(57)【要約】【課題】本発明は、太陽電池水素化方法及びその装置を提供する。【解決手段】チャンバと、移動装置と、ビーム発生器と、を備え、上記ビーム発生器の発生したビームは、パワーが２０Ｗ／ｃｍ２〜２００Ｗ／ｃｍ２にあり、幅が１ｍｍ〜１５６ｍｍにあり、且つ５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃにある走査速度で太陽電池を走査して太陽電池を水素化する効果を達成し、なお、前記太陽電池を加熱するための加熱装置を更に含む太陽電池水素化装置。【選択図】図３
2017208519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池を提供することと、
ビームで前記太陽電池を走査することと、を含み、
前記ビームは、パワーが２０Ｗ／ｃｍ２〜２００Ｗ／ｃｍ２にあり、幅が１ｍｍ〜１５６ｍｍにあり、走査速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃにある太陽電池水素化方法。
【請求項２】
前記ビームは、波長が４５０ｎｍ〜１１００ｎｍにある請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記太陽電池を室温〜４００℃にある温度に加熱することを更に含む請求項１乃至請求項２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
チャンバと、
前記チャンバを貫通して且つ太陽電池を支持することに用いられる移動装置と、
前記チャンバの上部に設置され、且つ前記移動装置の上方に位置するビーム発生器と、
を備える太陽電池水素化装置。
【請求項５】
前記太陽電池水素化装置は、前記移動装置により、迅速焼成炉と検出設備に接続される請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記移動装置の下に位置する加熱装置を更に含む請求項４乃至請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記ビーム発生器のそばに位置し、且つ前記ビーム発生器の下方の前記太陽電池に対向する開口を有するガスノズルを更に含む請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記ビーム発生器の発生したビームは、パワーが２０Ｗ／ｃｍ２〜２００Ｗ／ｃｍ２にある請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記ビーム発生器の発生したビームは、幅が１ｍｍ〜１５６ｍｍにある請求項４乃至請求項８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記移動装置は、５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃにある移動速度を有する請求項４乃至請求項９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池水素化方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、グリーンエネルギーであり、太陽エネルギーを直接電力に変換することができる。従来の太陽電池は、異なる本体材質によってシリコン系半導体太陽電池、色素増感型太陽電池及び有機材料太陽電池等に分けられ、中でも、シリコン系半導体太陽電池は、光電変換効率が最も良いとともに、低コストの優位性を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、シリコン系半導体太陽電池におけるシリコン基板は、一般的に高い格子欠陥密度及び不純物を有する。これらの不純物（例えば、酸素）は、更にプロセスにおけるシリコン基板にドープされたドーパント（例えば、ホウ素）と結合して正に帯電した複合物（例えば、ホウ素酸素複合物）を形成する可能性がある。太陽電池による発電の途中、これらの格子欠陥又は正に帯電した複合物が照明後に発生した電子を捕獲することがあり、即ち所謂光誘起減衰現象がある。この現象は、太陽電池の光電変換効率を大幅に低減させ、且つ使用時間の増加に従って、増加の傾向がある。このため、上記問題を改善するために、太陽電池改良方法が求まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するために、本発明は、太陽電池水素化方法及び装置を提供する。
