(57)【要約】【課題】  太陽電池モジュールにおける入射光強度の偏りによる発電量の低下といった問題点を、より安価かつ簡便に解決し、入射光強度が偏った場合に生じる発電効率の低下を、最大限抑制することを目的とする。【解決手段】  第１導電型の半導体基板と、第２導電型のエミッタ層と、前記半導体基板と前記エミッタ層との間に位置する第１導電型の導電層と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極と、を少なくとも有する太陽電池であって、前記導電層は、前記半導体基板よりも抵抗率が低く、前記半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜であることを特徴とする太陽電池。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板と、
第２導電型のエミッタ層と、
前記半導体基板と前記エミッタ層との間に位置する第１導電型の導電層と、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極と、
を少なくとも有する太陽電池であって、
前記導電層は、前記半導体基板よりも抵抗率が低く、前記半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜であることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記導電層のドーパント濃度が、１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３である請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記導電層の厚みが、０．０１〜２μｍである請求項１または請求項２記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１導電型および前記第２導電型が、それぞれｎ型およびｐ型であり、前記エミッタ層のドーパントがホウ素（Ｂ）であり、前記導電層のドーパントがリン（Ｐ）である請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項５】
第１導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第１導電型の導電層を形成する工程と、
前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、
を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、
前記エミッタ層は、エピタキシャル成長により形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項６】
第１導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第１導電型の導電層を形成する工程と、
前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、
を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の受光面に、ホウ素化合物およびリン化合物を同時に気層拡散させて、前記導電層および前記エミッタ層を同時に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項７】
第１導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第１導電型の導電層を形成する工程と、
前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、
を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、
前記半導体基板の受光面に、ホウ素化合物を含む材料およびリン化合物を含む材料を塗布し、当該ホウ素化合物および当該リン化合物を同時に熱拡散させて、前記導電層および前記エミッタ層を同時に形成することを特徴とする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、安価で安定的な電力供給をもたらす太陽電池、および太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来より実用化されている太陽電池セル６００（以降セルと略す場合がある）の断面構造の模式図である。基板６０１に対し、受光面側には基板の導電型と反対の導電型のエミッタ層６０２が設けられ、この上に受光面フィンガー電極６０３が設けられる。上記エミッタ層の形成方法としては、熱拡散法が広く用いられる。基板を熱処理炉に入れ、基板の導電型がｎ型の場合はＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等、基板の導電型がｐ型の場合はＰ、Ａｓ、Ｓｂ等を拡散源とし、拡散源毎に所定の温度、時間滞留させて基板の表面から熱拡散させることでエミッタ層が形成される。
