(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、前記半導体層の裏面に配置されるパッシベーション膜積層とを備える太陽電池であって、
前記パッシベーション膜積層は、
前記半導体層の裏面に位置し、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層で構成される第１パッシベーション層と、
前記第１パッシベーション層の表面に位置し、酸素・窒素リッチ層で構成される第２パッシベーション層と、
前記第２パッシベーション層の表面に位置し、屈折率が徐々に変化する少なくとも１層の窒化シリコン膜で構成される第３パッシベーション層とを有し、
前記第１パッシベーション層の第１屈折率は、前記第２パッシベーション層の第２屈折率よりも大きく、前記第３パッシベーション層の第３屈折率よりも小さいことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記第１パッシベーション層は、ケイ素リッチの窒化酸化シリコン膜層、炭化酸化シリコン膜層及び炭化窒化酸化シリコン膜層のうちの少なくとも１種の膜層を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第２パッシベーション層は、酸素・窒素リッチの窒化酸化シリコン膜層又は炭化窒化酸化シリコン膜層を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１屈折率の範囲は、１．６９〜１．９０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５】
前記第２屈折率の範囲は、１．５〜１．８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６】
前記第３屈折率の範囲は、２．０２〜２．１２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７】
前記第１パッシベーション層の厚さの範囲は、３０〜６０ｎｍ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８】
前記第２パッシベーション層の厚さの範囲は、６０〜９０ｎｍ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９】
前記第３パッシベーション層の厚さの範囲は、６０〜１００ｎｍ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１０】
太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池モジュールは、請求項１〜９のいずれか一項に記載の太陽電池を少なくとも備え、前記太陽電池は、受光された光エネルギーを電気エネルギーに変換することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１１】
太陽電池の製造方法であって、
ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層で構成される第１パッシベーション層と、酸素・窒素リッチ層で構成される第２パッシベーション層と、屈折率が徐々に変化する少なくとも１層の窒化シリコン膜で構成される第３パッシベーション層とを半導体層の裏面に順に堆積して、パッシベーション膜積層を共同して形成する工程を含み、
前記第１パッシベーション層の第１屈折率は、前記第２パッシベーション層の第２屈折率よりも大きく、前記第３パッシベーション層の第３屈折率よりも小さいことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項１２】
前記第１パッシベーション層を堆積するときに、反応物がシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、笑気ガス（Ｎ２Ｏ）及び窒素ガス（Ｎ２）であり、ＳｉＨ４：（ＮＨ３＋Ｎ２Ｏ）の流量比が１：１５〜１：１９、（ＮＨ３：Ｎ２Ｏ）の流量比が１：３〜１：６であり、
前記第２パッシベーション層を堆積するときに、反応物がシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、笑気ガス（Ｎ２Ｏ）及び窒素ガス（Ｎ２）であり、ＳｉＨ４：（ＮＨ３＋Ｎ２Ｏ）の流量比が１：１３〜１：１７、（ＮＨ３：Ｎ２Ｏ）の流量比が１：８〜１：１２であり、
