(57)【要約】【課題】適切な光電変換効率を得ると同時に、製造コストを抑え、且つＣＴＭ損失を最小にできる太陽電池及びそのモジュールの提供。【解決手段】本発明の太陽電池は、シリコン半導体基板、複合多機能保護膜、複数の表面電極と複数の裏面電極を含み、そのうち、シリコン半導体基板が粗化された第１表面を備え、第１表面下にドープ層が配置され、ドープ層の深さが２００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、ドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間であると共に、複合多機能保護膜がドープ層の上に設置され、複合多機能保護膜は複数の膜層を備え、入射光の反射率を減少し、これら膜層の最もドープ層に近い一層の膜層の厚さが４０ナノメートル（ｎｍ）より小さく、複数の表面電極が複合多機能保護膜に穿通されてドープ層上に設置され、複数の裏面電極がシリコン半導体基板の第２表面に設置される。【選択図】図３
2013243358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池であって、シリコン半導体基板と、複合多機能保護膜と、複数の表面電極と、複数の裏面電極を含み、
前記シリコン半導体基板が、粗化された第１表面を備え、前記第１表面の下にドープ層が配置され、そのうち前記ドープ層が前記シリコン半導体基板と逆極性のドープを有し、かつ前記ドープ層の深さが２００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、前記ドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間であり、
前記複合多機能保護膜が、前記ドープ層の上に設置され、前記複合多機能保護膜が複数の膜層を備え、入射光の反射率を減少し、前記複数の膜層の最も前記ドープ層に近い一層の膜層の厚さが４０ナノメートル（ｎｍ）より小さく、
前記複数の表面電極が、前記複合多機能保護膜に穿通されて前記ドープ層上に設置され、
前記複数の裏面電極が、前記シリコン半導体基板の第２表面に設置された、ことを特徴とする、
太陽電池。
【請求項２】
前記ドープ層の深さが４００ナノメートル（ｎｍ）〜８００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つ前記ドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０20〜５×１０20原子／ｃｍ3の間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３】
前記ドープ層の深さが４００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つ前記ドープ層の表面ドーピング濃度が５×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間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４】
前記ドープ層の深さが３００ナノメートル（ｎｍ）〜９００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つ前記ドープ層の表面ドーピング濃度が５×１０19〜４×１０20原子／ｃｍ3の間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】
前記表面電極箇所に形成される前記ドープ層と、前記表面電極箇所に形成されない前記ドープ層が同じ深さと表面ドーピング濃度を備え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】
前記シリコン半導体基板が、単結晶シリコン半導体基板または多結晶シリコン半導体基板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】
太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池を含み、前記複数の太陽電池が、相互に直列接続及び／又は並列接続され、各前記太陽電池が受光面を備え、各前記太陽電池が、シリコン半導体基板と、複合多機能保護膜と、複数の表面電極と、複数の裏面電極を含み、
前記シリコン半導体基板が粗化された第１表面を備え、前記第１表面の下にドープ層が配置され、そのうち前記ドープ層が前記シリコン半導体基板と逆極性のドープを有し、かつ前記ドープ層の深さが２００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、前記ドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間であり、
前記複合多機能保護膜が、前記ドープ層の上に設置されて前記受光面を構成し、前記複合多機能保護膜が複数の膜層を備え、入射光の反射率を減少し、前記複数の膜層の最も前記ドープ層に近い一層の膜層の厚さが４０ナノメートル（ｎｍ）より小さく、
