(57)【要約】  ｐ型非晶質シリコン膜とｎ型非晶質シリコン膜の接触によるリーク電流の発生を防止することができ、かつセル特性を向上させることができる太陽電池を提供する。  第１の主面１１、及び第１の主面１１と反対側に設けられる第２の主面１２を有するｎ型結晶シリコン基板１０と、第１の主面１１側に設けられるｎ型非晶質シリコン膜３１と、第２の主面１２側に設けられるｐ型非晶質シリコン膜３２とを備え、ｎ型非晶質シリコン膜３１の面方向における端部３１ｂの厚みが、面方向の中央部の厚みｔ０より薄くなるように、端部３１ｂに向かって厚みが薄くなる傾斜領域３１ａが形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面、及び前記第１の主面と反対側に設けられる第２の主面を有するｎ型結晶シリコン基板と、
前記第１の主面側に設けられるｎ型非晶質シリコン膜と、
前記第２の主面側に設けられるｐ型非晶質シリコン膜とを備え、
前記ｎ型非晶質シリコン膜の面方向における端部の厚みが、前記面方向の中央部の厚みより薄くなるように、前記端部に向かって厚みが薄くなる傾斜領域が形成されている、太陽電池。
【請求項２】
前記ｎ型非晶質シリコン膜の前記端部の厚みが、前記中央部の厚みの５０％以下となるように前記傾斜領域が形成されている、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記面方向における前記傾斜領域の幅が、前記面方向における前記ｎ型非晶質シリコン膜全体の幅の０．１〜２％の範囲内である、請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記ｐ型非晶質シリコン膜は、前記ｐ型非晶質シリコン膜の面方向における端部の厚みが、前記面方向の中央部の厚みより薄くなるように、前記端部に向かって厚みが薄くなる傾斜領域が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ｎ型非晶質シリコン膜と前記ｎ型結晶シリコン基板との間に、第１の真性非晶質シリコン膜が設けられており、前記ｐ型非晶質シリコン膜と前記ｎ型結晶シリコン基板との間に、第２の真性非晶質シリコン膜が設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶シリコン系の太陽電池においては、ｎ型結晶シリコン基板の主面側及び裏面側に、それぞれｐ型非晶質シリコン膜及びｎ型非晶質シリコン膜を形成している。この場合、それぞれの非晶質シリコン膜がｎ型結晶シリコン基板の側面及び背面に回り込んで形成されるため、ｎ型結晶シリコン基板の側面において、ｐ型非晶質シリコン膜とｎ型非晶質シリコン膜とが接触し、リーク電流が発生することが知られている。これを防止するため、特許文献１の図６に示されているように、ｎ型結晶シリコン基板の端部において、ｎ型非晶質シリコン膜を形成しない領域を設けることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２３７３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ｎ型非晶質シリコン膜が形成されない領域は、パッシベーション膜が形成されていないため、発電に寄与しない無効領域となり、セル特性の観点からは好ましくない。【０００５】
本発明の目的は、ｐ型非晶質シリコン膜とｎ型非晶質シリコン膜の接触によるリーク電流の発生を防止することができ、かつセル特性を向上させることができる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】
【０００６】
本発明の太陽電池は、第１の主面、及び前記第１の主面と反対側に設けられる第２の主面を有するｎ型結晶シリコン基板と、前記第１の主面側に設けられるｎ型非晶質シリコン膜と、前記第２の主面側に設けられるｐ型非晶質シリコン膜とを備え、前記ｎ型非晶質シリコン膜の面方向における端部の厚みが、前記面方向の中央部の厚みより薄くなるように、前記端部に向かって厚みが薄くなる傾斜領域が形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ｐ型非晶質シリコン膜とｎ型非晶質シリコン膜の接触によるリーク電流の発生を防止することができ、かつセル特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態の太陽電池を示す模式的平面図である。
