(57)【要約】  本発明は太陽電池素子を開示し、積み重ねて設置されたウィンド層（４）と、ベース層（５）と、エミッタ層（６）と、パッシベーション層（８）とを含み、太陽電池素子上に間隔をあけて設置されたＮ型接点アレイ（１２）とＰ型接点アレイ（１３）が設置され、Ｎ型接点がエミッタ層とパッシベーション層を貫通し、Ｐ型接点がパッシベーション層を貫通し、Ｎ型接点の開口端の横断面の面積がその底部の横断面の面積より大きい。本発明の太陽電池素子を直列接続してなる太陽電池パックによると、太陽電池素子のＮ型接点の形状を変えることで、側立面にパッシベーション層を形成しにくい問題を解決し、工程の難度を低下し、パッシベーション材料の使用を減少することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積み重ねて設置されたウィンド層(４)と、ベース層(５)と、エミッタ層(６)と、パッシベーション層(８)とを含む太陽電池素子であって、
間隔をあけて設置されたＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとが設置され、前記Ｎ型接点(１２)が前記エミッタ層(６)と前記パッシベーション層(８)とを貫通し、前記Ｐ型接点(１３)が前記パッシベーション層(８)を貫通することを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記エミッタ層(６)と前記パッシベーション層(８)との間に設置される界面層(７)をさらに含み、前記Ｎ型接点(１２)が前記エミッタ層(６)、前記界面層(７)、及び前記パッシベーション層(８)を貫通して前記ベース層(５)を露出させ、前記Ｐ型接点(１３)が前記パッシベーション層(８)を貫通して前記界面層(７)を露出させることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記Ｎ型接点(１２)の開口端の横断面の面積がその底部の横断面の面積より大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記Ｎ型接点(１２)が逆円錐台状をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記Ｎ型接点(１２)の側壁と水平面との夾角である鋭角αが５°≦α≦８５°であることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池素子。
【請求項６】
前記Ｎ型接点(１２)の側壁の外側に前記パッシベーション層(８)が延長してなる側壁パッシベーション層(１０)が設置されることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池素子。
【請求項７】
隣り合うＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量は偶数であって、前記太陽電池素子の中心線の一方の側に設置される接点アレイ組のＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとはそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のＰ型接点(１３)アレイとＮ型接点(１２)アレイと鏡像配列されることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池素子。
【請求項８】
隣り合うＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量は奇数であって、中央接点アレイ組の中心線の一方の側に設置されるＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとはそれぞれ、他方の側に設置される接点アレイ組のＰ型接点(１３)アレイとＮ型接点(１２)アレイと鏡像配列されることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池素子。
【請求項９】
前記Ｎ型接点(１２)アレイと前記Ｐ型接点(１３)アレイとが等間隔に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項１０】
ヒ化ガリウム薄膜太陽電池であることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池素子。
【請求項１１】
前記ウィンド層(４)の前記ベース層(５)から離れる側に設置された反射防止コーティング層(１５)をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項１２】
少なくとも二つの請求項１又は２に記載の太陽電池素子を含み、隣り合う前記太陽電池素子の対応する位置のＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとが電気的に接続されて直列接続を形成することを特徴とする直列接続された太陽電池パック。
【請求項１３】
各前記太陽電池素子とそれに隣り合う太陽電池素子とが逆平行に設置されることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池パック。
【請求項１４】
前記太陽電池素子のＮ型接点(１２)アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＰ型接点(１３)アレイとが電極接続線(１４)を介して電気的に接続され、Ｐ型接点(１３)アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＮ型接点(１２)アレイとが電極接続線(１４)を介して電気的に接続されることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池パック。
【請求項１５】