前記複数の表面電極が、前記複合多機能保護膜に穿通されて前記ドープ層上に設置され、
前記複数の裏面電極が、前記シリコン半導体基板の第２表面に設置され、
２つの中間層が、前記太陽電池の上方と下方にそれぞれ配置され、前記複数の太陽電池をパッケージし、ガラス層が前記複数の太陽電池の前記受光面上の前記中間層を覆って設置され、背面板が前記複数の太陽電池下方の前記中間層を覆って設置され、固定フレームが前記複数の太陽電池の周囲に配置され、前記ガラス層、前記背面板と結合されて前記複数の太陽電池を保護するフレームが構成される、ことを特徴とする、
太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記ドープ層の深さが４００ナノメートル（ｎｍ）〜８００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つ前記ドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０20〜５×１０20原子／ｃｍ3の間であることを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記ドープ層の深さが４００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つ前記ドープ層の表面ドーピング濃度が５×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間であることを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池モジュール。        
【請求項１０】
前記ドープ層の深さが３００ナノメートル（ｎｍ）〜９００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つ前記ドープ層の表面ドーピング濃度が５×１０19〜４×１０20原子／ｃｍ3の間であることを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記表面電極箇所に形成される前記ドープ層と、前記表面電極箇所に形成されない前記ドープ層が同じ深さと表面ドーピング濃度を備えることを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記シリコン半導体基板が、単結晶シリコン半導体基板または多結晶シリコン半導体基板であることを特徴とする、請求項７に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電池に関し、特に、太陽電池及びそのモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
石化エネルギーは不足しており、人々の環境保護の重要性に対する認識が高まっている。このため、人々は近年絶え間なく積極的に代替エネルギーと再生エネルギー関連技術の研究開発を行なっており、現在の人類の石化エネルギーに対する依存度と石化エネルギーの使用時に環境にもたらされる影響を減少しようと取り組んでいる。
多くの代替エネルギーと再生エネルギーの技術のうち、太陽電池（ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）は最も注目されている。これは主に太陽電池は直接太陽エネルギーを電気エネルギーに変換でき、かつ発電過程においても二酸化炭素や窒化物等の有害物質を発生せず、環境汚染を引き起こさないためである。
【０００３】
一般に、従来のシリコン太陽電池は通常、半導体基板の表面に拡散（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）またはイオン注入（Ｉｏｎ  ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）の方式を利用して逆ドーピング（Ｃｏｕｎｔｅｒ−ｄｏｐｉｎｇ）し、ドープ層を形成して電極を作製する。
光線が外側からシリコン太陽電池に照射されると、ドープ層が光子により励起されて自由電子−正孔対が発生し、かつＰ−Ｎ接合により形成された内部電界が電子と正孔を分離させ、それぞれを両端に向かって移動させて、電気エネルギーの形態を発生する。このとき外部に負荷回路または電子装置を追加すると、電気エネルギーを提供して回路または装置を駆動することができる。
【０００４】
太陽電池は材料の違いに基づいて、シリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン）、ＩＩＩ−Ｖ化合物半導体（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ等）、ＩＩ−ＶＩ化合物半導体（ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ等）、有機半導体等の太陽電池がある。
現在、シリコンを材料とした単結晶シリコンと多結晶シリコンが太陽電池の主流となっており、アモルファスシリコンは薄膜太陽電池に応用できる。異なる材料を運用して太陽電池を製作すると、その材料の特性に違いがあるため、プロセスまたは組み合わせて運用する材料の間の特性、電池の構造（分層構造）等が異なる。