【図３】図３は、第２の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。
【図４】図４は、第３の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。
【図５】図５は、第４の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。
【図６】図６は、傾斜領域を有する非晶質シリコン膜を形成する方法を説明するための模式的断面図である。
【図７】図７は、傾斜領域を有しない非晶質シリコン膜を形成する方法を説明するための模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。図２は、第１の実施形態の太陽電池を示す模式的平面図である。図１及び図２に示す太陽電池１は、ｎ型結晶シリコン基板１０を備えている。ｎ型結晶シリコン基板１０は、第１の主面１１及び第２の主面１２を有している。第１の主面１１の上には、第１の真性非晶質シリコン膜２１が形成されている。第１の真性非晶質シリコン膜２１の上には、ｎ型非晶質シリコン膜３１が形成されている。ｎ型非晶質シリコン膜３１の上には、第１の電極層４１が形成されている。第１の電極層４１の上には、バスバー電極５１及びフィンガー電極５３が形成されている。
【００１１】
ｎ型結晶シリコン基板１０の第２の主面１２上には、第２の真性非晶質シリコン膜２２が形成されている。第２の真性非晶質シリコン膜２２の上には、ｐ型非晶質シリコン膜３２が形成されている。ｐ型非晶質シリコン膜３２の上には、第２の電極層４２が形成されている。第２の電極層４２の上には、バスバー電極５２及びフィンガー電極５４が形成されている。
【００１２】
ｎ型結晶シリコン基板１０は、単結晶シリコンから形成されていてもよいし、多結晶シリコンから形成されていてもよい。また、本明細書において、「非晶質シリコン」には、微結晶シリコンも含まれる。微結晶シリコンとは、非晶質シリコン中にシリコン結晶が析出しているものをいう。
【００１３】
本実施形態においては、ｎ型非晶質シリコン膜３１の面方向（ｘ方向及びｙ方向）における端部３１ｂの厚みが、面方向（ｘ方向及びｙ方向）の中央部の厚みｔ０より薄くなるように、端部３１ｂに向かって厚みが薄くなる傾斜領域３１ａがｎ型非晶質シリコン膜３１に形成されている。
【００１４】
本実施形態では、ｎ型非晶質シリコン膜３１の端部３１ｂに傾斜領域３１ａを設けることにより、ｎ型非晶質シリコン膜３１を形成する際に、ｎ型非晶質シリコン膜３１がｎ型結晶シリコン基板１０の側面に回り込むのを防止している。したがって、ｎ型非晶質シリコン膜３１とｐ型非晶質シリコン膜３２とが、ｎ型結晶シリコン基板１０の側面上で接触するのを防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。
【００１５】
本実施形態では、従来のように、ｎ型非晶質シリコン膜が形成されていない領域が存在しないので、発電効率及びパッシベーション性を高めることができる。したがって、セル特性を向上させることができる。
【００１６】
ｎ型非晶質シリコン膜３１の端部３１ｂの厚みは、中央部の厚みｔ０の５０％以下となるように傾斜領域３１ａが形成されていることが好ましい。面方向における傾斜領域３１ａの幅Ｗ１は、面方向におけるｎ型非晶質シリコン膜３１全体の幅Ｗ０の０．１〜２％の範囲内であることが好ましい。
【００１７】
本実施形態では、第１の真性非晶質シリコン膜２１にも、傾斜領域２１ａが形成されている。傾斜領域２１ａは、傾斜領域３１ａの傾斜角度とほぼ同程度の傾斜角度となるように形成されている。
【００１８】
また、本実施形態では、ｐ型非晶質シリコン膜３２にも、ｎ型非晶質シリコン膜３１の傾斜領域３１ａと同様の傾斜領域３２ａが形成されている。すなわち、ｐ型非晶質シリコン膜３２にも、ｐ型非晶質シリコン膜３２の面方向における端部３２ｂの厚みが、面方向の中央部の厚みより薄くなるように、端部３２ｂに向かって厚みが薄くなる傾斜領域３２ａが形成されている。したがって、ｐ型非晶質シリコン膜３２を形成する際にも、ｐ型非晶質シリコン膜３２がｎ型結晶シリコン基板１０の側面に回り込むのを防止することができ、ｎ型非晶質シリコン膜３１とｐ型非晶質シリコン膜３２とが、ｎ型結晶シリコン基板１０の側面上で接触するのをより確実に防止することができる。第２の真性非晶質シリコン膜２２にも、傾斜領域２２ａが形成されている。傾斜領域２２ａは、傾斜領域３２ａの傾斜角度とほぼ同程度の傾斜角度となるように形成されている。
