(57)【要約】本発明は、前面ｎドープ領域と、裏面ｐドープ領域と、前面コンタクトと、裏面コンタクトと、ＳｉＮからなる少なくとも１つの前面の第１の層とを有する結晶系太陽電池に関する。並列抵抗の劣化を減少させるために、ＳｉＮ，ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群から選択される少なくとも１つの材料からなるまたは前記タイプの材料を含む第２の層を前記第１の層と前記ｎドープ領域との間に設けた後、欠陥の形成のためにドープしている。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面ｎドープ領域と、裏面ｐドープ領域と、前面コンタクトと、裏面コンタクトと、反射防止層としての、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面の第１の層とを有する結晶系太陽電池であって、
前記第１の層と前記ｎドープ領域との間に、ＳｉＮ，ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群からの少なくとも１つの材料からなるまたは当該材料を含む第２の層を設けて欠陥の形成のためにドープしたことを特徴とする結晶系太陽電池。
【請求項２】
前記ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む第２の層は、屈折率ｎが、ｎ≧２、特に２．１≦ｎ≦３．０であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
さらに、前記ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む第２の層は、シリコン−窒素比が１ないし２．２であり、Ｈ原子濃度が１０％より高いことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
さらに、前記第１の層の製造後に、前記第１の層に正および／または負の電荷キャリアを導入したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
さらに、前記電荷キャリアの電荷密度／単位面積が、＞１・１０１２／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
さらに、前記太陽電池の製造後に、これに負の電圧Ｕｎを所定の時間にわたって印加したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記太陽電池の製造後に、その上に正電荷を堆積させたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項８】
さらに、前記第１の層上またはその上に広がっている絶縁層上に、導電性で少なくとも部分的に光学的に透明な第３の層を設け、前記第３の層を、前記第１の層の配置の場合には前面コンタクトに、前記絶縁層上の配置の場合には前面コンタクトまたは裏面コンタクトに電気的に導通するように接続したことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項９】
さらに、前記第２の層は、厚みＤ２が、１ｎｍ≦Ｄ２≦５０ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
さらに、前記第２の層は、ｎドープ領域から形成されたＳｉＯｘ層であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１１】
さらに、前記第２の層は、Ｐ，Ｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃ，Ｏ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｒの群からの少なくとも１つの元素でドープされていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１２】
さらに、前記第３の層は、インジウム錫酸化物もしくは酸化亜鉛からなるまたは含むことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１３】
さらに、ＳｉＮ以外の物質から前記第２の層を形成する場合、前記第１の層は屈折率がｎ≧２．０であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１４】
さらに、ＳｉＮから前記第２の層を形成する場合、またはそれがＳｉＮを含む場合、前記第１の層の屈折率は前記第２の層のそれよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１５】
さらに、前記太陽電池は、負の系統電圧を有することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１６】
さらに、前記太陽電池は、ｐ型ベーシックドーピングされたシリコン太陽電池であることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項１７】
前面ｎドープ領域と、裏面ｐドープ領域と、前面コンタクトと、裏面コンタクトと、反射防止層としての、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面の第１の層とを有する結晶系太陽電池を製造する方法であって、