前記第３パッシベーション層を堆積するときに、反応物がシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）及び窒素ガス（Ｎ２）であり、（ＳｉＨ４：ＮＨ３）の流量比が１：５〜１：１０であることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の分野に関し、特に太陽電池モジュール、太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、裏面パッシベーション特性の向上は、ＰＥＲＣ電池（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｅｍｉｔｔｅｒ ａｎｄ Ｒｅａｒ Ｃｅｌｌ）の効率を向上させる有効な手段である。従来のＰＥＲＣ電池は、酸化アルミニウム／窒化シリコン（ＡＬＯｘ／ＳｉＮｘ）の積層を裏面パッシベーション層として採用する。酸化アルミニウム薄膜は、高密度の負の固定電荷を有し、大量の負の固定電荷によりシリコン表面の電子を遮蔽することができ、再結合に用いられる電子を減らし、キャリアの表面再結合が抑制されるという目的を達成する。その負の固定電荷密度が高く、生じる電界効果パッシベーション効果が強いから、電界効果パッシベーション膜と考えられる。このような誘電体膜は、ｐ及びｎ型の両方の表面に対して良いパッシベーション効果を奏するが、その高額の設備コスト及び低い生産能力により現代の工業化大量生産に不利である。
【０００３】
また、電圧誘起劣化（ＰＩＤ、Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）は、太陽電池の寿命や性能にも大きな影響を与える。電圧誘起劣化の要因は、太陽電池モジュールの封止材であるガラスの内部の金属Ｎａ＋イオンが太陽電池方向に沿ってセル内部に移動し、ｐ−ｎ接合を破壊させ、モジュールの発電能力を劣化させ、信頼性が低下することである。酸化アルミニウム／窒化シリコンの積層であるパッシベーション膜によるＰＥＲＣ電池の構成では、ＥＶＡ（エチレンー酢酸ビニル）で封止されるｐ型ＰＥＲＣ両面ガラス両面発電型太陽電池モジュールは、表裏面のＰＩＤ現象が顕著である一方、封止材を変更し、より高価なＰＯＥ（ポリオレフィン）を用いて封止すると、太陽電池モジュールの表面にはＰＩＤ現象が緩和されるが、裏面にはＰＩＤ現象が依然として残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、裏面バックパッシベーション特性を効果的に向上させ、ＰＩＤ劣化を軽減することができる、低コストのＰＥＲＣ太陽電池が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来技術の上記した欠点を解消するために、本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池及びその製造方法を提供する。
一形態によれば、太陽電池を提供する。前記太陽電池は、半導体層と、前記半導体層の裏面に配置されるパッシベーション膜積層とを備える。前記パッシベーション膜積層は、前記半導体層の裏面に位置し、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層で構成される第１パッシベーション層と、前記第１パッシベーション層の表面に位置し、酸素・窒素リッチ層で構成される第２パッシベーション層と、前記第２パッシベーション層の表面に位置し、屈折率が徐々に変化する少なくとも１層の窒化シリコン膜で構成される第３パッシベーション層とを有する。前記第１パッシベーション層の第１屈折率は、前記第２パッシベーション層の第２屈折率よりも大きく、前記第３パッシベーション層の第３屈折率よりも小さい。
【０００６】
好ましくは、前記第１パッシベーション層は、ケイ素リッチの窒化酸化シリコン膜層、酸化炭化シリコン膜層及び炭化窒化酸化シリコン膜層のうちの少なくとも１種の膜層を含む。
好ましくは、前記第２パッシベーション層は、水素・ケイ素リッチの窒化酸化シリコン膜層又は炭化窒化酸化シリコン膜層を含む。
好ましくは、前記第１屈折率の範囲は、１．６９〜１．９０である。
好ましくは、前記第２屈折率の範囲は、１．５〜１．８である。
好ましくは、前記第３屈折率の範囲は、２．０２〜２．１２である。
好ましくは、前記第１パッシベーション層の厚さの範囲は、３０〜６０ｎｍである。
好ましくは、前記第２パッシベーション層の厚さの範囲は、６０〜９０ｎｍである。
好ましくは、前記第３パッシベーション層の厚さの範囲は、６０〜１００ｎｍである。
【０００７】
一形態によれば、太陽電池モジュールを提供する。前記太陽電池モジュールは、少なくとも１つの太陽電池を有し、前記太陽電池は、半導体層と、前記半導体層の裏面に配置されるパッシベーション膜積層とを備える。前記パッシベーション膜積層は、前記半導体層の裏面に位置し、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層で構成される第１パッシベーション層と、前記第１パッシベーション層の表面に位置し、酸素・窒素リッチ層で構成される第２パッシベーション層と、前記第２パッシベーション層の表面に位置し、屈折率が徐々に変化する少なくとも１層の窒化シリコン膜で構成される第３パッシベーション層とを有し、前記第１パッシベーション層の第１屈折率は、前記第２パッシベーション層の第２屈折率よりも大きく、前記第３パッシベーション層の第３屈折率よりも小さい。