【００１９】
ｎ型非晶質シリコン膜３１におけるドーパント濃度は、第１の真性非晶質シリコン膜２１におけるドーパント濃度よりも高く、１×１０２０ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、ｎ型非晶質シリコン膜３１の厚みｔ０は、ｎ型結晶シリコン基板１０内部で発生したキャリアを接合部で効果的に分離し、かつキャリアを第１の電極層４１で効率よく収集できる程度に厚くすることが好ましい。具体的には、ｎ型非晶質シリコン膜３１の厚みｔ０は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
ｎ型結晶シリコン基板１０におけるドーパント濃度は、第１の真性非晶質シリコン膜２１及び第２の真性非晶質シリコン膜２２におけるドーパント濃度よりも高く、１×１０２０ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００２１】
ｐ型非晶質シリコン膜３２におけるドーパント濃度は、第２の真性非晶質シリコン膜２２におけるドーパント濃度よりも高く、１×１０２０ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、ｐ型非晶質シリコン膜３２の厚みは、光の吸収をできるだけ少なくするように薄くし、一方で光電変換部で発生したキャリアを接合部で効果的に分離し、かつキャリアを第２の電極層４２で効率よく収集できる程度に厚くすることが好ましく、具体的には、ｐ型非晶質シリコン膜３２の厚みは、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
第１及び第２の真性非晶質シリコン膜２１及び２２におけるｐ型またはｎ型のドーパント濃度は、５×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。また、真性非晶質シリコン膜２１及び２２の厚みは、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方でｎ型結晶シリコン基板１０の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くすることが好ましい。具体的には、１ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることが好ましく、さらには２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２３】
本実施形態において、第１及び第２の電極層４１及び４２は透明電極である。本実施形態の太陽電池１は、第２の主面１２側を受光面側としてもよいし、第１の主面１１側を受光面側としてもよい。また、両面受光タイプの太陽電池としてもよい。
【００２４】
第１及び第２の電極層４１及び４２の厚みは、５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることが好ましく、さらには７０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であることが好ましい。第１及び第２の電極層４１及び４２の厚みを上記の範囲内にすることにより、入射する光の吸収を抑えつつ、電気抵抗が高くなることを抑制できる。
【００２５】
バスバー電極５１及び５２並びにフィンガー電極５３及び５４は、一般的な太陽電池におけるバスバー電極及びフィンガー電極の形成方法より形成することができる。例えば、バスバー電極５１及び５２並びにフィンガー電極５３及び５４は、Ａｇ（銀）ペーストを印刷することにより形成することができる。本実施形態においては、バスバー電極を形成しているが、バスバー電極を形成しないバスバーレスであってもよい。