前記第１の層と前記ｎドープ領域との間に、ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群からの少なくとも１つの材料からなるまたは当該材料を含む第２の層を設けて欠陥の形成のためにドープし、前記太陽電池の製造後に、前記太陽電池に負の電圧Ｕｎを印加するか、または前記第１の層に正および／または負の電荷キャリアを導入することを特徴とする方法。
【請求項１８】
さらに、前記第２の層を、Ｐ，Ｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃ，Ｏ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｒの群からの少なくとも１つの元素でドープすることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
さらに、前記太陽電池の前面に正電荷を堆積させることによって、前記第１の層に前記電荷キャリアを導入することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、コロナ放電によって前記太陽電池の前面に前記正電荷を堆積させることを特徴とする請求項１７または１９に記載の方法。
【請求項２１】
５０℃ないし２００℃、好ましくは８０℃の温度で、前記太陽電池に負の電圧を印加する、および／または前記第１の層に正および／または負の電荷を導入することを特徴とする請求項１７、１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、酸素含有雰囲気中において、１５０℃≦Ｔ≦１０００℃の温度Ｔで、前記ｎドープ領域からＳｉＯｘ層を前記第２の層として形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
さらに、オゾン含有雰囲気中においてまたはオゾン含有液体の使用によって、前記ｎドープ領域から前記第２の層をＳｉＯｘ層の形態で形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
さらに、１０−５ないし０．５ｂａｒの圧力で前記ＳｉＯｘ層を形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
さらに、前記第２の層、特に前記ＳｉＯｘ層を、１ｎｍ≦Ｄ２≦５０ｎｍの厚みＤ２で形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
さらに、酸素含有雰囲気中においてλ＜４００ｎｍの波長λをもつＵＶ光によって、前記ｎドープ領域から前記第２の層をＳｉＯｘ層の形態で形成することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
さらに、１０℃≦Ｔ２≦６００℃の温度Ｔ２で前記正電荷を堆積することを特徴とする請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２８】
太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池モジュールは、相互接続された太陽電池を有し、これらの各々は、前面ｎドープ領域、裏面ｐドープ領域、前面コンタクト、裏面コンタクト、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層、およびＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層と前記ｎドープ領域との間にＳｉＮ，ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群からの少なくとも１つの材料からなる層を有し、特に請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の太陽電池を有し、前記太陽電池は前面でプラスチックからなる光学的に透明な埋込み材料によって覆われ、前記埋込み材料上にガラスまたはプラスチックからなる電気絶縁性で光学的に透明なカバーが設けられ、前記太陽電池は裏面でプラスチックの埋込み材料によって覆われ、こうして形成されたユニットが好ましくはこれを囲む金属フレームを有する方法において、
前記太陽電池モジュールの少なくとも１つの接合に対して、前記フレームに、高い正の電圧を所定の時間にわたって印加することを特徴とする方法。
【請求項２９】
さらに、前記少なくとも１つの電気コンタクトに対して、前記フレームに１００Ｖないし２００００Ｖの正の電圧を印加することを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
さらに、０．５秒≦ｔ１≦１２００分の時間ｔ１にわたって前記正の電圧を印加することを特徴とする請求項２８または２９に記載の方法。
【請求項３１】