【０００５】
本発明の一態様は、太陽電池を提供することと、ビームで太陽電池を走査することと、を含む太陽電池水素化方法を提供する。中でも、このビームは、パワーが２０Ｗ／ｃｍ２〜２００Ｗ／ｃｍ２にあり、且つ幅が１ｍｍ〜１５６ｍｍにある。なお、このビームの太陽電池を走査する走査速度は５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃにある。
【０００６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ビームの波長は、４５０ｎｍ〜１１００ｎｍにある。
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態によれば、太陽電池水素化方法は、太陽電池を室温〜４００℃にある温度まで加熱することを更に含む。
【０００８】
本発明の一態様は、チャンバと、チャンバを貫通して且つ太陽電池を支持することに用いられる移動装置と、チャンバの上部に設置され、且つ前記移動装置の上方に位置するビーム発生器と、を含む太陽電池水素化装置を提供する。
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、太陽電池水素化装置は、移動装置により、迅速焼成炉と検出設備に接続される。
【００１０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、太陽電池水素化装置は、移動装置の下方に位置する加熱装置を更に含む。
【００１１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、太陽電池水素化装置は、ビーム発生器のそばに位置し、且つビーム発生器の下方の太陽電池に対向する開口を有するガスノズルを更に含む。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ビーム発生器の発生したビームは、パワーが２０Ｗ／ｃｍ２〜２００Ｗ／ｃｍ２にある。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ビーム発生器の発生したビームは、幅が１ｍｍ〜１５６ｍｍにある。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、移動装置は移動速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃにある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明の上記及び他の目的、特徴、メリット及び実施例をより分かりやすくするために、添付図面の説明は以下の通りである。
【図１】本発明のいくつかの実施例による太陽電池を示す断面図である。
【図２】本発明のいくつかの実施例による太陽電池水素化装置を示す上面図である。
【図３】本発明のいくつかの実施例による太陽電池水素化装置を示す側面図である。
【図４】本発明のいくつかの実施例による太陽電池水素化装置を示す側面図である。
【図５】本発明のいくつかの実施例による太陽電池水素化装置を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の異なる特徴を実現するために、以下の開示内容は、数多くの異なる実施例又は例示を提供する。本発明を簡素化するために、特定な例示の組成及びレイアウトを以下のように説明する。勿論、これらは単に例示だけであり、限定するためのものではない。例を挙げると、説明において、第１の特徴は第２の特徴の上方又はその上に形成される時、それに応じて実施例を含んでもよく、中でも、第１及び第２の特徴が直接に接触するように形成して、且つ実施例を含んでもよく、中でも、付加的な特徴が第１と第２の特徴との間に形成されてもよく、このため、第１及び第２の特徴が直接に接触しなくてもよい。なお、本発明は、各例示において素子番号及び／又は文字を繰り返すことができる。繰り返す目的は、簡素化するとともに明確することにあるが、その中に検討した多種の実施例及び／又は構成の間の相対的な関係を決定しない。なお、本発明に言われる「一」は、特に説明（例えば、「単一」）しない限り、技術的特徴又は構造の数を限定するためのものではなく、一種の技術的特徴又は構造を示す。