【０００８】
一形態によれば、太陽電池の製造方法を提供する。前記太陽電池の製造方法は、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層で構成される第１パッシベーション層と、酸素・窒素リッチ層で構成される第２パッシベーション層と、屈折率が徐々に変化する少なくとも１層の窒化シリコン膜で構成される第３パッシベーション層とを半導体層の裏面に順に積層して、パッシベーション膜積層を共同して形成する工程を含み、前記第１パッシベーション層の第１屈折率は、前記第２パッシベーション層の第２屈折率よりも大きく、前記第３パッシベーション層の第３屈折率よりも小さい。
【０００９】
好ましくは、前記第１パッシベーション層を堆積するときに、反応物がシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、笑気ガス（Ｎ２Ｏ）及び窒素ガス（Ｎ２）であり、ＳｉＨ４：（ＮＨ３＋Ｎ２Ｏ）の流量比が１：１５〜１：１９、（ＮＨ３：Ｎ２Ｏ）の流量比が１：３〜１：６であり、前記第２パッシベーション層を堆積するときに、反応物がシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、笑気ガス（Ｎ２Ｏ）及び窒素ガス（Ｎ２）であり、ＳｉＨ４：（ＮＨ３＋Ｎ２Ｏ）の流量比が１：１３〜１：１７、（ＮＨ３：Ｎ２Ｏ）の流量比が１：８〜１：１２であり、前記第３パッシベーション層を堆積するときに、反応物がシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）及び窒素ガス（Ｎ２）であり、（ＳｉＨ４：ＮＨ３）の流量比が１：５〜１：１０である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以下の有利な作用効果を有する。従来のパッシベーション層（酸化アルミニウム含有）でパッシベーションされた太陽電池に比べて、本発明における結晶シリコン表面での酸化アルミニウム不含有パッシベーション膜の構造は、裏面パッシベーション特性を効果的に向上させ、ＰＩＤ劣化を軽減し、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係る例示的な太陽電池の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例に係る例示的な太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例に係る例示的な太陽電池の製造手順を示す模式図である。
【図４】本発明の実施例に係る例示的な太陽電池の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、本明細書に係る実施形態は、網羅的なものではなく、本発明の唯一の実施形態とは限らない。以下の対応する実施例は、単に本発明特許の発明内容を明確に説明するためのものであり、その実施形態を限定するものではない。当業者にとって、これらの実施例の説明に基づいて、種々の変形や変更が可能であり、本発明の技術思想と発明内容に該当する明らかな変形や変更であれば、本発明の範囲にも含まれる。
【００１３】
本発明は、例示的な太陽電池を提供する。図１を参照して、図１は本発明の実施例に係る例示的な太陽電池の構成を示す模式図である。この太陽電池は、半導体層１と、前記半導体層１の裏面に配置されるパッシベーション膜積層２とを備えている。前記パッシベーション膜積層２は、２層以上のパッシベーション層で構成される。好ましくは、前記パッシベーション膜積層２は、第１パッシベーション層２１、第２窒化酸化シリコン膜層２２及び窒化シリコン膜層２３を有する。前記第１パッシベーション層２１が前記半導体層１の裏面に位置し、前記第２パッシベーション層２２が前記第１パッシベーション層２１の表面に位置し、前記第３パッシベーション層が前記第２パッシベーション層の表面に位置するように、半導体層１の裏面から外側に向かって延在している。いくつかの実施例において、前記パッシベーション膜積層は各層の積層順が、様々であってもよく、図１に示される順序に限らない。
【００１４】
いくつかの実施例において、前記半導体層１は、シリコン基板を有してもよい。典型的なシリコン基板は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、擬似単結晶シリコン基板等を含むがこれらに限らない。例えば、前記半導体層１は、単結晶シリコン基板（Ｐ型シリコン基板又はＮ型シリコン基板）である。