太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池モジュールは、相互接続された太陽電池を有し、これらの各々は、前面ｎドープ領域、裏面ｐドープ領域、前面コンタクト、裏面コンタクト、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層、およびＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層と前記ｎドープ領域との間にＳｉＮ，ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群からの少なくとも１つの材料からなる層を有し、特に請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の太陽電池を有し、前記太陽電池は前面でプラスチックからなる光学的に透明な埋込み材料によって覆われ、前記埋込み材料の上にガラスまたはプラスチックからなる電気絶縁性で光学的に透明なカバーが設けられ、前記太陽電池は裏面でプラスチックの埋込み材料によって覆われている方法において、
前記太陽電池モジュール上に時間ｔ２にわたって液体、プラスチックフィルム、金属箔の群からの導電性媒体を堆積させ、前記太陽電池モジュールの電気コンタクトの少なくとも１個に対して、前記導電性媒体に所定の時間ｔ３にわたって高い正の電圧を印加することを特徴とする方法。
【請求項３２】
さらに、前記少なくとも１つの電気コンタクトに対して、前記導電性媒体に１００Ｖないし２００００Ｖの正の電圧を印加することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
さらに、０．５秒≦ｔ３≦１２００分の時間ｔ３にわたって前記正の電圧を印加することを特徴とする請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３４】
さらに、前記太陽電池モジュール上に、０．５秒≦ｔ２≦１２００分の時間ｔ２にわたって前記導電性媒体を設けることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
さらに、１０℃ないし２２０℃の範囲の温度で、前記高い正の電圧を印加することを特徴とする請求項３１ないし３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
相互接続された結晶系のｐ型またはｎ型太陽電池を有する太陽電池モジュールであって、太陽電池の各々は、前面ｎまたはｐドープ領域、裏面ｐまたはｎドープ領域、前面コンタクト、裏面コンタクト、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層を有し、前記太陽電池は前面でプラスチックの光学的に透明な埋込み材料によって覆われ、前記埋込み材料上にガラスまたはプラスチックからなる電気絶縁性で光学的に透明なカバーが設けられ、前記太陽電池は裏面でプラスチックの埋込み材料によって覆われている太陽電池モジュールにおいて、
前記前面プラスチック埋込み材料と前記カバーとの間に、導電性で少なくとも部分的に光学的に透明な層が設けられ、前記太陽電池モジュールの前記電気コンタクトの１つに導電的に接続されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、前面ｎドープ領域と、裏面ｐドープ領域と、前面コンタクトと、裏面コンタクトと、反射防止層としての、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面の第１の層とを有する結晶系太陽電池に関する。また、本発明は、前面ｎドープ領域と、裏面ｐドープ領域と、前面コンタクトと、裏面コンタクトと、反射防止層としての第１の層としての、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層とを有する結晶系太陽電池を製造するための方法に関する。さらに、本発明の主題は、相互接続された太陽電池を有する太陽電池モジュールを製造するための方法であって、太陽電池の各々は、前面ｎドープ領域、裏面ｐドープ領域、前面コンタクト、裏面コンタクト、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層、およびＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層とｎドープ領域との間にＳｉＮ，ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群からの少なくとも１つの材料からなる層を有し、前記太陽電池は前面でプラスチックからなる光学的に透明な埋込み材料によって覆われ、前記埋込み材料上にガラスまたはプラスチックからなる電気絶縁性で光学的に透明なカバーが設けられ、こうして形成されたユニットは好ましくはその周りに包囲する金属フレームを有する方法に関する。
【０００２】
ｐｎダイオードにおけるｎおよびｐドープ領域は空間電荷領域を発生させ、その中でｎ層からの電子がｐ層へ移動し、ｐ層の正孔がｎ層へ移動する。ｎおよびｐドープ層上に位置する金属電極に電圧を印加した場合、負の電極における電圧が負であれば、高い電流が流れる。極性を逆転させた場合、著しく小さい電流が流れる。
【０００３】
Ｓｉのｐｎダイオードの具体的な設計は、前面の一部に少なくとも反射低減効果を有する少なくとも部分的に透明な層を備えた太陽電池または光検出器である。光はこの層を通ってシリコンに侵入し、そこで部分的に吸収される。このプロセスにおいて、過剰な電子および過剰な正孔は解放される。過剰な電子は空間電荷領域の電場中でｐドープ領域からｎドープ領域へ、最終的にｎドープ領域上の金属コンタクトに移動する。過剰な正孔はｎドープ領域からｐドープ領域へ、最終的にｐドープ領域上の金属コンタクトへ移動する。正と負の電極間に負荷が加わった場合に、電流が流れる。