【０００５】
単結晶シリコンまたは多結晶シリコンを基材とする太陽電池は、そのシリコンに均一に原初ドーピングがされたウェハを基板とし、当前記基板の表面近くの区域に拡散プロセスで基板と逆極性のドーパントを拡散させる。
例えば、原初のウェハがＰ型ドーピングであり、その一面にリン（Ｐ）拡散プロセスでＮ型ドーピングを行い、さらにボロンまたはアルミニウムで他面にＰ＋のドーピングを行う。Ｎ型ドーピング部分は受光面であるため、通常はその表面にさらに入射光の強度を増加するための反射防止層（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｃｏａｔｉｎｇ、ＡＲＣ）が形成される。しかし、Ｎ型ドーピング（エミッタ）と反射防止層の間の界面には電子正孔がこの表面で再結合する問題が存在する。即ち、ドーピング濃度が高いほど（例えば、ドーピング濃度＞１０21原子／ｃｍ3）、その表面再結合速度が速くなり、短絡電流（Ｓｈｏｒｔ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃｕｒｒｅｎｔ、Ｉｓｃ）と開放電圧（Ｏｐｅｎ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｖｏｌｔａｇｅ、Ｖｏｃ）の低下を招き、太陽電池の光電変換効率が低下してしまう。
このほか、Ｎ型ドーピングと電極の間の界面は、Ｎ型ドーピング濃度が低いと（例えば、ドーピング濃度＜１０19原子／ｃｍ3）、高い接触抵抗（Ｃｏｎｔａｃｔ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、Ｒｃ）を引き起こすことがあり、これも素子全体の直列抵抗（Ｓｅｒｉｅｓ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、Ｒｓ）を上昇させ、太陽電池の効率低下につながる。
【０００６】
ドーピング濃度が高いと開放電圧と短絡電流が低くなる原因は、ドーピング濃度が高い接合に形成される再結合中心（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｃｅｎｔｅｒ）が比較的多いため、光の照射で発生する自由電子、正孔がこれら再結合中心によって消去される。つまり、表面再結合速度（Ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ、ＳＲＶ）が高くなる。且つ、表面電極（Ｆｒｏｎｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）とドープ層の間の接触表面のダングリングボンド（Ｄａｎｇｌｉｎｇ  ｂｏｎｄ）がより多く、それにより自由電子、正孔がドープ層と表面電極の接触表面近くで表面再結合を生じやすくなり、シリコン太陽電池の光電変換効率が低下する。
【０００７】
以上の特性により、一般的なシリコン系太陽電池の設計傾向は、受光面のドーピング濃度を低くして短絡電流を高くし、何らかの方法で電極の部分でドーピング濃度を高くしてその接触抵抗を低くすることで、最良の太陽電池の特性を達成することができる。
このような発展方向によって導き出されたのが選択エミッタの設計理念であり、図１に選択エミッタを設計理念とした太陽電池の層の断面図を示す。順に、表面電極４０、反射防止層３２、反射防止層３１、低ドープ層２０、高ドープ層２２、シリコン半導体基板１０（Ｐ型半導体基板）、Ｐ＋ドープ層５０、裏面電極層６０、裏面電極６２となっている。
図１から分かるように、表面電極４０の下方に、高ドーピング濃度（例えば、１×１０21原子／ｃｍ3より大きい）Ｎ＋＋区域、即ち、高ドープ層２２が製作され、接触抵抗を下げる（Ｒ↓）目的を達している。その他の受光照射区域は、低ドーピング濃度（例えば、１×１０19原子／ｃｍ3）のＮ区域、即ち、低ドープ層２０が製作される。Ｎ型ドーピングのプロセスは、一般に拡散（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）プロセスが用いられ、濃度が比較的高いリン（蒸気または液体）を運用し、かつ温度と拡散時間の制御を通して予期するドーピング濃度が達成される。
一般に、低ドーピングは濃度が比較的低いリンを運用してドーピングを行い、高ドーピングは濃度が比較的高いリンを運用してドーピングを行う。拡散のプロセスにおいて、比較的高濃度のリンのドーピングは、拡散の深さが比較的深くなる効果が得られ、図１の高ドープ層２２のように、例えば、１ミクロン（μｍ）より大きい。比較的低濃度のリンのドーピングは、拡散深さが比較的浅い結果が得られ、図１の低ドープ層２０のように、例えば、０．２ミクロン（μｍ）より小さい。
【０００８】
このような選択エミッタの製作方法は、拡散プロセスで２種類の濃度と深さが異なるエミッタを製作する必要があり、このほか、選択エミッタの精度（相対的位置と深さ等）も制御する必要があるため、プロセスが比較的複雑で、コストもより高い。
【０００９】
このほか、シリコンを材料とした光吸収係数αは光波長λが４００ナノメートル（ｎｍ）より小さいとき、非常に大きくなる（＞１０5ｃｍ-1）。
