(57)【要約】【課題】本発明の目的は太陽電池の効率を向上させることである。【解決手段】本発明の太陽電池はｐ導電型を有する多結晶質半導体基板（１１０）、ｎ導電型を有し前記多結晶質半導体基板とｐ−ｎ接合を形成するエミッタ部（１２１）、前記エミッタ部に接続されている第１電極（１４０）、そして前記基板と接続されている第２電極（１５０）を含み、前記多結晶質半導体基板の純粋ｐ型の不純物濃度は７．２×１０15／ｃｍ3乃至３．５×１０16／ｃｍ3である。この時、太陽電池のブレークダウン電圧は１２Ｖ以上である。したがって、ブレークダウン電圧が最大逆バイアス電圧である１１．５Ｖより大きいので、ブレークダウン現象が発生しなくて太陽電池の効率と寿命が向上する。【選択図】図１
2012089845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ導電型を有し半導体からなり太陽電池を製作するための太陽電池用基板において、
前記半導体基板はｐ導電型を有する第１不純物、ｐ導電型を有する第２不純物、そしてｎ導電型を有する第３不純物を含み、前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度の合計から前記第３不純物の濃度を引いた値である前記基板の純粋ｐ型の不純物濃度は７．２×１０15／ｃｍ3乃至３．５×１０16／ｃｍ3である太陽電池用基板。
【請求項２】
前記第２不純物の濃度は１×１０13／ｃｍ3乃至５．５×１０15／ｃｍ3である請求項１記載の太陽電池用基板。
【請求項３】
前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度の合計は３．５×１０16／ｃｍ3以下である請求項１記載の太陽電池用基板。
【請求項４】
前記第３不純物の濃度は２．８×１０16／ｃｍ3以下である請求項３記載のの太陽電池用基板。
【請求項５】
前記第１不純物はホウ素（Ｂ）、前記第２不純物はアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）のうち少なくとも一つであり、前記第３不純物はりん（Ｐ）である請求項１記載の太陽電池用基板。
【請求項６】
前記半導体基板は多結晶シリコン基板である請求項１記載の太陽電池用基板。
【請求項７】
前記太陽電池用基板は鉄（Ｆｅ）をさらに含む請求項１記載の太陽電池用基板。
【請求項８】
前記鉄（Ｆｅ）の濃度は６×１０15／ｃｍ3以下である請求項７記載の太陽電池用基板。
【請求項９】
ｐ導電型を有する多結晶質半導体基板と、
ｎ導電型を有し前記多結晶質半導体基板とｐ−ｎ接合を形成するエミッタ部と、
前記エミッタ部に接続されている第１電極、そして
前記基板と接続されている第２電極と、
を含み、
前記多結晶質半導体基板の純粋ｐ型の不純物濃度は７．２×１０15／ｃｍ3乃至３．５×１０16／ｃｍ3である太陽電池。
【請求項１０】
前記太陽電池は１２Ｖ乃至４１Ｖのブレークダウン電圧を有する請求項９記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記多結晶半導体基板はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つ、そしてりん（Ｐ）を含む請求項９記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度は１×１０13／ｃｍ3乃至５．５×１０15／ｃｍ3である請求項１１記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記ホウ素（Ｂ）の濃度と前記アルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）のうち少なくとも一つの濃度の合計が３．５×１０16／ｃｍ3以下である請求項１１記載の太陽電池。
【請求項１４】
前記りん（Ｐ）の濃度は２．８×１０16／ｃｍ3以下である請求項１３記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記多結晶半導体基板は鉄（Ｆｅ）をさらに含む請求項１１記載の太陽電池。
【請求項１６】
前記鉄（Ｆｅ）の濃度は６×１０15／ｃｍ3以下である請求項１５記載の太陽電池。
【請求項１７】
前記多結晶半導体基板は、
前記ｐ型の第１不純物と、
前記ｐ型の第２不純物と、そして
前記ｎ型の第３不純物と、
を含み、
純粋ｐ型の不純物濃度は、前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度の合計から前記第３不純物の濃度を引いた値である請求項９記載の太陽電池用。
【請求項１８】
前記第２不純物の濃度は１×１０13／ｃｍ3乃至５．５×１０15／ｃｍ3である請求項１７記載の太陽電池。
【請求項１９】
前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度の合計は３．５×１０16／ｃｍ3以下であり、前記第３不純物の濃度は２．８×１０16／ｃｍ3以下である請求項１７記載の太陽電池。
【請求項２０】