受光領域には、反射損失を低減する目的で、反射防止膜６０４が設けられることが多い。また、反受光面側（裏面）にも裏面フィンガー電極６０５が形成される。
【０００３】
太陽電池セルは、通常０．５Ｖ程度の電圧しか発電できないため、一般に使用するためには、十分な発電力を得るために数十枚が直列に接続され、太陽電池モジュールに加工されて使用される。太陽電池セルは、基板面に光が照射された場合にのみ発電するから、モジュール内では太陽電池セルはタイル状に敷き詰められた構造をなす。
【０００４】
太陽電池モジュール全面に一様な強度の光が入射していれば、それぞれのセルで発生する電流量は同じであり、この電流が出力電流となる。しかし、モジュールは屋外で使用されることが多いため、モジュールの一部分への入射光強度が低下してしまうことや、一部分のみに光が全く入射しない（陰になる）ことが起こりうる。これらの場合、モジュールとしての発生電流は個々のセルの最も低い発生電流値に律速され、さらには、低出力セルは負荷となり、周囲のセルが発電した電力を消費してしまう。この結果、太陽電池モジュールとしての出力が大幅に低下してしまう問題が発生する。
【０００５】
この問題を回避するため、電流バイパスのためのバイパスダイオードが設けられることが多い。図７に外付けのダイオードが設けられた太陽電池モジュール７００の模式図を示す。数枚単位〜数十枚単位（ストリング）毎に、バイパスダイオード７０４が並列に設けられる。ストリングの一部への入射光強度が低下すると、ストリングの動作電圧は低下する。この場合、電流はバイパスダイオードを流れることとなるため、このストリングは他のストリングに対して負荷とはならないと共に、他のストリングで発電した電力の消費も回避できる。
【０００６】
上記構造のバイパスダイオードが動作すると、１ストリング内の全てのセルがバイパスされてしまう。そのため、１ストリング内のたった１枚のセルのみが動作しなくなった（陰になった）だけでも、得られたであろうセル数枚分〜数十枚分の発電量が、バイパスにより得られなくなってしまう。これを改善するために、１ストリング内の構成セル枚数を減らして、バイパスダイオードを多数設置する対応をとることができるものの、コスト高になるだけでなく、モジュール構造が煩雑になってしまう問題が生じてしまい、現実的でない。
【０００７】
このモジュール構造が煩雑となってしまう問題に対して、特許文献１および２では、セルそのものにバイパスダイオードを内蔵させる構造を開示している。これは、イオンインプラ法によりエミッタ層の下に高濃度のｐ+ｎ接合領域を点在させ、この接合領域をツエ
ナーダイオードとして利用するものである。この方法は、ツエナーダイオードが電流をバイパスする機能を示すことから、いわゆるバイパスダイオードを内蔵させる方法であるといえる。この方法によれば、バイパスダイオードを外付けする必要がないため、太陽電池モジュール作製が簡便になる優れた方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１１０１２１号公報
【特許文献２】特開２００１−１８９４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、セル化工程に生産性の非常に悪いイオンインプラ法を用いることや、ｐ+ｎ接合しない領域にマスク処理をする工程が必要であることにより、セル化工程が高コ
ストとなってしまい現実的でない。さらには、電流バイパス用のｐ+ｎ接合領域は点在し
ているため、セルをバイパスダイオードとしてみなした場合の飽和抵抗は、バイパスダイオードを内蔵しないセルと比べて必然的に大きくなる。従って、ひとたびこのバイパスダイオードが動作しても、このバイパスダイオードでの電力消費が発生してしまい、場合によっては、この消費電力により発熱や発火が生じる恐れもある。
また、ｐ+ｎ接合領域がツエナーダイオードとして電流のバイパスを安定的に確保する
ためには、ｐ+ｎ接合領域のｐ+領域にある程度の断面積が必要となる。そのため、ｐ+ｎ