つまり、青色光がシリコン表面に入射した後、すぐに吸収されるため、一般に浅い接合（例えば、前述のＮ型接合）の深さが０．３ミクロン（μｍ）より小さくなる。これはちょうど低濃度ドーピングの低深度の拡散特性にも適合する。
【００１０】
このようなシリコン太陽電池上に選択エミッタを設計した太陽電池は、光照射面が発生する電流を増加し、電極区域の接触抵抗を抑え、シリコン系太陽電池に最高の効率を達成させることができる。このため、すでにシリコン太陽電池の設計の主流となっている。
【００１１】
しかしながら、このような発展トレンドは太陽電池モジュール化と商品化の課題に直面している。例えば、図１の選択エミッタの太陽電池において、低ドープ層２０の深さは０．２ミクロン（μｍ）より小さい。これはちょうど太陽電池の短波長、浅い深さのときの光吸収が比較的高いことに適合し、太陽電池に最良の効果を発揮させることができるはずである。
しかし、これは太陽電池モジュール化後に変異を生じる。つまり、太陽電池モジュールの製作時、太陽電池上に一層のガラス層と中間層でパッケージが行われ、中間層により太陽電池の上下が被覆され、かつこの中間層は一般にＥＶＡを採用して製作される。ＥＶＡはエチレン・酢酸ビニル共重合体の略語であり、加熱プレス成型を経た製品である。
ＥＶＡは常温時に粘性がなく、カットして分割する操作がしやすい。ＥＶＡをパッケージ材料として使用する主な理由の一つが、その高い光透過性であるが、このような高分子ポリマーは、短波長域（青色波長域）の吸収係数がやはり非常に高い。ここで、パッケージ後の太陽電池モジュールは、ガラス層とＥＶＡが短波長域に対して吸収する特性を持っているため、一部短波長の光を吸収しやすく（例えば＜４００  ナノメートル（ｎｍ）の波長域）、実際の太陽電池モジュールの効率が本来の太陽電池の効率より低い結果となる。これが電池からモジュールへの損失（Ｃｅｌｌ  ｔｏ  Ｍｏｄｕｌｅ  ｌｏｓｓ、ＣＴＭ）と呼ばれるもので、ＣＴＭ値は約３〜６％となる。
これは、浅い接合の設計の太陽電池は、電池としては比較的高い電流を得ることができるが、これら高電流の多くは短波長域の貢献であることを表している。つまり、太陽電池をモジュールに使用すると、これらの本来光電効率を向上できる短波長域の多くがガラスまたはＥＶＡに吸収されてしまう。モジュールのパッケージ時にガラスまたはＥＶＡの材料を改善しない限り、このような青色光の吸収を増加する太陽電池の設計（ｂｌｕｅ  ｒｅｓｐｏｎｓｅ）は、その比較的高いＣＴＭのため、モジュールの発電効率において不適切である。
図２に先行技術である米国特許ＵＳ８１４８１９４号の拡散層を備えた太陽能電池の断面図を示す。この太陽電池は導電型シリコン基板１を備え、かつ前記基板表面に逆導電型のドープ層を備える。前記先行案は濃度が１×１０17原子／立方センチメートルのリンを基板表面にドープして深さ０．２〜０．５μｍの拡散層を形成することにより、シリコン基板表面に逆導電型のドープ層を形成し、かつ前記逆導電型のドープ層は６０〜３００Ω／□である。厚さが約８５０Ａの反射防止膜２が前記逆導電型のドープ層上方に形成される。
この米国特許ＵＳ８１４８１９４号は表面に逆導電型のドープ層と反射防止膜を備えた半導体基板を開示しているが、この先行案は特定のドーピング濃度、ドーピング厚さ、特定の反射防止膜の組み合わせを通して電池からモジュールへの損失ＣＴＭを抑え、太陽電池の効率を高める技術的特徴を開示していない。
【００１２】
このため、ドープ層界面間の表面再結合を減少し、電極とドープ層の接触抵抗を適切な値にして、適切な太陽電池光電変換効率を得ると同時に、製造コストを抑え、且つＣＴＭ損失を最小にできる太陽電池をいかに提供するかが、太陽電池メーカーの重要課題となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上の従来技術の問題に鑑みて、本発明の目的は、適切な光電変換効率を得ると同時に、製造コストを抑え、且つＣＴＭ損失を最小にできる太陽電池及びそのモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の提供する太陽電池は、シリコン半導体基板、複合多機能保護膜、複数の表面電極、複数の裏面電極を含み、すなわち、前記太陽電池は少なくとも２ｔの正面電極と２つ以上の裏面電極を含む。そのうち、シリコン半導体基板は粗化された第１表面を備え、第１表面の下にドープ層が配置され、ドープ層の深さが２００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、ドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間である。
複合多機能保護膜は、ドープ層の上に設置され、複合多機能保護膜は複数の膜層（少なくとも２層）を備え、入射光の反射率を減少でき、これら膜層のうち最もドープ層に近い一層の膜層の厚さが４０ナノメートル（ｎｍ）より小さい。
複数の表面電極は、複合多機能保護膜に穿通されてドープ層上に設置される。複数の裏面電極は、シリコン半導体基板の第２表面に設置される。
【００１５】
