受光面側及び前記貫通孔の側壁にのみ設けられていてもよい。第2半導体層が第1半導体層の裏面にまで延びているとその分だけ第1半導体層の裏面に形成可能な蓄積層の面積が減少するが、本実施形態では、第2半導体層が第1半導体層の裏面側には形成されないので、蓄積層の面積を比較的広くすることができる。 The second semiconductor layer may be provided only on the light receiving surface side of the first semiconductor layer, or only on the light receiving surface side of the first semiconductor layer and on the side wall of the through hole. If the second semiconductor layer extends to the back surface of the first semiconductor layer, the area of the storage layer that can be formed on the back surface of the first semiconductor layer is reduced by that amount. Since it is not formed on the back side of one semiconductor layer, the area of the storage layer can be made relatively wide.
第2半導体層は、第1半導体層の受光面側に設けられた受光面部と、第1半導体層の裏面側に設けられた裏面部とを備え、前記導電層は、前記裏面部に電気的に接続されていてもよい。この場合、第1半導体層に貫通孔を設けることなく第1半導体層と導電層の間に電圧を印加することができる。 The second semiconductor layer includes a light receiving surface portion provided on the light receiving surface side of the first semiconductor layer and a back surface portion provided on the back surface side of the first semiconductor layer, and the conductive layer is electrically connected to the back surface portion. It may be connected to. In this case, a voltage can be applied between the first semiconductor layer and the conductive layer without providing a through hole in the first semiconductor layer.
第1半導体層の裏面上に設けられた裏面電極をさらに備え、前記裏面電極は、前記第1半導体層に電気的に接続され且つ前記導電層と電気的に分離されている。この場合、裏面電極を通じて第1半導体層から電流を取り出すことができる。 A back electrode provided on the back surface of the first semiconductor layer is further provided, and the back electrode is electrically connected to the first semiconductor layer and electrically separated from the conductive layer. In this case, a current can be extracted from the first semiconductor layer through the back electrode.
また、本発明は、上記光電変換素子を備える太陽電池モジュールや太陽光発電システムであってもよい。 Moreover, a solar cell module and a solar power generation system provided with the said photoelectric conversion element may be sufficient as this invention.
ここで示した種々の実施形態は、互いに組み合わせることができる。 The various embodiments shown here can be combined with each other.
以下,本発明の種々の実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す内容は,例示であって,本発明の範囲は,図面や以下の記述中で示すものに限定されない。以下、第1導電型がp型である場合を例にとって説明を進める。また、以下の説明中の「p型」と「n型」、「正孔」と「電子」、「正」と「負」を入れ替える等必要な読み替えをすることによって、以下の説明は、第1導電型がn型である場合にも基本的に適用可能である。 Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The contents shown in the drawings and the following description are examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description. Hereinafter, description will be given by taking as an example the case where the first conductivity type is p-type. In addition, the following explanation can be made by replacing the “p-type” and “n-type”, “hole” and “electron”, “positive” and “negative” in the following explanation, etc. Basically, the present invention can be applied to the case where one conductivity type is n-type.
1.第1実施形態
1−1.光電変換素子の構造
まず、図1(a),(b)を用いて本発明の第1実施形態の光電変換素子の構造を説明する。図1(a),(b)は、本実施形態の光電変換素子の構造を示す。図1(b)は、裏面図であり、図1(a)は、図1(b)中のI−I断面図である。
1. First embodiment 1-1. First, the structure of the photoelectric conversion element according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B show the structure of the photoelectric conversion element of this embodiment. 1B is a rear view, and FIG. 1A is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1B.
