(57)【要約】【課題】本発明は、異種接合太陽電池を提供する。【解決手段】本発明の一側面に係る太陽電池は、第１導電型の不純物を含有する結晶質半導体基板と半導体基板の前面（front surface）に位置する前面ドーピング層と半導体基板の後面（back surface）に位置する後面ドーピング層と前面ドーピング層の上に位置し、第１厚さに形成される前面透明導電膜と前面透明導電膜の上に位置する前面集電極と後面ドーピング層の下に位置し、第２厚さで形成される後面透明導電膜と後面透明導電膜の下に位置する後面集電極を含み、前面透明導電膜の第１厚さと後面透明導電膜の第２厚さは、互いに異なるように形成され、前面透明導電膜の面抵抗は、後面透明導電膜の面抵抗に比べて小さく形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の不純物を含有する結晶質半導体基板と、
前記半導体基板の前面（front surface）に位置する前面ドーピング層と、
前記半導体基板の後面（back surface）に位置する後面ドーピング層と、
前記前面ドーピング層の上に位置し、第１厚さに形成される前面透明導電膜と、
前記前面透明導電膜の上に位置する前面集電極と、
前記後面ドーピング層の下に位置し、第２厚さで形成される後面透明導電膜と、
前記後面透明導電膜の下に位置する後面集電極を含み、
前記前面透明導電膜の前記第１厚さと前記後面透明導電膜の前記第２厚さは、異なるように形成され、
前記前面透明導電膜は前記後面透明導電膜に比べて電気的特性を向上させるとともに、前記後面透明導電膜は前記前面透明導電膜に比べて光学的特性を向上させるために、前記後面透明導電膜の酸素含有量が前記前面透明導電膜の酸素含有量より大きく形成され、
前記前面透明導電膜の面抵抗は、前記第１厚さに対する前記第２厚さの大小にかかわらず、前記後面透明導電膜の面抵抗に比べて小さく形成され、
前記後面透明導電膜の光吸収率は前記前面透明導電膜の光吸収率に比べて低く形成される、太陽電池。
【請求項２】
前記前面透明導電膜と前記後面透明導電膜は、同一の物質で形成される、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記前面透明導電膜と前記後面透明導電膜は、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、セリウム（Ｃｅ）または水素（Ｈ）を不純物として含有する主成分が酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）からなる膜で形成され、チタン（Ｔｉ）とタンタル（Ｔａ）の内、少なくとも一つを不純物として含有する主成分が酸化インジウムからなる膜で形成され、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）またはガリウム（Ｇａ）を不純物として含有する主成分が酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる膜で形成され、又は、フッ素（Ｆ）を不純物として含有する主成分が酸化スズ（ＳｎＯ２）膜で形成される、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記前面集電極と前記後面集電極は、第１方向に延長された複数のフィンガー電極と、
前記第１方向と直交する第２方向に延長され、複数のフィンガー電極と物理的に接続される少なくとも一つのバスバー電極をそれぞれ含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記後面透明導電膜の前記第２厚さは、前記前面透明導電膜の前記第１厚さより小さい、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記前面透明導電膜の前記第１厚さは、７０ｎｍ乃至１００ｎｍであり、前記後面透明導電膜の前記第２厚さは、２５ｎｍ乃至７５ｎｍである、請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記前面ドーピング層と前記半導体基板との間に位置する前面パッシベーション層、及び前記後面ドーピング層と前記半導体基板との間に位置する後面パッシベーション層をさらに含む、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記前面ドーピング層と前記後面ドーピング層は、不純物を含有した非晶質シリコン（ｐａ−Ｓｉまたはｎａ−Ｓｉ）で形成され、前記前面パッシベーション層と前記後面パッシベーション層は、真性非晶質シリコン（ｉーａ−Ｓｉ）またはトンネル酸化膜（tunneloxide）で形成される、請求項７に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記半導体基板の前記前面及び前記後面は、複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面にそれぞれ形成される、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記前面透明導電膜と、前記後面透明導電膜は、複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面にそれぞれ形成される、請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記前面集電極は、第１方向に延長された複数のフィンガー電極と前記第１方向と直交する第２方向に延長され、複数のフィンガー電極を物理的に接続する少なくとも一つのバスバー電極を含み、前記後面集電極は、前記後面透明導電膜の後面を全体的に覆う面電極（sheet