接合領域を点在させた場合には、この安定性を確保するためにある程度の膜厚がｐ+領域
に必要となるところ、本発明者は、このｐ+領域の膜厚により入射光が吸収されてしまい
、基板まで到達する入射光の強度が弱くなってしまうことを見出した。すなわち、ｐ+領
域に照射された入射光は、基板まで到達した光しか電力に変換されないため、結果としてバイパスダイオードを内蔵させると、セルそのものの発電効率を低下させてしまう。
本発明は、太陽電池モジュールにおける入射光強度の偏りによる発電量の低下といった問題点を、より安価かつ簡便に解決しようとするものであり、入射光強度が偏った場合に生じる発電効率の低下を、最大限抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明者は、セル内に電流のバイパス機能を内蔵させても、入射光強度を低下させることなく効率的に電力へ変換することが可能であり、セルそのものの発電効率が低下しない太陽電池について、鋭意検討を行った。電流をバイパスさせる手段としてツエナーダイオードを採用し、断面積が与える電流バイパスの安定性と、膜厚が与える入射光強度への影響に着目した。
その結果、基板と同じ導電型であり、かつ基板よりも抵抗率が低い薄膜状の導電層が、基板の受光面の大部分を被覆するように、基板とエミッタ層との間に位置する構成をとれば、導電層が薄膜状であることにより入射光強度を低下させることがなく、かつ導電層が基板の受光面の大部分を被覆することにより、薄膜状であっても安定して電流をバイパスできる断面積を確保できることを見出し、本発明を想到するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、第１導電型の半導体基板と、第２導電型のエミッタ層と、前記半導体基板と前記エミッタ層との間に位置する第１導電型の導電層と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極と、を少なくとも有する太陽電池であって、前記導電層は、前記半導体基板よりも抵抗率が低く、前記半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜であることを特徴とする太陽電池、である。
また、本発明は、第１導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第１
導電型の導電層を形成する工程と、前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、前記エミッタ層は、エピタキシャル成長により形成することを特徴とする太陽電池の製造方法、である。
本発明は、第１導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第１導電型の導電層を形成する工程と、前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、前記半導体基板の受光面に、ホウ素化合物およびリン化合物を同時に気層拡散させて、前記導電層および前記エミッタ層を同時に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法、である。
本発明は、第１導電型の半導体基板の受光面に、当該半導体基板よりも抵抗率が低く、当該半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である第１導電型の導電層を形成する工程と、前記導電層および導電層が被覆していない前記半導体基板の受光面にエミッタ層を形成する工程と、前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極を形成する工程と、前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極を形成する工程と、を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、前記半導体基板の受光面に、ホウ素化合物を含む材料およびリン化合物を含む材料を塗布し、当該ホウ素化合物および当該リン化合物を同時に熱拡散させて、前記導電層および前記エミッタ層を同時に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法、である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の太陽電池によれば、入射光強度が偏った場合に生じる発電効率の低下を、大幅に抑制することができる。また、本発明の太陽電池の製造方法によれば、太陽電池の発電性能を損なうことのない電流バイパス機能を、個々のセルに簡便に内蔵することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る太陽電池の一例の電極の配置図である。