前記第１不純物はホウ素（Ｂ）、前記第２不純物はアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つであり、前記第３不純物はりん（Ｐ）である請求項１７記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池用基板及び太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近石油や石炭のような既存エネルギ資源の枯渇が予測されながらこれらを取り替える代替エネルギに対する関心が高くなりこれによって太陽エネルギから電気エネルギを生産する太陽電池が注目されている。
【０００３】
一般的な太陽電池はｐ型とｎ型のように互いに異なる導電型(conductivity type)によりｐ−ｎ接合を形成する半導体部、それと互いに異なる導電型の半導体部にそれぞれ接続された電極を備える。
【０００４】
このような太陽電池に光が入射されれば半導体で電子-正孔が生成され、ｐ−ｎ接合により生成された電子と正孔はｎ型半導体部とｐ型半導体部の方に、それぞれ移動する。移動した電子と正孔はそれぞれｐ型半導体部とｎ型半導体部に接続された互いに異なる電極によって収集され、この電極を電線で接続して電力を得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とするところは、太陽電池の効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の課題を解決するために本発明の一特徴による太陽電池用基板はｐ導電型を有し半導体からなり太陽電池を製作するための太陽電池用基板として、前記半導体基板はｐ導電型を有する第１不純物、ｐ導電型を有する第２不純物、 そしてｎ導電型を有する第３不純物を含み、前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度の合計から前記第３不純物の濃度を引いた値である前記基板の純粋ｐ型の不純物濃度は７．２×１０15／ｃｍ3乃至３．５×１０16／ｃｍ3である。
【０００７】
前記第２不純物の濃度は１×１０13／ｃｍ3乃至５．５×１０15／ｃｍ3で有り得る。
【０００８】
前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度の合計は３．５×１０16／ｃｍ3以下で有り得る。
【０００９】
前記第３不純物の濃度は約２．８×１０16／ｃｍ3以下で有り得る。
【００１０】
前記第１不純物はホウ素（Ｂ）であり、前記第２不純物はアルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）のうち少なくとも一つであり、前記第３不純物はりん（Ｐ）で有り得る。
【００１１】
前記半導体基板は多結晶シリコン基板であることが良い。
【００１２】
前記特徴による太陽電池用基板は鉄（Ｆｅ）をさらに含むことができる。
【００１３】
前記鉄（Ｆｅ）の濃度は６×１０15／ｃｍ3以下で有り得る。
【００１４】
本発明の他の特徴による太陽電池はｐ導電型を有する多結晶質半導体基板、ｎ導電型を有し前記多結晶質半導体基板とｐ−ｎ接合を形成するエミッタ部、前記エミッタ部に接続されている第１電極、そして前記基板と接続されている第２電極を含み、前記多結晶質半導体基板の純粋ｐ型の不純物濃度は７．２×１０15／ｃｍ3乃至３．５×１０16／ｃｍ3である。
【００１５】
前記太陽電池は１２Ｖ乃至４１Ｖのブレークダウン電圧を有する方が良い。
【００１６】
前記多結晶半導体基板はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つ、そしてりん（Ｐ）を含むことができる。
【００１７】
前記アルミニウム（Ａｌ）の濃度は１×１０13／ｃｍ3乃至５．５×１０15／ｃｍ3で有り得る。
【００１８】
前記ホウ素（Ｂ）の濃度と前記アルミニウム（Ａｌ）及び前記ガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つの濃度の合計は３．５×１０16／ｃｍ3以下で有り得る。
【００１９】
前記りん（Ｐ）の濃度は２．８×１０16／ｃｍ3以下で有り得る。
【００２０】
前記多結晶半導体基板は鉄（Ｆｅ）をさらに含むことができる。
【００２１】
前記鉄（Ｆｅ）の濃度は６×１０15／ｃｍ3以下で有り得る。
【００２２】
前記多結晶半導体基板は前記ｐ型の第１不純物と、前記ｐ型の第２不純物と、そして
前記ｎ型の第３不純物を含み、前記純粋ｐ型の不純物濃度は前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度の合計から前記第３不純物の濃度を引いた値で有り得る。
【００２３】
前記第２不純物の濃度は１×１０13／ｃｍ3乃至５．５×１０15／ｃｍ3で有り得る。
【００２４】
前記第１不純物の濃度と前記第２不純物の濃度の合計は３．５×１０16／ｃｍ3以下であり、前記第３不純物の濃度は２．８×１０16／ｃｍ3以下で有り得る。
【００２５】