【０００４】
一般的に、多くの太陽電池を金属コネクタによって直列に相互接続し積層して、これらを天候の影響から保護する複数の絶縁層で構成される太陽電池モジュールにする。問題は、システムを形成するための複数の太陽電池の直列接続および複数のモジュールの直列接続によって、数百ボルトの系統電圧が生じることである。このことは、太陽電池と接地電位との間に高い電場を生じさせ、これは望ましくない変位電流および漏れ電流をもたらす。結果として、電荷が太陽電池の表面上に永続的に堆積することがあり、それらの効率をかなり減少させることがある。また、電荷は、照射下または暗中での長期間の保管のあいだに表面上に蓄積することがある。
【０００５】
ｎ型ベーシックドーピングおよびｐドープ前面をもつ両面コンタクトのシリコン太陽電池の前面での電荷による、無負荷電圧の劣化が知られ、より少ない程度であるが、短絡電流も知られている（J. Zhao, J. Schmidt, A. Wang, G. Zhang, B. S. Richards and M. A. Green, ”Performance instability in n-type PERT silicon solar cells”, Proceedings of the 3rd World Conference on Photovoltaic Solar Energy Conversion, 2003）。無負荷電圧および短絡電流は、照射下および暗中での長期間保管のあいだに大幅に劣化する。劣化の理由として、前面の窒化シリコンおよび／または酸化シリコンにおける正電荷の蓄積が確認された。これらは、シリコン表面の欠乏、したがって少数電荷キャリアの表面再結合率の増加をもたらす。並列抵抗、したがってフィルファクターがそれによって悪く影響されないことは特徴的である。
【０００６】
また、ｎ型ベーシックドーピング、ｎドープ前面およびｐドープ裏面をもつ両面コンタクトのシリコン太陽電池の前面での電荷による、無負荷電圧および短絡電流の劣化が観察された（前掲のJ. Zhao）。これらは同様に、前面の窒化シリコンおよび／または酸化シリコンにおける負電荷の蓄積により、照射下および暗中での長期間保管のあいだに大幅な劣化を受ける。この場合、負電荷は、ｎドープシリコン表面の欠乏、したがって、さらには表面再結合率の増加をもたらす。この場合にも、並列抵抗、したがってフィルファクターが悪く影響されないことは特徴的である。
【０００７】
ｎ型ベーシックドーピング、ｎドープ前面および局所的なｐおよびｎドープ領域を基板の裏面に有する、裏面コンタクトの太陽電池を含むモジュールについては、電荷による劣化が公知である（参照：R. Swanson, M. Cudzinovic, D. DeCeuster, V. Desai, J. Juergens, N. Kaminar, W. Mulligan, L. Rodrigues-Barbosa, D. Rose, D. Smith, A. Terao, and K. Wilson, "The surface polarization effect in high-efficiency silicon solar cells," Proceedings of the 15th International Photovoltaic Science & Engineering Conference, p. 410, 2005: Hans Oppermann, "Solarzelle", Patent Application WO 2007/022955, and Philippe Welter, "Zu gute Zellen”, Photon, p. 102, April 2006）。これらのモジュールが接地に対し高い正電位を有する場合、コンタクトが設けられていない太陽電池の前面に負電荷が移動する。そこでは、モジュール・アセンブリの低い電気伝導率のために、系統電圧をオフした後にも長時間にわたって負電荷が残ることがある。結果として、前面での表面再結合率が増加し、したがって無負荷電圧および短絡電流が低減する。興味深いことに、フィルファクターの低減も報告された。システムの正極を接地する場合、すなわち事前に負の系統電圧のみが許容される場合、劣化は生じない。したがって、明らかに、このタイプの太陽電池の前面での負電荷は劣化をもたらさない。前面での負電荷によって既に劣化が生じている場合、暗中または終夜の系統電圧の電極反転によって、すなわち接地に対し高い負の電位を印加することによって、劣化を一時的に逆転することができる（補償電圧による再生）。このプロセスにおいて、太陽電池の表面から負電荷が流出する。しかし、翌日には、高い正の系統電圧のために劣化が再開し、その結果として毎晩もういちど再生を行わなければならない。
【０００８】
さらに、前掲のR. Swansonにおいて、基板の裏面にすべてのｐｎ遷移および金属コンタクトを配置した太陽電池の前面での電荷の蓄積を防止するために、前面の反射防止層上に導電コーティングを塗布し、このコーティングを、裏面の太陽電池のプラス極またはマイナス極に導電接続させることが提案された。
【０００９】
上述したタイプの太陽電池に比較して、ｐ型ベーシックドーピングおよびｎドープ前面をもつ両面コンタクトのシリコン太陽電池は、前面の表面再結合率の変化にそれほど敏感でない。このため、照射下および暗中での長期間の保管のあいだに、無負荷電圧の小さい劣化のみが見いだされた（前掲のJ. Zhao）。