【図２】本発明に係る太陽電池の一例の断面構造を示す図である。
【図３】太陽電池モジュールの構造を示す図である。
【図４】太陽電池モジュールの断面構造を示す図である。
【図５】本発明に係る太陽電池の製造工程の一例を概略的に説明するフロー図である。
【図６】一般的な太陽電池の断面の構造を示す図である。
【図７】太陽電池モジュールにおけるバイパスダイオードの配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について説明する。
本発明にかかる太陽電池は、第１導電型の半導体基板と、半導体基板の受光面側に設けられた第２導電型のエミッタ層との間に、第１導電型の導電層を有する。第１導電型はＰ型又はＮ型を意味し、第２導電型は第１導電型と反対導電型のＮ型又はＰ型を意味する。例えば、第１導電型がｎ型の場合は、第２導電型はＰ型となる。
そして、本発明は、前記導電層の抵抗率が半導体基板の抵抗率よりも低く、かつ、前記導電層が半導体基板の受光面の８０％以上を被覆する入射光を透過する薄膜であることを特徴とする。抵抗率が低いことにより、入射光強度が低下した際に、エミッタ層と導電層の接合が電流をバイパスするツエナーダイオードとしての機能を発揮することができる。また、半導体基板の受光面の８０％以上を被覆することにより、薄膜であっても安定して
電流をバイパスできる断面積を確保できる。さらに、入射光を透過する薄膜であれば、入射光強度が低下することがなく、太陽電池の発電性能が損なわれることがない。
【００１５】
前記導電層のドーパント濃度は、１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３であることが好ましい。濃度が１×１０１７／ｃｍ３より低いと、ツエナーダイオードとしたときの動作電圧が高くなりすぎるからであり、また、１×１０２０／ｃｍ３より高いと、基板の結晶格子の歪が大きくなり、光電変換効率が低下してしまうからである。上記範囲内のドーパント濃度であれば、動作電圧や光電変換効率の問題が生じることがない。
【００１６】
前記導電層の厚みは、０．０１μｍ〜２μｍであることが好ましい。０．０１μｍより薄いと、十分に断面積を確保することができず、電流をバイパスするツエナーダイオードとしての安定性が損なわれるからである。また、２μｍより厚いと、導電層による入射光の吸収量が大きくなりすぎて、発電性能を損なうおそれがあるからである。電流をバイパスする機能と発電性能を考慮すると、導電層の厚みが０．１μｍ〜１μｍであることが、より好ましい。
【００１７】
前記第１導電型および前記第２導電型が、それぞれｎ型およびｐ型であり、前記エミッタ層のドーパントがホウ素（Ｂ）であり、前記導電層のドーパントがリン（Ｐ）であることが好ましい。それは、他のドーパントに比べ安価であること、環境汚染への影響度が小さい、等の理由からである。
【００１８】
図１は、上記で説明した本発明の太陽電池セル１００の概観を示すものである。受光面の集電電極として、受光面フィンガー電極１０１と呼ばれる数百μｍ〜数十μｍ幅の電極を多数有し、また、太陽電池セルを連結するための集電電極として受光面バスバー電極１０２を数本有する。
図２は、本発明の一例の太陽電池セル１００の断面構造を示すものであり、図１のＡＡで示す部分の断面構造である。受光面のエミッタ層（ｐ＋層）１０３とｎ型基板１０４の間に、基板の略全面に渡って薄膜状の導電層（ｎ＋層）１０５を有する。裏面の電界層（ｎ＋層）１０６や裏面のパッシベーション膜１０７は必ずしも必要ではないが、高い光電変換効率を得るためには備えている方が好ましい。
【００１９】
図３は、本発明の太陽電池セルを直列に接続して加工した太陽電池モジュール３００の概観を示すものである。太陽電池セル１００は、太陽電池モジュール内でタイル状に敷き詰められた構造をなし、基板の受光面に光が照射された場合にのみ発電する。太陽電池セル内に電流のバイパス機能を内蔵させていることから、従来の太陽電池モジュール（図７）とは異なり、外付けのバイパスダイオードを備える必要はない。
【００２０】
図４は、太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュール３００の断面模式図である。外付けのバイパスダイオードを備える必要はなく、各太陽電池セルの受光面バスバー電極１０２と裏面バスバー電極３０４とを、リボン線３０１で接続して、直列回路を形成すればよい。