本実施形態の光電変換素子は、p型の第1半導体層(以下「p型層」と呼ぶ。)1と、第1半導体層1に接して設けられたn型の第2半導体層(以下「n型層」と呼ぶ。)3と、p型層1の裏面上に設けられた絶縁層5と、絶縁層5上に設けられた導電層7を備え、導電層7は、p型層1と電気的に分離されており且つn型層3に電気的に接続されている。n型層3は、p型層1の受光面側からp型層1に設けられた貫通孔の側面を通ってp型層1の裏面側にまで延びるように設けられている。
The photoelectric conversion element of this embodiment includes a p-type first semiconductor layer (hereinafter referred to as “p-type layer”) 1 and an n-type second semiconductor layer (hereinafter referred to as “p-type layer”) provided in contact with the
n型層3の受光面上には、n型層3に電気的に接続されるように受光面電極9が設けられている。p型層1の貫通孔内には導電層7と受光面電極9とを電気的に接続する接続部11が設けられている。n型層3の受光面上には反射防止膜15が設けられている。p型層1及びn型層3の受光面には任意に凹凸構造を設けてもよい。
A light receiving surface electrode 9 is provided on the light receiving surface of the n-
p型層1の裏面上には裏面電極13が設けられている。裏面電極13は、p型層1に電気的に接続され且つ導電層7から電気的に分離されている。裏面電極13は、図1(b)に示すように互いに分離された複数の島状電極からなっている。
A
1−2.再結合損失が抑制される作用
次に、図2を用いて、上記構成によって再結合損失が抑制される作用について説明する。図2は、上記光電変換素子の光照射時の、図1(a)中の直線II−IIに沿ったエネルギーバンド図を示す。
1-2. Next, the operation of suppressing the recombination loss by the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an energy band diagram along a straight line II-II in FIG. 1A when the photoelectric conversion element is irradiated with light.
図2に示すように上記構造の光電変換素子に対して光16が照射されると、受光面近傍においてp型層1とn型層3の間に光起電圧が発生する。n型層3にはp型層1に対して負電圧(結晶シリコンの場合、約−0.5V)が発生する。n型層3と導電層7は受光面電極9及び接続部11を通じて電気的に接続されているので、導電層7にはp型層1に対して負電圧が印加される。この負電圧によってp型層1中の正孔が絶縁層5に引き付けられると共にp型層1中の電子が絶縁層5から遠ざけられて絶縁層5直下のp型層1内に正孔が高濃度に蓄積した蓄積層17が形成される。蓄積層17では、エネルギーバンドが上向きに曲がっている。また、蓄積層17は、p型層1と導電層7の間に印加される電圧と絶縁層5の静電容量に応じた電荷を有している。
蓄積層17では、電子の濃度に比べて正孔の濃度が非常に大きいので、正孔と電子とが再結合する割合が小さくなる。従って、本実施形態によれば、再結合損失を抑制することができる。また、従来技術の項で記載したp+層では、高濃度の不純物添加によって再結合中心となる欠陥が導入されることがあるが、本実施形態では、高濃度の不純物添加を行うことなく蓄積層17を形成しているのでそのような欠陥が導入されることを防ぐことができる。
As shown in FIG. 2, when the photoelectric conversion element having the above structure is irradiated with
In the
1−3.光電変換素子の製造方法
次に、図3(a)〜(d)を用いて上記光電変換素子の製造方法の一例について説明する。
1-3. Method for Manufacturing Photoelectric Conversion Element Next, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion element will be described with reference to FIGS.