Ｓ１、ベース(１)上に順にバッファ層(２)、徐放層(３)、ウィンド層(４)、ベース層(５)、エミッタ層(６)、及び界面層(７)を形成するステップと、
Ｓ２、前記界面層(７)と前記エミッタ層(６)とを貫通するアレイ状に分布された複数の逆円錐台状の溝をエッチングして形成するステップであって、前記逆円錐台状の溝の底部がベース層(５)であり、前記逆円錐台状の溝の側壁と水平面との夾角である鋭角αが５°≦α≦８５°であるステップと、
Ｓ３、ステップＳ２に基づいてパッシベーション層(８)を形成し、マスキング工程により前記逆円錐台状の溝の内部に確保したＮ型接点(１２)の位置を覆って、前記界面層(７)の上方にパッシベーション層(８)を形成し、前記逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層(１０)を形成するステップであって、前記側壁パッシベーション層(１０)と前記ベース層(５)との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成されるステップと、
Ｓ４、前記パッシベーション層(８)を貫通する、アレイ状に分布された、底部が前記界面層(７)である複数のエミッタ電極溝をエッチングして形成するステップと、
Ｓ５、前記逆円錐台状のベース電極溝の内部にＮ型接点(１２)を形成し、前記エミッタ電極溝の内部にＰ型接点(１３)を形成するステップと、
Ｓ６、ベース(１)、バッファ層(２)、及び徐放層(３)を剥離して除去して太陽電池素子を得るステップと、を含む、
ことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項１６】
前記ステップＳ２において、ドライエッチング又はウェットエッチングの等方性エッチングの方法で、前記逆円錐台状の溝をエッチングし、
前記ステップＳ４において、ドライエッチング又はウェットエッチングで前記エミッタ電極溝をエッチングすることを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１７】
前記ステップＳ３において、前記界面層(７)の上方にパッシベーション層(８)を形成し、前記逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層(１０)を形成し、その後、ベース電極の形成に用いられるように、エッチング工程によって前記逆円錐台状の溝の底部のパッシベーション層をエッチングして除去し、前記ベース層(５)を露出させ、前記側壁パッシベーション層(１０)と前記ベース層(５)との間に前記逆円錐台状のベース電極溝が形成されることを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１８】
前記ステップＳ６が、
ベース(１)、バッファ層(２)、及び徐放層(３)を剥離して除去した後、前記ウィンド層(４)の前記ベース層(５)から離れる側に反射防止コーティング層(１５)を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれか１項に記載の太陽電池素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池技術分野に関し、特に、太陽電池素子及びそれが直列接続された太陽電池パックに関し、本発明はさらに太陽電池素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願
この出願は、２０１５年１０月１９日に出願された出願番号が２０１５１０６７９９０９.９で、発明名称が「太陽電池素子、その製造方法及びそれからなる太陽電池パック」である中国特許出願の優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。
【０００３】
太陽エネルギーは無尽蔵なエネルギー源である。見積もりによると、一年に地球に照射される太陽エネルギーは１兆３７００億トンの標準石炭による熱量に相当し、現在世界で一年内に各種のエネルギー源を利用して発生させているエネルギーの約二万倍を超える。我が国において、約２／３の地域で太陽エネルギーリソースを良好に利用することができ、また太陽エネルギーによる発電は地域の制限を受けず、太陽光発電システムのモジュール化を実現して、電力を消費する箇所付近に装着することができ、送電網から離れた地域において、給電や配電コストを低減し、給電設備の信頼性を増加させることができる。現在、薄膜太陽電池は、光吸収層の原料使用量が少なく、その内部材料は数マイクロメートルあれば太陽光を電気エネルギーに変換させることができる。
【０００４】
半導体ヘテロ接合太陽電池は、エネルギーバンド構造の異なる２種類の半導体材料からなり、接触面でエネルギーバンドが湾曲又は突然変異して、内部電界を形成して、光起電効果によって半導体で発生された電荷キャリアの分離のために条件を提供した。半導体材料の種類が多いので、ヘテロ接合太陽電池を構成する材料も色々選択することができる。現在、半導体ヘテロ接合太陽電池は主に、アモルファスシリコン/単結晶シリコンヘテロ接合電池、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓヘテロ接合電池、ＣｄＳ／ＣｄＴｅヘテロ接合電池、有機体ヘテロ接合、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓヘテロ接合電池等を含む。フッ酸（ＨＦ）で実現したエピタキシャルリフトオフ(ＥＬＯ)技術をＧａＡｓエピタキシャル層とベースとの分離に適用し、ｎ型ドープベース層とｐ＋型ドープエミッタ層が接触してｐ−ｎ層が発生される。光がｐ−ｎ層付近で吸収されて電子正孔対を発生する時、ヘテロ接合の内蔵電界でホールをｐ＋型ドープ側に移動させて電子をｎ型ドープ側へ移動させる。光発生キャリアの変移によってｐ＋型ドープ側とｎ型ドープ側との間に電位差が発生して、光起電効果を形成する。ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）薄膜太陽電池は、今の薄膜電池において光電変換効率が最も高い電池であって、且つ軽量で、フレキシブル化可能性等の特徴を有するので、応用の先行きは非常に広く、そして、効率的であるという特徴を有するので、同条件で小さい受光面積で高い出力電力を有し、消費材の電池に適用可能である。