なお、基板の導電型がｎ型の場合は、受光面バスバー電極が正電極、裏面バスバー電極が負電極であり、基板の導電型がｐ型の場合はこの逆となる。
【００２１】
次に、本発明にかかる太陽電池の製造方法について説明する。
半導体基板は、例えばＣＺ法やＦＺ法といった方法によって作製された単結晶シリコン基板や、多結晶シリコン基板を用いることができる。そして、導電層は、例えば、オキシ塩化リンを用いた気相拡散法により形成する方法や、五塩化リン、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等のリン化合物を拡散源とする塗布剤を半導体基板表面に刷毛で塗ったり、インクジェット、スクリーン印刷したり、スピン塗布したりしてから
熱処理する方法を用いることができる。導電層は、受光面側だけでなく、半導体基板の裏面側にあってもよい。裏面側の導電層は裏面電界層（ＢＳＦ）として働き、光電変換効率を上昇させる効果をもたらすことができる。
【００２２】
本発明の製造方法は、導電層を形成後、表面にできたガラスをふっ酸などで除去した導電層表面にエミッタ層をエピタキシャル成長により形成することを特徴とする。具体的なエピタキシャル成長方法としては、導電層形成後の半導体基板を真空チャンバーに入れ９００℃〜１２００℃に加熱し、ＳｉＨ４、ＳｉＨ３Ｃｌ、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４等のいずれかとＨ２を反応ガスとし、Ｂ２Ｈ６、ＢＣｌ３、ＢＢｒ３等をドーパントガスとして反応させ、厚さ０．１μｍ〜１μｍ程度のエミッタ層を形成する方法が挙げられる。シート抵抗としては２５Ω〜３００Ω程度が好ましい。
【００２３】
また、本発明の製造方法としては、半導体基板の受光面に、ホウ素化合物およびリン化合物を同時に気相拡散させて、導電層およびエミッタ層を同時に形成することができる。ホウ素化合物としては、三塩化ホウ素、ボラン類（ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６）、ＢＨＣｌ２、Ｂ（ＯＥｔ）３およびＢ（ＯＭｅ）３等を用いることができる。
具体的には、テクスチャ形成および洗浄済みの半導体基板を、９００℃〜１１００℃程度の熱処理炉に入れ、キャリアガスとしてＮ２、Ａｒ等を用いて、三塩化ホウ素、ボラン類（ＢＨ３、Ｂ２Ｈ６）、ＢＨＣｌ２、Ｂ（ＯＥｔ）３、Ｂ（ＯＭｅ）３等のホウ素化合物と、五塩化リン、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等のリン化合物を、混合して炉内に導入し、５分〜６０分程度加熱条件下で気層拡散させる方法である。リン化合物はホウ素化合物より拡散係数が大きいため、半導体基板のより深くまで浸透するので、導電層は半導体基板とエミッタ層との間に形成されることとなる。リン化合物とホウ素化合物の拡散係数の違いに着目し、キャリアガス量や、拡散源の温度などを制御して、さらにリン化合物に対してホウ素化合物の導入量を多くすることで、表面近傍にエミッタ層、この直下に導電層を一度に形成することができる。また、片面のみにエミッタ層を形成するために、半導体基板の裏面同士を２枚重ね合わせた状態で拡散したり、拡散前に半導体基板の裏面にＳｉＯ２膜やＳｉＮｘ膜などを拡散マスクとして形成して、裏面にＰＮ接合ができないような工夫を施しておいてもよい。
【００２４】
また、本発明の製造方法としては、半導体基板の受光面に、ホウ素化合物を含む材料およびリン化合物を含む材料を塗布し、ホウ素化合物およびリン化合物を同時に熱拡散させて、導電層およびエミッタ層を同時に形成することができる。具体的には、テクスチャ形成および洗浄済みの半導体基板に、ホウ素化合物とリン化合物を含む塗布剤を刷毛で塗ったり、インクジェット、スクリーン印刷したり、スピン塗布したりする等の方法で塗布した後、塗布基板を９００℃〜１１００℃で５分〜６０分間熱処理して、導電層およびエミッタ層を形成する方法である。前記気層拡散法の場合と同様に、リン化合物とホウ素化合物の拡散係数の違いにより、導電層は半導体基板とエミッタ層との間に形成されることとなる。ホウ素化合物塗布剤とリン化合物塗布剤の塗布順序は、どちらが先でもよく、多層塗布としてもかまわないし、予めこれら塗布剤を混合しておいてから塗布してもよい。この方法は、気相拡散法とは異なり、半導体基板の片面のみ選択的に拡散層を形成することができる。
【００２５】