前記第１不純物はホウ素（Ｂ）、前記第２不純物はアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つであり、前記第３不純物はりん（Ｐ）で有り得る。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のこのような特徴によると、太陽電池用基板に含む不純物の濃度を制御し太陽電池のブレークダウン電圧(breakdown voltage)の大きさを増加させ太陽電池に印加される逆バイアス電圧による逆電流(reverse current)の発生を減少させる。これにより、太陽電池の効率と寿命が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】基板内に含有された純粋不純物濃度変化による逆バイアス電圧を示したグラフである。
【図２】本発明の一実施の形態に係る太陽電池の一部斜視図である。
【図３】図２に示した太陽電池をIII −III 線に沿って切って示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では添付した図面を参照にして本発明の実施の形態に対して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし本発明はいろいろ相異な形態に具現されることができここで説明する実施の形態に限定されない。そして図面で本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体を通じて類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。
【００２９】
図で多くの層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、基板などの部分が他の部分「上に」あると言う時、これは他の部分「真上に」ある場合だけではなくその中間に他の部分がある場合も含む。反対に何れの部分が他の部分「真上に」あると言う時には中間に他の部分がないことを意味する。
【００３０】
先ず、太陽電池を製作するための本実施の形態に係る基板、すなわち、半導体基板に対して説明する。
【００３１】
一般的に太陽電池はシリコンなどからなる半導体基板で、ｐ型の半導体部とｎ型の半導体部をｐ−ｎ接合させ、ｐ型の半導体部とｎ型の半導体部にそれぞれ電極を連結させ、光が入射された後ｐ−ｎ接合によって分離した電子と正孔を各該当の電極を通じ出力し電力を得る。この時、一つの太陽電池から出力される電圧の大きさはおおよそ０．６Ｖである。
【００３２】
このような太陽電池のための半導体基板は一般的に単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を利用している。
【００３３】
このように入射される光を利用し電気を生成する太陽電池は一般的に複数個、例えば、 10×６の行列構造に配列された後、これら６０個の太陽電池を直列連結のように電気的に連結し一つの太陽電池モジュールで製作する。したがって、太陽電池モジュールが設置される空間に適当な個数の太陽電池モジュールを電気的に連結させる。
【００３４】
設置された太陽電池モジュールの内で雲、木の葉、またはほこりなどによって光が正常に入射できないか陰になった太陽電池(以下、「非正常太陽電池」と称する)が存在する場合、この非正常太陽電池には太陽電池の入射面全体に正常に光が入射され正常な大きさの電流と電圧を生成する正常な太陽電池(以下、「正常太陽電池」と称する)で生成された電圧の合計が非正常太陽電池に逆バイアス電圧(reverse bias voltage)に印加される。
【００３５】
逆バイアス電圧が印加された非正常太陽電池には印加される逆バイアス電圧による逆電流が流れるようになり、逆バイアス電圧がしきい値、すなわち、ブレークダウン電圧(breakdown voltage)を超過するようになれば非正常太陽電池に流れる逆電流は急激に増加する。
【００３６】
このように、太陽電池に逆電流が流れれば発熱によって太陽電池の劣化現象が発生し、これにより太陽電池の効率減少と寿命低下が発生し、太陽電池モジュールで生成される電力減少をもたらす。
【００３７】
このような急激な逆電流の増加をもたらすブレークダウン電圧の大きさは太陽電池の基板、すなわち半導体基板に含有された不純物濃度によって変わる。
【００３８】
したがって、このような逆バイアス電圧による非正常太陽電池と太陽電池モジュールを保護するため、各太陽電池モジュールには少なくとも一つのバイパスダイオード(bypass diode)が装着されている。
【００３９】
しかし、一般的に常用化された太陽電池モジュール構造でバイパスダイオードは各太陽電池ごとに一つずつ装着されていないで、複数の太陽電池が行列に配置され接続される時隣接した二つの太陽電池列からなる一対の太陽電池列に一つずつ装着されている。例えば、１０×６行列で太陽電池が配列される場合、バイパスダイオードの個数は合計３個である。したがって一つのバイパスダイオードによって保護される太陽電池の個数は二つの列にあたる２０個になる。
【００４０】
したがって、複数の太陽電池が直列で接続されているある一太陽電池列で、一つの非正常太陽電池が存在する場合、残りの正常太陽電池で生成された電圧の合計にあたる電圧が非正常太陽電池に逆バイアス電圧で作用する。