【０００５】
今、主に有機金属化学気相成長法(ＭＯＣＶＤ)の方法でＧａＡｓ基板上に電池層を成長させて光起電素子を形成し、その後、エピタキシャルリフトオフ(ＥＬＯ)技術で、電池層を剥離し、複数の光起電素子のＮ型電極の接点を互いに接続し、及びＰ＋型電極の接点を互いに接続して、高い電流を出力する光電変換ブロックを形成し、又はＮ型接点とＰ型接点とを互いに接続して、高い出力電圧を有する光電変換ブロックを形成する。しかし、バック接点式ＧａＡｓ電池の製造中に、ドライ又はウェットエッチング方法を利用して、円柱状の溝を異方性エッチングして接点を製造しなければならない。円柱状の溝の側立面は電池に垂直なので、後続のパッシベーション層製造中に、パッシベーション材料が円柱状の溝の側立面に堆積、付着しにくく、穴が発生しやすく、側立面に付着したパッシベーション層の厚みが薄く、均一でない等の問題が存在し、電極製造中に正負極が短絡する問題が発生してしまう。同時に、適切な円柱形側立面のパッシベーション層の厚みに達するため、かなり長い時間、電池表面のパッシベーション処理を行わなければならず、工程時間及び原料の使用量が増加する。そして、ＧａＡｓ材料層を過度に露出するので、暗電流が増加し、一方、ベース電極とＰ型ＡｌＧａＡｓとの接触を防止するため、大きいベース電極の溝が必要であり、これにより暗電流がさらに増加してしまう。よって、小さいベース電極溝が必要であるが、小さい電極溝にすると、溝側壁のパッシベーション層の製造難度及びベース電極の製造難度が増大してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、既存の太陽電池のＮ型接点が円柱状であり側立面にパッシベーション層が形成されにくいことである。そのため、太陽電池素子のＮ型接点の形状を変えることで側立面にパッシベーション層が形成されにくい問題を解決し、工程難度を低減し、パッシベーション材料の使用を減少することができる太陽電池素子及びこのような太陽電池素子が直列接続された太陽電池パックを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
積み重ねて設置されたウィンド層と、ベース層と、エミッタ層と、パッシベーション層と、を含み、間隔をあけて設置されたＮ型接点アレイとＰ型接点アレイとが設置され、前記Ｎ型接点が前記エミッタ層とパッシベーション層とを貫通し、前記Ｐ型接点が前記パッシベーション層を貫通し、
前記エミッタ層とパッシベーション層との間に設置された界面層をさらに含み、前記Ｎ型接点が前記エミッタ層、界面層、及びパッシベーション層を貫通して前記ベース層を露出させ、前記Ｐ型接点が前記パッシベーション層を貫通して前記界面層を露出させる太陽電池素子を提供する。
【０００８】
前記Ｎ型接点の開口端の横断面の面積が、その底部横断面の面積より大きい。
【０００９】
前記Ｎ型接点が逆円錐台状であることが好ましい。
【００１０】
前記Ｎ型接点の側壁と水平面との夾角である鋭角αが５°≦α≦８５°である。
【００１１】
前記Ｎ型接点の側壁の外側に前記パッシベーション層が延長してなる側壁パッシベーション層が設置されている。
【００１２】
隣り合うＮ型接点アレイとＰ型接点アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量は偶数で、前記太陽電池素子の中心線の一方の側に設置される接点アレイ組のＮ型接点アレイとＰ型接点アレイがそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のＰ型接点アレイとＮ型接点アレイと鏡像配列される。
【００１３】
隣り合うＮ型接点アレイとＰ型接点アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量が奇数で、中央接点アレイ組の中心線の一方の側に設置されたＮ型接点アレイとＰ型接点アレイとがそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のＰ型接点アレイとＮ型接点アレイと鏡像配列される。
【００１４】
前記Ｎ型接点アレイと前記Ｐ型接点アレイとが等間隔に設置される。
【００１５】
前記太陽電池素子がヒ化ガリウム薄膜太陽電池である。
【００１６】
前記太陽電池素子が、前記ウィンド層の前記ベース層から離れる側に設置された反射防止コーティング層をさらに含む。
【００１７】
少なくとも二つの上述した太陽電池素子を含み、隣り合う前記太陽電池素子の対応する位置のＮ型接点アレイとＰ型接点アレイとが電気的に接続されて直列接続を形成する直列接続された太陽電池パックを提供する。
【００１８】
隣り合う前記太陽電池素子の対応する位置のＮ型接点アレイとＰ型接点アレイとが電極接続線を介して電気的に接続されて直列接続を形成する。
【００１９】
各前記太陽電池素子とそれに隣り合う太陽電池素子とが逆平行に設置される。
【００２０】
ここで、逆平行に設置されたとは、前記太陽電池素子の隣り合う太陽電池素子が前記太陽電池素子を１８０°回転させて得られたものであることを指し、該二つの素子は両端が整列していても、両端が整列していなくてもよい。
【００２１】
前記太陽電池素子のＮ型接点アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＰ型接点アレイとが電極接続線を介して電気的に接続されて、Ｐ型接点アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＮ型接点アレイとが電極接続線を介して電気的に接続される。
【００２２】
