(57)【要約】本発明に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池は、第１の導電型の結晶質シリコン基板と、前記基板の上層部に具備された第１の導電型の半導体層と、前記基板表面上に具備された反射防止膜と、前記基板裏面上に具備された真性層と、前記真性層上に交互に繰り返し配設される第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層、及び前記第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層上にそれぞれ具備される第１の導電型電極と第２の導電型電極を含んでなることを特徴とする。
2013513966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の結晶質シリコン基板と、
前記基板の上層部に具備された第１の導電型の半導体層と、
前記基板の表面上に具備された反射防止膜と、
前記基板の裏面上に具備された真性層と、
前記真性層上に交互に繰り返し配設される第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層と、
前記第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層上にそれぞれ具備される第１の導電型電極及び第２の導電型電極とを含んでなることを特徴とする裏面電界型のヘテロ接合太陽電池。
【請求項２】
前記第１の導電型の非晶質半導体層と第１の導電型電極との間、及び前記第１の導電型の非晶質半導体層と第１の導電型電極との間に、それぞれシード層がさらに具備されることを特徴とする請求項１に記載の裏面電界型のヘテロ接合太陽電池。
【請求項３】
第１の導電型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、
前記基板の上層部に第１の導電型の半導体層を形成するステップと、
前記基板の裏面上に真性層を形成するステップと、
前記真性層上に交互に第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層を配設するステップと、
前記第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層上にそれぞれ第１の導電型電極及び第２の導電型電極を形成するステップとを含んでなることを特徴とする裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層を配設するステップは、
前記真性層上に非晶質シリコン層を積層する過程と、
前記非晶質シリコン層の第１の領域を露出させるシャドウマスクを利用して前記非晶質シリコン層の第１の領域に第１の導電型の不純物イオンを注入し、第１の導電型の非晶質半導体層を形成する過程と、
前記非晶質シリコン層の第２の領域を露出させるシャドウマスクを利用して前記非晶質シリコン層の第２の領域に第２の導電型の不純物イオンを注入し、第２の導電型の非晶質半導体層を形成する過程と、
前記第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層との間の不純物イオンが注入されていない非晶質シリコン層を除去する過程とを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１の導電型電極と第２の導電型電極の形成の前に、
前記ｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層上にシード層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記シード層、第１の導電型電極、及び第２の導電型電極は、電解メッキまたは無電解メッキ方法にて形成されることを特徴とする請求項５に記載の裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面電界型のヘテロ接合太陽電池及びその製造方法に係り、より詳しくは、ヘテロ接合型の太陽電池と裏面電界型の太陽電池とを組み合わせて太陽電池の光電変換効率を極大化させることができる裏面電界型のヘテロ接合太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光を直接電気へと変換させる太陽光発電の核心素子であって、基本的にｐ−ｎ接合からなるダイオード（ｄｉｏｄｅ）であると言える。太陽光が太陽電池によって電気へと変換される過程を説明すると、太陽電池のｐ−ｎ接合部に太陽光が入射すると電子・正孔対が生成され、電場によって電子はｎ層に、正孔はｐ層に移動することでｐ−ｎ接合部の間に光起電力が発生し、太陽電池の両端に負荷やシステムを接続すると電流が流れることで電力を生産することができるようになる。
【０００３】
一般的な太陽電池は、表面と裏面にそれぞれ表面電極と裏面電極が具備される構造を有する。受光面である表面に表面電極が具備されることで、表面電極の面積分受光面積が減少するようになる。このような受光面積の減少という問題を解決するために裏面電界型の太陽電池が提案された。裏面電界型の太陽電池は、太陽電池の裏面上に（＋）電極と（−）電極とを具備させ、太陽電池の表面の受光面積を極大化することを特徴とする。
【０００４】
なお、前述したように太陽電池はｐ−ｎ接合からなるダイオードであると言えるところ、これはｐ型半導体層とｎ型半導体層との接合構造からなる。通常、ｐ型基板にｐ型不純物イオンを注入してｐ型半導体層を形成することで（または、その逆）ｐ−ｎ接合を実現する。このように、太陽電池のｐ−ｎ接合を構成するためには、不可欠に不純物イオンが注入された半導体層が要求される。
【０００５】