【００２６】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。本実施形態では、ｐ型非晶質シリコン膜３２及び第２の真性非晶質シリコン膜２２に傾斜領域が形成されていない。それ以外については、第１の実施形態と同様である。したがって、本実施形態においても、ｎ型非晶質シリコン膜３１とｐ型非晶質シリコン膜３２とが接触するのを防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。また、発電効率及びパッシベーション性を高めることができ、セル特性を向上させることができる。
【００２７】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。本実施形態では、第１の真性非晶質シリコン膜２１及び第２の真性非晶質シリコン膜２２に傾斜領域が形成されていない。それ以外については、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の真性非晶質シリコン膜２１及び第２の真性非晶質シリコン膜２２は、ｎ型結晶シリコン基板１０の端部までほぼ同じ厚みで形成されている。このため、第１の実施形態よりもパッシベーション性を高めることができる。本実施形態においても、ｎ型非晶質シリコン膜３１とｐ型非晶質シリコン膜３２とが接触するのを防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。また、発電効率及びパッシベーション性を高めることができ、セル特性を向上させることができる。
【００２８】
（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態の太陽電池を示す模式的断面図である。本実施形態では、第１の真性非晶質シリコン膜２１に傾斜領域が形成されていない。それ以外については、第２の実施形態と同様である。したがって、第１の真性非晶質シリコン膜２１は、ｎ型結晶シリコン基板１０の端部までほぼ同じ厚みで形成されている。このため、第２の実施形態よりもパッシベーション性を高めることができる。本実施形態においても、ｎ型非晶質シリコン膜３１とｐ型非晶質シリコン膜３２とが接触するのを防止することができ、リーク電流の発生を防止することができる。また、発電効率及びパッシベーション性を高めることができ、セル特性を向上させることができる。
【００２９】
上記第１〜第４の実施形態では、ｎ型非晶質シリコン膜３１とｎ型結晶シリコン基板１０との間に、第１の真性非晶質シリコン膜２１が設けられており、ｐ型非晶質シリコン膜３２とｎ型結晶シリコン基板１０との間に、第２の真性非晶質シリコン膜２２が設けられている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。ｎ型結晶シリコン基板１０の上に、直接ｎ型非晶質シリコン膜３１及びｐ型非晶質シリコン膜３２がそれぞれ設けられていてもよい。
【００３０】
上記第１〜第４の実施形態では、第２の主面１２側にｐｎ接合を形成しているが、第１の主面１１側にｐｎ接合を形成してもよい。
【００３１】
（製造方法）
太陽電池１の各層は、以下のようにして形成することができる。まず、ｎ型結晶シリコン基板１０の表面は、各層の成膜前に洗浄されていることが好ましい。具体的には、フッ化水素酸溶液やＲＣＡ洗浄液を用いて行うことができる。また、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ水溶液）等のアルカリ性エッチング液を用いて、ｎ型結晶シリコン基板１０の表面や裏面にテクスチャ構造を形成することが好ましい。この場合、（１００）面を有するｎ型結晶シリコン基板１０をアルカリ性エッチング液で異方性エッチングすることによって、ピラミッド型の（１１１）面を有するテクスチャ構造を形成することができる。
【００３２】
また、第１の真性非晶質シリコン膜２１及び第２の真性非晶質シリコン膜２２との整合性を良くするために、第１の真性非晶質シリコン膜２１及び第２の真性非晶質シリコン膜２２の成膜前に所定の酸化処理をして、酸化界面を形成してもよい。所定の酸化処理としては、大気や湿度制御された雰囲気中に所定時間放置するか、オゾン水処理、過酸化水素水処理、オゾナイザー処理などを適宜使用することが出来る。
【００３３】