(1)貫通孔形成、表面凹凸加工工程
まず、図3(a)に示すように、p型半導体基板19に貫通孔21を形成する。半導体基板1の種類は、特に限定されないが、例えば、結晶シリコン基板である。半導体基板1の厚さは、好ましくは10〜300μmであり、さらに好ましくは50〜100μmである。貫通孔21の形成方法は、特に限定されない。貫通孔21は、例えばレーザー加工によって形成することができる。貫通孔21の形状や寸法は、特に限定されない。貫通孔21は、一例では断面が円形でその直径0.3mm程度である。
次に、基板19の表面を酸やアリカリの溶液や反応性プラズマを用いてエッチングすることによって表面に凹凸構造(テクスチャ構造)を形成する。
(1) Through-hole formation and surface irregularity processing step First, as shown in FIG. Although the kind of
Next, a concavo-convex structure (texture structure) is formed on the surface of the
(2)n型層形成工程
次に、図3(b)に示すように、基板19の裏面の、絶縁層5又は裏面電極13を形成する予定の領域(言い換えると、貫通孔21の周縁以外の領域)に拡散防止マスク23を形成する。拡散防止マスク23は、一例では、SiO2からなり、APCVD法で形成することができる。
(2) n-type layer forming step Next, as shown in FIG. 3B, the region on the back surface of the
次に、基板19の、拡散防止マスク23で覆っていない領域にn型不純物を導入することによってn型層3を形成し、図3(b)に示す構造を得る。n型不純物の導入は、例えば、n型不純物を含む材料(例えばPOCl3)を含む高温気体中に基板19を置くことによって行うことができる。この工程によって、基板19の表面側、貫通孔21の側壁、及び基板19の裏面側のマスク23で覆っていない部分にn型層3が形成される。基板19のうちn型層3になっていない残りの部分がp型層1になる。n型層3を形成した後、拡散防止マスク23は、エッチング等により除去する。
Next, an n-
n型層3の形成方法は、ここで示した方法に限定されない。n型層3は、例えばn型不純物からなるイオンを基板1内にイオン注入することによって形成してもよい。また、基板19内にn型不純物を導入してn型層3を形成する代わりに、基板19上にCVD法等により別途n型半導体層を形成することによってn型層3を形成してもよい。この場合、基板19がそのままp型層1となる。
The formation method of the n-
(3)反射防止膜及び絶縁層形成工程
次に、図3(c)に示すように、n型層3の受光面上に反射防止膜15を形成し、p型層1の裏面上に絶縁層5を形成する。
(3) Antireflection Film and Insulating Layer Formation Step Next, as shown in FIG. 3C, an
反射防止膜15は、n型層3の受光面上に、表面電極9を形成する領域に開口を有するように形成することができる。反射防止膜15は、n型層3の受光面全体に形成してもよい。この場合、表面電極9は、反射防止膜15上に形成し、ファイアスルーによって表面電極9とn型層3とを導通させることができる。特に、反射防止膜15は、表面反射を抑制する機能を有するものであればその材料、厚さ及び製法等は特に限定されない。反射防止膜15は、例えば、厚さ70nmのSiN膜からなる。反射防止膜15は、例えば、プラズマCVD法によって形成することができる。
The
絶縁層5は、p型層1の裏面上に、裏面電極13を形成する領域に開口を有するように形成することができる。絶縁層5は、p型層1の裏面全面に形成してもよい。この場合、裏面電極13は、絶縁層5上に形成し、ファイアスルーによって裏面電極13とp型層1とを導通させることができる。
The insulating
絶縁層5は、p型層1と導電層7の間を絶縁することができるものであれば、その材料、厚さ及び製法等は特に限定されない。絶縁層5は、例えば、酸化ケイ素、窒化珪素、酸化タンタル、酸化アルミニウム等で形成することができる。絶縁層5の厚さは、例えば、50〜100nm程度にすることができる。絶縁層5は、CVD法やスパッタ法で形成することができる。酸化タンタルは、例えば「Ta2O5系高誘電率絶縁膜の作製」、藤川ら、「豊田中央研究所R&Dレビュー、Vol.30 No.4(1995.12)のp13-23に記載されている方法で作製することができる。
If the insulating
絶縁層5は、静電容量が大きくなるように(例えば、1×10-4F以上になるように)形成することが好ましい。なぜなら、絶縁層5の静電容量が大きいほど蓄積層17に誘起される正電荷が大きくなるが、これは、より多くの正孔が蓄積層17に引き寄せられ、より多くの電子が蓄積層17から遠ざけられていることを意味し、この場合、正孔と電子とが再結合する割合がより小さくなるからである。絶縁層5の静電容量は、比誘電率に比例し、厚さに反比例するので、絶縁層5は、比誘電率の高い材料を用いて厚さが薄くなるように形成することが好ましい。
The insulating
(4)受光面電極、接続部、導電層、裏面電極形成工程
次に、図3(d)に示すように、n型層3の受光面上に受光面電極9を形成し、貫通孔21内に接続部11を形成し、絶縁層5上に導電層7を形成し、p型層1の裏面上に裏面電極13を形成し、光電変換素子の製造を完了する。
(4) Light-receiving surface electrode, connecting portion, conductive layer, back surface electrode forming step Next, as shown in FIG. 3 (d), the light-receiving surface electrode 9 is formed on the light-receiving surface of the n-
受光面電極9、接続部11、導電層7及び裏面電極13の材料、厚さ及び製法等は特に限定されない。これらの材料は、同じものであってもよく、互いに異なるものであってもよい。