【００１０】
Ines Rutschmann, "Noch nicht ausgelernt", Photon, p. 122, January 2008, and Ines Rutschmann, "Polarisation ueberwunden", Photon, p. 124, August 2008には、ｐ型ベーシックドーピングおよびｎドープ前面を有する両面コンタクトのシリコン太陽電池をもつモジュールは、高い負の系統電圧の作動に従って、低い並列抵抗、したがって低いフィルファクターも有することが記載されている。このことは、エミッタとベースの間の相互作用の表われであり、したがって上述した表面再結合率への影響とは基本的に異なっている。高温および高湿での処理によって、劣化したモジュールは、それらの性能を部分的に回復する。高い正の系統電圧では劣化は検出されず、暗中で接地に対して高い正の電位を印加することによって、既に劣化したモジュールを一時的に再生することができた。すなわち、この場合には補償電圧による再生が可能であり、ならびに、反転した極によるが、ｎ型ベーシックドーピング、ｎドープ前面および基板の裏面の局所的なｐおよびｎドープ領域をもつ裏面コンタクト太陽電池を含む上述したモジュールについても同様である。高い負の系統電圧では、劣化が再開し、その結果この場合にも補償電圧による再生を定期的に繰り返さなければならない。さらに、使用される前面金属化法である、特殊な転写によって、高い負の系統電圧でのモジュールの劣化が引き起こされることが報告されている（前掲のRutschmannを参照のこと）。
【００１１】
ｎドープ前面領域と、ｐドープ裏面領域と、前面コンタクトと、裏面コンタクトと、酸化シリコンからなり、反射防止層として機能しうる少なくとも１つの第１の前面層とから構成される太陽電池が、US A 4,343,962によって知られている。この層は窒化物を含んでいてもよい。
【００１２】
欠陥を有する窒化シリコンからなる反射防止前面層をもつ太陽電池が、US A 4,144,094に記載されている。
【００１３】
ｎ型ベーシックドーピングを有する裏面コンタクト太陽電池がUS B 7,554,031によって知られている。対応する太陽電池から組み立てられた太陽電池モジュールにおいて極性を損なうのを防止するために、太陽電池モジュールの１つの領域にバイアス電圧が印加される。
【００１４】
本発明は、結晶系太陽電池、前記タイプの太陽電池の製造方法、および最初に説明したタイプの太陽電池モジュールの製造方法を、特にｐ型ベーシックドーピングと、ｎドープ前面と、窒化シリコンからなる反射防止層とを有する両面コンタクトのシリコン太陽電池について、高い負の系統電圧または前面の正電荷のために、並列抵抗、したがってフィルファクターの劣化を低減させるようにさらに発展させるという問題に基づいている。
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明は本質的に、第１の層とｎドープ領域との間に、ＳｉＮ，ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群からの少なくとも１つの材料からなるまたは当該材料を含む第２の層を設けて欠陥の形成のためにドープしたことを特徴とする結晶系太陽電池を提供する。
【００１６】
ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む第２の層は、１ないし２．２のシリコン−窒素比および１０％より多いＨ原子濃度を含むほうがよい。
【００１７】
さらにより改善された安定性を得るために、第１の層の製造後に、第１の層に正および／または負の電荷キャリアを導入することを備える。
【００１８】
好ましくは、電荷キャリアの電荷密度／単位面積は、＞１・１０１２／ｃｍ２である。
【００１９】
特に、太陽電池の製造後に、これらに負の電圧Ｕｎを所定の時間にわたって印加するほうがよい。
【００２０】
本発明は、太陽電池の製造後に、それらの上に正電荷を堆積させることも特徴とする。
【００２１】
第２の層がＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む限り、これは、ｎ≧２、特に２．１ないし３．０の屈折率ｎを有するほうがよい。
【００２２】
好ましくは、第２の層を、１ｎｍ≦Ｄ１≦５０ｎｍの厚みＤ１で形成するほうがよい。
【００２３】
驚いたことに、前面窒化シリコン層、または太陽電池の窒化シリコン層とｎドープ領域との間にある窒化シリコン層に欠陥を導入した場合、並列抵抗の劣化が大幅に防止または少なくとも大幅に低減することが示された。欠陥は、特に、Ｐ，Ｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃ，Ｏ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｒの群からの元素でドープすることによって生じる。
【００２４】
窒化シリコン層の代わりに、他の材料、好ましくは、ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，またはａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘからなる層を設けることもできる。
【００２５】