【００１５】
好ましくは、半導体層１と第１パッシベーション層２１の間には、少なくとも１層の酸化シリコン層（図１では図示せず）があってもよい。いくつかの実施例において、前記酸化シリコン層の厚さが、１〜１０ｎｍである。好ましくは、前記酸化シリコン層の厚さが、１〜３ｎｍである。いくつかの実施例において、前記酸化シリコン層は、前記第１パッシベーション層２１の一部とみなすことができる。いくつかの実施例において、前記酸化シリコン層は、前記半導体層１の一部とみなすことができる。
【００１６】
いくつかの実施例において、前記パッシベーション膜積層２は、各層が原子層堆積、化学気相成長、プラズマ増強化学気相成長又は物理気相成長などの方法で堆積して得られる。
【００１７】
いくつかの実施例において、前記第１パッシベーション層２１は、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層で構成される。好ましくは、前記ケイ素リッチ層は、窒化酸化シリコン（ＳｉＯｘＮｙ）、炭化酸化シリコン（ＳｉＯｘＣｙ）又は炭化窒化酸化シリコン（ＳｉＯｘＮｙＣｚ）のうちの少なくとも１種の膜層で構成されてもよい。前記第１パッシベーション層２１は、化学気相成長、プラズマ増強化学気相成長、原子層堆積、常圧化学気相成長、減圧化学気相成長などの方法で製造可能である。
【００１８】
第１パッシベーション層２１としてケイ素リッチ層を採用し、ケイ素リッチ層とシリコン基板との高い格子整合性により、第１層のパッシベーション層を半導体層に堆積することにより、半導体層のダングリングボンドをパッシベーションする。同時に、堆積方法（例えば、化学気相成長、原子層堆積、プラズマ増強化学気相成長など）で製造された膜層が非晶質であるため、局部格子転位とそれによる欠陥中心の存在は避けられない。このような欠陥について、本発明では、第１パッシベーション層２１の原料として水素元素を含有するガス、例えば、アンモニアガス（ＮＨ３）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、シラン（ＳｉＨ４）などの材料を採用する。
【００１９】
第１パッシベーション層２１は、シリコン材料リッチであるため、比較的高い屈折率を有し、通常、屈折率が１．６９〜１．９０である。好ましくは、第１パッシベーション層２１の屈折率の範囲が１．６９〜１．７５である。好ましくは、第１パッシベーション層２１の屈折率の範囲が１．７５〜１．９０である。あくまで例示であって、前記第１パッシベーション層２１は、第１窒化酸化シリコン膜が堆積することにより形成されたものであり、屈折率の範囲が１．７１〜１．７５である。
【００２０】
いくつかの実施例において、第１パッシベーション層２１は、電池全体のパッシベーション膜層の光学的効果に影響しないように厚さが厚くすぎるのは好ましくなく、第１パッシベーション層２１としては１００ｎｍ以下のケイ素・水素リッチ膜層を用いてもよく、好ましくは、第１パッシベーション層２１の厚さの範囲が３０〜６０ｎｍである。
【００２１】
いくつかの実施例において、前記パッシベーション層２２は、酸素・窒素リッチ膜層で構成される。好ましくは、前記第２パッシベーション層２２は、酸素・窒素リッチの窒化酸化シリコン膜層又は炭化窒化酸化シリコン膜層で構成されてもよい。前記酸素・窒素リッチの窒化酸化シリコン膜層又は炭化窒化酸化シリコン膜層中の窒素酸素の割合を調整することにより、前記酸素・窒素リッチのパッシベーション層を得る。
【００２２】
酸素・窒素リッチの膜層は、高温処理過程において第１パッシベーション層２１における水素スピルオーバーを防止できることにより、パッシベーション効果を最適化する。同時に、酸素・窒素リッチの膜層は、より優れた耐候性を有し、外部から電圧がかかる環境下で、例えばＰＩＤ環境において、より安定的なパッシベーションを示す。
【００２３】
第２パッシベーション層２２は、酸素及び窒素がリッチであるため、比較的高い酸素含有量により膜層の耐食性が低下する。このため、パッシベーション膜全体の緻密性及び耐食性のために、第２パッシベーション層２２は、厚さが厚すぎるのは好ましくなく、第２パッシベーション層２２として１１０ｎｍ以下の酸素・窒素リッチの膜層を採用してもよい。好ましくは、第２パッシベーション層２２の厚さの範囲が６０〜９０ｎｍである。また、例えば、第２パッシベーション層２２の厚さが７０ｎｍである。
【００２４】
いくつかの実施例において、第２パッシベーション層２２は、酸素・水素リッチの膜層であるため、屈折率が第１パッシベーション層２１よりも若干低く、１．５〜１．８の範囲である。好ましくは、第２パッシベーション層２２の屈折率の範囲が１．５〜１．６１である。好ましくは、第２パッシベーション層２２の屈折率の範囲が１．６１〜１．６８である。好ましくは、第２パッシベーション層２２の屈折率の範囲が１．６８〜１．８である。また、例えば、第２パッシベーション層２２の屈折率が１．７である。