The material, thickness, manufacturing method, etc. of the light-receiving surface electrode 9, the
受光面電極9や裏面電極13は、電流の取り出しに利用されるので電気抵抗ができるだけ小さい材料で形成することが好ましい。受光面電極9や裏面電極13は、例えば、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、パラジウム等の金属材料で形成することができる。
Since the light receiving surface electrode 9 and the
裏面電極13は、図1(b)に示すように互いに分離された複数の島状電極からなるように形成することができる。各島状電極は、例えば、0.1〜1mm角程度の大きさを有し、1〜5mm程度の間隔で配置されている。裏面電極13は、図4に示すように、互いに分離された複数の串状電極からなるように形成してもよい。各串状電極は、一例では、幅0.01〜2mm程度の細線が0.5〜5mm程度の間隔で形成されて、これらの細線が太線で接続された構造を有している。
The
図1(b)のような構成の場合は、裏面電極13が占める面積を比較的小さくすることができ、従って蓄積層17が形成される領域を比較的広くすることができるという利点がある。
また、図1(b)のような構成の場合は、別途準備した外部導電体に各島状電極をそれぞれ接触させる等の手段によって複数の島状電極を互いに導通させる必要があるが、図4のように互いに分離された複数の串状電極で裏面電極13を構成すると、各串状電極を互いに導通させるだけでいいので、構成が単純になる。また、各串状電極部は、p型層1の裏面上において互いに導通させておいてもよい。この場合、外部導電体を省略することができ、また、導電層7と外部導電体とを絶縁する必要もないので、構成がさらに単純になる。
In the case of the configuration as shown in FIG. 1B, there is an advantage that the area occupied by the
In the case of the configuration shown in FIG. 1B, it is necessary to connect the plurality of island-shaped electrodes to each other by means such as contacting each island-shaped electrode with a separately prepared external conductor. If the
接続部11及び導電層7は、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、パラジウム等の金属材料で形成することができる。但し、接続部11及び導電層7には電流を流す必要がないので、接続部11及び導電層7の材料は、電圧を伝達可能な程度の導電性を有していればよく、接続部11及び導電層7は、ITO、SnO2、ZnO、Si、SiC、SiGe等に導電型不純物をドーピングして導電性をもたせた材料で形成してもよい。但し、受光面側から電流を取り出すのではなく、導電層7から電流を取り出すことも可能であり、その場合は、接続部11及び導電層7にも電気抵抗が小さい材料を用いることが好ましい。
The
また、p型層1を通過した光が導電層7で吸収されると光利用効率の低下に繋がるため、導電層7は、p型層1を通過した光を透過させる性質を有していることが好ましい。この場合、導電層7を透過した光が導電層7の後ろの部材で反射してp型層1とn型層3のpn接合部に戻されるようにすることができるからである。この観点から導電層7の材料は、p型層1の材料よりもバンドギャップが大きいものが好ましく、一例では、ITO,SnO2、ZnO、アモルファス−Si又はSiC等が好ましい。
Further, if the light that has passed through the p-
受光面電極9、接続部11、導電層7及び裏面電極13は、蒸着法、ペースト電極の印刷焼成法、めっき法等によって形成することができる。裏面電極13は、アルミニウムなどのp型不純物を含むペースト材料を印刷し、焼成することによって形成することができる。この場合、裏面電極13の直下にはp型不純物が高濃度でドープされた層(p+層)が形成される(従来技術の項を参照)。接続部11及び導電層7は、例えば、裏面側から導電性ペーストを印刷し、焼成する等の方法によって同時に形成することができる。接続部11及び導電層7は、蒸着法やめっき法でも同時に形成することができる。
The light-receiving surface electrode 9, the
受光面電極9、接続部11、導電層7及び裏面電極13を形成した後、必要に応じ、熱処理やフォーミングガスアニールを行ってもよい。
After forming the light-receiving surface electrode 9, the
ここで示した工程の順序は、一例であって、別の順序で各工程を実施してもよい。例えば、反射防止膜15及び受光面電極9を形成した後に、接続部11、導電層7及び裏面電極13を形成してもよい。
The order of the steps shown here is an example, and each step may be performed in a different order. For example, the
2.第2実施形態
2−1.光電変換素子の構造
図5を用いて本発明の第2実施形態の光電変換素子の構造を説明する。図5は、図1(a)に対応する断面図である。
2. Second embodiment 2-1. Structure of Photoelectric Conversion Element The structure of the photoelectric conversion element according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view corresponding to FIG.