【００４１】
二つの太陽電池列に２０個すべての太陽電池が直列で接続されていて、各太陽電池で生成される電圧が約０．６Ｖの場合、一つの太陽電池列に含まれた１０個の太陽電池の内で一つの太陽電池が非正常太陽電池であり、正常である一つの太陽電池で出力される電圧が約０．６Ｖであるので、(０．６Ｖ×１９個)によって算出された約１１．４Ｖの電圧が一つの非正常太陽電池に印加される逆バイアス電圧の大きさである。結局、一つのバイパスダイオードによって保護される太陽電池列の個数は合計２０個の太陽電池の内で正常である１９個の太陽電池から出力される電圧の総合が残り一つの非正常太陽電池にすべて逆電圧で印加される。したがって、10×６行列構造で複数の太陽電池が配列された太陽電池モジュールで、各太陽電池に印加できる最大逆バイアス電圧の大きさは約１１．４Ｖになる。
たとえとして１０×６行列構造を有する太陽電池モジュールに基づいて説明したが、本実施の形態で、太陽電池モジュールを構成する太陽電池の行列構造で行の個数と列の個数は変更可能である。
【００４２】
このような逆バイアス電圧による太陽電池のブレークダウンは一般的に基板の不純物濃度及びｐ−ｎ接合後発生する空乏層内の内部電界(field)によって変わる。このような内部電界は逆バイアス電圧が印加及び増加することによってさらに増加するようになってｐ型基板から電子をトンネリング(tunneling) 及びアバランシェ(Avalanche)ブレークダウンを発生させ特定逆バイアス電圧で逆電流の急激な増加を引き起こす。
【００４３】
太陽電池を製作するための基板にはｐ導電型のために人為的に注入された (ドーピングされた)不純物（ホウ素（Ｂ））以外にも太陽電池用基板に製作される半導体ウエハ（wafer）を生成するための原材料(例、ＳｉＯ2) の内で含有された他の不純物や基板の特性を向上するために注入された不純物、例えば、りん（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）などを含む。
【００４４】
この時、太陽電池の基板がｐ型である時、ホウ素（Ｂ）とアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つは基板と同一である導電型を有するｐ型不純物であり、りん（Ｐ）は基板と反対であるｎ導電型を有する不純物である。したがってｎ型の不純物によってｐ型基板の実際のｐ型不純物の濃度は変わる。基板の特性のために注入されるガリウム（Ｇａ）は注入されないこともある。したがって、ガリウム（Ｇａ）が基板に注入される場合、ｐ型不純物はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）であり、ガリウム（Ｇａ）が基板に注入されない場合、ｐ型不純物はホウ素（Ｂ）とアルミニウム（Ａｌ）である。
【００４５】
既に説明したように、太陽電池用基板のブレークダウン電圧は基板(ｐ型)とエミッタ部(ｎ型)の間のｐ−ｎ接合による内部電界(field)の影響を受けるようになるが、ｐ型不純物の濃度増加は初期(逆バイアス電圧が０Vの場合) 内部電界を増加させる。この場合、太陽電池用基板に逆バイアス電圧が印加される場合、基板(ｐ型)とエミッタ部(ｎ型)の間のｐ−ｎ接合による空乏層はより一層増加する。すなわち、逆バイアス電圧が太陽電池に印加されれば、光が入射されるｐ型基板の前面(front surface)の方に位置したｎ型のエミッタ部の方に（＋）電圧が印加され、前面の反対側に位置し光が入射されない基板の後面(back surface)の方に（−）電圧が印加される。したがってエミッタ部の方に印加される（＋）電圧によってエミッタ部の方に電子（e-）が移動し、基板の後面に印加される（−）電圧によって基板の後面の方に正孔（h+）が移動し、太陽電池に逆バイアスが印加される場合ｐ−ｎ接合の時空乏層は増加する。このように、空乏層が増加すれば太陽電池の基板の内部電界の値が増加し、太陽電池に印加される逆バイアス電圧の大きさが特定しきい値に到逹した時ブレークダウン現象が発生するようになる。
【００４６】
このように、太陽電池の逆バイアス電圧に影響を及ぼす要素は不純物のドーピング濃度とｐ−ｎ接合の太陽電池基板の内部電界である。
【００４７】
したがって、本実施の形態で、ｐ型の多結晶シリコン基板である太陽電池用基板のブレークダウン電圧の大きさを増加させ(例えば、約１２Ｖ以上)、太陽電池モジュールを構成する太陽電池に最大の大きさの逆バイアス電圧(例えば、約１１．４Ｖ)が印加されてもブレークダウン現象が発生しないようにする。
【００４８】
この場合、ブレークダウン電圧の大きさは基板の不純物濃度に影響を受けるので、ｐ−ｎ接合の空乏層変化による内部電界の影響を考慮し太陽電池を製作するためにインゴット(ingot)を切断した基板の不純物の濃度を制御する。この時、基板の導電型のために注入されたホウ素(ｐ型不純物)の濃度だけではなく基板の原材料に含有された不純物であるりん(ｎ型不純物)とアルミニウム及びガリウムのうちで少なくとも一つ(ｐ型不純物)の濃度を考慮し太陽電池用基板のブレークダウン電圧の大きさを制御する。