【００２５】
いくつかの実施例において、第３パッシベーション層２３は、屈折率が徐々に変化する少なくとも１層の窒化シリコン膜で構成される。窒化シリコンがよい緻密性、強い耐候性を有するのに加え、窒化シリコン薄膜が高温焼結後に比較的強い緻密性及び耐食性を有するため、金属ペーストによるシリコン基板表面に形成された第１層及び第２層のパッシベーション膜への破壊を阻止し、太陽電池モジュールのＰＩＤ劣化を軽減することができる。
【００２６】
いくつかの実施例において、前記第３パッシベーション層２３は、１層の窒化シリコン膜で構成され、厚さの範囲が６０〜１００ｎｍであり、屈折率が２．０２〜２．１２であってもよい。いくつかの実施例において、前記第３パッシベーション層２３は、多層の窒化シリコン膜を含む窒化シリコン積層で構成されてもよい。窒化シリコン積層における異なる膜層は、ケイ素／窒素元素の比（Ｓｉ：Ｎ）が異なる。通常、外側に近いほど窒素元素の比が高くなり、屈折率が低くなることにより、より優れた光学的効果が達成される。好ましくは、前記窒化シリコン積層の全体の屈折率が、２．０２〜２．１２である。
【００２７】
いくつかの実施例において、前記パッシベーション層２全体の厚さが、１６０〜２６０ｎｍである。前記パッシベーション膜積層２の各層の厚さは、より良いパッシベーション効果を達成するために、適応的に調整可能であり、本発明では制限されないことが理解される。
【００２８】
図１に示されるように、前記太陽電池は、半導体層１の表面に配置されている拡散層３をさらに備える。前記拡散層３は、リンドープ拡散層又はボロンドープ拡散層を有してもよい。例えば、Ｐ型半導体層について、前記拡散層３は、リンドープ拡散層であり、Ｎ型半導体層について、前記拡散層３は、ボロンドープ拡散層である。前記拡散層３の極性が前記半導体層１と反対であり、ＰＮ接合構造が形成される。いくつかの実施例において、前記半導体層１の厚さが、１６０〜２６０μｍである。
【００２９】
前記拡散層３の表面には、反射低減層４がさらに設けれている。いくつかの実施例において、前記反射低減層４は、多層膜構造であってもよく、酸化アルミニウム膜層、窒化シリコン膜層、窒化酸化シリコン膜層などを含むがこれらに限らない。いくつかの実施例において、前記反射低減層４を、前記パッシベーション層２と類似するか又は実質的に同じ膜層と設置してもよい。前記反射低減層４は、電池表面に入射した光の反射率を低下させるのに加えて、電池表面をパッシベーションする作用を果たすことができる。いくつかの実施例において、前記反射低減層４は、パッシベーション層とも呼ばれる。
【００３０】
なお、ここで説明される半導体層１の表面は、太陽に面する表面、すなわち受光面を有していてもよい。通常運転モードでは、太陽光が受光面に直接当たる。裏面は、前記受光面と対向する面である。前記半導体層１は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、擬似単結晶シリコン基板等を含むがこれらに限らない。好ましくは、前記半導体層１は、単結晶シリコン基板である。
【００３１】
いくつかの実施例において、前記半導体層１の電気抵抗率が、０．５〜３．５Ω・ｃｍである。好ましくは、前記電気抵抗率が、０．５〜２．５Ω・ｃｍである。好ましくは、前記電気抵抗率が、２．５〜３．５Ω・ｃｍである。
【００３２】
いくつかの実施例において、半導体層の裏面には、前記パッシベーション層２を貫通し及び／又は部分的に貫通して前記半導体層とオーミック接触することができる裏面電極（図１では図示せず）が形成される。例えば、スクリーン印刷技術を用いて半導体層の裏面に導電ペーストを印刷し、乾燥させ、グリッド線状の裏面電極を形成してもよい。前記裏面電極の導電ペーストは、透過性を有する導電銀ペーストであってもよく、焼結後にパッシベーション層２の各層を貫通して基板と電気的に接続することができる。
【００３３】
いくつかの実施例において、半導体層の表面には、前記反射低減層４を貫通し及び／又は部分的に貫通して前記半導体層とオーミック接触することができる表面電極（図１では図示せず）が形成される。好ましくは、前記表面電極は、グリッド線構造であってもよい。例えば、スクリーン印刷技術を用いて半導体層の表面に導電ペーストを印刷し、乾燥させ、グリッド線状の表面電極を形成してもよい。前記表面電極の導電ペーストは、透過性を有する導電銀ペーストであってもよく、焼結後に反射低減層４の各層を貫通して半導体層と電気的に接続することができる。
【００３４】