electrode）を含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記後面透明導電膜の前記第２厚さは、前記前面透明導電膜の前記第１厚さより大きい、請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記前面透明導電膜の前記第１厚さは、７０ｎｍ乃至１００ｎｍであり、前記後面透明導電膜の前記第２厚さは、７０ｎｍ乃至５００ｎｍである、請求項１２に記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記前面ドーピング層と前記半導体基板との間に位置する前面パッシベーション層、及び前記後面ドーピング層と前記半導体基板との間に位置する後面パッシベーション層をさらに含む、請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記前面ドーピング層と前記後面ドーピング層は、不純物を含有した非晶質シリコン（ｐａ−Ｓｉまたはｎａ−Ｓｉ）で形成され、前記前面パッシベーション層と前記後面パッシベーション層は、真性非晶質シリコン（ｉーａ−Ｓｉ）またはトンネル酸化膜（tunneloxide）で形成される、請求項１４に記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記半導体基板の前記前面及び前記後面は、複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面にそれぞれ形成される、請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記前面透明導電膜と、前記後面透明導電膜の複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面にそれぞれ形成される、請求項１６に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、さらに具体的には、異種接合太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近では、太陽電池の効率を改善するために異種接合太陽電池の研究が多く進行しており、代表的な異種接合太陽電池では、真性‐非晶質シリコン（ｉーａ−Ｓｉ）をパッシベーション層として使用する太陽電池と、薄膜のトンネル酸化膜（Thin Tunnel Oxide）をパッシベーション層として使用する太陽電池がある。
【０００３】
このような異種接合太陽電池は、太陽電池用半導体基板の前面と後面にそれぞれ形成されて光学的機能（反射防止膜と反射膜の機能）及び電気的機能（金属電極とのコンタクトなど）を実行する透明導電膜（ＴＣＯ、Transparent Conductive Oxide）を備える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、高効率の太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施の形態に係る太陽電池は、第１導電型の不純物を含有する結晶質半導体基板と半導体基板の前面（front surface）に位置する前面ドーピング層と半導体基板の後面（back surface）に位置する後面ドーピング層と前面ドーピング層の上に位置し、第１厚さに形成される前面透明導電膜と前面透明導電膜の上に位置する前面集電極と後面ドーピング層の下に位置し、第２厚さで形成される後面透明導電膜と後面透明導電膜の下に位置する後面集電極を含み、前面透明導電膜の第１厚さと後面透明導電膜の第２厚さは、異なるように形成され、前面透明導電膜の面抵抗は、後面透明導電膜の面抵抗に比べて小さく形成される。
【０００６】
本発明の実施の形態において、前面透明導電膜と後面透明導電膜は同一の物質で形成されることがあり、一例として、前面透明導電膜と前記後面透明導電膜はスズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、セリウム（Ｃｅ）または水素（Ｈ）を不純物として含有する主成分が酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）からなる膜で形成され、チタン（Ｔｉ）とタンタル（Ｔａ）の内、少なくとも一つを不純物として含有する主成分が酸化インジウムからなる膜で形成され、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）またはガリウム（Ｇａ）を不純物として含有する主成分が酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる膜で形成され、又はフッ素（Ｆ）を不純物として含有する主成分が酸化スズ（ＳｎＯ２）膜で形成され得る。
【０００７】
ここで、「同一の物質」とは、主成分と不純物が同一の物質を言うものであり、含有される前記不純物の種類が異なる物質は、同一の物質に該当しない。
【０００８】
これとは異なり、前面透明導電膜と後面透明導電膜は異なる物質で形成され得る。
【０００９】
本発明の実施の形態において、後面透明導電膜の酸素含有量は、前面透明導電膜の酸素含有量より大きい。
【００１０】
このような構成に係れば、酸素含有量が後面透明導電膜に比べて相対的に小さい前面透明導電膜は後面透明導電膜に比べて面抵抗が低く形成されるので、前面集電極によるシェーディング損失（shading loss）を減らすために前面集電極の大きさ（幅など）を減少させても電荷を良好に伝送され得る。
【００１１】
そして、酸素含有量が前面透明導電膜に比べて相対的に大きい後面透明導電膜は前面透明導電膜に比べて光吸収率が低く形成されるので、後面透明導電膜で吸収される光の量を減らすことができる。