Ｐ，Ｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃ，Ｏ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｒの群からの少なくとも１つの元素でドープすることによって、第２の層に欠陥を生じさせてもよい。
【００２６】
１つの実施形態において、この層は、酸素含有雰囲気中において波長λ＜４００ｎｍでシリコン基板をＵＶ照射することによって生じたＳｉＯｘからなる。他の実施形態において、この層は、酸素含有雰囲気中において、３００ないし１０００℃の範囲の温度で生じたＳｉＯｘからなる。
【００２７】
追加の層によって、高い負の系統電圧で、または太陽電池の前面に負電荷を堆積させた後に、ｎドープ前面上に窒化シリコン層を直接に堆積した他の太陽電池に比較して、低い並列抵抗の発生が大幅に低減する。
【００２８】
さらに、本発明は、前面ｎドープ領域と、裏面ｐドープ領域と、前面および裏面のコンタクトと、反射防止層としての、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面の第１の層とを有する結晶系太陽電池を製造する方法であって、前記第１の層と前記ｎドープ領域との間に、ＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群からの少なくとも１つの材料からなるまたは当該材料を含む第２の層を設け、前記太陽電池の製造後に、前記太陽電池に負の電圧Ｕｎを印加するか、または前記第１の層に正および／または負の電荷キャリアを導入することを特徴とする。さらに、欠陥を形成するために、第２の層を、好ましくはＰ，Ｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃ，Ｏ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｒの群からの元素でドープするほうがよい。
【００２９】
したがって、前記課題の他の解決策は、上述したように、太陽電池が、シリコン基板と窒化シリコン層との間に追加の層を備え、さらに、太陽電池上に正電荷を堆積させることを備える。このプロセスにおいて、太陽電池が１０℃ないし６００℃の範囲にあることが好ましい。
【００３０】
前記課題の解決策はさらに、上述したように、太陽電池は、シリコン基板と窒化シリコン層との間に追加の層を備え、積層して太陽電池アセンブリのモジュールにした後に、接地に対して高い負の電圧を一時的に印加することを備える。このプロセスにおいて、モジュールは１０℃ないし２００℃の範囲にあるほうがよい。
【００３１】
驚くべきことに、革新的な、太陽電池への負電荷の印加によって、または革新的な、接地に対するモジュールへの高い負の電圧の印加によって、太陽電池または太陽電池モジュールの並列抵抗が最初に減少し、その後に再びほぼ初期値に上昇するが、それゆえに劣化が実質的に十分に反転することがわかった。太陽電池に追加の正電荷をもはや堆積させないか、またはモジュール内の太陽電池アセンブリに接地に対して負の電圧をもはや印加しない場合でも、並列抵抗はこの高い値に永続的に留まる。高い温度は永続的な再生というこのプロセスを加速する。
【００３２】
特に、５０℃ないし２００℃、好ましくは８０℃の温度で、太陽電池に負の電圧を印加する、および／または第１の層に正および／または負の電荷を導入するほうがよい。
【００３３】
本発明による方法は、シリコン基板と窒化シリコン層との間にいかなる追加の層ももたない太陽電池について知られ、正の電圧の印加により観測された一時的な再生とは根本的に異なる。
【００３４】
本発明の基礎になっている課題の他の提案された解決策は、ｐ型ベーシックドーピングと、ｎドープ前面と、窒化シリコンからなる反射防止層とをもつ両面コンタクトのシリコン太陽電池の前面に、光学的に透明な導電層を付けることを備える。結果として、任意の別の対策なしに、反射防止層と前面金属コンタクトが互いに導電接続される。前面金属コンタクトが、さらに、ｎドープ前面に導電接続されているので、反射防止層は高い系統電圧の場合でも電場がないままであり、したがって反射防止層に電荷が導入されない。
【００３５】
最初に記載したタイプの太陽電池モジュールを製造するための方法は、太陽電池モジュールの少なくとも１つの接合に対して、フレームに高い正の電圧を所定の時間にわたって印加することを特徴とする。この場合、フレームと少なくとも１つの電気コンタクトとの間に１００Ｖないし２００００Ｖの正の電圧を印加し、好ましくは０．５秒≦ｔ１≦１２００分の時間ｔ１にわたって正の電圧を印加することを備える。
【００３６】
太陽電池モジュールを製造するための他の解決策は、太陽電池モジュール上に、時間ｔ２にわたって、導電性液体、導電性プラスチックフィルム、または導電性金属箔を配置し、これに、所定の時間ｔ３にわたって、太陽電池モジュールの少なくとも１つの電気コンタクトに対して、正の電圧を印加することを備える。このプロセスにおいて、導電性液体またはプラスチックフィルムまたは金属フォイルと少なくとも１つの電気コンタクトとの間に、１００Ｖないし２００００Ｖの正の電圧を印加するほうがよい。
【００３７】
特に、０．５秒≦ｔ２≦１２００分の時間ｔ２にわたって太陽電池モジュール上に液体またはプラスチックフィルムまたは金属フォイルを配置するか、または０．５秒≦ｔ２≦１２００分の時間ｔ３にわたって正の電圧を印加することを備える。
【００３８】