【００４９】
したがってｐ導電型に影響を及ぼす切断した基板の不純物濃度（Ｃｔ）はホウ素（Ｂ）のようなｐ型不純物の濃度（Ｃ１）、ｐ型と反対の導電型を有するｎ型の不純物であるりん（Ｐ）の濃度（Ｃ２）そしてｐ型の不純物であるアルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つの濃度（Ｃ３）をすべて考慮し、実際ｐ型基板の導電型に影響を及ぼす不純物の濃度を制御する。したがって、ｐ導電型に影響を及ぼす基板の不純物ドーピング濃度（Ｃｔ）はｐ型の不純物の濃度の合計、すなわち、(ホウ素)の濃度（Ｃ１）とアルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つの濃度（Ｃ３）の合計（Ｃ１＋Ｃ３）からｎ型の不純物(りん)の濃度（Ｃ２）を引いた値になる、すなわち、Ｃｔ＝（Ｃ１＋Ｃ３）−Ｃ２。この時、ｐ型の不純物とｎ型の不純物すべてのドーピング濃度を考慮したｐ型基板の不純物ドーピング濃度［Ｃｔ＝（Ｃ１＋Ｃ３）−Ｃ２］をｐ型基板の「純粋不純物濃度」と称する。すなわち、純粋不純物濃度は純粋ｐ型の不純物濃度と言える。言い換えれば、純粋不純物濃度はｐ型不純物の有効純度(effective purity)と言える。
【００５０】
結局、このような純粋ｐ型不純物濃度の増加はエミッタ部(ｎ型)形成時の基板(ｐ型)とエミッタ部(ｎ型)の間のｐ−ｎ接合による空乏層内の内部電界を増加させ、太陽電池用基板に逆バイアス電圧が印加される場合、このような内部電界は急激に増加するようになりブレークダウンを発生するようになる。
【００５１】
本実施の形態で、変更されたブレークダウン電圧の基準電圧である１２Ｖは、既に説明したように、10×6行列で配列された太陽電池を備えた太陽電池モジュールで一つの非正常太陽電池に印加されることができる最大の逆バイアス電圧（１１．４Ｖ）が印加されてもブレークダウン現象の発生を防止するための値である。結局、本実施の形態は非正常太陽電池に最大の大きさの逆バイアス電圧が印加されてもブレークダウン現象が発生しないように基板に含有された不純物の濃度を制御し基板のブレークダウン電圧の大きさを変更するのである。
【００５２】
したがってｐ−ｎ接合時逆バイアス電圧によって変わる内部電界を考慮し、ブレークダウン電圧の大きさが１２Ｖ以上になるように太陽電池用で切断した基板の不純物の濃度は次のようである。
【００５３】
切断した太陽電池用基板の純粋不純物濃度（Ｃｔ）は約７．２×１０15／ｃｍ3乃至約 ３．５×１０16／ｃｍ3である。この時、アルミニウム（Ａｌ）の濃度（Ｃ３）は約１×１０13／ｃｍ3乃至約５．５×１０15／ｃｍ3であり、ｐ型不純物の合計であるホウ素（Ｂ）とアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つの合算濃度（Ｃ１＋Ｃ３）は約３．５×１０16／ｃｍ3以下である。ｐ型不純物の合計であるホウ素（Ｂ）とアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つの合算濃度（Ｃ１＋Ｃ３）は約３．５×１０16／ｃｍ3以下の場合、ｎ型不純物であるりん（Ｐ）の濃度（Ｃ２）は約２．８×１０16／ｃｍ3以下である。また鉄（Ｆｅ）の濃度は約６×１０15／ｃｍ3以下である。
【００５４】
基板の純粋不純物濃度（Ｃｔ）が約３．５×１０16／ｃｍ3以下である場合、ブレークダウン電圧の大きさは最小値である約１２Ｖになり、基板の純粋不純物濃度（Ｃｔ）が約 ７．２×１０15／ｃｍ3以上であると基板の導電型が安定的にｐ型を維持する。
【００５５】
上に記載したようにｐ型不純物の濃度とｎ型不純物の濃度を有する基板で太陽電池を製作する場合、この太陽電池に対する理論的なブレークダウン電圧を図1に示す。
【００５６】
図１は約０．７ｅＶ乃至０．７６ｅＶのバンドギャップエネルギー(band gap energy)を有するｐ型の多結晶シリコン基板で、純粋不純物濃度によるブレークダウン電圧の理論的な範囲を示したことで、各純粋不純物濃度によるブレークダウン電圧の下限値は多結晶シリコン基板が０．７ｅＶのバンドギャップエネルギを有する場合の理論的な値であり、各純粋不純物濃度によるブレークダウン電圧の上限値は多結晶シリコン基板が０．７６ｅＶのバンドギャップエネルギを有する場合の理論的な値である。
【００５７】
このような理論的なブレークダウン電圧は次の数式によって計算することができる。
【００５８】
【数１】
2012089845.tif 000003
【００５９】
Ｅ（ｘ）は内部電界値、ｑは電荷量、すなわち、１．６×１０19(coulomb)、Ｎａは純粋不純物濃度、Ｎｄはエミッタ部ドーピング濃度(例、１×１０20／ｃｍ3)、Ｖｂｉはビルト‐イン電位(built-in potential)、そしてεＳｉはシリコンの誘電率(permittivity) である。またＶａはブレークダウン電圧である。
【００６０】
このような［数１］で、ブレークダウン電圧（Ｖａ）は次の［数２］によって算出される。
【００６１】
【数２】
2012089845.tif 000004
【００６２】