図５に示すフロー図を用いて、本発明にかかる太陽電池の製造方法の一例を以下に述べる。ただし、本発明はこの方法で作製された太陽電池に限られるものではない。
高純度シリコン基板にＰ、ＡｓあるいはＳｂのようなＶ族元素をドープし、比抵抗０．１Ω・ｃｍ〜５Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶｛１００｝ｎ型シリコン基板表面のスライスダメージを、濃度５％〜６０％の水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、もしくは、ふっ酸と硝酸の混酸などを用いてエッチングする。
【００２６】
引き続き、基板表面にテクスチャと呼ばれる微小な凹凸形成を行う。テクスチャは太陽電池の反射率を低下させるための有効な方法である。テクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ溶液（濃度１％〜１０％、温度６０℃〜１００℃）中に１０分から３０分程度浸漬することで作製される。上記溶液中に、所定量の２−プロパノールを溶解させ、反応を促進させることが多い。
【００２７】
テクスチャ形成後、塩酸、硫酸、硝酸、ふっ酸等、もしくはこれらの混合液の酸性水溶液中で洗浄する。経済的及び効率的見地から、塩酸中での洗浄が好ましい。清浄度を向上するため、塩酸溶液中に、０．５％〜５％の過酸化水素を混合させ、６０℃〜９０℃に加温して洗浄してもよい。このようにして準備した基板１０４（図５（ａ））に対し、導電層１０５およびエミッタ層１０３を形成する（図５（ｂ）、（ｃ））。なお、導電層およびエミッタ層の形成方法は、上記したとおりである。
【００２８】
導電層はまた、ゲッタリング層としても機能するし、光電変換効率の向上にも寄与する。すなわち、上記拡散工程などの熱処理工程で生じるライフタイム低下を緩和する役割も果たす。導電層は、受光面側だけでなく、半導体基板の裏面側にも裏面電解層１０６として形成することができる（図５（ｂ））。裏面側の導電層は裏面電界層（ＢＳＦ）として働き、光電変換効率を上昇させる効果をもたらすことができる。
【００２９】
導電層とエミッタ層を形成後、受光面の反射防止膜１０８の形成を行う（図５（ｄ））。製膜にはプラズマＣＶＤ装置などを用いＳｉＮｘ膜を約１００ｎｍ製膜する。反応ガスとして、モノシラン（ＳｉＨ４）およびアンモニア（ＮＨ３）を混合して用いることが多いが、ＮＨ３の代わりに窒素を用いることも可能であり、また、プロセス圧力の調整、反応ガスの希釈、さらには、基板に多結晶シリコンを用いた場合には基板のバルクパッシベーション効果を促進するため、反応ガスに水素を混合することもある。ＣＶＤの反応ガスの励起方法としては、前述のプラズマによるもののほか、熱ＣＶＤや光ＣＶＤなどを用いてもよい。
また、反射防止膜の形成と同様の条件で、裏面にもＳｉＮｘ膜を形成し、裏面パッシベーション膜１０７としてもよい（図５（ｄ））。
【００３０】
次いで、裏面フィンガー電極１０９および受光面フィンガー電極１０１を形成する（図５（ｅ））。形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、印刷法などがある。経済的観点から、インクジェットやスクリーン印刷などの印刷法を用いるのが好ましい。基板裏面ならびに受光面に、Ａｇなどの金属微粒子を有機溶媒中に分散させた導電性ペーストを電極パターン状に印刷し乾燥する。受光面電極は図１に示すような櫛歯型をとることが多い。裏面電極は基板全面を覆ってもよいし、受光面と同じ櫛歯型としてもよいし、格子状など様々な形態が可能である。これらの印刷の後、６００℃〜９００℃程度の熱処理により、Ａｇの焼結ならびに、ＳｉＮｘ膜に銀粉末を貫通（ファイアースルー）させ電極とシリコンを導通させる。なお、裏面電極および受光面電極の焼成は別々に行ってもよいし、一度に行うことも可能である。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づき説明するが、本発明は実施例及び比較例に限定されるものではない。
本発明の有効性を確認するため、導電層を形成後にエミッタ層をエピタキシャル成長により形成する方法（実施例１）と、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）と三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）の混合ガスを気層拡散して導電層とエミッタ層を同時に形成する方法（実施例２）により、太陽電池セル作製を行い、該セルを直列接続し、太陽電池モジュールとして性能評価を行った。比較例として、三臭化ホウ素（ＢＢｒ３）ガスのみで気層拡散を行い、導