本実施形態の光電変換素子は、第1実施形態の光電変換素子に類似しているが、異なる点が数点あるので、異なる点を中心に以下説明する。なお、第1実施形態で述べた内容は、基本的に第2実施形態にも当てはまる。 The photoelectric conversion element according to the present embodiment is similar to the photoelectric conversion element according to the first embodiment, but there are several differences. Therefore, the differences will be mainly described below. The contents described in the first embodiment are basically applicable to the second embodiment.
本実施形態では、n型層3は、p型層1の受光面側及び貫通孔21の側壁にのみ設けられている。n型層3は、p型層1の裏面側には設けられていない。第1実施形態では、n型層3がp型層1の裏面側にまで延びており、p型層1の裏面側においてn型層3が形成されている部分には蓄積層17が形成されないが、本実施形態では、p型層1の裏面側にはn型層3が設けられていないので第1実施形態よりも広い領域に蓄積層17が形成されるように絶縁層5及び導電層7を配置することが可能である。
In the present embodiment, the n-
また、本実施形態では、絶縁層5が貫通孔21の側壁上にも設けられており、これによって接続部11とp型層1との絶縁が確保されている。なお、第1実施形態においても、絶縁層5が貫通孔21の側壁上にも設けられるようにしてもよい。
In the present embodiment, the insulating
2−2.再結合損失が抑制される作用
本実施形態により、再結合損失が抑制される作用は、第1実施形態と同じであるのでここでは説明を繰り返さない。
2-2. Action in which recombination loss is suppressed The action in which recombination loss is suppressed according to the present embodiment is the same as that in the first embodiment, and therefore description thereof will not be repeated here.
2−3.光電変換素子の製造方法
次に、図6(a)〜(d)を用いて上記光電変換素子の製造方法の一例について説明する。
2-3. Method for Manufacturing Photoelectric Conversion Element Next, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion element will be described with reference to FIGS.
(1)貫通孔形成、表面凹凸加工工程
まず、図6(a)に示すように、第1実施形態と同様の方法で、p型半導体基板19に貫通孔21と、表面凹凸構造を形成する。
(1) Through-hole formation and surface unevenness processing step First, as shown in FIG. 6A, the through-
(2)n型層形成工程
次に、基板19の裏面全面に、第1実施形態と同様の方法で、拡散防止マスク23を形成する。
(2) N-type Layer Formation Step Next, the
次に、第1実施形態と同様の方法でn型層3を形成し、図6(b)に示す構造を得る。但し、n型層3を形成する条件(例えば、n型不純物の熱拡散の温度や時間)は適宜変更する。図6(b)は、貫通孔21の側壁の一部にn型層3が形成されている場合を示しているが、n型不純物を導入する際の熱拡散の温度や時間を変える等によって貫通孔21の側壁の全体にn型層3が形成されるようにすることもできる。
次に、第1実施形態と同様の方法で、拡散防止マスク23を除去する。
Next, the n-
Next, the
(3)反射防止膜及び絶縁層形成工程
次に、図6(c)に示すように、反射防止膜15及び絶縁層5を形成する。反射防止膜15は、第1実施形態と同様の方法で形成することができる。絶縁層5も基本的に第1実施形態と同様の方法で形成することができるが、本実施形態では、貫通孔21を裏面に向かって広がるテーパー状にしておく等の方法によって貫通孔21の側壁上にも形成している。
(3) Antireflection Film and Insulating Layer Formation Step Next, as shown in FIG. 6C, the
(4)受光面電極、接続部、導電層、裏面電極形成工程
次に、図6(d)に示すように、第1実施形態と同様の方法により、受光面電極9、接続部11、導電層7及び裏面電極13を形成し、光電変換素子の製造を完了する。
(4) Light-receiving surface electrode, connection part, conductive layer, back surface electrode forming step Next, as shown in FIG. 6D, the light-receiving surface electrode 9, the
3.第3実施形態
3−1.光電変換素子の構造
図7を用いて本発明の第3実施形態の光電変換素子の構造を説明する。図7は、図1(a)に対応する断面図である。本実施形態の光電変換素子は、第1実施形態の光電変換素子に類似しているが、異なる点が数点あるので、異なる点を中心に以下説明する。なお、第1実施形態で述べた内容は、基本的に第3実施形態にも当てはまる。
3. Third embodiment 3-1. Structure of Photoelectric Conversion Element The structure of the photoelectric conversion element according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIG. The photoelectric conversion element according to the present embodiment is similar to the photoelectric conversion element according to the first embodiment, but there are several differences. Therefore, the differences will be mainly described below. The contents described in the first embodiment are basically applicable to the third embodiment.