しかしながら、光電変換によって生成された電荷が移動中に太陽電池の半導体層に存在する格子間位置（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｓｉｔｅｓ）または置換位置（ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌ ｓｉｔｅｓ）に捕集されて再結合する場合が発生し、これは、太陽電池の光電変換効率に悪影響を及ぼす。このような問題を解決するために、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に真性層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｌａｙｅｒ）を具備する、いわゆる、ヘテロ接合型（ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕｎｃｔｉｏｎ）太陽電池が提示され、これによりキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ）の再結合率を低下させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ヘテロ接合型の太陽電池と裏面電界型の太陽電池とを組み合わせて太陽電池の光電変換効率を極大化させることができる裏面電界型のヘテロ接合太陽電池及びその製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するための本発明に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池は、第１の導電型の結晶質シリコン基板と、前記基板の上層部に具備された第１の導電型の半導体層と、前記基板の表面上に具備された反射防止膜と、前記基板の裏面上に具備された真性層と、前記真性層上に交互に繰り返し配設される第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層、及び前記第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層上にそれぞれ具備される第１の導電型電極と第２の導電型電極とを含んでなることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法は、第１の導電型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、前記基板の上層部に第１の導電型の半導体層を形成するステップと、前記基板の裏面上に真性層を形成するステップと、前記真性層上に交互に第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層を配設するステップ、及び前記第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層上にそれぞれ第１の導電型電極と第２の導電型電極を形成するステップとを含んでなることを特徴とする。
【０００９】
前記第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層を配設するステップは、前記真性層上に非晶質シリコン層を積層する過程と、前記非晶質シリコン層の第１の領域を露出させるシャドウマスクを利用して前記非晶質シリコン層の第１の領域に第１の導電型の不純物イオンを注入し、第１の導電型の非晶質半導体層を形成する過程と、前記非晶質シリコン層の第２の領域を露出させるシャドウマスクを利用して前記非晶質シリコン層の第２の領域に第２の導電型の不純物イオンを注入し、第２の導電型の非晶質半導体層を形成する過程と、前記第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層との間の不純物イオンが注入されていない非晶質シリコン層を除去する過程とを含んでなるものであってよい。
【００１０】
前記第１の導電型電極と第２の導電型電極の形成の前に、前記ｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層上にシード層を形成するステップをさらに含んでいてよく、前記シード層、第１の導電型電極及び第２の導電型電極は、電解メッキまたは無電解メッキ方法にて形成されていてよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池及びその製造方法は、次のような効果がある。
太陽電池の裏面上に（＋）電極と（−）電極の両方が具備されることで受光面積を極大化することができ、不純物イオンが注入されていない真性層が具備されることでキャリアの再結合率を最小化して太陽電池の光電変換効率を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の断面図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｂ】本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｃ】本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｄ】本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図２ｅ】本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池及びその製造方法を説明することにする。図１は、本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池は、第１の導電型の結晶質シリコン基板１０１を具備する。前記第１の導電型は、ｐ型またはｎ型であってよく、第２の導電型は第１の導電型の逆である。以下の説明では、第１の導電型がｎ型、第２の導電型がｐ型であることを中心に説明することにする。
【００１５】
前記ｎ型基板１０１（ｎ−）の裏面上には不純物イオンが注入されていない非晶質シリコン材質の真性層１０４が具備され、前記真性層１０４上にはｐ型非晶質半導体層１０６（ｐ）とｎ型非晶質半導体層１０７（ｎ）とが交互に配設される。また、前記ｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７上には、それぞれ外部回路と接続されるｐ電極１１０、ｎ電極１１１が具備される。このとき、前記ｐ型非晶質半導体層１０６とｐ電極１１０との間、ｎ型非晶質半導体層１０７とｎ電極１１１との間に、それぞれシード層１０９がさらに具備されていてよく、前記シード層１０９は、非晶質半導体層と電極との接触抵抗を低減するとともに、ｐ電極１１０とｎ電極１１１の比抵抗を低減する役割を果たす。前記ｐ電極１１０とｎ電極１１１は、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、錫などから構成されてよく、前記シード層１０９は、アルミニウム（Ａｌ）などから構成されてよい。