ここで、Ｅはブレークダウンが発生する時の内部電界値(すなわち、ブレークダウン電界値)である。
【００６３】
この時、ブレークダウン電界値（Ｅ）は理論的なブレークダウン電界値の約７５％乃至８０％に当る値である。
【００６４】
理論的なブレークダウン電界値（Ｅｂｒ）は［数３］によって算出される。
【００６５】
【数３】
2012089845.tif 000005
【００６６】
理論的なブレークダウン電界値（Ｅｂｒ）はシリコン基板が理想的な結晶度を有し不純物が存在しない場合理論的に算出される電界値である。
【００６７】
しかし実際多結晶シリコン基板は結晶が形成される時は結晶状態(すなわち、結晶度)と不純物の存在などで理論的なブレークダウン電界値（Ｅｂｒ）を有することができずに、［数３］によって算出された理論的なブレークダウン電界値（Ｅｂｒ）の約７５％乃至８０％に当る電界値を通常有するようになる。したがって、ブレークダウン電界値（Ｅ）は理論的なブレークダウン電界値（Ｅｂｒ）の７５％乃至８０％にあたる値に算出される。
【００６８】
したがって、図１はこのような値は数式により算出された理論的なブレークダウン電圧をグラフに示したものであり、［表１］は算出された理論的なブレークダウン電圧を表に示したのである。
【００６９】
【表１】
2012089845.tif 000006
【００７０】
［表１で］、Ｅ0.75は理論的なブレークダウン電界値（Ｅｂｒ）の７５％をブレークダウン電界値（Ｅ）で算出する時の値であり、Ｅ0.8は理論的なブレークダウン電界値（Ｅｂｒ）の８０％をブレークダウン電界値（Ｅ）で算出する時の値である。
【００７１】
また、Ｖａ0.75はＥ0.75を基礎にして算出されたブレークダウン電圧であり、また、Ｖａ0.8はＥ0.8を基礎にして算出されたブレークダウン電圧である。
【００７２】
このように、図１と[表１]を算出する時、基板の純粋不純物濃度（Ｎａ）が約３．５×１０16／ｃｍ3以下を有する場合、ブレークダウン電圧（Ｖａ）が１２Ｖ以上を有するようになることが分かる。既に記載したように、純粋不純物濃度が７．２×１０15／ｃｍ3未満であると基板に部分的にｎ導電型を有する部分が発生する。したがって基板の純粋不純物濃度は７．２×１０15／ｃｍ3 以上ではなければならず、この時ブレークダウン電圧（Ｖａ）は約４１Ｖである。したがって本実施の形態に係るブレークダウン電圧（Ｖａ）の範囲は約１２Ｖ乃至４１Ｖになる。
【００７３】
図１で、実際測定値は本実施の形態に係る太陽電池用基板を利用しｐ型の多結晶シリコンからなる太陽電池を製作した後、太陽電池で直接測定したブレークダウン電圧である。実際測定値もまた基板の純粋不純物濃度が約３．５×１０16／ｃｍ3以下を有する場合、ブレークダウン電圧（Ｖａ）が１２Ｖ以上を有するようになることが分かる。
【００７４】
本実施の形態により定義されたとおり不純物を含む場合、基板のブレークダウン電圧の最小値は１２Ｖになるので、１０×６行列に配列された太陽電池を備えた太陽電池モジュールで最大の逆バイアス電圧(すなわち、最大逆バイアス電圧)である１１．４Ｖである一つの非正常太陽電池に印加されてもブレークダウン現象を発生しないので、太陽電池と太陽電池モジュールの寿命を延長させ効率を向上する。
【００７５】
このような各不純物のドーピング濃度と純粋不純物ドーピング濃度を有する基板を利用し製作した太陽電池の構造を図２及び図３を参照にして説明する。
【００７６】
図２及び図３に示したように、本発明の一実施の形態に係る太陽電池１１は基板１１０、光が入射される基板１１０の面である入射面[以下、「前面(front surface)」と称する]に位置したエミッタ部(emitter region)１２１、エミッタ部１２１上に位置する反射防止部１３０、エミッタ部１２１と接続されている前面電極部１４０、光が入射されないで入射面の反対側に位置した基板１１０の面である非入射面[以下、「後面(back surface)」と称する]に位置する後面電界(back surface field、ＢＳＦ)部(ＢＳＦ region)１７２、そして基板１１０の後面上に位置する後面電極部１５０を備える。
【００７７】
基板１１０は第１導電型、例えばｐ導電型を有し多結晶シリコンからなる半導体基板である。基板１１０がｐ導電型を有する場合、ホウ素（Ｂ）のような３価元素の不純物が基板１１０にドーピングされる。
【００７８】
このような基板１１０の前面はテクスチャリング(texturing)されて凹凸面であるテクスチャリング表面(texturing surface)を有する。便宜上図１で、基板１１０の端部分だけテクスチャリング表面で示してその上に位置する反射防止部１３０もまたその端部分だけ凹凸面で示す。しかし、実質的に基板１１０の前面全体がテクスチャリング表面を有し、これにより基板１１０の前面の上に位置した反射防止部１３０も凹凸面を有する。
【００７９】
複数の突出部を備えたテクスチャリング表面によって、光に対する太陽電池１１の反射防止効率が大きく向上し、太陽電池１１内部に入射される光の量が増加する。
【００８０】