【００１２】
本発明の一実施の形態において、太陽電池は、両面型（bi-facial）または片面型（mono-facial）で有り得る。
【００１３】
両面型太陽電池の場合、前面集電極と後面集電極は、第１方向に延長された複数のフィンガー電極と、第１方向と直交する第２方向に延長され、複数のフィンガー電極と物理的に接続される少なくとも一つのバスバー電極をそれぞれ含むことができる。
【００１４】
この時、後面透明導電膜の第２厚さは、前面透明導電膜の第１厚さより小さく形成される。
【００１５】
本願の発明者の実験に係ると、シリコン／透明導電膜の積層構造においては、透明導電膜の厚さが薄いほど全反射効果が増加することがわかった。
【００１６】
したがって、両面型太陽電池の場合には、後面透明導電膜の第２厚さを前面透明導電膜の第１厚さより薄く形成することにより、半導体基板の後面側で半導体基板の内部に反射される光の量を増加され得、これにより、太陽電池の効率を向上させることができる。
【００１７】
両面型太陽電池の場合、前面透明導電膜の第１厚さは、７０ｎｍ乃至１００ｎｍで形成され得、後面透明導電膜の第２厚さは、前面透明導電膜の第１厚さより小さい範囲内で２５ｎｍ乃至７５ｎｍで形成され得る。
【００１８】
両面型太陽電池において、前面ドーピング層と半導体基板との間には、前面パッシベーション層が位置され得、後面ドーピング層と半導体基板との間には、後面パッシベーション層が位置され得る。
【００１９】
そして、前面ドーピング層と後面ドーピング層は、不純物を含有した非晶質シリコン（ｐａ−Ｓｉまたはｎａ−Ｓｉ）で形成されることがあり、前面パッシベーション層と後面パッシベーション層は、真性非晶質シリコン（ｉーａ−Ｓｉ）またはトンネル酸化膜（tunnel oxide）で形成され得る。
【００２０】
そして、半導体基板の前面と後面は、複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面でそれぞれ形成され得る。
【００２１】
両面型とは異なり、片面型太陽電池の場合、前面集電極は、第１方向に延長された複数のフィンガー電極と第１方向と直交する第２方向に延長され、複数のフィンガー電極を物理的に接続する少なくとも一つのバスバー電極を含むことができ、後面集電極は、後面透明導電膜の後面を全体的に覆う面電極（sheet electrode）を含むことができる。
【００２２】
本願の発明者の実験に係ると、シリコン/透明導電膜/金属電極の積層構造では、金属によるパラスティック吸収損失（parasitic absorption loss）が発生するが、透明導電膜の厚さが増加するにつれてパラスティック吸収損失が減少することがわかった。
【００２３】
したがって、片面型太陽電池の場合には、後面透明導電膜の第２厚さを前面透明導電膜の第１厚さよりも厚く形成することにより、半導体基板の後面側半導体基板の内部に反射される光の量を増加させることができ、これにより、太陽電池の効率を向上させることができる。
【００２４】
片面型太陽電池の場合、前面透明導電膜の第１厚さは、７０ｎｍ乃至１００ｎｍで形成され得、後面透明導電膜の第２厚さは、前面透明導電膜の第１厚さより大きい範囲内で７０ｎｍ乃至５００ｎｍで形成され得る。
【００２５】
一方、片面型太陽電池の場合にも、両面型太陽電池と同様に、前面ドーピング層と半導体基板との間には、前面パッシベーション層が位置され得、後面ドーピング層と半導体基板との間には、後面パッシベーション層が位置され得る。
【００２６】
そして、前面ドーピング層と後面ドーピング層は、不純物を含有した非晶質シリコン（ｐａ−Ｓｉまたはｎａ−Ｓｉ）で形成されることがあり、前面パッシベーション層と後面パッシベーション層は、真性非晶質シリコン（ｉーａ−Ｓｉ）またはトンネル酸化膜（tunnel oxide）で形成され得る。
【００２７】
そして、片面型太陽電池の場合、半導体基板の前面と後面は、複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面にそれぞれ形成されることがあり、これとは異なり、後面は微細な凹凸を含まない実質的に平坦な面で形成され得る。
【発明の効果】
【００２８】
このような構成によれば、酸素含有量が後面透明導電膜に比べて相対的に小さい前面透明導電膜は後面透明導電膜に比べて面抵抗が低く形成されるので、前面集電極によるシェーディング損失（shading loss）を減らすために前面集電極の大きさ（幅など）を減少させても電荷を良好に伝送され得る。
【００２９】
そして、酸素含有量が前面透明導電膜に比べて相対的に大きい後面透明導電膜は前面透明導電膜に比べて光吸収率が低く形成されるので、後面透明導電膜で吸収される光の量を減らすことができる。
【００３０】
そして、両面型太陽電池の場合、後面透明導電膜の第２厚さが前面透明導電膜の第１厚さより薄く形成されるので、半導体基板の後面側で半導体基板の内部に反射される光の量が増加し、これに応じて、太陽電池の効率が向上する。
【００３１】
また、片面型太陽電池の場合、後面透明導電膜の第２厚さが前面透明導電膜の第１厚さより厚く形成されるので、半導体基板の後面側で半導体基板の内部に反射される光の量が増加し、これにより、太陽電池の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る太陽電池の正面図である。
【図２】図１に示した太陽電池をII−II線に沿って切って示した断面図であって、両面型太陽電池の断面図である。
【図３】図１に示した太陽電池をII−II線に沿って切って示した断面図であって、片面型太陽電池の断面図である。
【図４】透明導電膜の酸素含有量と光吸収率の関係を示すグラフである。
【図５】透明導電膜の酸素含有量と面抵抗の関係を示すグラフである。