【００１７】
なお、空間相対用語、例えば「…の下にある」、「以下」、「下」、「上方」、「上」及びこのような用語は、ここで、図に示す素子又は特徴が他の素子又は特徴に対する相対的な関係の記述を説明しやすいためのものである。図面に示す向き以外、空間相対用語は、使用又は操作された装置を回る異なる向きを示す。さもないと、設備が（９０度回転する又は他の向きに）ガイドされることができ、且つここで使用された空間相対記述符号はこれによって同様に理解されることができる。なお、「…で製造される」の意味は「…を含む」又は「…からなる」を示す。
【００１８】
シリコン基板は、一般的に太陽電池に応用されるが、シリコン基板そのものが高濃度の欠陥又は不純物を有する。又は、シリコン基板にはＰ型不純物（例えば、ホウ素）がドープされる時、ホウ素イオンがシリコン基板における酸素イオンに結合して、正に帯電したホウ素酸素複合物（ＢＯ＋）を形成することがある。太陽電池の光電変換途中、これらの欠陥、不純物又は正に帯電したホウ素酸素複合物により、移動している電子が制限されることがあり、これにより光電変換効率を低下させ、この現象は光誘起減衰（ｌｉｇｈｔ−ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ  ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ；ＬＩＤ）と呼ばれる。
【００１９】
本発明は、太陽電池の光誘起減衰度合を改善し、更にその利用効率を向上させるように、太陽電池水素化方法及び太陽電池水素化装置を提供する。この方法は、ビームで太陽電池における水素イオンを高いエネルギーバンドに励起させて、水素イオンを上記欠陥、不純物又は正に帯電したホウ素酸素複合物に拡散し移動させて、電気を中和する又は欠陥を不動態化し、これにより、電子が光変換の途中、これらの正に帯電した複合物又は欠陥に制限されないため、太陽電池の光電変換効率を向上させるとともに光誘起減衰度合を低減させることができる。
【００２０】
図１は、本発明のいくつかの実施例による太陽電池を示す断面図である。図１に示すように、本実施例において、太陽電池１０は、Ｐ型不純物（例えば、ホウ素、ガリウム又はインジウム）がドープされたＰ型シリコン基板１２、Ｎ型半導体層１４、反射防止層１６、絶縁層１８及び導電層２０を含むＰ型シリコン基板太陽電池であってもよいがこれに限定されない。いくつかの実施例において、太陽電池１０は、各種のドーピング方式（例えば、イオン注入法、プラズマドーピング法）により、水素イオンをＰ型シリコン基板１２における絶縁層１８の中にドープして形成された水素イオン源層を更に含む。注意すべきなのは、太陽電池１０は各種類の構造を含む各態様の太陽電池であってもよく、図１に示すものに限定されない。
【００２１】
次に、図２及び図３を参照されたい。それらは、本発明のいくつかの実施例による一態様の太陽電池水素化装置２００を示す上面図及び側面図をそれぞれ示す。図２に示すように、太陽電池水素化装置２００は、迅速焼成炉（ｆａｓｔ  ｆｉｒｉｎｇ  ｆｕｒｎａｃｅ；ＦＦＦ）１１０と効率検出システム（ＣＴＳ）１３０との間に設置されるがこれらに限定されない。なお、移動装置１２０により、焼結が完成したばかりの太陽電池１０に対して、連続的に水素化プロセスを行ってから、効率検出システム１３０に移動して、効率テストをする。いくつかの実施例において、移動装置１２０は、コンベアベルト等の工業で一般的に使用される移動キャリアであってもよいがこれに限定されない。
【００２２】
次に、図３を参照されたい。いくつかの実施例において、太陽電池水素化装置２００は、チャンバ２１０、ビーム発生器２２０、リード２３０及びビーム制御装置２４０を備える。ビーム制御装置２４０は、リード２３０によりビーム発生器２２０の発生したビーム２６０のパワー、波長と幅を制御することができる。注意すべきなのは、ここに言われる幅は、ビーム２６０の平行する移動装置１２０における幅である。なお、移動装置１２０は、一定の速度を有し、これによりビーム発生器２２０の発生したビーム２６０が移動装置１２０に位置する太陽電池１０に対して走査速度を有する。上記のビーム２６０のパワー、波長、幅と走査速度について、後で詳しく説明する。他の実施例において、太陽電池水素化装置は、チャンバ２１０を有しなく、ビーム発生器だけであり、且つチャンバの空間による障害に制限されなく、他の太陽電池のプロセス設備の中に設置されてもよい。