さらに、本発明は相互接続された結晶系のｐ型またはｎ型の太陽電池を有する太陽電池モジュールに関し、太陽電池の各々は、前面ｎまたはｐドープ領域、裏面ｐまたはｎドープ領域、前面コンタクト、裏面コンタクト、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層を有し、前記太陽電池は前面でプラスチックの光学的に透明な埋込み材料によって覆われ、前記埋込み材料上にガラスまたはプラスチックからなる電気絶縁性で光学的に透明なカバーが設けられ、前記太陽電池は裏面でプラスチックの埋込み材料によって覆われており、こうして形成されたユニットが好ましくはこれを囲む金属フレームを有し、前記太陽電池モジュールは、前面プラスチック埋込み材料とカバーとの間に導電性で少なくとも部分的に光学的に透明な層が設けられ、これは太陽電池モジュールの電気コンタクトの１つに導電接続されていることを特徴とする。
【００３９】
本発明による教示に基づいて、ｐｎ遷移に対する並列抵抗の劣化が少なくとも低減されるか、または永続的に防止され、その結果、太陽電池、したがって太陽電池モジュールの効率は許容できないほどには減少しない。この場合、最初に低減した並列抵抗の永続的な再生のための提案された解決策によれば、太陽電池または太陽電池モジュールの少なくとも１つの接合部と接地との間に直流電圧を印加し、すなわち、ｐドープ基板およびｎドープ前面をもつｐドープ結晶シリコン太陽電池の場合には、負の電圧の印加し、ただし窒化シリコンからなるではなく、むしろ好ましくはＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈ，ＴｉＯｘの群からの少なくとも１つの材料からなる中間層を組み込む。
【００４０】
欠陥を有する窒化シリコン層は、それが中間層であれ、反射防止層としての前面窒化シリコン層であれ、対応する電圧印加を必要としない。
【００４１】
電圧を印加する代わりに、負電荷キャリアを、特に前面窒化シリコン層に導入することもでき、これは同一の効果をもたらす。負電荷キャリアを導入するためには、太陽電池の上面に、好ましくはコロナ放電によって、正電荷を堆積させる。この場合にも、並列抵抗の最初の低減後に、永続的な再生が生じる。
【００４２】
窒化シリコン層への電荷キャリアの導入は、窒化シリコンから正電荷キャリアを持ち出すことによって、負電荷キャリアが窒化シリコン層に入ってそこに留まり、その結果、続いて、負電荷を太陽電池の上面から除去できることによってなされる。
【００４３】
太陽電池が上面でまたは太陽電池モジュールが、好ましくは個々の太陽電池を埋め込む絶縁層（たとえばＥＶＡ）の上で、導電性で少なくとも部分的に光学的に透明な層で覆い、次に前記層を直接太陽電池に付ける場合には前記層を好ましくはストリップ状または点状の前面コンタクトに接続するかあるいは前記層を絶縁層上に付ける場合には前記層を任意に前面または裏面コンタクにより接続する場合には、電荷キャリアの導入または高電圧の印加が不要である。
【００４４】
したがって、独立の提案した解決策によれば、本発明は、前面ｎドープ領域と、裏面ｐドープ領域と、前面コンタクトと、裏面コンタクトと、反射防止層としての、ＳｉＮからなるまたはＳｉＮを含む少なくとも１つの前面層とを有する結晶系太陽電池によって、前記第１の層上または前者の上に広がっている絶縁層上に、導電性または少なくとも部分的に光学的に透明な第３の層を設け、前記第３の層を、前記第１の層の配置の場合には前面コンタクトに、前記絶縁層上の配置の場合には前面コンタクトまたは裏面コンタクトに電気的に導通するように接続することも特徴とする。
【００４５】
本発明のさらなる詳細、利点および特徴は、請求項および請求項（単独および／または組合せ）から得られる特徴からだけでなく、以下の好ましい実施形態の例の記載および図面から起こる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】高い負の系統電圧で改善された安定性をもつシリコン太陽電池の第１の実施形態。
【図２】正電荷による帯電時間の関数としての、高い負の系統電圧で改善された安定性をもつシリコン太陽電池の測定された並列抵抗。
【図３】高い負の系統電圧で改善された安定性をもつシリコン太陽電池の他の実施形態を示す。
【図４】高い系統電圧で改善された安定性をもつ太陽モジュールの実施形態。
【００４７】
以下の好ましい実施形態の例の説明において、太陽電池または太陽電池モジュールの構造および機能は、特にｐ型ベーシックドーピングをもつ結晶シリコン太陽電池およびこれらから製造されたモジュールに関連して、十分に知られていることを想定する。
【００４８】
さらに、本発明は、従来の技術により知られているように、前面に複数の窒化シリコン層を有する太陽電池をも含むことに留意されたい。この点で、前面窒化シリコン層という用語も、１以上の前面窒化シリコン層の同義語として理解すべきである。さらに、示した寸法は、本発明に係る教示をそれによって限定することなく、基本的に単に例として示していると理解すべきである。
【００４９】
図１に、結晶シリコン太陽電池１０を単に図式的に示している。これは、たとえば１８０μｍ厚さのシリコンウェハの形態にあるｐ型ドープ基板１２を有し、これを前面すなわち前面表面の全体にわたってｎ＋ドープしている。対応する領域を符号１４で表している。その裏面で、基板１２をｐ＋拡散している（領域または層１６）。さらに、前面にストリップ状または点状の前面コンタクト１８、２０がある。太陽電池の前面は窒化シリコンからなる反射防止層２２を有し、これはたとえば屈折率が１．９でありうる。裏面の全表面には裏面コンタクト２４が設けられている。