【図６】片面型太陽電池と両面型太陽電池における後面透明導電膜の膜厚と反射特性の関係を示すグラフである。
【図７】両面型太陽電池において後面透明導電膜の膜厚と酸素含有量と短絡電流密度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、様々な変更を加えることができ、様々な実施の形態を有し得るが、特定の実施の形態を図に例示して詳細に説明する。これは、本発明を特定の実施の形態について限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解され得る。
【００３４】
本発明を説明するにあたって、第１、第２などの用語は、様々な構成要素を説明するために使用され得るが、前記の構成要素は、前記用語によって限定されないことがある。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用され得る。
【００３５】
例えば、本発明の権利範囲を逸脱せずに、第１構成要素は、第２構成要素として命名され得、同様に第２構成要素も第１構成要素として命名され得る。
【００３６】
“及び/または"という用語は、複数の関連する記載項目の組み合わせまたは複数の関連する記載項目の内、いずれか１つの項目を含むことができる。
【００３７】
いずれの構成要素が他の構成要素に“接続されて"いるとか、“結合されて”いると言及される場合は、その他の構成要素に直接接続されるか、または結合されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在するかもできると理解され得る。
【００３８】
一方、いずれの構成要素が他の構成要素に“直接接続されて"いるとか、“直接結合されて"いると言及されたときには、中間に他の構成要素が存在しないことで理解され得る。
【００３９】
本出願で使用される用語は、単に特定の実施の形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味でない限り、複数の表現を含むことができる。
【００４０】
本出願で、“含む"または“有する"などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解され得る。
【００４１】
図面で複数の層と領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分“上に”あるとする時、これは他の部分“真上に”ある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆にどの部分が他の部分“真上に”あるとするときは、中間に他の部分がないことを意味する。
【００４２】
異なって定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有することがある。
【００４３】
一般的に使用される事前に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈されることがあり、本出願で明白に定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈されないことがある。
【００４４】
併せて、以下の実施の形態は、当業界で平均的な知識を有する者に、より完全に説明するために提供されているものであって、図面での要素の形状及び大きさなどは、さらに明確な説明のために誇張されることがある。
【００４５】
これにより、添付した図面を参考にして、本発明の実施の形態を説明する。
【００４６】
図１は、本発明の一実施の形態に係る太陽電池の正面図であり、図２は図１に示した太陽電池をII−II線に沿って切って示した断面図であって、両面型太陽電池の断面図であり、 図３は図１に示した太陽電池をII−II線に沿って切って示した断面図であって、片面型太陽電池の断面図である。
【００４７】
そして、図４は、透明導電膜の酸素含有量と光吸収率の関係を示すグラフであり、図５は、透明導電膜の酸素含有量と面抵抗の関係を示すグラフである。
【００４８】
そして、図６は、片面型太陽電池と両面型太陽電池における後面透明導電膜の膜厚と反射特性の関係を示すグラフであり、図７は、両面型太陽電池における後面透明導電膜の膜厚及び酸素含有量と短絡電流密度の関係を示すグラフである。
【００４９】
図に示すように、本発明の実施の形態に係る太陽電池は、結晶質半導体基板１１０を備える。
【００５０】
図２及び図３に示すように、半導体基板１１０の前面と後面は、それぞれ複数の微細凹凸を備えたテクスチャリング表面で形成され得る。
【００５１】
これとは異なり、図３に示した片面型太陽電池の場合、半導体基板１１０の後面は、微細な凹凸を備えていない実質的に平坦な面で形成され得る。
【００５２】
半導体基板１１０の前面には、前面パッシベーション層１２０、前面ドーピング層１３０、前面透明導電膜１４０、及び前面集電極１５０が順次積層され、半導体基板１１０の後面には、後面パッシベーション層１６０、後面ドーピング層１７０、後面透明導電膜１８０と後面集電極１９０が順次積層される。
【００５３】
以下において、「前面」とは、添付の図面で、上に向かう面を言って、「後面」は、添付の図面から下に向かう面をいう。
【００５４】
基板１１０は、第１導電型、例えば、ｎ型導電型の不純物を含有する結晶シリコンからなる半導体基板１１０である。この時、シリコンは単結晶シリコンまたは多結晶シリコンで有り得る。
【００５５】
基板１１０がｎ型の導電型を有するので、基板１１０は、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）などのように５価元素の不純物を含有する。
【００５６】