【００２３】
図４を参照されたい。図４は、本発明のいくつかの実施例による別の態様の太陽電池水素化装置３００を示す側面図である。図４に示すように、太陽電池水素化装置３００は、チャンバ２１０、ビーム発生器２２０、リード２３０、ビーム制御装置２４０、ガスノズル３２０、ガス流量制御弁３５０、ガス導管３３０及び水素ガスボンベ３４０を備える。太陽電池水素化装置３００は、太陽電池を水素化する途中、太陽電池１０の表面に高濃度の水素ガスを提供して、太陽電池シリコン基板を不動態化する機能を達成する水素ガス供給装置を更に含むことに太陽電池水素化装置２００と異なる。より詳しく、ガスノズル３２０により高濃度の水素ガス３６０を太陽電池１０の表面に吐きかけて、これにより水素ガス３６０がビームの照射で、拡散し太陽電池内における水素イオンの濃度を補助し、欠陥又は正に帯電した複合物と結合して不動態化効果を達成する。本実施例において、水素ガスは、ガス導管３３０、ガス流量制御弁３５０及びガスノズル３２０により、傾斜した角度でビーム発生器２２０の下方に位置する太陽電池１０の上面に吐きかける。他の実施例において、ガスノズルは、太陽電池水素化装置３００内の任意の位置に設置されてもよく、且つ任意の角度で水素ガスをビーム発生器の下方に位置する太陽電池１０に吐きかける。他の実施例において、太陽電池水素化装置３００のチャンバ２１０は、気密式であってもよく、ガスノズルが高濃度水素ガスをチャンバ内に導入することに用いられる。他の実施例において、ガスノズルは、水素イオンプラズマ源を形成するように、プラズマノズルであってもよく、太陽電池水素化装置は、プラズマドーピングの方式により水素イオンを太陽電池１０の中にドープするように、太陽電池に接続され又は太陽電池の下方に位置するパルス発生器を更に含む。
【００２４】
図５を参照されたい。図５は、本発明のいくつかの実施例による別の態様の太陽電池水素化装置４００を示す側面図である。図５に示すように、太陽電池水素化装置４００は、チャンバ２１０、ビーム発生器２２０、リード２３０、ビーム制御装置２４０、ガスノズル３２０、ガス流量制御弁３５０、ガス導管３３０、水素ガスボンベ３４０、加熱装置４２０、リード４３０及び温度調節器４４０を備える。太陽電池水素化装置４００は、太陽電池を水素化する途中、太陽電池１０を加熱して、太陽電池水素化効果を更に向上させる加熱システムを更に含むことに太陽電池水素化装置３００と異なる。本実施例において、加熱装置４２０は、移動装置１２０の下方に設置され、且つリード４３０により温度調節器４４０に接続されて、加熱温度を高精度に制御する。他の実施例において、太陽電池水素化装置のチャンバは、気密式であってもよく、加熱装置は、太陽電池水素化装置内における任意の位置に設置されてもよく、これにより太陽電池水素化装置内における至る所を均一的にプリセットの温度となるようにする。
【００２５】
上記のビーム２６０は、レーザー光又は可視光であってもよいがこれらに限定されない。いくつかの実施例において、上記ビーム２６０は、パワーが０．０１Ｗ／ｃｍ２〜１００００Ｗ／ｃｍ２にあり、例えば、０．０５Ｗ／ｃｍ２、０．１Ｗ／ｃｍ２、０．５Ｗ／ｃｍ２、１Ｗ／ｃｍ２、５Ｗ／ｃｍ２、１０Ｗ／ｃｍ２、２０Ｗ／ｃｍ２、３０Ｗ／ｃｍ２、４０Ｗ／ｃｍ２、５０Ｗ／ｃｍ２、６０Ｗ／ｃｍ２、７０Ｗ／ｃｍ２、８０Ｗ／ｃｍ２、９０Ｗ／ｃｍ２、１００Ｗ／ｃｍ２、１２５Ｗ／ｃｍ２、１５０Ｗ／ｃｍ２、１７５Ｗ／ｃｍ２、２００Ｗ／ｃｍ２、３００Ｗ／ｃｍ２、４００Ｗ／ｃｍ２、５００Ｗ／ｃｍ２、７５０Ｗ／ｃｍ２、１０００Ｗ／ｃｍ２、２０００Ｗ／ｃｍ２、３０００Ｗ／ｃｍ２、４０００Ｗ／ｃｍ２、５０００Ｗ／ｃｍ２、６０００Ｗ／ｃｍ２、７０００Ｗ／ｃｍ２、８０００Ｗ／ｃｍ２、９０００Ｗ／ｃｍ２である。好ましい実施例において、そのパワーは２０Ｗ／ｃｍ２〜２００Ｗ／ｃｍ２にある。
【００２６】