このような基板１１０はｐ型のためのドーパントであるホウ素（Ｂ）、ｐ型のアルミニウム（Ａｌ）とガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つ、ｎ型のドーパントであるりん（Ｐ）、基板１１０の導電性に影響を及ぼさない鉄（Ｆｅ）などのような多くの不純物を含んでいる。
【００８１】
本実施の形態に係る基板１１０の純粋不純物濃度は約７．２×１０15／ｃｍ3乃至約３．５×１０16／ｃｍ3である。基板１１０内に含有されたアルミニウム（Ａｌ）の濃度は約１×１０13／ｃｍ3乃至５．５×１０15／ｃｍ3である。基板１１０のｐ導電型のために外部から印加された不純物であるホウ素（Ｂ）とアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）の内少なくとも一つの合算濃度は約３．５×１０16／ｃｍ3以下であり、この場合、基板１１０ 内に含有されたｎ導電型のためのりん（Ｐ）の濃度は約２．８×１０16／ｃｍ3以下である。また鉄（Ｆｅ）の濃度は約６×１０15／ｃｍ3以下である。これら濃度はエミッタ部１２１と後面電界部１７２が位置しない基板１１０の部分で測定された不純物の濃度である。このような不純物濃度を有する基板１１０によって、太陽電池１１のブレークダウン電圧は約１２Ｖ乃至４１Ｖである。
【００８２】
エミッタ部１２１は基板１１０の導電型と反対である第２導電型、例えば、ｎ導電型の不純物が基板１１０にドーピングされた領域で、入射面である基板１１０の前面に位置する。したがって第２導電型のエミッタ部１２１は基板１１０の内第１導電型部分とｐ−ｎ接合を成す。
【００８３】
基板１１０[または基板１１０の第１導電型の部分]とエミッタ部１２１とのｐ−ｎ接合による内部電位差(built-in potential difference)によって、基板１１０に入射された光によって生成された電荷である電子-正孔対は電子と正孔に分離し電子はｎ型の方に移動し正孔はｐ型の方に移動する。したがって、分離した正孔はｐ型である基板１１０の後面の方に移動し分離した電子はｎ型であるエミッタ部１２１の方に移動する。
【００８４】
エミッタ部１２１は５価元素の不純物を基板１１０にドーピングし形成されることができる。
【００８５】
エミッタ部１２１上に位置した反射防止部１３０はシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）やシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）などから成り得る。場合による他の物質が反射防止部１３０のために使われる。
【００８６】
反射防止部１３０は太陽電池１１に入射される光の反射度を減らし特定の波長領域の選択性を増加させ太陽電池１１の効率を高める。このような反射防止部１３０は図２及び図３に示した単一膜構造を有するが２重膜のような多層膜構造を有することができる。必要によって反射防止部１３０は省略可能である。
【００８７】
前面電極部１４０は複数の前面電極１４１と複数の前面電極１４１と接続されている複数の前面バスバー１４２を備える。
【００８８】
複数の前面電極１４１はエミッタ部１２１と電気的及び物理的に接続されており、互いに離隔され決まった方向に並んで伸びている。複数の前面電極１４１はエミッタ部１２１の方に移動した電荷、例えば、電子を収集する。
【００８９】
複数の前面バスバー１４２はエミッタ部１２１と電気的及び物理的に接続されていて複数の前面電極１４１と交差する方向に並んで伸びている。
【００９０】
この時、複数の前面バスバー１４２は複数の前面電極１４１と同一層に位置し各前面電極１４１と交差する地点で該当の前面電極１４１と電気的及び物理的に接続されている。
【００９１】
したがって、図２に示したように、複数の前面電極１４１は横または縦方向に伸びているストライプ(stripe)形状を有し、複数の前面バスバー１４２は縦または横方向に伸びているストライプ形状を有し、前面電極部１４０は基板１１０の前面に格子形状で位置する。
【００９２】
複数の前面バスバー１４２は接触したエミッタ部１２１の部分から移動する電荷だけではなく複数の前面電極１４１によって収集されて移動する電荷を収集する。
【００９３】
各前面バスバー１４２は交差する複数の前面電極１４１によって収集された電荷を集めて所望する方向に移動させなければならないので、各前面バスバー１４２の幅は各前面電極１４１の幅より大きい。
【００９４】
複数の前面バスバー１４２は外部装置と接続されているので、複数の前面バスバー１４２によって収集された電荷(例、電子)は外部装置に出力される。
【００９５】
複数の前面電極１４１と複数の前面バスバー１４２を備えた前面電極部１４０は銀(Ag)のような少なくとも一つの導電性物質からなる。
【００９６】
図２で、基板１１０に位置する前面電極１４１と前面バスバー１４２の個数は一例に過ぎず、場合によって変更可能である。
【００９７】
このように、エミッタ部１２１と電気的及び物理的に接続されている前面電極部１４０によって、反射防止部１３０は前面電極部１４０が位置しないエミッタ部１２１上に位置する。
【００９８】
後面電界部１７２は基板１１０と同一の導電型の不純物が基板１１０より高濃度で基板１１０にドーピングされた領域、例えば、Ｐ+領域である。