しかし、これとは異なり、半導体基板１１０は、ｐ型導電型で有り得、シリコン以外の他の半導体物質からなることもできる。基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、基板１１０はホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）のような３価元素の不純物を 含有され得る。
【００５７】
以下では、基板１１０がｎ型導電型を有する場合を一例として説明する。
【００５８】
このような基板１１０は、表面がテクスチャリング（texturing）されたテクスチャリング表面（texturing surface）を有する。さらに具体的には、基板１１０は、前面パッシベーション層１２０が位置する前面（front surface）と後面パッシベーション層１６０が位置する後面（back surface）がテクスチャリング表面でそれぞれ形成される。
【００５９】
前面パッシベーション層１２０と後面パッシベーション層１６０は、実質的に真性であるｉ型非晶質シリコンで形成されたり、トンネル酸化膜で形成され得、基板１１０の前面と後面の約全体の領域上で約５ｎｍの厚さで形成され得る。
【００６０】
この時、前面パッシベーション層１２０と後面パッシベーション層１６０は、それぞれ、基板１１０のテクスチャリング表面と同じ表面形状で形成される。つまり、前面パッシベーション層１２０と後面パッシベーション層１６０もテクスチャリング表面で形成される。
【００６１】
前面パッシベーション層１２０上に位置する前面ドーピング層１３０は、基板１１０の導電型と反対の第２導電型、例えば、ｐ型の導電型を有する不純物部として、ｐ型非晶質シリコン（ｐ−ａ−Ｓｉ）で行われ、基板１１０とpn接合と異種接合（hetero junction）を形成する。
【００６２】
したがって、基板１１０がｎ型であり、前面ドーピング層１３０がｐ型であるので、分離された電子は、基板１１０の方向に移動し、分離された正孔は、前面ドーピング層１３０の方向に移動する。
【００６３】
本実施の形態とは異なり、基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、前面ドーピング層１３０は、ｎ型の導電型を有する。この場合、分離された正孔は、基板１１０の方向に移動し、分離された電子は、前面ドーピング層１３０の方向に移動する。
【００６４】
前面ドーピング層１３０上に形成された前面透明導電膜１４０は、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、セリウム（Ｃｅ）または水素（Ｈ）を不純物として含有する主成分が酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）からなる膜で形成されたり、チタン（Ｔｉ）とタンタル（Ｔａ）の内、少なくとも一つを不純物として含有する主成分が酸化インジウムからなる膜で形成されたり、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）またはガリウム（Ｇａ）を不純物として含有する主成分が酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる膜で形成されたり、フッ素（Ｆ）を不純物として含有する主成分が酸化スズ（ＳｎＯ２）膜で形成される。
【００６５】
前面透明導電膜１４０は、半導体基板１１０に入射される光の量を増加させるための反射防止作用をし、また、前面ドーピング層１３０に移動した電荷を前面集電極１５０に伝達する作用をする。
【００６６】
このような作用をする前面透明導電膜１４０は、反射防止特性を考慮して、約７０ｎｍ乃至１００ｎｍの第１厚さ（Ｔ１）で形成される。
【００６７】
この時、前面ドーピング層１３０と、前面透明導電膜１４０は、それぞれ、基板１１０のテクスチャリング表面と同じ表面形状に形成される。
【００６８】
前面透明導電膜１４０上に位置する前面集電極１５０は、第１方向（Ｘ−Ｘ）に延長され、平行に離隔された複数のフィンガー電極１５０ａと、第１方向（Ｘ−Ｘ）と直交する第２方向（Ｙ−Ｙ）に延長され、複数のフィンガー電極１５０ａと物理的に接続される少なくとも一つのバスバー電極１５０ｂを含み、前面集電極１５０は、導電性に優れた金属、例えばは（Ａｇ）で形成される。
【００６９】
半導体基板１１０の後面に位置する後面パッシベーション層１６０の下に、すなわち、後面には、後面ドーピング層１７０が位置し、後面ドーピング層１７０は、基板１１０の導電型と同じ第１導電型、例えば、ｎ型の導電型を有する不純物部として、ｎ型非晶質シリコンで行われ、基板１１０と異種接合を形成する。
【００７０】
したがって、半導体基板１１０と後面ドーピング層１７０がｎ型なので、分離された電子は、後面ドーピング層１７０の方向に移動し、分離された正孔は、前面ドーピング層１３０の方向に移動する。
【００７１】
本実施の形態とは異なり、基板１１０がｐ型の導電型を有する場合、後面ドーピング層１７０は、ｐ型の導電型を有する。この場合、分離された正孔は、後面ドーピング層１７０の方向に移動し、分離された電子は、前面ドーピング層１３０の方向に移動する。
【００７２】
後面ドーピング層１７０の下に、すなわち、後面に形成された後面透明導電膜１８０は、後面反射（back reflect）作用をし、また、後面ドーピング層１７０に移動した電荷を後面集電極１９０に伝達する作用をする。
【００７３】
そして、後面透明導電膜１８０は、前面透明導電膜１４０と、同一の物質で形成される。
【００７４】
ここで、「同一の物質」とは、主成分と不純物が同一の物質を言うものであり、含有される不純物の種類が異なる物質は、同一の物質に該当しない。
【００７５】