Ｓ１、ベース上に順にバッファ層、徐放層、ウィンド層、ベース層、エミッタ層、界面層を形成するステップと、
Ｓ２、エッチングして前記界面層とエミッタ層を貫通するアレイ状に分布された複数の逆円錐台状の溝を形成するステップであって、但し、前記逆円錐台状の溝の底部がベース層で、前記逆円錐台状の溝の側壁と水平面との夾角である鋭角αは５°≦α≦８５°であるステップと、
Ｓ３、ステップＳ２に基づいてパッシベーション層を形成し、マスキング工程によって逆円錐台状の溝の内部に確保したＮ型接点の位置を覆うことで、界面層の上方にパッシベーション層を形成して、逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層を形成するステップであって、但し、前記側壁パッシベーション層と前記ベース層との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成されるステップと、
Ｓ４、エッチングして前記パッシベーション層を貫通する、アレイ状に分布される、底部が界面層である複数のエミッタ電極溝を形成するステップと、
Ｓ５、前記逆円錐台状のベース電極溝の内部にＮ型接点を形成し、前記エミッタ電極溝の内部にＰ型接点を形成するステップと、
Ｓ６、ベース、バッファ層、徐放層を剥離して除去して太陽電池素子を得るステップと、を含む太陽電池素子の製造方法を提供する。
【００２３】
前記ステップＳ２において、ドライエッチング又はウェットエッチングの等方性エッチング方法で逆円錐台状の溝をエッチングし、
前記ステップＳ４において、ドライエッチング又はウェットエッチングでエミッタ電極溝をエッチングし、
前記ステップＳ６において、ベース、バッファ層、徐放層を剥離して除去した後、ウィンド層の前記ベース層から離れる側に反射防止コーティング層を形成することが好ましい。
【００２４】
代替物として、前記ステップＳ３において、界面層の上方にパッシベーション層を形成し、逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層を形成し、その後、ベース電極の形成に用いるように、エッチング工程によってエッチングして逆円錐台状の溝の底部のパッシベーション層を除去し、ベース層を露出し、前記側壁パッシベーション層と前記ベース層との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、既存技術に比べ以下の有益な効果を実現できる：
本発明は新規の太陽電池素子を提供することをその目的とし、太陽電池素子に間隔をあけて設置されたＰ型接点アレイとＮ型接点アレイを設置し、前記Ｎ型接点は逆円錐台状で、前記Ｎ型接点の側壁と水平面との夾角である鋭角αは５°≦α≦８５°である。逆円錐台状の溝の側面がそのベース層と一定の傾斜角を有するので、側壁パッシベーション層の製造難度を顕著に低減し、同時に、このように製造される逆円錐台状のベース電極によると、ベース電極溝を製造することで表面の欠陥の増加を低減し、電池の暗電流を低減し、電池の効率を向上させる。
【００２６】
さらに、本発明に記載の太陽電池素子は同一の構造を有し、接続する際に太陽電池素子の電極接点(Ｐ型接点)をそれに隣り合う太陽電池素子の異型接点(Ｎ型接点)に接続し、そのＮ型接点をそれに隣り合う太陽電池素子の異型接点(Ｐ型接点)に接続することで、複数のＧａＡｓ光起電素子の直列接続を形成し、このような製造方法によると、電極の接点のレイアウトが２種類であるＧａＡｓ光起電素子ユニットを製造する必要がなく、構造が簡単で実現しやすいメリットを有する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の内容をさらに明確に理解するように、以下、本発明の具体的な実施例に図面を結合して、本発明をさらに詳しく説明する。
【図１】本発明で提供する太陽電池素子の構造を示す図である。
【図２】図１のＩ部分を拡大して示す図である。
【図３】図１のII部分を拡大して示す図である。
【図４】太陽電池素子の構造を示す図である。
【図５】太陽電池素子の他の実施形態の構造を示す図である。
【図６】太陽電池パックの配置方式の構造を示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図７のＩ部分を拡大して示す図である。
【図９】図７のII部分を拡大して示す図である。
【図１０】太陽電池素子を製造するプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の目的、技術案とメリットを一層明確にするため、以下、図面を結合して本発明の実施形態をさらに詳しく説明する。
【００２９】
図１〜３に示すように、本発明の太陽電池は、ウィンド層４と、ベース層５と、エミッタ層６と、パッシベーション層８とを含み、太陽電池素子に間隔をあけて設置されたＮ型接点１２アレイとＰ型接点１３アレイとが設置され、Ｎ型接点１２はエミッタ層６とパッシベーション層８とを貫通し、Ｐ型接点１３はパッシベーション層８を貫通する。
【００３０】
他の実施形態として、太陽電池素子はエミッタ層６とパッシベーション層８との間に設置された界面層７をさらに含み、Ｎ型接点１２がエミッタ層６、界面層７、及びパッシベーション層８を貫通してベース層５を露出させ、Ｐ型接点１３がパッシベーション層８を貫通して界面層７を露出させる。
【００３１】
Ｎ型接点１２の開口端の横断面の面積はその底部の横断面の面積より大きく、逆円錐台状に形成されることが好ましい。Ｎ型接点１２の側壁と水平面との夾角である鋭角αが５°≦α≦８５°である。Ｎ型接点１２の側壁の外側にパッシベーション層８が延長してなる側壁パッシベーション層１０が設置される。
【００３２】