前記パッシベーション膜構造は、ＰＥＲＣ太陽電池、インターデジタルバックコンタクト（ＩＢＣ）太陽電池、シリコンヘテロ接合（ＳＨＪ）太陽電池、ヘテロ接合バックコンタクト（ＨＢＣ）太陽電池、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト（ＴＯＰＣｏｎ）太陽電池、ポロ（ＰＯＬＯ）太陽電池などの複数種の太陽電池を製造するために用いられることが理解される。
【００３５】
いくつかの実施例において、前記パッシベーション膜構造により製造された太陽電池は、太陽電池モジュールに用いられる。前記太陽電池モジュールは、瓦型モジュール、タイリングリボン（Ｔｉｌｉｎｇ ｒｉｂｂｏｎ、ＴＲ）モジュール、両面モジュール、マルチバスバーモジュールなどを含むがこれらに限られない。例えば、少なくとも１つの前記製造された電池で構成される電池片を取得し、タブ線により前記電池片をシリーズ溶接し、積層工程でバックシート、エチレンー酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）と電池片を一定の順序で積層し、その後、前記積層された構造を封止することにより、フレームを取り付け、モジュールを形成する。前記電池片は、少なくとも１つの前記太陽電池で構成される。前記太陽電池は、受光された光エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。前記モジュールは、電池で得られた電気エネルギーを負荷に伝達する。
【００３６】
従来のパッシベーション層（酸化アルミニウム含有）でパッシベーションされた太陽電池に比べて、アルミナフリー系パッシベーション膜を採用することにより、裏面パッシベーション特性を効果的に向上させ、ＰＩＤ劣化を軽減することができる低コストの太陽電池を実現できる。前記電池製造方法は、図２に示されるフローを参照することができる。
【００３７】
図２は、本発明の実施例に係る例示的な太陽電池の製造方法を示すフローチャートである。この方法は、以下のステップを含む。
ステップ２０１では、半導体層（例えば、半導体層１）をテクスチャ処理する。このステップにおいて、半導体層をテクスチャ処理するために、ウェットテクスチャリング法を使用してもよいがこれに限らない。例えば、半導体層が単結晶シリコンである場合、水酸化カリウム溶液などのアルカリ性溶液を使用してテクスチャ処理する。更に例えば、シリコン基板が多結晶シリコンである場合、フッ酸溶液などの酸性溶液を使用してテクスチャ処理する。
【００３８】
本実施例では、テクスチャ処理により半導体層の表面にテクスチャ構造をもち、前記テクスチャ構造は、ピラミッド構造であってもよく、光閉じ込め効果が生じ、太陽電池による光線の吸収が増加し、太陽電池の効率が向上する。
【００３９】
また、テクスチャ処理前に半導体層を洗浄（例えば、超音波洗浄など）することにより、表面の金属や有機汚染物などの不純物を除去することができる。
【００４０】
ステップＳ２０２では、前記半導体層（例えば、半導体層１）の表面に拡散層を形成する。図３に示されるように、半導体層３０１に拡散層３０２を形成する。いくつかの実施例において、前記形成した拡散層は、リンドープ拡散層又はボロンドープ拡散層を含むがこれらに限られない。あくまで例示であるが、このステップにおいて拡散はリンドープ拡散であり、拡散後、前記拡散層のシート抵抗が１４０〜１５０Ωとなる。具体的には、半導体層を管状拡散炉に入れ、三塩化リン酸を拡散源として採用し、恒温領域の温度を８５０℃とし、最終的に形成されるリン拡散層の拡散のシート抵抗が１４０〜１５０Ωとなるように半導体層を拡散させる。
【００４１】
好ましくは、ステップＳ２０３において、前記半導体層の表面にレーザ光によりＳＥ（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｅｍｉｔｔｅｒ、セレクティブエミッタ）をドープし、低濃度領域と高濃度領域を形成する。いくつかの実施例において、ステップ２０３を省略しても良い。
【００４２】
ステップＳ２０４では、エッチングを行うことで、フッ酸で半導体層をエッチングし、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）を除去する。
【００４３】
ステップＳ２０５では、酸化処理を行うことで、その後電池をパッシベーションする作用を向上させるように熱酸化層を形成する。前記酸化処理は、熱酸化と湿式酸化などを含むがこれらに限らない。好ましくは、前記酸化層は、酸化シリコン層を含むがこれに限らない。いくつかの実施例において、前記酸化シリコン層の厚さが、１〜１０ｎｍである。いくつかの実施例において、前記酸化シリコン層の厚さが、１〜３ｎｍである。
【００４４】