本実施形態では、n型層3は、p型層1の受光面側に設けられた受光面部3aと、p型層1の裏面側に設けられた裏面部3bとを備え、導電層7は、裏面部3bに電気的に接続されている。受光面部3aと裏面部3bとは、電気的に接続されていてもいなくてもよい。
In the present embodiment, the n-
本実施形態では、p型層1と裏面部3bとの間に発生する光起電圧がp型層1と導電層7の間に印加される。このような構成のため、p型層1を貫通する接続部11が不要であり、構成が単純になる。また、裏面部3bからは通常は電流が取り出されないので、電流取り出しによる電圧低下がなく、安定した電圧をp型層1と導電層7の間に印加することができる。
In the present embodiment, a photovoltage generated between the p-
また、接続部11を形成するための貫通孔21の寸法を非常に小さくした場合、導通不良等が発生する割合が高くなると考えられるが、本実施形態では貫通孔21が不要なので裏面部3bが占める面積を縮小することが容易であり、その分だけ、蓄積層17の面積を増大させやすい。
In addition, when the size of the through
3−2.再結合損失が抑制される作用
次に、図8(a),(b)を用いて、上記構成によって再結合損失が抑制される作用について説明する。図8(a)、(b)は、それぞれ、上記光電変換素子の光照射時の、図7中の直線I−I、II−IIに沿ったエネルギーバンド図を示す。
3-2. Action in which recombination loss is suppressed Next, the action in which the recombination loss is suppressed by the above-described configuration will be described with reference to FIGS. FIGS. 8A and 8B show energy band diagrams along straight lines II and II-II in FIG. 7 when the photoelectric conversion element is irradiated with light, respectively.
図8(a),(b)に示すように、本実施形態の光電変換素子に対して光が照射されると、n型層3の受光面部3aとp型層1の間、及びn型層3の裏面部3bとp型層1の間にそれぞれ光起電圧が発生する。裏面部3bは、導電層7に電気的に接続されているので、n型層3の裏面部3bとp型層1の間に発生した電圧が、導電層7とp型層1の間に印加される。この印加された電圧により、第1実施形態と同様の作用によって蓄積層17が形成される。この蓄積層17により、第1実施形態と同様の作用によって再結合損失が抑制される。
As shown in FIGS. 8A and 8B, when light is irradiated to the photoelectric conversion element of this embodiment, the n-
3−3.光電変換素子の製造方法
次に、図9(a)〜(d)を用いて上記光電変換素子の製造方法の一例について説明する。
3-3. Method for Manufacturing Photoelectric Conversion Element Next, an example of a method for manufacturing the photoelectric conversion element will be described with reference to FIGS.