すなわち、前面透明導電膜１４０がＩｎ２Ｏ３：Ｗ（以下、「ＩＷＯ」という）、すなわち、タングステン（Ｗ）を不純物として含有する主成分が酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）で構成される場合、後面透明導電膜１８０も前面透明導電膜１４０と同様にＩＷＯで構成される。
【００７６】
これとは異なり、前面透明導電膜と後面透明導電膜は異なる物質で形成され得る。
【００７７】
後面ドーピング層１７０と後面透明導電膜１８０は、それぞれ、基板１１０のテクスチャリング表面と同じ表面形状で形成される。
【００７８】
後面透明導電膜１８０の下、すなわち、下部には、後面集電極１９０が位置する。
【００７９】
後面集電極１９０は、図２に示すように、前面集電極１５０と同じ構造、すなわち、フィンガー電極（図示せず）とバスバー電極１９０ｂで構成され、又は図３に示すしたように、後面透明導電膜１８０の後面を全体的に覆う面電極（sheet electrode）１９０’で構成され得る。
【００８０】
図２に示すように、前面集電極１５０と後面集電極１９０が同じ構造で形成された太陽電池は、両面型で使用され得、図３に示すように、前面集電極１５０と後面集電極１９０’が異なる構造で形成された太陽電池は、片面型で使用され得る。
【００８１】
両面型と片面型太陽電池において、前面集電極１５０が形成された領域は、光が入射しないシェーディング（shading）領域となる。
【００８２】
したがって、前面集電極１５０によるシェーディング損失（shading loss）を減らすためには、前面集電極１５０の大きさ（幅など）を減らすことが好ましいが、前面集電極１５０のサイズを減らすことになると、前面ドーピング層１３０に移動した電荷を効果的に収集できなくなる。
【００８３】
したがって、前面透明導電膜１４０の場合には、光学的特性よりは、電気的特性をさらに考慮することが望ましい。
【００８４】
しかし、半導体基板１１０の後面に位置する後面透明導電膜１８０の場合には、前面透明導電膜１４０に比べて電気的特性での制約が少ない。
【００８５】
したがって、後面透明導電膜１８０の場合には、電気的特性よりは、光学的特性をさらに考慮することが望ましい。
【００８６】
これに、本発明では、含有量に応じて、透明導電膜の電気的特性と光学的特性を調整することができる物質、例えば酸素の含有量を前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０において、異なるようにすることにより、前面透明導電膜１４０の面抵抗（sheet resistance）を後面透明導電膜１８０の面抵抗（sheet resistance）より低く形成するとともに、後面透明導電膜１８０の光吸収率を前面透明導電膜１４０の光吸収率より低く形成する。
【００８７】
含有量に応じて、透明導電膜の電気的特性と光学的特性を調整され得る物質としては、酸素の他に水素（Ｈ）もあるが、注入量対比調整効果が水素（Ｈ）に比べて酸素がさらに優れるので、透明導電膜を形成したときに、酸素の注入量を調整することがさらに望ましい。
【００８８】
図４は、透明導電膜（ＩＷＯ）の酸素含有量と光吸収率の関係を示すグラフを示したものであり、図５は、透明導電膜（ＩＷＯ）の酸素含有量と面抵抗の関係を示すグラフを示すものである。
【００８９】
図４を参照すると、透明導電膜（ＩＷＯ）の酸素含有量が増加するほど３５０ｎｍ乃至１２００ｎｍでの光吸収率は減少することを知ることができ、透明導電膜（ＩＷＯ）を形成する過程で酸素を１０ｓｃｃｍの量で注入する場合に比べて、１５ｓｃｃｍの量で注入する場合に、光吸収率が大幅に減少することが分かる。
【００９０】
そして、図５を参照すると、透明導電膜（ＩＷＯ）の酸素含有量が増加するほど面抵抗が増加することを知ることができ、透明導電膜（ＩＷＯ）を形成する過程で酸素を５０ｓｃｃｍの量で注入する場合に比べて、９０ｓｃｃｍの量で注入する場合に面抵抗が大幅に増加することがわかる。
【００９１】
したがって、図４及び図５を参照するとき、後面透明導電膜１８０を形成する際には、酸素を１５ｓｃｃｍ乃至５０ｓｃｃｍの量で注入することが、後面透明導電膜１８０の光学的特性と電気的特性を良好に維持することができ、酸素を１５ｓｃｃｍ乃至３０ｓｃｃｍの量で注入することがさらに好ましいことがわかる。
【００９２】
そして、前面透明導電膜１４０は、後面透明導電膜１８０に比べて電気的特性を光学的特性に比べて、さらに考慮することが望ましいので、前面透明導電膜１４０を形成する際には、酸素を１５ｓｃｃｍ未満、特に１０ｓｃｃｍ以下の量で注入することが望ましいことがわかる。
【００９３】
したがって、本発明の実施の形態に係る太陽電池において、前面透明導電膜１４０の酸素含有量は、後面透明導電膜１８０の酸素含有量に比べて小さく形成され、これにより、前面透明導電膜１４０の面抵抗は、後面透明導電膜１８０の面抵抗に比べて小さく形成される。
【００９４】
一方、本発明の実験によると、図２に示した両面型太陽電池のように、シリコン／透明導電膜の積層構造では、透明導電膜の厚さが薄いほど全反射効果が増加し、それに応じて反射特性が増加することがわかった。
【００９５】
そして、図３に示した片面型太陽電池のように、シリコン／透明導電膜／金属電極の積層構造では、金属によるパラスティック吸収損失（parasitic absorption loss）が透明導電膜の厚さが増加するほど減少し、これにより、反射特性が増加することがわかった。
【００９６】
図６は、片面型太陽電池と両面型太陽電池における後面透明導電膜の膜厚と反射特性の関係を示すグラフであり、図６を参照すると、片面型太陽電池の場合には、後面透明導電膜１８０の厚さが増加するほど、後面反射特性（ＢＳＲ ＠ １２００ｎｍ）が増加し、両面型太陽電池の場合には、後面透明導電膜１８０の厚さが減少するほど、後面反射特性が増加することがわかる。
【００９７】