【００１６】
一方、前記ｎ型基板１０１の上部にはｎ型半導体層１０３が具備されるが、前記ｎ型半導体層１０３は、前記基板１０１の上部にｎ型不純物イオンを注入、拡散させて形成することができる。また、前記基板１０１の表面上にはシリコン窒化膜材質の反射防止膜１０８が形成される。
【００１７】
次いで、本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法を説明することにする。図２ａないし図２ｅは、本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００１８】
先ず、図２ａに示すように第１の導電型、例えば、ｎ型の結晶質シリコン基板１０１を準備する。しかる後、前記基板１０１の表面に凹凸１０２が形成されるようにテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）工程を行なう。前記テクスチャリング工程は、光吸収を極大化するためのものであって、湿式エッチングまたは反応性イオンエッチング（ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ）などの乾式エッチング方法を用いて行なうことができる。
【００１９】
テクスチャリング工程が完了した状態で、拡散工程を実施して前記ｎ型基板１０１の上部にｎ型半導体層１０３（ｎ＋）を形成する。具体的に、チャンバ内に前記シリコン基板１０１、３０１を搬入し、前記チャンバ内にｎ型不純物イオンを含むガス（例えば、ＰＯＣｌ３）を供給してリン（Ｐ）イオンが拡散されるようにする。これにより、前記基板１０１の上層部にｎ型半導体層１０３が形成される。上述した方法のほか、ｎ型不純物イオンを前記基板１０１の上層部にイオン注入（ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔｉｎｇ）してｎ型半導体層１０３を形成することもできる。
【００２０】
前記基板１０１の上部にｎ型半導体層１０３が形成された状態で、図２ｂに示すように前記基板１０１の裏面上に非晶質シリコン材質の真性層１０４を積層する。前記真性層１０４は、不純物イオンが注入されていないものであって、プラズマ強化化学気相蒸着法（ＰＥＣＶＤ、ｐｌａｓｍａ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などを用いて形成することができる。
【００２１】
このような状態で、前記真性層１０４上にｐ型非晶質半導体層１０６（ｐ）とｎ型非晶質半導体層１０７（ｎ）を形成する。具体的に、先ず前記真性層１０４上に非晶質シリコン層１０５を積層する。しかる後、前記非晶質シリコン層１０５から所定の距離隔てられた位置にｐ型非晶質半導体層１０６が形成される部位の非晶質シリコン層１０５を選択的に露出させるシャドウマスク１２０を位置させた後、露出した非晶質シリコン層１０５にｐ型不純物イオンを注入してｐ型非晶質半導体層１０６を形成する。次いで、図２ｃに示すように前記非晶質シリコン層１０５から所定の距離隔てられた位置にｎ型非晶質半導体層１０７が形成される部位の非晶質シリコン層１０５を選択的に露出させるシャドウマスク１３０を位置させた後、露出した非晶質シリコン層１０５にｎ型不純物イオンを注入してｐ型非晶質半導体層１０６を形成する。このような方法により、ｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７とを交互に配設することができる。最終的に、前記ｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７との間の不純物イオンが注入されていない非晶質シリコン層１０５を除去すればｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７の形成工程が完了する。
【００２２】
前記ｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７が形成された状態で、図２ｄに示すように前記基板１０１の表面上に反射防止膜１０８を形成する。しかる後、前記基板１０１の裏面上にメッキ用マスクを形成する。前記メッキ用マスクは、前記ｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７が具備された領域を選択的に露出させる。
【００２３】
このような状態で、図２ｅに示すように電解メッキまたは無電解メッキ方法にて前記ｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７上にシード層１０９を形成する。次いで、前記シード層１０９上にメッキ工程にてｐ電極１１０とｎ電極１１１を形成すれば本発明の一実施形態に係る裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法は完了する。このとき、前記シード層１０９と電極は、メッキ工程のほか、物理気相蒸着法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて形成することもできる。すなわち、前記基板１０１の裏面上にシード層１０９物質と電極物質をスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方法などの物理気相蒸着法にて順次に積層した後、選択的にパターニングしてシード層１０９、ｐ電極１１０及びｎ電極１１１を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