本発明の提供する太陽電池モジュールは、複数の太陽電池、ガラス層、中間層、背面板、固定フレームを含む。そのうち、太陽電池は相互に直列接続及び／又は並列接続され、各太陽電池が受光面を備え、各太陽電池が、シリコン半導体基板、複合多機能保護膜、複数の表面電極と複数の裏面電極を含む。そのうち、シリコン半導体基板は粗化された第１表面を備え、第１表面の下にドープ層が配置され、ドープ層の前記第一表面からの深さが２００  ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、ドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間である。
複合多機能保護膜は、ドープ層の上に設置され、複合多機能保護膜は複数の膜層を備え、入射光の反射率を減少でき、これら膜層のうち最もドープ層に近い一層の膜層の厚さが４０ナノメートル（ｎｍ）より小さい。
複数の表面電極は、複合多機能保護膜に穿通されてドープ層上に設置される。複数の裏面電極は、シリコン半導体基板の第２表面に設置される。中間層は太陽電池の上方と下方にそれぞれ配置され、太陽電池をパッケージする。ガラス層は太陽電池の受光面上の中間層を覆って設置される。背面板は太陽電池下方の中間層を覆って設置される。固定フレームは太陽電池の周囲に配置され、ガラス層、背面板と結合されて太陽電池を保護するフレームが構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の太陽電池を運用することで、太陽電池のドープ層界面間の表面再結合を減少し、電極とドープ層の接触抵抗を適切な値にして、適切な太陽電池光電変換効率を得ると同時に、製造コストを抑え、且つＣＴＭ損失を最小にできる太陽電池をいかに提供するかという、太陽電池メーカーの重要課題を解消できる。
【００１７】
以下の発明を実施するための形態において、本発明の詳細な特徴と利点を詳細に説明する。その内容はあらゆる当業者が本発明の技術内容を理解して実施するに足るものであり、且つ本明細書に開示された内容、特許請求の範囲及び図面に基づいて、あらゆる当業者が本発明の関連の目的と利点を容易に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術の選択エミッタの太陽電池の断面図である。
【図２】別の従来技術の拡散層を備えた太陽電池の断面図である。
【図３】本発明の単一のエミッタドープ層の太陽電池の断面図である。
【図４】従来技術と本発明を比較した表面ドーピング濃度、表面ドーピング深さと開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、直列抵抗（Ｒｓ）、曲線因子（ＦＦ、Ｆｉｌｌ  Ｆａｃｔｏｒ）、電池からモジュールへの損失（ＣＴＭ）の対照図である。
【図５】本発明の太陽電池モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
製造コストを抑え、ＣＴＭ損失を最小にし、太陽電池モジュール全体の効率を最高にするために、本発明は適切なドープ層の濃度と深さの制御を運用して、最適化した太陽電池の性能を実現する。
【００２０】
まず、これまでは太陽電池のＰＮ接合が効果的に短波長を吸収できることを重視した設計思考で、ドーピング濃度をより低い表面濃度、例えば、５ｘ１０18原子／ｃｍ3に調整し、相応に比較的浅い、例えば０．２ミクロン（μｍ）より小さい、エミッタ深さを製作し、さらに比較的高い、例えば５ｘ１０20原子／ｃｍ3より大きい、ドーピング濃度で電極接触区域の部分（即ち、選択エミッタ）を製作し、比較的深い、例えば１ミクロン（μｍ）より深い、エミッタを製作することに着眼している。このような設計思考には技術者の偏見が表れており、この方法で設計されたシリコン系太陽電池が最良の効率を発揮できると考えている。
【００２１】
本発明はこのような偏見を打破し、適したドーピング濃度、例えば、ドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間、及び適したドープ層深さ、例えば、２００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間を採用して、単一のドープエミッタを製作する。
その目的は最適な太陽エネルギー発電効率を得て、ＣＴＭ損失を最低にする効果を達し、太陽電池モジュール全体の性能と製造コスト上で優位性を獲得することにある。以下、詳細に説明する。
【００２２】
図３に本発明の単一のエミッタドープ層の太陽電池の断面図を示す。図３の各構造の比率関係は、表示と説明の利便性のため、実際の構造の比率とは異なることがあり、これは参考用であって限定的なものではない。
本発明の太陽電池は、シリコン半導体基板１０、表面電極４０、反射防止層３２、反射防止層３１、ドープ層２４、シリコン半導体基板１０（Ｐ型半導体基板）、Ｐ＋ドープ層５０、裏面電極層６０、裏面電極６２等を含む。そのうち、シリコン半導体基板１０は粗化された第１表面を備え、前記粗化された第１表面の下にドープ層２４が配置され、ドープ層２４の深さが２００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つドープ層２４の表面ドーピング濃度が１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間である。