したがって、本発明において、両面型太陽電池は、後面透明導電膜１８０の第２厚さ（Ｔ２）を前面透明導電膜１４０の第１厚さ（Ｔ１）に比べて薄く形成し、片面型太陽電池は、後面透明導電膜１８０の第２厚さ（Ｔ２）を前面透明導電膜１４０の第１厚さ（Ｔ１）に比べて厚く形成する。
【００９８】
前述したように、前面透明導電膜１４０は、反射防止特性を考慮して、約７０ｎｍ乃至１００ｎｍの第１厚さ（Ｔ１）で形成されるので、図２に示した両面型太陽電池の場合には、後面透明導電膜１８０の第２厚さ（Ｔ２）を前面透明導電膜１４０の第１厚さ（Ｔ１）より小さい範囲内で形成し、図３に示した片面型太陽電池の場合には、後面透明導電膜１８０の第２厚さ（Ｔ２）を前面透明導電膜１４０の第１厚さ（Ｔ１）より大きい範囲内で形成する。
【００９９】
図７は、両面型太陽電池における後面透明導電膜の膜厚と酸素含有量と短絡電流密度の関係を示すグラフである。
【０１００】
図７において、スプリット1（split 1）は、２５ｓｃｃｍの量で酸素を注入しながら７５ｎｍの厚さで形成したサンプルであり、スプリット２は２５ｓｃｃｍの量で酸素を注入しながら５０ｎｍの厚さで形成したサンプルであり、スプリット３は２５ｓｃｃｍの量で酸素を注入しながら２５ｎｍの厚さで形成したサンプルである。
【０１０１】
そしてスプリット４は、５０ｓｃｃｍの量で酸素を注入しながら５０ｎｍの厚さで形成したサンプルであり、スプリット５は５0ｓｃｃｍの量で酸素を注入しながら２５ｎｍの厚さで形成したサンプルである。
【０１０２】
図７を参照すると、酸素を同じ量で注入したサンプル（スプリット１〜３）では、後面透明導電膜１８０の厚さが減少するほど短絡電流密度（Ｊｓｃ）が増加することがわかり、同じ厚さを有するサンプル（スプリット２と４、そしてスプリット３と５）では、酸素注入量が増加するほど短絡電流密度が増加することがわかる。
【０１０３】
そして、後面透明導電膜１８０の第２厚さ（Ｔ２）を２５ｎｍ以上に形成した場合には、良好な短絡電流密度（Ｊｓｃ）を得ることができる。
【０１０４】
したがって、両面型太陽電池における後面透明導電膜１８０の第２厚さ（Ｔ２）は、前面透明導電膜１４０の第１厚さ（Ｔ１）より薄い範囲内で２５ｎｍ以上に形成することが好ましく、特に、２５ｎｍ乃至７５ｎｍに形成することが望ましいことがわかる。
【０１０５】
そして片面型太陽電池の場合、後面透明導電膜１８０の第２厚さ（Ｔ２）が増加するほど、後面反射特性が増加するため、第２厚さ（Ｔ２）を厚く形成するほど良いが、後面透明導電膜１８０の材料費と基板反り（bowing）を考慮して５００ｎｍ以下に形成することが望ましい。
【０１０６】
したがって、片面型太陽電池における後面透明導電膜１８０の第２厚さ（Ｔ２）は、前面透明導電膜１４０の第１厚さ（Ｔ１）より大きい範囲内で７０ｎｍ乃至５００ｎｍで形成され得る。
【０１０７】
前記の太陽電池（両面型及び片面型）は、モジュール化工程によって太陽電池モジュールで製造され得る。
【０１０８】
太陽電池モジュールは、隣接する太陽電池をインターコネクタまたはリボンに電気的に接続した複数の太陽電池を一対の基板の間に位置させ、封止材を両基板の間に配置してラミネート工程を実施することにより、製造することができる。
【０１０９】
以下、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法について簡単に説明する。
【０１１０】
先ず、ｎ型単結晶シリコン基板を洗浄して不純物を除去し、水酸化ナトリウム水溶液からなるエッチング液を使用してエッチングを行うことにより、シリコン基板の前面と後面にそれぞれテクスチャリング表面を形成した半導体基板１１０を準備する。
【０１１１】
次に、例えば、ＲＦプラズマＣＶＤ法を使用して、基板１１０の前面にｉ型非晶質シリコンからなる前面パッシベーション層１２０とｐ型非晶質シリコンからなる前面ドーピング層１３０を順次形成し、基板１１０の後面にｉ型非晶質シリコンで構成された後面パッシベーション層１６０とｎ型非晶質シリコンで構成された後面ドーピング層１７０を順次形成する。
【０１１２】
次いで、イオンプレーチン法を使用して、前面ドーピング層１３０上に前面透明導電膜１４０を形成する。この時、膜材料源としては、不純物ドーピング用のタングステン粉末を所定量含む酸化インジウム粉末の焼結体を使用することができる。
【０１１３】
また、イオンプレーティング（Ion Plating）法を使用して、後面ドーピング層１７０の下に、すなわち、後面に後面透明導電膜１８０を形成する。
【０１１４】
この時、後面透明導電膜１８０は、前面透明導電膜１４０と同一の物質で形成し、前面透明導電膜１４０を形成する間に注入する酸素量に比べて多くの量の酸素を注入することにより、後面透明導電膜１８０による後面反射特性を改善する。
【０１１５】
例えば、前面透明導電膜１４０を形成する際には、酸素を１５ｓｃｃｍ未満、特に１０ｓｃｃｍ以下の量で注入し、後面透明導電膜１８０を形成する際に、酸素を１５ｓｃｃｍ乃至５０ｓｃｃｍの量で、好ましくは、酸素を１５ｓｃｃｍ乃至３０ｓｃｃｍの量で注入する。
【０１１６】
そして、前面透明導電膜１４０は、７０ｎｍ乃至１００ｎｍの第１厚さ（Ｔ１）で形成し、後面透明導電膜１８０は、両面型の場合、前面透明導電膜１４０の第１厚さ（Ｔ１）より薄い範囲内で２５ｎｍ乃至７５ｎｍの第２厚さ（Ｔ２）で形成し、片面型の場合、前面透明導電膜１４０の第１厚さ（Ｔ１）より大きい範囲内で７０ｎｍ乃至５００ｎｍの第２厚さ（Ｔ２）で形成する。
【０１１７】
これとは異なり、後面透明導電膜１８０は、前面透明導電膜１４０と異なる物質で形成することもある。
【０１１８】
前術の製造方法で成膜された前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０結晶化のために一定温度で一定時間の間アニーリング（annealing）工程を実施することができる。