電層を形成せずにエミッタ層のみを形成する方法により作製した太陽電池セル（比較例１）も、直列接続して太陽電池モジュールとして性能評価した。
【００３２】
１００×１００ｍｍ２、厚さ２５０μｍ、比抵抗１Ω・ｃｍの、リンドープ｛１００｝ｎ型アズカットシリコン基板６０枚に対し、熱濃水酸化カリウム水溶液によりダメージ層を除去後、水酸化カリウム／２−プロパノール水溶液中に浸漬しテクスチャ形成を行い、引き続き塩酸／過酸化水素混合溶液中で洗浄を行った。
【００３３】
続いて、以下の方法で導電層およびエミッタ層の形成を行った。
〈実施例１〉
上記基板２０枚に対し、オキシ塩化リンガス雰囲気下、８７０℃で４０分間熱処理して気層拡散により導電層のみの形成を行った。導電層のドーパント濃度は１×１０１８／ｃｍ３で、導電層の厚みは１μｍであり、シート抵抗は約３１Ωとなった。裏面へのまわりこみ防止措置はとらなかったため、裏面にも厚み１μｍの導電層が形成された。気層拡散後、ふっ酸にてガラスを除去し、洗浄、乾燥させた。
【００３４】
次に、これらの基板を真空チャンバーに入れ、基板温度を１０００℃まで加熱し、ＳｉＨ２Ｃｌ２、Ｈ２およびＢ２Ｈ６の混合ガス雰囲気中で２０分間処理し、エピタキシャル成長により受光面にのみエミッタ層を形成した。シート抵抗は約３４Ωとなった。
【００３５】
〈実施例２〉
テクスチャ形成済みの上記基板２０枚に対し、三臭化ホウ素およびオキシ塩化リン混合ガス雰囲気下、９８０℃で４０分間熱処理して気層拡散を行い、導電層とエミッタ層を同時に形成した。裏面への三臭化ホウ素およびオキシ塩化リンのまわりこみを防止するため、基板の裏面を背中合わせで２枚重ねた状態で熱処理を行った。三臭化ホウ素のキャリアガス流量は毎分２００ｍｌ、オキシ塩化リンのキャリアガス流量を毎分２５ｍｌとした。導電層のドーパント濃度は１×１０１８／ｃｍ３で、導電層の厚みは１μｍであり、受光面のシート抵抗は約３８Ωとなった。拡散後、ふっ酸にてガラスを除去し、洗浄、乾燥させた。
【００３６】
〈比較例１〉
テクスチャ形成済みの上記基板２０枚に対し、三臭化ホウ素ガス雰囲気下、９８０℃で４０分間熱処理して気層拡散を行い、エミッタ層を形成した。裏面への三臭化ホウ素のまわりこみを防止するため、実施例２と同様に基板の裏面を背中合わせで２枚重ねた状態で、熱処理を行った。三臭化ホウ素のキャリアガス流量は毎分２００ｍｌとした。受光面のシート抵抗は約３２Ωとなった。拡散後、ふっ酸にてガラスを除去し、洗浄、乾燥させた。
【００３７】
以上の処理の後、プラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉＮｘ膜を受光面反射防止膜として全試料に対し形成した。ＳｉＮｘ膜の屈折率は約２．１、膜厚は９５ｎｍとした。裏面のパッシベーション膜として、同様の条件で裏面にもＳｉＮｘ膜を形成した。
【００３８】
次に、全試料に対し、裏面ならびに受光面に櫛歯状のパターンでＡｇペーストをスクリーン印刷し、乾燥した。Ａｇペーストは、数ｎｍ〜数十ｎｍのＡｇ微粒子を有機溶媒中に分散させたものである。この後、７５０℃空気雰囲気中で１０秒程度熱処理し、Ａｇを焼結させて裏面フィンガー電極および受光面フィンガー電極を形成し、太陽電池を完成させた。
【００３９】
山下電装社製ソーラーシミュレータを用いてＡＭ１．５スペクトル、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、２５℃の条件下で、作製されたセル各２０枚の太陽電池特性を測定した。得
られた結果の平均値を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2015135988.tif 000003
【００４１】
実施例１、２は共に、比較例１と同等の最大出力を示し、発電特性は十分であった。この結果から、実施例１、２におけるエミッタ層と半導体基板との間に設けた導電層は、入射光を阻害せず、発電特性に影響を与えないことを確認した。
【００４２】
次に、電流をバイパスする効果を確認するため、実施例１、２および比較例１の各セル毎に、セル１０枚を直列に接続した。具体的には、受光面バスバー電極と隣接するセルの裏面バスバー電極とを、リボン線にてはんだ付けし、１０枚直列のストリングを形成した。屋外の太陽光下で３つのストリングを同一ステージ上に並べ、それぞれの太陽電池特性を計測した。標準セルを用いて入射光強度を同時に計測したところ、約１２０ｍＷ／ｃｍ２であった。このとき、セル１０枚分の最大出力は、実施例１、２および比較例１の各ストリングとも２２〜２３Ｗと、ほぼ同一の出力を示し、妥当な結果を得た。