さらに、図４に示すように、隣り合うＮ型接点１２アレイとＰ型接点１３アレイによって接点アレイ組を構成し(図において点線で示す枠の内)、接点アレイ組の数量は偶数であっても、奇数であってもよい。図４に接点アレイ組が偶数である場合を示し、太陽電池素子の中心線の一方の側に設置された接点アレイ組のＮ型接点１２アレイとＰ型接点１３アレイとはそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のＰ型接点１３アレイとＮ型接点１２アレイと鏡像配列される。具体的に、図４における太陽電池素子の中心線は、第２の接点アレイ組と第３の接点アレイ組との間の点線を指し、第１の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイと第４の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイとが鏡像配列され、第１の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイと第４の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイとが鏡像配列される。第２の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイと第３の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイとが鏡像配列され、第２の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイと第３の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイとが鏡像配列される。
【００３３】
図５に接点アレイ組が奇数である場合を示し、中央接点アレイ組の中心線の一方の側に設置されたＮ型接点１２アレイとＰ型接点１３アレイとはそれぞれ他方の側の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイとＮ型接点１２アレイと鏡像配列される。具体的に、第１の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイと第５の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイとが鏡像配列され、第１の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイと第５の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイとが鏡像配列される。第２の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイと第４の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイとが鏡像配列され、第２の接点アレイ組のＰ型接点１３アレイと第４の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイとが鏡像配列され、第３の接点アレイ組のＮ型接点１２アレイとＰ型接点１３アレイとが鏡像配列される。
【００３４】
Ｎ型接点１２アレイとＰ型接点１３アレイとは不等間隔に設置しても、等間隔に設置してもよく、等間隔に設置することが好ましい。
【００３５】
本発明の太陽電池素子はヒ化ガリウム薄膜太陽電池である。
【００３６】
本発明の直列接続された太陽電池パックは、少なくとも二つの図４に示す太陽電池素子を含み、隣り合う太陽電池素子の対応する位置のＮ型接点１２アレイとＰ型接点１３アレイとが電気的に接続されて直列接続を形成し、図６は四つの図４に示す太陽電池素子の直列接続を示す図である。
【００３７】
好適な実施形態として、太陽電池素子の対応する位置のＮ型接点１２アレイとＰ型接点１３アレイが電極接続線１４を介して電気的に接続されて直列接続を形成する。
【００３８】
具体的に、太陽電池素子のＮ型接点１２アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＰ型接点１３アレイとが電極接続線１４を介して電気的に接続されて、Ｐ型接点１３アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＮ型接点１２アレイとが電極接続線１４によって電気的に接続される。
【００３９】
図６に示すように、直列接続された太陽電池パックは四つの構造が完全に同一である太陽電池素子を含み、上から下への太陽電池素子の番号が順に第１の太陽電池素子、第２の太陽電池素子、第３の太陽電池素子、第４の太陽電池素子であって、ここで必要に応じてさらに多数の太陽電池素子を含むこともできる。太陽電池素子が直列接続される時の構造がさらに揃い、最も少ない電極接続線１４となるように、太陽電池パックの偶数行を構成する太陽電池素子の配置方式を同じにし、太陽電池パックの奇数行を構成する太陽電池素子の配置方式を同じにし、偶数行の太陽電池素子を奇数行の太陽電池素子に対し、その配置位置を１８０°回転させる。
【００４０】
図６〜図９に示すように、各太陽電池素子とそれに隣り合う太陽電池素子とは逆平行に設置され、太陽電池素子のＮ型接点１２アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＰ型接点１３アレイとは電極接続線１４を介して電気的に接続され、Ｐ型接点１３アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＮ型接点１２アレイとは電極接続線１４を介して電気的に接続される。具体的に、第１の太陽電池素子と第３の太陽電池素子の配置方式を同じにし、第２の太陽電池素子と第４の太陽電池素子の配置方式を同じにし、第１の太陽電池素子を配置した後、第２の太陽電池素子を１８０°回転させて第１の太陽電池素子と平行に設置して両端を揃え、この時、第１の太陽電池素子と第２の太陽電池素子とを逆平行に設置する。この時、第１の太陽電池素子のＮ型接点１２アレイと第２の太陽電池素子のＰ型接点１３アレイとが同一の直線に位置し、第１の太陽電池素子のＰ型接点１３アレイと第２の太陽電池素子のＮ型接点１２アレイとが同一の直線に位置し、それぞれ両方を電極接続線１４で接続して、第１の太陽電池素子と第２の太陽電池素子の直列接続を完成する。同様に、第３の太陽電池素子と第４の太陽電池素子をと接続して、すべての太陽電池素子の直列接続を完成させる。