太陽電池の裏面上に（＋）電極と（−）電極の両方が具備されることで受光面積を極大化することができ、不純物イオンが注入されていない真性層が具備されることでキャリアの再結合率を最小化して太陽電池の光電変換効率を向上させることができるようになる。
【図１】
2013513966.tif 000003
【図２ａ】
2013513966.tif 000004
【図２ｄ】
2013513966.tif 000005
【図２ｅ】
2013513966.tif 000006
【図２ｂ】
2013513966.tif 000007
【図２ｃ】
2013513966.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成24年8月20日(2012.8.20)
【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の導電型の結晶質シリコン基板と、
前記基板の上層部に具備された第１の導電型の半導体層と、
前記基板の表面上に具備された反射防止膜と、
前記基板の裏面上に具備された真性層と、
前記真性層上に交互に繰り返し配設される第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層と、
前記第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層上にそれぞれ具備される第１の導電型電極及び第２の導電型電極とを含んでなることを特徴とする裏面電界型のヘテロ接合太陽電池。
【請求項２】
前記第１の導電型の非晶質半導体層と第１の導電型電極との間、及び前記第２の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型電極との間に、それぞれシード層がさらに具備されることを特徴とする請求項１に記載の裏面電界型のヘテロ接合太陽電池。
【請求項３】
第１の導電型の結晶質シリコン基板を準備するステップと、
前記基板の上層部に第１の導電型の半導体層を形成するステップと、
前記基板の裏面上に真性層を形成するステップと、
前記真性層上に交互に第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層を配設するステップと、
前記第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層上にそれぞれ第１の導電型電極及び第２の導電型電極を形成するステップとを含んでなることを特徴とする裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層を配設するステップは、
前記真性層上に非晶質シリコン層を積層する過程と、
前記非晶質シリコン層の第１の領域を露出させるシャドウマスクを利用して前記非晶質シリコン層の第１の領域に第１の導電型の不純物イオンを注入し、第１の導電型の非晶質半導体層を形成する過程と、
前記非晶質シリコン層の第２の領域を露出させるシャドウマスクを利用して前記非晶質シリコン層の第２の領域に第２の導電型の不純物イオンを注入し、第２の導電型の非晶質半導体層を形成する過程と、
前記第１の導電型の非晶質半導体層と第２の導電型の非晶質半導体層との間の不純物イオンが注入されていない非晶質シリコン層を除去する過程とを含んでなることを特徴とする請求項３に記載の裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１の導電型電極と第２の導電型電極の形成の前に、
前記第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層上にシード層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記シード層、第１の導電型電極、及び第２の導電型電極は、電解メッキまたは無電解メッキ方法にて形成されることを特徴とする請求項５に記載の裏面電界型のヘテロ接合太陽電池の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
前記第１の導電型電極と第２の導電型電極の形成の前に、前記第１の導電型の非晶質半導体層及び第２の導電型の非晶質半導体層上にシード層を形成するステップをさらに含んでいてよく、前記シード層、第１の導電型電極及び第２の導電型電極は、電解メッキまたは無電解メッキ方法にて形成されていてよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
このような状態で、前記真性層１０４上にｐ型非晶質半導体層１０６（ｐ）とｎ型非晶質半導体層１０７（ｎ）を形成する。具体的に、先ず前記真性層１０４上に非晶質シリコン層１０５を積層する。しかる後、前記非晶質シリコン層１０５から所定の距離隔てられた位置にｐ型非晶質半導体層１０６が形成される部位の非晶質シリコン層１０５を選択的に露出させるシャドウマスク１２０を位置させた後、露出した非晶質シリコン層１０５にｐ型不純物イオンを注入してｐ型非晶質半導体層１０６を形成する。次いで、図２ｃに示すように前記非晶質シリコン層１０５から所定の距離隔てられた位置にｎ型非晶質半導体層１０７が形成される部位の非晶質シリコン層１０５を選択的に露出させるシャドウマスク１３０を位置させた後、露出した非晶質シリコン層１０５にｎ型不純物イオンを注入してｎ型非晶質半導体層１０７を形成する。このような方法により、ｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７とを交互に配設することができる。最終的に、前記ｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７との間の不純物イオンが注入されていない非晶質シリコン層１０５を除去すればｐ型非晶質半導体層１０６とｎ型非晶質半導体層１０７の形成工程が完了する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２ｂ】
2013513966.tif 000009
【国際調査報告】
2013513966.tif 000010
2013513966.tif 000011
2013513966.tif 000012
2013513966.tif 000013