【００４３】
次に、各ストリングのセル１枚に、受光面を完全に覆うように暗幕をかぶせ、擬似的に陰をつくって１枚のセルのみに太陽光が入射しないようにし、太陽電池特性を計測した。結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
2015135988.tif 000004
【００４５】
実施例１ならびに実施例２は、セル１０枚分の最大出力２２〜２３Ｗの、約９０％の出力量に相当する約２０Ｗの最大出力を示した。この結果から、陰となって太陽光が入射されなかったセルは、他のセルにとって負荷となることなく電流を完全にバイパスしたことは明らかであり、太陽光が入射された９枚のセルの最大出力を、ストリングそのものの出力とすることが、可能となった。一方で、比較例１は、陰となったセルが他のセルの負荷となってしまい、ストリング全体として全く発電せず、測定そのものができなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の太陽電池によれば、入射光強度が偏った場合に生じる発電効率の低下を、大幅に抑制することができる。また、本発明の太陽電池の製造方法によれば、太陽電池の発電性能を損なうことのない電流バイパス機能を、個々のセルに簡便に内蔵することが可能となる。
【符号の説明】
【００４７】
１００              太陽電池セル
３００              太陽電池モジュール
６００              太陽電池セル
７００              太陽電池モジュール
１０４、６０１      基板
１０２              受光面バスバー電極
１０１、６０３      受光面フィンガー電極
１０８、６０４      反射防止膜
１０３、６０２      エミッタ層
１０９、６０５      裏面フィンガー電極
３０４              裏面バスバー電極
１０７              裏面パッシベーション膜
１０６              裏面電界（ＢＳＦ）層
１０５              導電層
３０１、７０１      リボン線
３０２、７０２      モジュールの負電極
３０３、７０３      モジュールの正電極
７０４              バイパスダイオード
【図１】
2015135988.tif 000005
【図２】
2015135988.tif 000006
【図３】
2015135988.tif 000007
【図４】
2015135988.tif 000008
【図５】
2015135988.tif 000009
【図６】
2015135988.tif 000010
【図７】
2015135988.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月25日(2015.3.25)
【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】
太陽電池モジュールであって、
複数の太陽電池と、
前記太陽電池を連結するリボン線と
を少なくとも備え、
前記太陽電池は、第１導電型の半導体基板と、
第２導電型のエミッタ層と、
前記半導体基板と前記エミッタ層との間に位置する第１導電型の導電層であるツエナーダイオードと、
前記エミッタ層と電気的に接続する受光面フィンガー電極と、
前記半導体基板と電気的に接続する裏面フィンガー電極と、
を少なくとも有し、
前記ツエナーダイオードは、前記半導体基板よりも抵抗率が低く、前記半導体基板の受光面の８０％以上を被覆し、入射光を透過する薄膜である太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記ツエナーダイオードのドーパント濃度が、１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３である請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記ツエナーダイオードの厚みが、０．０１〜２μｍである請求項１または請求項２記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第１導電型および前記第２導電型が、それぞれｎ型およびｐ型であり、前記エミッタ層のドーパントがホウ素（Ｂ）であり、前記ツエナーダイオードのドーパントがリン（Ｐ）である請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。