【００４１】
特別な説明がない限り、本発明のＮ型接点１２アレイはＮ型のいくつかの接点１２からなる列(又は行)を指し、Ｐ型接点１３アレイはＰ型のいくつかの接点１３からなる列(又は行)を指す。
【００４２】
上記太陽電池素子の製造方法は、以下のＳ１〜Ｓ６を含む。
【００４３】
Ｓ１において、図１０に示すように、ベース１上に順にバッファ層２、ＡｌＡｓ徐放層３、ウィンド層４、ベース層５、エミッタ層６、界面層７を形成する：
バッファ層２の堆積：有機金属化学気相成長法技術(ＭＯＣＶＤ)でＧａＡｓベース１上にＧａＡｓバッファ層２を堆積する。ここで、バッファ層２の構造は１層又は複数層の構造とすることができる。バッファ層の作用は、ＧａＡｓベース１と最終の光電変換ユニット半導体との間に中央媒体層を提供することで、従って、各種のエピタキシャル層を形成する際、格子不一致による欠陥中心及び格子応力への影響を低減し、それゆえに、各種の異なる格子構造のエピタキシャル層をエピタキシャル成長させることができ、例えば約１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの厚み区間のＧａＡｓバッファ層２はＧａＡｓの各種のドープ構造に基づく光電池に適用される。
【００４４】
ＡｌＡｓ徐放層３の堆積：ＧａＡｓバッファ層２上にＡｌＡｓ徐放層３を堆積する。徐放層３はＡｌＡｓエピタキシャル材料を含むがこれに限定されることはなく、その厚みが約５ｎｍ〜１５ｎｍであり、このような薄い徐放層３の主な作用は犠牲層として機能することであって、ＨＦウェットエッチング技術で、その後に徐放層上に堆積されるエピタキシャル層をバッファ層２及びＧａＡｓベース１と分離させる。
【００４５】
ウィンド層４の堆積工程：有機金属化学気相成長法(ＭＯＣＶＤ)の方法で、ＡｌＡｓ徐放層３上に１０ｎｍ〜４０ｎｍ厚みのＡｌＧａＡｓ半導体層を堆積し、ここで、Ａｌ：Ｇａの比例は０.２：０.８と０.３：０.７との間であって、当該透明ウィンド層によって光が吸収されずに直接に透過する。
【００４６】
ベース層５の堆積工程：ウィンド層４上にＮ型III-Ｖ族化合物材料であるヒ化ガリウム(ＧａＡｓ)を堆積し、ベース層５ＧａＡｓ層は単結晶構造であることができれば、ｎ型ドープ方式であることもでき、ここで、ｎ型ドープのベース層５のドープ濃度は、約１×１０16ｃｍ-3〜１×１０19ｃｍ-3の範囲で、例えば５×１０17ｃｍ-3とすることができ、ベース層の厚みは４００ｎｍ〜４０００ｎｍの範囲内である。
【００４７】
エミッタ層６の形成工程：有機金属化学気相成長法(ＭＯＣＶＤ)方法で、ベース層５の上方にエミッタ層６を形成し、ここで、エミッタ層６はベース層５とヘテロ接合構造を形成することのできる任意の適切なIII−Ｖ族化合物半導体を含み、例えばベース層がＧａＡｓ材料であると、エミッタ層６はＡｌＧａＡｓ層で構成され、Ｐ型高濃度ドープであって、ドープ濃度は約１×１０17ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3の範囲内で、例えば５×１０18ｃｍ-3であって、且つエミッタ層の厚みは１５０ｎｍ〜４５０ｎｍの間で、例えば３００ｎｍであって、これにより、ベース層５とエミッタ層６によって光電気吸収層を形成する。
【００４８】
界面層７の形成工程：有機金属化学気相成長法(ＭＯＣＶＤ)方法で、エミッタ層６の上方に界面層７を形成し、ここで、界面層７とエミッタ層とはいずれもＡｌＧａＡｓ層であって、且つ界面層７はＰ＋型高濃度ドープであって、ドープ濃度は約５×１０17ｃｍ-3〜５×１０20ｃｍ-3の範囲内で、例えば１×１０19ｃｍ-3であって、Ｐ＋型高濃度ドープする目的はオーム接触の形成に有利であるからであって、且つ界面層７の厚みは１００ｎｍ〜４００ｎｍの間で、例えば厚み２００ｎｍである。
【００４９】
Ｓ２において、逆円錐台状の溝を形成する。ドライエッチング又はウェットエッチングの等方性エッチングの方法で、界面層７とエミッタ層と６を貫通するアレイ分布された複数の逆円錐台状の溝がエッチングにより得られ、逆円錐台状の溝の底部はベース層５であって、逆円錐台状の溝の側壁と水平面との夾角である鋭角αは５°≦α≦８５°である。
【００５０】
Ｓ３において、パッシベーション層８を形成する。任意の適切なパッシベーション工程によって、例えば化学気相成長(ＣＶＤ)又はプラズマ強化化学気相成長方法によって、マスキング工程により逆円錐台状の溝の内部に確保したＮ型接点１２の位置を覆って、界面層７の上方にパッシベーション層８を形成し、また逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層１０を形成し、パッシベーション層８と側壁パッシベーション層１０は任意の非導電性材料を含むことができ、窒化ケイ素(ＳｉＮx)、酸化ケイ素(ＳｉＯx)、酸化チタン化合物(ＴｉＯx)、酸化タリウム化合物(ＴａＯx)、硫化亜鉛(ＺＮＳ)の中の１種類又は複種類の積み重ね構造を含むが、これに限定されることはない。側壁パッシベーション層１０とベース層５との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成される。
【００５１】
そして、界面層７の上方にパッシベーション層８を形成して、逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層１０を形成し、その後、エッチング工程によってエッチングして逆円錐台状の溝の底部のパッシベーション層を除去して、ベース層５を露出させることで、逆円錐台状のベース電極溝を形成することもできる。
【００５２】