第１の真性非晶質シリコン膜２１、第２の真性非晶質シリコン膜２２、ｎ型非晶質シリコン膜３１、及びｐ型非晶質シリコン膜３２は、プラズマ化学気相成長、熱化学気相成長、光化学気相成長およびスパッタリングなどの方法により形成することができる。プラズマ化学気相成長には、ＲＦプラズマ方式、ＶＨＦプラズマ方式、さらにマイクロ波プラズマ方式などいずれの手法を用いてもよい。例えばＲＦプラズマ化学気相成長を用いる場合は、シラン（ＳｉＨ４）等のケイ素含有ガス、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のｐ型ドーパント含有ガスおよびホスフィン（ＰＨ３）等のｎ型ドーパント含有ガスを水素で希釈して供給し、平行平板電極等にＲＦ高周波電力を印加してプラズマ化して、加熱されたｎ型結晶シリコン基板１０の表面に供給することによって形成することができる。なお、成膜時の基板温度は１５０℃から２５０℃の範囲にあることが好ましい。また、成膜時のＲＦ電力密度は１ｍＷ／ｃｍ２から１０ｍＷ／ｃｍ２の範囲にあることが好ましい。
【００３４】
図６は、傾斜領域を有する非晶質シリコン膜を形成する方法を説明するための模式的断面図である。図６に示すように、ｎ型結晶シリコン基板１０の第１の主面１１の上に、マスク６０を配置する。マスク６０は、開口６１を有している。マスク６０の開口６１側の端面６０ａは、第１の主面１１に近づくにしたがって開口６１が大きくなるように傾斜している。このようなマスク６０を、ｎ型結晶シリコン基板１０の第１の主面１１の上に配置する。この状態で、第１の主面１１の上に、第１の真性非晶質シリコン膜２１及びｎ型非晶質シリコン膜３１を、例えば、プラズマ化学気相成長法などの上記方法で順次成膜することにより、第１の真性非晶質シリコン膜２１及びｎ型非晶質シリコン膜３１に傾斜領域２１ａ及び３１ａを形成することができる。
【００３５】
傾斜領域２２ａ及び３２ａを有する第１の実施形態の第２の真性非晶質シリコン膜２２及びｐ型非晶質シリコン膜３２も、同様にして形成することができる。
【００３６】
図７は、傾斜領域を有しない非晶質シリコン膜を形成する方法を説明するための模式的断面図である。図７に示すように、ｎ型結晶シリコン基板１０の第２の主面１２の上に、マスク７０を配置する。マスク７０は、開口７１を有している。マスク７０の開口７１側の端面７０ａは、垂直方向（ｚ方向）に延びるように形成されており、図６に示すマスク６０の端面６０ａのように傾斜していない。このようなマスク７０を、ｎ型結晶シリコン基板１０の第２の主面１２の上に配置する。この状態で、第２の主面１２の上に、第２の真性非晶質シリコン膜２２及びｐ型非晶質シリコン膜３２を、例えば、プラズマ化学気相成長法などの上記方法で順次成膜することにより、傾斜領域を有しない第２の真性非晶質シリコン膜２２及びｐ型非晶質シリコン膜３２を形成することができる。
【００３７】
第２の実施形態及び第４の実施形態における第２の真性非晶質シリコン膜２２及びｐ型非晶質シリコン膜３２は、図７に示すこのような方法で形成することができる。また、第３の実施形態及び第４の実施形態における第１の真性非晶質シリコン膜２１及び第２の真性非晶質シリコン膜２２も、同様にこのような方法で形成することができる。
【００３８】
第３の実施形態は、このようにして第１の真性非晶質シリコン膜２１及び第２の真性非晶質シリコン膜２２を形成した後、図６に示す方法によりｎ型非晶質シリコン膜３１及びｐ型非晶質シリコン膜３２を形成している。第４の実施形態は、上記のようにして第１の真性非晶質シリコン膜２１を形成した後、図６に示す方法によりｎ型非晶質シリコン膜３１を形成している。
【符号の説明】
【００３９】
１…太陽電池
１０…ｎ型結晶シリコン基板
１１，１２…第１，第２の主面
２１，２２…第１，第２の真性非晶質シリコン膜
２１ａ，２２ａ…傾斜領域
３１…ｎ型非晶質シリコン膜
３１ａ…傾斜領域
３１ｂ…端部
３２…ｐ型非晶質シリコン膜
３２ａ…傾斜領域
３２ｂ…端部
４１，４２…第１，第２の電極層
５１，５２…バスバー電極
５３，５４…フィンガー電極
６０，７０…マスク
６０ａ，７０ａ…端面
６１，７１…開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015064354.tif 000009
【国際調査報告】
2015064354.tif 000010
2015064354.tif 000011
2015064354.tif 000012
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