そのうち、反射防止層３２、反射防止層３１は複合多機能保護膜を表し、この複合多機能保護膜はドープ層２４の上に設置される。複合多機能保護膜は複数の膜層を備え、入射光の反射率を減少でき、これら膜層のうち最もドープ層２４に近い一層の膜層の厚さは４０ナノメートル（ｎｍ）より小さい。
さもないと光学的反射防止層上に厚すぎる酸化シリコンが酸化窒素とシリコンの間に挟みこまれ、反射率を効果的に低下させることができなくなる。表面電極４０は、複合多機能保護膜に穿通されてドープ層２４上に設置される。裏面電極６２は、シリコン半導体基板１０の第２表面、即ち、裏面に設置される。裏面電極６２は裏面電極層６０の間に形成される。
【００２３】
そのうち、シリコン半導体基板１０は光電変換基板とすることができ、シリコン半導体基板１０はさらに単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板等とすることができる。
本実施例において、シリコン半導体基板１０はＮ型半導体基板であり、別の一実施例において、Ｐ型半導体基板とすることもできる。本実施例のシリコン半導体基板１０は光が入射する表面である第１表面（表面）と、光を背にした表面である第２表面（裏面）を備えている。
【００２４】
ドープ層２４はシリコン半導体基板１０の表面の逆ドーピングにより形成され、ドーピング方式は拡散またはイオン注入方式で行うことができる。シリコン半導体基板１０がＰ型半導体基板であるとき、逆ドーピングはＮ型ドーピング元素、例えば、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、またはそのいずれか２つ以上の組み合わせとすることができるが、これらに限らない。
シリコン半導体基板１０がＮ型半導体基板であるとき、逆ドーピングはＰ型ドーピング元素、例えばボロン、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、またはそのいずれか２つ以上の組み合わせとすることができるが、これらに限らない。
【００２５】
シリコン半導体基板１０の第１表面はドープ層２４の表面であり、ドープ層２４の底面がＰ−Ｎ接合（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）を構成し、キャリア空乏区（Ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ）が形成される。キャリア空乏区は内部電界を提供し、発生した自由電子をＮ極へと送り、正孔をＰ極へと送る。このため、電流が発生し、このとき外部に回路を追加して両端を接続すれば、太陽電池が生成した電力を利用することができる。
【００２６】
このほか、本実施例のドープ層２４はさらに表面ドーピング濃度と深さｄを備えている。そのうち、表面ドーピング濃度はドープ層２４の表面のドーピング元素濃度を指す。
本実施例においては、リン元素（Ｎ型半導体材料）をＰ型のシリコン半導体基板１０内にドーピングして、Ｎ型ドープ層２４を形成し、その表面ドーピング濃度とはリン元素のドープ層２４における表面濃度を指し、この表面ドーピング濃度の範囲は１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間である。ドープ層２４の深さｄの範囲は２００ナノメートル（ｎｍ）〜１０００ナノメートル（ｎｍ）の間である。
【００２７】
別の一実施例において、ドープ層の深さは４００ナノメートル（ｎｍ）〜８００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つドープ層の表面ドーピング濃度は１×１０20〜５×１０20原子／ｃｍ3の間である。
【００２８】
また別の一実施例において、ドープ層の深さは４００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つドープ層の表面ドーピング濃度は５×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間である。
【００２９】
さらに別の一実施例において、ドープ層の深さは３００ナノメートル（ｎｍ）〜９００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つドープ層の表面ドーピング濃度は５×１０19〜４×１０20原子／ｃｍ3の間である。
【００３０】
本実施例の太陽電池はドープ層２４の表面ドーピング濃度が従来技術の表面ドーピング濃度より高いことで、適切な接触抵抗が得られ、かつ適切な短絡電流が得られる。このほか、適切なドープ層２４の深さでＣＴＭ損失を減少でき、後続で製作される太陽電池モジュールの最適化を実現する。
【００３１】
複合多機能保護膜はドープ層２４の上、即ち、シリコン半導体基板１０の表面（光入射表面）に設置される。