Ｓ４において、ドライエッチング又はウェットエッチング方法で、パッシベーション層８を介してアレイ分布された複数のエミッタ電極溝がエッチングにより得られ、エミッタ電極溝の底部が界面層７である。エミッタ電極溝の内部にＰ型接点１３領域を設定し、且つエミッタ電極溝と逆円錐台状のベース電極溝がＸ方向に沿って同一の列数を有し、同時に、エミッタ電極溝と逆円錐台状のベース電極溝とが交互に配列される。
【００５３】
Ｓ５において、電極接点を形成する。逆円錐台状のベース電極溝の内部にＮ型接点１２を形成する。エミッタ電極溝の内部にＰ型接点１３を形成する。Ｎ型接点１２及びＰ型接点１３は金属又は金属合金の適切な導電材料からなり、且つ形成中に光電気素子の半導体層まで貫通してはいけない。そして、Ｎ型接点の材料を比較的に低い金属化学工程温度(例えば１５０℃と２００℃の間)で適用することが好ましく、例えばパラジウムはＧａＡｓと反応しないので、Ｎ型接点１２及びＰ型接点１３をパラジウム/ゲルマニウム(Ｐｄ／Ｇｅ)の合金で構成することができる。これにより、ＧａＡｓ光起電素子ユニットを形成することができる。Ｎ型接点１２及びＰ型接点１３の形成方法として、フォトレジストの真空蒸発、フォトリソグラフィー技術、スクリーン印刷、スパッタリング法を含むが、これに限定されることはなく、これによりＮ型接点１２及びＰ型接点１３の位置のみに堆積する。これらの方法はすべて１種類のシステムに係わっていて、接点部分が保護される必要はない。
【００５４】
Ｓ６において、ＧａＡｓ光起電素子ユニットを剥離する。ＨＦウェットエッチング技術で、後続に徐放層上に堆積された各層のエピタキシャル層をバッファ層２及びＧａＡｓベース１と分離させて、ＧａＡｓ光起電素子ユニットを形成し、反射防止コーティング層１５は、反射防止ＡＲ塗布層でウィンド層４上に配置され、ＡＲ塗布層は光の通過を許可しつつその表面での反射を阻止する任意の材料を含み、フッ化マグネシウム(ＭｇＦ2)、シリカ(ＳｉＯ2)、硫化亜鉛(ＺＮＳ)、二酸化チタン(ＴｉＯ2)、及び窒化ケイ素(ＳｉＮ)の中の１種類又はその任意の組み合わせを含む。ＡＲ塗布層は任意の適切な方法(例えば、スパッタリング法)でウィンド層４上に塗布することができる。同時に、反射防止コーティング層を塗布する前、ウィンド層４にウェットエッチング又はドライエッチングによって荒さ処理又はテクスチャ処理を行うことができる。ウィンド層４に荒さ処理又はテクスチャ処理を行うことで、ＡＲ塗布層とウィンド層４(こららの層は異なる屈折率を有する)との間の界面で異なる角度を提供することができ、スネルの法則によって、一部の光子の入射角が高過ぎて、一層多い入射光子がＡＲ塗布層とウィンド層４との界面で反射されずにウィンド層４まで投射されることができ、光子の透過率を向上させる。
【００５５】
以上の実施例は明確に説明するために挙げた例にすぎず、実施形態を限定するものではない。当業者は上記説明に基づいて、他の形態の変化又は変形を行うことができる。ここですべての実施形態を説明することはできなく、すべての実施形態を説明する必要もない。こらから得られる自明な変化又は変形は本発明の保護範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１：ベース、２：バッファ層、３：徐放層、４：ウィンド層、５：ベース層、６：エミッタ層、７：界面層、８：パッシベーション層、１０：側壁パッシベーション層、１２：Ｎ型接点、１３：Ｐ型接点、１４：電極接続線、１５：反射防止コーティング層
【図１】
2018531522.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018531522.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月19日(2018.4.19)
【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】
積み重ねて設置されたウィンド層(４)と、ベース層(５)と、エミッタ層(６)と、パッシベーション層(８)とを含む太陽電池素子であって、
間隔をあけて設置されたＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとが設置され、前記Ｎ型接点(１２)が前記エミッタ層(６)と前記パッシベーション層(８)とを貫通し、前記Ｐ型接点(１３)が前記パッシベーション層(８)を貫通し、
前記Ｎ型接点(１２)の開口端の横断面の面積がその底部の横断面の面積より大きいことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記エミッタ層(６)と前記パッシベーション層(８)との間に設置される界面層(７)をさらに含み、前記Ｎ型接点(１２)が前記エミッタ層(６)、前記界面層(７)、及び前記パッシベーション層(８)を貫通して前記ベース層(５)を露出させ、前記Ｐ型接点(１３)が前記パッシベーション層(８)を貫通して前記界面層(７)を露出させることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記Ｎ型接点(１２)が逆円錐台状をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記Ｎ型接点(１２)の側壁と水平面との夾角である鋭角αが５°≦α≦８５°であることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記Ｎ型接点(１２)の側壁の外側に前記パッシベーション層(８)が延長してなる側壁パッシベーション層(１０)が設置されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池素子。
【請求項６】
隣り合うＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量は偶数であって、前記太陽電池素子の中心線の一方の側に設置される接点アレイ組のＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとはそれぞれ、他方の側に設置された接点アレイ組のＰ型接点(１３)アレイとＮ型接点(１２)アレイと鏡像配列されることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池素子。