(1)表面凹凸加工工程
まず、図9(a)に示すように、第1実施形態と同様の方法で、p型半導体基板19に表面凹凸構造を形成する。
(1) Surface Irregularity Processing Step First, as shown in FIG. 9A, a surface unevenness structure is formed on the p-
(2)n型層形成工程
次に、第1実施形態と同様の方法で、n型層3の裏面部3bを形成する領域に開口を有する拡散防止マスク23を基板19の裏面に形成する。
(2) n-type Layer Formation Step Next, a
次に、基板19の、拡散防止マスク23で覆っていない領域にn型不純物を導入することによってn型層3を形成し、図9(b)に示す構造を得る。この工程によって、n型層3の受光面部3aと裏面部3bが形成される。
次に、第1実施形態と同様の方法で、拡散防止マスク23を除去する。
Next, an n-
Next, the
(3)反射防止膜及び絶縁層形成工程
次に、図9(c)に示すように、第1実施形態と同様の方法で反射防止膜15及び絶縁層5を形成する。
(3) Antireflection Film and Insulating Layer Formation Step Next, as shown in FIG. 9C, the
(4)受光面電極、導電層、裏面電極形成工程
次に、図9(d)に示すように、第1実施形態と同様の方法により、受光面電極9、導電層7及び裏面電極13を形成し、光電変換素子の製造を完了する。導電層7は、n型層3の裏面部3bに電気的に接続されるように形成する。
(4) Light-receiving surface electrode, conductive layer, and back electrode forming step Next, as shown in FIG. 9D, the light-receiving surface electrode 9, the
以上の実施形態で示した種々の特徴は,互いに組み合わせることができる。1つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合,そのうちの1又は複数個の特徴を適宜抜き出して,単独で又は組み合わせて,本発明に採用することができる。 Various features shown in the above embodiments can be combined with each other. When a plurality of features are included in one embodiment, one or a plurality of features can be appropriately extracted and used in the present invention alone or in combination.
1:p型層 3:n型層 3a:n型層の受光面部 3b:n型層の裏面部 5:絶縁層 7:導電層 9:受光面電極 11:接続部 13:裏面電極 15:反射防止膜 16:光 17:蓄積層 19:半導体基板 21:貫通孔 23:拡散防止マスク
1: p-type layer 3: n-
Claims (8)
前記導電層は、第1半導体層と電気的に分離され且つ第2半導体層に電気的に接続され、
第1半導体層の裏面上に設けられた裏面電極をさらに備え、前記裏面電極は、第1半導体層に電気的に接続され且つ前記導電層と電気的に分離され、
前記裏面電極は、島状電極または串状電極であり、
前記導電層は、前記裏面電極の外縁に沿って設けられ、前記絶縁層の大部分を覆うことを特徴とする光電変換素子。 A first conductive type first semiconductor layer; a second conductive type second semiconductor layer provided in contact with the first semiconductor layer; an insulating layer provided on a back surface of the first semiconductor layer; and the insulating layer Comprising a conductive layer provided on top;
The conductive layer is electrically separated from the first semiconductor layer and electrically connected to the second semiconductor layer ;
A back electrode provided on the back surface of the first semiconductor layer, wherein the back electrode is electrically connected to the first semiconductor layer and electrically separated from the conductive layer;
The back electrode is an island electrode or a skewer electrode,
The photoelectric conversion element , wherein the conductive layer is provided along an outer edge of the back electrode and covers most of the insulating layer .
第2半導体層の受光面上に第2半導体層に電気的に接続されるように設けられた受光面電極と、前記受光面電極と前記導電層を電気的に接続する接続部をさらに備える請求項1に記載の素子。 At least a part of the second semiconductor layer is provided on the light receiving surface side of the first semiconductor layer,
A light receiving surface electrode provided on the light receiving surface of the second semiconductor layer so as to be electrically connected to the second semiconductor layer, and a connection portion for electrically connecting the light receiving surface electrode and the conductive layer. Item 2. The device according to Item 1.
前記接続部は、前記貫通孔を通じて前記受光面電極と前記導電層を電気的に接続する請求項2に記載の素子。 The first semiconductor layer has a through hole,
The element according to claim 2, wherein the connection portion electrically connects the light-receiving surface electrode and the conductive layer through the through hole.
前記導電層は、前記裏面部に電気的に接続されている請求項1に記載の素子。 The second semiconductor layer includes a light receiving surface portion provided on the light receiving surface side of the first semiconductor layer and a back surface portion provided on the back surface side of the first semiconductor layer,
The element according to claim 1, wherein the conductive layer is electrically connected to the back surface portion.
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