【００９９】
このような基板１１０の第１導電性領域と後面電界部１７２の間の不純物濃度差によって電位障壁が形成され、これにより、正孔の移動方向である後面電界部１７２の方に電子移動は邪魔になる一方、後面電界部１７２の方に正孔移動は容易になる。したがって、後面電界部１７２は基板１１０の後面及びその近所で電子と正孔の再結合で損失される電荷の量を減少させ所望する電荷(例、正孔)の移動を加速化させ後面電極部１５０への電荷移動量を増加させる。
【０１００】
後面電極部１５０は後面電極１５１と後面電極１５１と接続されている複数の後面バス バー１５２を備える。
【０１０１】
後面電極１５１は基板１１０の後面に位置した後面電界部１７２と接触しており、後面バスバー１５２が位置した部分を除けば実質的に基板１１０の後なら全体に位置する。代案的な例で、後面電極１５１は基板１１０の後面端部分に位置しないこともある。
【０１０２】
後面電極１５１はアルミニウム（Ａｌ）のような導電性物質を含んでいる。
【０１０３】
このような後面電極１５１は後面電界部１７２の方から移動する電荷、例えば正孔を収集する。
【０１０４】
この時、後面電極１５１が基板１１０より高い不純物濃度で維持する後面電界部１７２と接触しているので、基板１１０、すなわち後面電界部１７２と後面電極１５１の間の接触抵抗が減少し基板１１０から後面電極１５１にの電荷転送効率が向上する。
【０１０５】
複数の後面バスバー１５２は後面電極１５１が位置しない基板１１０の後面上に位置し隣接した後面電極１５１と接続されている。
【０１０６】
また、複数の後面バスバー１５２は基板１１０を中心に複数の前面バスバー１４２と対応するように見合わせる。
【０１０７】
複数の後面バスバー１５２は複数の前面バスバー１４２と同様に、後面電極１５１から伝達する電荷を収集する。
【０１０８】
複数の後面バスバー１５２もまた外部装置と接続されているので、複数の後面バスバー１５２によって収集された電荷(例、正孔)は外部装置に出力される。
【０１０９】
このような複数の後面バスバー１５２は後面電極１５１から伝達した電荷を外部装置に出力しなければならないので、後面電極１５１より良好な伝度度を有する物質からなることができ、例えば、銀（Ａｇ）のような少なくとも一つの導電性物質を含む。
【０１１０】
代案的な例で、後面電極１５１は後面バスバー１５２が位置した基板１１０の後面部分にも位置することができ、この場合、複数の後面バスバー１５２は基板１１０を中心に複数の前面バスバー１４２と対応されるように見合わせて後面電極１５１上に位置する。この時、場合によって後面電極１５１は後面の端部分を除いた実質的な後面全体面に位置することができる。
【０１１１】
このような構造を有する本実施の形態に係る太陽電池１１の動作は次のようである。
【０１１２】
太陽電池１１に光が照射されて反射防止部１３０を通じ半導体部であるエミッタ部１２１と基板１１０に入射されれば光エネルギによって半導体部で電子-正孔対が発生する。この時、基板１１０のテクスチャリング表面と反射防止部１３０によって基板１１０に入射される光の反射損失が減って基板１１０に入射される光の量が増加する。
【０１１３】
これら電子-正孔対は基板１１０とエミッタ部１２１のｐ−ｎ接合によって互いに分離し電子と正孔は、ｎ導電型を有するエミッタ部１２１とｐ導電型を有する基板１１０の方にそれぞれ移動する。このように、エミッタ部１２１の方に移動した電子は複数の前面電極１４１と複数の前面バスバー１４２によって収集され複数の前面バスバー１４２に付いて移動し、基板１１０の方に移動した正孔は隣接した後面電極１５１と複数の後面バスバー１５２によって収集されて複数の後面バスバー１５２に付いて移動する。このような前面バスバー１４２と後面バスバー１５２を導線で連結すれば電流が流れるようになり、これを外部で電力に利用するようになる。
【０１１４】
このような太陽電池のブレークダウン電圧の大きさは約１２Ｖ以上を有しているので、太陽電池１１に約１１．４Ｖの最大逆バイアス電圧が印加されても、太陽電池１１はブレークダウン現象が発生しない。
【０１１５】
上に記載した実施の形態で、基板に含有されホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び 鉄（Ｆｅ）の不純物の濃度は太陽電池用基板を製作する時これら不純物をそれぞれ含んでいる物質の量を調節し上に記載したような濃度を有する。
【０１１６】
以上で本発明の望ましい実施の形態に対して詳細に説明したが本発明の権利範囲はここに限定されるのではなく次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多くの変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するのである。
【図１】
2012089845.tif 000007
【図２】
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【図３】
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