複合多機能保護膜は、複数の膜層を備え、本実施例の複合多機能保護膜は反射防止層３２、反射防止層３１を備えた例を示しているが、これらに限定されず、当業者であれば分かるように、複合多機能保護膜は実際の必要性に基づいてより多くの膜層から構成することもできる。注意すべきは、本実施例の反射防止層３１が、４０ナノメートル（ｎｍ）より小さい膜層厚さｔを備えていることである。
【００３２】
本実施例の反射防止層３２は保護機能を備えた設計とすることができ、反射防止層３１は鈍化の機能を具備した設計としてもよく、太陽電池表面のキャリア再結合速度を低下させ、光電変換効率を高める効果を達する。反射防止層３２、反射防止層３１は適切な厚さの組み合わせの下で、抗反射の作用、シリコン表面の鈍化作用も発揮でき、同時に太陽電池を傷や湿気から保護する効果も達することができる。
【００３３】
空気とシリコンの屈折率（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）は差が非常に大きく、光線が空気とシリコンの界面を通過するとき明らかな光線反射があり、単結晶シリコンについて言えば、正常な光の照射下でシリコン表面の光反射率は約３０〜３５％である。
反射防止層３２、反射防止層３１の組み合わせを光学的反射防止層とすることで、光線の反射率を抑えることができる。より詳細に言うと、反射防止層３２、反射防止層３１の材料は空気とシリコンの間の屈折率を備え、且つ適切な厚さの下で、光学的破壊干渉の原理を利用して、効果的に入射光反射の反射率を低下させ、太陽電池に進入する入光量を増加し、光電変換効率を高めることができる。
【００３４】
本実施例の反射防止層３２の材質は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）とすることができ、反射防止層３１の材質は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）或いは酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とすることができるが、本発明はこれらに限定されない。反射防止層３１の材質は、その他シリコン表面に対して抗反射を行うことができる材質とすることもでき、反射防止層３２の材質もその他鈍化を行うことができる材質とすることができる。
【００３５】
上述の目的を達するため、本実施例において、前記反射防止層３１の厚さは４０ナノメートル（ｎｍ）より小さく、前記複合多機能保護膜に良好な鈍化特性を具備させ、前記反射防止層３１が厚すぎる場合、前記複合多機能保護膜は低い光透過率を有する。比較的低い屈折率の反射防止層３１と比較的高い屈折率の反射防止層３２を選択することで、前記複合多機能保護膜の鈍化特性と光透過率をより一層改善でき、そのうち前記反射防止層３１の屈折率は前記反射防止層３２より低い。
【００３６】
表面電極４０は例えば銀ペーストで製作した電極を採用することができ、裏面電極層６０はアルミニウムを含む材料で製作した電極層を採用し、銀ペーストを採用して裏面電極６２を製作することができる。
このほか、表面電極４０は複数のバスバー電極（Ｂｕｓ  ｂａｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）及び複数のフィンガー電極（Ｆｉｎｇｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）の配置によりバスバー電極両側に接続して構成することができる。このため、太陽電池が吸収した光線を電子または正孔に変換するとき、フィンガー電極は太陽電池の生成する電子または正孔を接続されたバスバー電極に集めるために用いることができ、最後にバスバー電極と外部負荷の接続により、光電変換反応を経て生成された電子または正孔を集めて外部に伝達することができる。
【００３７】
本発明の太陽電池は、従来技術の、光入射面の浅い接合の設計理念と対照的に、光入射面に比較的深い接合の設計理念を採用している。このため、ドープ層２４が比較的低いエミッタ抵抗を提供することで、曲線因子（Ｆｉｌｌ  Ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）が比較的高く、短絡電流（Ｉｓｃ）が比較的低くなる。したがって、本発明の太陽電池を太陽電池モジュールに製作した後、ＣＴＭを比較的低くする効果を達することができる。
【００３８】
図４に、表面ドーピング濃度、表面ドーピング深さと開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、直列抵抗（Ｒｓ）、曲線因子（Ｆｉｌｌ  Ｆａｃｔｏｒ、ＦＦ）、電池からモジュールへの損失（ＣＴＭ）の対照図を示す。図４において、第１象限２０１は比較的高い表面ドーピング濃度と比較的浅い表面ドーピング深さを表し、第２象限２０２は比較的高い表面ドーピング濃度と比較的深い表面ドーピング深さを表し、第３象限２０３は比較的低い表面ドーピング濃度と比較的浅い表面ドーピング深さを表し、第４象限２０４は比較的低い表面ドーピング濃度と比較的深い表面ドーピング深さを表す。