パシベーション処理の方法は、プラズマ増強化学気相成長（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＡＬＤ）、化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＣＶＤ）及び物理気相成長（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＰＶＤ）等を含むがこれらに限らない。
【００４５】
半導体層の裏面に位置する前記パッシベーション膜積層は、Ｓ２０６〜Ｓ２０８ステップで形成することができる。
ステップＳ２０６では、前記半導体層の裏面に第１パッシベーション層を形成する。図３に示すように、前記半導体層３０１の裏面に第１パッシベーション層３０３を製造する。好ましくは、ＰＥＣＶＤで前記第１パッシベーション層を製造し、反応物としてシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、笑気ガス（Ｎ２Ｏ）、窒素ガス（Ｎ２）を採用する。ただし、ＳｉＨ４：（ＮＨ３＋Ｎ２Ｏ）の流量比が１：１５〜１：１９、（ＮＨ３：Ｎ２Ｏ）の流量比が１：３〜１：６、電力が８０００〜１００００Ｗ、圧力が１１５０〜１４５０Ｐａ、堆積温度が４６０〜５４０℃であってもよい。
【００４６】
製造された第１パッシベーション層は、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層である。前記第１パッシベーション層は、窒化酸化シリコン層である。
【００４７】
第１パッシベーション層は、シリコン材料リッチであるため、比較的高い屈折率を有し、通常、屈折率が１．６９〜１．９０であり、例えば、第１窒化酸化シリコン膜層の屈折率の範囲が１．７１〜１．７５である。
【００４８】
いくつかの実施例において、第１パッシベーション層２１は、電池全体のパッシベーション膜層の光学的効果に影響しないように厚さが厚くすぎるのは好ましくなく、第１パッシベーション層２１としては１００ｎｍ以下のケイ素・水素リッチ膜層を用いてもよく、好ましくは、第１パッシベーション層２１の厚さの範囲が３０〜６０ｎｍである。
【００４９】
ステップＳ２０７では、前記第１パッシベーション層の下面に第２パッシベーション層を形成する。図３に示すように、第１パッシベーション層３０３の表面に第２パッシベーション層３０４を形成する。好ましくは、ＰＥＣＶＤで前記第２パッシベーション層を製造し、反応物としてシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、笑気ガス（Ｎ２Ｏ）、窒素ガス（Ｎ２）を採用し、ＳｉＨ４：（ＮＨ３＋Ｎ２Ｏ）の流量比が１：１３〜１：１７、（ＮＨ３：Ｎ２Ｏ）の流量比が１：８〜１：１２、電力が８０００〜１００００Ｗ、圧力が１０５０〜１３５０Ｐａ、堆積温度が４６０〜５２０℃であってもよい。
【００５０】
製造された第２パッシベーション層は、酸素・窒素リッチの膜層であり、前記第１パッシベーション層は、窒化酸化シリコン層である。前記第２パッシベーション層は、屈折率が第１パッシベーション層よりも若干低く、１．５〜１．８の範囲内である。好ましくは、第２パッシベーション層の屈折率の範囲が１．６１〜１．６８である。
【００５１】
パッシベーション膜全体の緻密性及び耐食性のために、第２パッシベーション層２２は、厚さが厚すぎることは好ましくなく、第２パッシベーション層２２として１１０ｎｍ以下の酸素・窒素リッチの膜層を採用してもよい。好ましくは、第２パッシベーション層２２の厚さの範囲が６０〜９０ｎｍである。
【００５２】
ステップＳ２０８では、前記第２パッシベーション層の下面であるシリコン基板の裏面パッシベーション層の最外層に第３パッシベーション層を形成する。図３に示すように、第２パッシベーション層３０４の表面に第３パッシベーション層３０５を形成する。好ましくは、前記第３パッシベーション層は、窒化シリコン層である。好ましくは、ＰＥＣＶＤで前記第２パッシベーション層を製造し、反応物としてシラン（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）、窒素ガス（Ｎ２）を採用し、（ＳｉＨ４：ＮＨ３）の流量比が１：５〜１：１０、電力が８０００〜１００００Ｗ、圧力が１４５０〜１８５０Ｐａ、堆積温度が４６０〜５２０℃であってもよい。
【００５３】
いくつかの実施例において、前記窒化シリコン層は、多層の窒化シリコンを含む。例えば、１〜３層の屈折率が徐々に変化する膜で構成される積層構造であってもよい。窒化シリコン積層における異なる膜層は、ケイ素／窒素元素の比（Ｓｉ：Ｎ）が異なる。通常、外側に近いほど窒素元素の比が高くなり、屈折率が低くなりことにより、より優れた光学的効果が達成される。好ましくは、前記窒化シリコン積層の全体の屈折率が、２．０２〜２．１２である。いくつかの実施例において、前記第３パッシベーション層の厚さの範囲が６０〜１００ｎｍである。
【００５４】