【００５０】
本発明に従って、実施形態によれば、前面または第１の窒化シリコン層２２とｎ＋拡散領域１４との間に、第２の層と呼ぶ別の窒化シリコン層２６を設け、たとえば２．３の屈折率および２５ｎｍの厚みを有する。
【００５１】
反射防止層２２とｎ＋領域１４との間に、中間層すなわち第２の層２６を導入することによって、層１２と１４の間にあるｐｎ遷移に対する並列抵抗の劣化を防止または大幅に低減される。中間層２６は、ドーピングによって、欠陥または欠陥領域を有する。ドーピング剤として、好ましくはＰ，Ｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃ，Ｏ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｒの群からの元素を考慮する。
【００５２】
並列抵抗の劣化を回避しなければならない。これがあまりにも大幅に劣化すると、ｐｎ遷移に擬似短絡が生じ、その結果として太陽電池はもはや適切に機能することができないからである。
【００５３】
窒化シリコンからなる中間層２６の代わりに、他の材料たとえばＳｉＯｘ，Ａｌ２Ｏｘ，ＳｉＯｘＮｙ：Ｈｚ，ａ−Ｓｉ：Ｈおよび／またはＴｉＯｘからなる層を挿入して、高い系統電圧、および太陽電池または対応する太陽電池からなるモジュールの前面での電荷の結果として並列抵抗の劣化を防止してもよい。この場合、太陽電池の製造後、またはモジュールを形成するための対応する太陽電池の相互接続の後に、太陽電池または太陽電池モジュールのコンタクトの１つ、すなわちプラス極またはマイナス極または両方のコンタクトに、接地に対して高い負の直流電圧を印加する。この層のためのドーピング剤として、特に、Ｐ，Ｎ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｃ，Ｏ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ，Ｃｕ，Ｖ，Ｗ，Ｆｅ，Ｃｒの群からの元素を考慮する。
【００５４】
代わりに、太陽電池上すなわちその前面上に、たとえばコロナ放電によって正電荷を堆積させてもよい。このように、対応する中間層に特に負電荷を導入し、前記電荷はｎ＋層から生じ、結果として対応する劣化を同様に防止または低減する。このことを図２によって説明する。したがって、図２は本発明による太陽電池についてｐｎ遷移に対する並列抵抗の時間曲線を示し、本発明の教示に対応して、太陽電池に前面窒化シリコン層２２（既述したように複数の層からなっていてもよい）とｎ＋層１４（層と呼んでもよい）との間にＳｉＯｘからなる中間層を設ける。この場合の測定は、結晶シリコン太陽電池（これについて、８０ｎｍの層厚の場合に、窒化シリコン層２２の屈折率はｎ＝２．１である）で行う。中間層は約２ｎｍの厚みを有し、＜３００ｎｍの波長をもつＵＶ光によってｎ＋層から生じた。続いて、コロナ放電によって、対応する太陽電池の前面に正電荷が堆積させた。並列抵抗を図２に従って測定した。最初の並列抵抗の低減の後、約１５分後に永続的な再生が生じることがわかる。
【００５５】
太陽電池１００の他の実施形態が図３から得られるであろう。中間層２６の代わりに、前面窒化シリコン層２２上に、光学的に透明な導電層２８（これはインジウム錫酸化物または酸化亜鉛からなるであろう）を堆積する。したがって、層２８は反射防止層２２を覆い、前面コンタクト１８、２０上に広がってもよい。実施形態においては、前面コンタクト１８、２０は解放されたままである。それに関係なく、層２８と前面コンタクト１８、２０との間の導電性の接続を与える。この点についての対策によって、並列抵抗の劣化を同様に防止または大幅に提言できる。
【００５６】
上で説明したタイプの本発明による太陽電池を相互接続して太陽電池モジュールに作製し、高い系統電圧でのその改善された安定性を達成する。図４に、太陽電池１０を含む対応するモジュール３０の断面を示す。
【００５７】
公知の方法で、太陽電池１１０の前面および裏面を、たとえばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）からなる透明なプラスチック層によって包囲し、その中に埋め込む。対応する層を符号３２、３４で表す。さらに、たとえばポリフッ化ビニル（ＴＥＤＬＡＲ）からなっていてもよい裏面フィルム３６を、ＥＶＡ層３４に沿って裏面に広げる。前面では、ＥＶＡ層３２をガラス板３６によって覆う。こうして形成されたユニットを、接地された金属フレームによって囲む。
【００５８】
本発明に従って、前面ＥＶＡ層３２とガラス板３８との間に、インジウム錫酸化物または酸化亜鉛からなるであろう透明な導電層４０を設ける。次に、モジュールの１つの極、すなわちプラス極またはナイナス極に、対応する層３８を接続する。対応する配置は、図３との関連でも説明した本発明の利点を同様に提供する。
【００５９】
太陽電池１１０の代わりに、太陽電池１０、１００、または類似の電池を相互接続してモジュールを作製してもよく、前記太陽電池は本発明の教示の上記説明に従っている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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