第１象限２０１においては、表面ドーピング濃度が比較的高く、且つ表面ドーピング深さが比較的浅いため、開放電圧（Ｖｏｃ）が低く、短絡電流（Ｉｓｃ）が低く、直列抵抗（Ｒｓ）が高く、曲線因子（ＦＦ）が低く、電池からモジュールへの損失（ＣＴＭ）が高いという結果が得られる。
第２象限２０２においては、表面ドーピング濃度が比較的高く、且つ表面ドーピング深さが比較的深いため、開放電圧（Ｖｏｃ）が低く、短絡電流（Ｉｓｃ）が低く、直列抵抗（Ｒｓ）が高く、曲線因子（ＦＦ）が高く、電池からモジュールへの損失（ＣＴＭ）が低いという結果が得られる。
第３象限２０３においては、表面ドーピング濃度が比較的低く、且つ表面ドーピング深さが比較的浅いため、開放電圧（Ｖｏｃ）が高く、短絡電流（Ｉｓｃ）が高く、直列抵抗（Ｒｓ）が高く、曲線因子（ＦＦ）が低く、電池からモジュールへの損失（ＣＴＭ）が高いという結果が得られる。
第４象限２０４においては、表面ドーピング濃度が比較的低く、且つ表面ドーピング深さが比較的深いため、開放電圧（Ｖｏｃ）が高く、短絡電流（Ｉｓｃ）が高く、直列抵抗（Ｒｓ）が低く、曲線因子（ＦＦ）が高く、電池からモジュールへの損失（ＣＴＭ）が低いという結果が得られる。
従来技術の太陽電池の設計は、多くが第２象限と第３象限に該当し、本発明の太陽電池の設計は、第４象限に該当する。このため、最終的な太陽電池モジュールの総合的発電効率は、本発明が従来技術の浅い接合による太陽電池の設計または選択エミッタの太陽電池の設計より優れている。このため、本発明はさらに太陽電池モジュールを開示している。図５に本発明の図３の太陽電池を運用した断面図を示す。
本発明の太陽電池モジュールは複数の太陽電池１００を採用して直列接続及び／又は並列接続し、中間層１１１、１１２を太陽電池１００の上方と下方に配置することで太陽電池１００をパッケージする。中間層１１１、１１２はＥＶＡ材料を採用することができる。さらにガラス層１２０で太陽電池１００の受光面上の中間層１１１を被覆する。且つ、背面板１３０で太陽電池１００下方の中間層１１２を被覆する。
最後に、固定フレーム１４０を運用して太陽電池１００の周囲に配置し、固定フレーム１４０とガラス層１２０、背面板１３０の結合により太陽電池１００を保護するフレームが構成される。固定フレーム１４０はアルミニウムフレームを採用することができる。
【００３９】
本発明を運用した太陽電池の実験室における全体的機能は、ドープ層の深さが２００ナノメートル（ｎｍ）〜１０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間であるとき、発電効率が１９．４％に達し、ＣＴＭが約１．５％である。
【００４０】
ドープ層の深さが４００ナノメートル（ｎｍ）〜８００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つドープ層の表面ドーピング濃度が１×１０20〜５×１０20原子／ｃｍ3の間であるとき、発電効率が１９．５％に達し、ＣＴＭが約２．０％である。
【００４１】
ドープ層の深さが４００ナノメートル（ｎｍ）〜１，０００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つドープ層の表面ドーピング濃度が５×１０19〜５×１０20原子／ｃｍ3の間であるとき、発電効率が１９．４％に達し、ＣＴＭが約１．５％である。
【００４２】
ドープ層の深さが３００ナノメートル（ｎｍ）〜９００ナノメートル（ｎｍ）の間であり、且つドープ層の表面ドーピング濃度が５×１０19〜４×１０20原子／ｃｍ3の間であるとき、発電効率が１９．２％に達し、ＣＴＭが約１．２％である。
【００４３】
以上のデータから分かるように、本発明を運用すれば確実にＣＴＭを低下させる具体的な効果が達成でき、従来技術では予期できない効果を奏すると共に、プロセスが相対的に簡単であり（選択エミッタ設計よりずっと簡単である）、充分に製造コストを抑えることができる。
【００４４】
以上の説明は例を挙げたまでであり、本発明を限定しない。本発明の要旨と範疇を逸脱せずに行なわれた同等効果の修正や変更は、すべて後付の特許請求の範囲に含まれる。
【００４５】
本発明の最良の実施例を上述のように開示したが、それは本発明を限定するために用いられるべきでなく、当業者が本発明の要旨と範囲内から逸脱せずに、若干の変更や修飾を行うことが可能である。本発明の特許の保護の範囲は、本明細書に付随する特許請求の範囲の定めるところに準じる。
【符号の説明】
【００４６】
１０    シリコン半導体基板
２０    低ドープ層
２２    高ドープ層
２４    ドープ層
３１    反射防止層
３２    反射防止層
４０    表面電極
５０    Ｐ＋ドープ層
６０    裏面電極層
６２    裏面電極
１００  太陽電池
１１１  中間層
１１２  中間層
１２０  ガラス層
１３０  背面板
１４０  固定フレーム
２０１  第１象限
２０２  第２象限
２０３  第３象限
２０４  第４象限
【図１】
2013243358.tif 000003
【図２】
2013243358.tif 000004
【図３】
2013243358.tif 000005
【図４】
2013243358.tif 000006
【図５】
2013243358.tif 000007