【請求項７】
隣り合うＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとによって接点アレイ組を構成し、前記接点アレイ組の数量は奇数であって、中央接点アレイ組の中心線の一方の側に設置されるＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとはそれぞれ、他方の側に設置される接点アレイ組のＰ型接点(１３)アレイとＮ型接点(１２)アレイと鏡像配列されることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池素子。
【請求項８】
前記Ｎ型接点(１２)アレイと前記Ｐ型接点(１３)アレイとが等間隔に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項９】
ヒ化ガリウム薄膜太陽電池であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池素子。
【請求項１０】
前記ウィンド層(４)の前記ベース層(５)から離れる側に設置された反射防止コーティング層(１５)をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池素子。
【請求項１１】
少なくとも二つの請求項１又は２に記載の太陽電池素子を含み、隣り合う前記太陽電池素子の対応する位置のＮ型接点(１２)アレイとＰ型接点(１３)アレイとが電気的に接続されて直列接続を形成することを特徴とする直列接続された太陽電池パック。
【請求項１２】
各前記太陽電池素子とそれに隣り合う太陽電池素子とが逆平行に設置されることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池パック。
【請求項１３】
前記太陽電池素子のＮ型接点(１２)アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＰ型接点(１３)アレイとが電極接続線(１４)を介して電気的に接続され、Ｐ型接点(１３)アレイとそれに隣り合う太陽電池素子のＮ型接点(１２)アレイとが電極接続線(１４)を介して電気的に接続されることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池パック。
【請求項１４】
Ｓ１、ベース(１)上に順にバッファ層(２)、徐放層(３)、ウィンド層(４)、ベース層(５)、エミッタ層(６)、及び界面層(７)を形成するステップと、
Ｓ２、前記界面層(７)と前記エミッタ層(６)とを貫通するアレイ状に分布された複数の逆円錐台状の溝をエッチングして形成するステップであって、前記逆円錐台状の溝の底部がベース層(５)であり、前記逆円錐台状の溝の側壁と水平面との夾角である鋭角αが５°≦α≦８５°であるステップと、
Ｓ３、ステップＳ２に基づいてパッシベーション層(８)を形成し、マスキング工程により前記逆円錐台状の溝の内部に確保したＮ型接点(１２)の位置を覆って、前記界面層(７)の上方にパッシベーション層(８)を形成し、前記逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層(１０)を形成するステップであって、前記側壁パッシベーション層(１０)と前記ベース層(５)との間に逆円錐台状のベース電極溝が形成されるステップと、
Ｓ４、前記パッシベーション層(８)を貫通する、アレイ状に分布された、底部が前記界面層(７)である複数のエミッタ電極溝をエッチングして形成するステップと、
Ｓ５、前記逆円錐台状のベース電極溝の内部にＮ型接点(１２)を形成し、前記エミッタ電極溝の内部にＰ型接点(１３)を形成するステップと、
Ｓ６、ベース(１)、バッファ層(２)、及び徐放層(３)を剥離して除去して太陽電池素子を得るステップと、を含む、
ことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ステップＳ２において、ドライエッチング又はウェットエッチングの等方性エッチングの方法で、前記逆円錐台状の溝をエッチングし、
前記ステップＳ４において、ドライエッチング又はウェットエッチングで前記エミッタ電極溝をエッチングすることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１６】
前記ステップＳ３において、前記界面層(７)の上方にパッシベーション層(８)を形成し、前記逆円錐台状の溝の側壁に側壁パッシベーション層(１０)を形成し、その後、ベース電極の形成に用いられるように、エッチング工程によって前記逆円錐台状の溝の底部のパッシベーション層をエッチングして除去し、前記ベース層(５)を露出させ、前記側壁パッシベーション層(１０)と前記ベース層(５)との間に前記逆円錐台状のベース電極溝が形成されることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１７】
前記ステップＳ６が、
ベース(１)、バッファ層(２)、及び徐放層(３)を剥離して除去した後、前記ウィンド層(４)の前記ベース層(５)から離れる側に反射防止コーティング層(１５)を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の太陽電池素子の製造方法。
【国際調査報告】
2018531522.tif 000013
2018531522.tif 000014
2018531522.tif 000015
2018531522.tif 000016
2018531522.tif 000017
2018531522.tif 000018
2018531522.tif 000019