【０１１９】
次いで、スクリーン印刷法を使用して、前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０上の所定の領域に、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に銀（Ａｇ）粉末を混練して入れた銀ペースト（Ａｇ paste）を所定の形状に形成し、設定温度で設定時間の間加熱することにより、銀ペーストを硬化して前面集電極１５０と後面集電極１９０を形成する。
【０１２０】
この時、両面型太陽電池の場合には、銀ペーストを前面透明導電膜１４０と後面透明導電膜１８０上のフィンガー電極領域とバスバー電極領域に形成し、片面型太陽電池の場合には、前面集電極１５０を先に形成した後、後面透明導電膜１８０上に全体的に導電性ペーストを塗布及び硬化して、後面集電極１９０を形成することができる。
【図１】
2019041131.tif 000003
【図２】
2019041131.tif 000004
【図３】
2019041131.tif 000005
【図４】
2019041131.tif 000006
【図５】
2019041131.tif 000007
【図６】
2019041131.tif 000008
【図７】
2019041131.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月12日(2018.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の不純物を含有する結晶質半導体基板と、
前記半導体基板の前面（front surface）に位置する前面ドーピング層と、
前記半導体基板の後面（back surface）に位置する後面ドーピング層と、
前記前面ドーピング層の上に位置し、第１厚さに形成される前面透明導電膜と、
前記前面透明導電膜の上に位置する前面集電極と、
前記後面ドーピング層の下に位置し、第２厚さで形成される後面透明導電膜と、
前記後面透明導電膜の下に位置する後面集電極を含み、
前記前面集電極と前記後面集電極は、第１方向に延長された複数のフィンガー電極と、前記第１方向と直交する第２方向に延長され、前記複数のフィンガー電極と物理的に接続される少なくとも１つのバスバー電極をそれぞれ含み、
前記後面透明導電膜の前記第２厚さは前記前面透明導電膜の前記第１厚より小さく形成され、
前記前面透明導電膜の電気的特性を前記後面透明導電膜の電気的特性に比べて向上させるとともに、前記後面透明導電膜の光学的特性を前記前面透明導電膜の光学的特性に比べて向上させるために、前記後面透明導電膜の酸素含有量が前面透明導電膜の酸素含有量より大きく形成され、
前記前面透明導電膜の面抵抗は、前記後面透明導電膜の面抵抗に比べて小さく形成され、
前記前面集電極の大きさは、前記後面集電極の大きさに比べて小さく形成され、
前記後面透明導電膜の光吸収率は前記前面透明導電膜の光吸収率に比べて低く形成される、太陽電池。
【請求項２】
前記前面透明導電膜と前記後面透明導電膜は、同一の物質で形成される、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記前面透明導電膜と前記後面透明導電膜はスズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、セリウム（Ｃｅ）または水素（Ｈ）を不純物として含有する主成分が酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）からなる膜で形成され、チタン（Ｔｉ）とタンタル（Ｔａ）の内、少なくとも一つを不純物として含有する主成分が酸化インジウムからなる膜で形成され、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）またはガリウム（Ｇａ）を不純物として含有する主成分が酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる膜で形成され、フッ素（Ｆ）を不純物として含有する主成分が酸化スズ（ＳｎＯ２）膜で形成される、請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記前面透明導電膜の前記第１厚さは、７０ｎｍ乃至１００ｎｍであり、前記後面透明導電膜の前記第２厚さは、２５ｎｍ乃至７５ｎｍである、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記前面ドーピング層と前記半導体基板との間に位置する前面パッシベーション層、及び前記後面ドーピング層と前記半導体基板との間に位置する後面パッシベーション層をさらに含む、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記前面ドーピング層と、前記後面ドーピング層は、不純物を含有した非晶質シリコン（ｐａ−Ｓｉまたはｎａ−Ｓｉ）で形成され、前記前面パッシベーション層と、前記後面パッシベーション層は、真性非晶質シリコン（ｉーａ−Ｓｉ）またはトンネル酸化膜（tunnel oxide）で形成される、請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記半導体基板の前記前面及び前記後面は、複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面にそれぞれ形成される、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記前面透明導電膜と、前記後面透明導電膜は複数の微細凹凸を含むテクスチャリング表面にそれぞれ形成される、請求項７に記載の太陽電池。