ステップＳ２０９では、ステップＳ２０８で処理されたシリコンウェーハを金属化する。レーザーグルービングにより金属化領域のパッシベーション膜を部分的に又は完全に除去し、スクリーン印刷技術を用いて電極を印刷し、表裏面電極を形成する。
【００５５】
図４は、本発明の実施例に係る例示的な太陽電池の構成を示す模式図である。
図４に示すように、電池４００は、Ｐ型のＰＥＲＣ電池であってもよい。電池４００は、Ｐ型（Ｐ−ｔｙｐｅ）の半導体層４０１、リンドープ拡散層４０２、半導体層の表面に位置する反射低減／パッシベーション層（シリカ層４０３と窒化シリコン層４０４を含む）、第１パッシベーション層４０５、第２パッシベーション層４０６、第３パッシベーション層４０７、表面電極４０８、裏面電極４０９とバスバー４１０を有する。前記第１、第２、第３パッシベーション層は、順に半導体層の裏面から外側に向かって配置される。
【００５６】
好ましくは、前記第１パッシベーション層４０５は、ケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層である。前記第１パッシベーション層４０５は、ケイ素リッチの窒化酸化シリコン膜層、酸化炭化シリコン膜層又は炭化窒化酸化シリコン膜層のうちの少なくとも１種の膜層を含む。第１パッシベーション層４０５は、屈折率の範囲が１．６９〜１．９０であり、厚さの範囲が３０〜６０ｎｍである。
【００５７】
好ましくは、前記第２パッシベーション層４０６は、酸素・窒化リッチ層である。前記第２パッシベーション層４０６は、酸素・窒化リッチの窒化酸化シリコン膜層又は炭化窒化酸化シリコン膜層を含む。前記第２パッシベーション層４０６は、屈折率の範囲が１．５〜１．８であり、厚さの範囲が６０〜９０ｎｍである。
【００５８】
好ましくは、前記第３パッシベーション層４０７は、屈折率が徐々に変化する少なくとも１層の窒化シリコン膜で構成される。前記第３パッシベーション層４０７は、屈折率の範囲が２．０２〜２．１２であり、厚さの範囲が６０〜１００ｎｍである。
【００５９】
いくつかの実施例において、本発明は前記電池４００を製造する方法を提供する。前記方法は、Ｐ型ドーパントがドープされており、電気抵抗率が０．５Ω・ｃｍ〜３．５Ω・ｃｍである半導体層（Ｎ型基板の場合、ドーパントがＰ型である）を供給することと、湿式化学法で半導体層を処理し、テクスチャ構造をもつシリコンウェーハを形成することと、ドーパントを注入してＰＮ接合を形成し、さらにＰＮ接合を処理してセレクティブエミッタ構造を形成したり、エッジアイソレーションを行ったりすることにより、ＰＮ接合のポテンシャルをさらに高めることができることと、シリコンウェーハの表面及び／又は裏面にパッシベーション膜（例えば、表面反射低減／パッシベーション層４０２、４０３、４０４、裏面パッシベーション層４０５、４０６、４０７）を形成することと、パッシベーションされたシリコンウェハを金属化処理し、電流を収集し導出するための電極を形成することと、電池片を後処理し、光アニール、電気アニール等の処理が含まれるがこれらに限定されないこと、を含む。
【００６０】
明らかに、当業者であれば理解できるように、上記の実施例が本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定することを意図せず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲である限り、前記実施例の変化、変形はいずれも特許請求の範囲内に含まれる。
【要約】
【課題】本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池及びその製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池は、半導体層と、半導体層の裏面に配置されるパッシベーション膜積層を含む。パッシベーション膜積層は、半導体層の裏面に位置してケイ素原子濃度が５×１０２１／ｃｍ３〜２．５×１０２２／ｃｍ３のケイ素リッチ層で構成される第１パッシベーション層、第１パッシベーション層の表面に位置して酸素・窒素リッチ層で構成される第２パッシベーション層と、第２パッシベーション層の表面に位置して屈折率が徐々に変化する少なくとも１層の窒化シリコン膜で構成される第３パッシベーション層を有する。第１屈折率は、第２屈折率より大きく、第３屈折率より小さい。パッシベーション膜積層を製造することで、電池の裏面パッシベーション特性を効果的に向上させ、太陽電池モジュールにおけるＰＩＤ劣化を軽減し、製造コストを低減することができる。
【選択図】図１【図１】
0006793274.tif 000002
【図２】
0006793274.tif 000003
【図３】
0006793274.tif 000004
【図４】
0006793274.tif 000005