いくつかの実施例において、上記ビーム２６０は、波長が１００ｎｍ〜２０００ｎｍにあり、例えば、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ、１１００ｎｍ、１２００ｎｍ、１３００ｎｍ、１４００ｎｍ、１５００ｎｍ、１６００ｎｍ、１７００ｎｍ、１８００ｎｍ、１９００ｎｍである。好ましい実施例において、その波長は４５０ｎｍ〜１１００ｎｍにある。
【００２７】
いくつかの実施例において、上記ビーム２６０は、幅が０．１ｍｍ〜３００ｍｍにあり、例えば、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍである。好ましい実施例において、その幅は１ｍｍ〜１５６ｍｍにある。
【００２８】
いくつかの実施例において、上記ビーム２６０は、走査速度が１０ｍｍ／ｓｅｃ〜５００ｍｍ／ｓｅｃにあり、例えば、２５ｍｍ／ｓｅｃ、５０ｍｍ／ｓｅｃ、７５ｍｍ／ｓｅｃ、１００ｍｍ／ｓｅｃ、１２５ｍｍ／ｓｅｃ、１５０ｍｍ／ｓｅｃ、１７５ｍｍ／ｓｅｃ、２００ｍｍ／ｓｅｃ、２５０ｍｍ／ｓｅｃ、３００ｍｍ／ｓｅｃ、３５０ｍｍ／ｓｅｃ、４００ｍｍ／ｓｅｃ、４５０ｍｍ／ｓｅｃである。好ましい実施例において、その走査速度は５０ｍｍ／ｓｅｃ〜２００ｍｍ／ｓｅｃにある。注意すべきなのは、ビーム２６０の幅と走査速度（即ち、移動装置の移動速度）を適当に調整することにより、ビーム２６０を太陽電池１０に照射する時間を正確に制御して、最適な水素化効果を取得することができる。例を挙げると、太陽電池１０のビーム２６０の走査を受ける時間は、０．００５秒〜３秒にあってもよい。
【００２９】
いくつかの実施例において、上記加熱装置４２０の加熱温度は室温〜８００℃にあり、例えば、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃である。好ましい実施例において、その加熱温度は室温〜４００℃にある。
【００３０】
一特定な実施例において、太陽電池１０は、太陽電池の水素化プロセスがなされた光誘起減衰（ＬＩＤ）の改善度合を測定するように、太陽電池水素化装置２００により水素化プロセスがなされる。この特定な実施例において、ビーム２６０は、パワーが０．１Ｗ／ｃｍ２であり、波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍにあり、幅が１ｍｍ〜１５６ｍｍにあり、且つ走査速度が１００ｍｍ／ｓｅｃ〜１５０ｍｍ／ｓｅｃにある。
【００３１】
次に、水素化処理がなされた太陽電池（試験群）と水素化処理がなされない太陽電池（対照群）を同時に露光させて総計の照明エネルギーが６０ＫＷｈ／ｍ２になると、測定された太陽電池の光電変換効率を以下の表１に示す。
【表１】
2017208519.tif 000003
【００３２】
表１から分かるように、水素化処理がなされない太陽電池（対照群）は、露光されて総計の照明エネルギーが６０ＫＷｈ／ｍ２になると、光電変換効率がテスト前の２０．５８％から１９．９６％に低下して、その光誘起減衰（ＬＩＤ）量が３．０％であることを示す。水素化処理がなされた太陽電池（試験群）は、テスト後の光電変換効率がテスト前の２０．５０％から２０．２５％に低下して、光誘起減衰（ＬＩＤ）量が１．２％であることを示す。これから分かるように、本発明に提供された太陽電池水素化方法は、太陽電池の光誘起減衰（ＬＩＤ）度合を効果的に改善することができる。
【００３３】
上記本発明の実施例から分かるように、本発明は以下の利点を有する。本発明の太陽電池水素化装置は、太陽電池に対して水素化プロセスを行うことができて、太陽電池の光誘起減衰度合を改善する。より具体的には、本発明の太陽電池水素化装置により太陽電池を水素化して、太陽電池を露光して総計の照明エネルギーが６０ＫＷｈ／ｍ２になると、その光誘起減衰（ＬＩＤ）度合を２％よりも少ないようにすることができる。これにより、本発明は、簡単な方法で、以後の使用における太陽電池の光電変換効率の低減した度合を改善することができる。
【００３４】
本発明を実施形態で前述の通り開示したが、これは本発明を限定するためのものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とするものである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  太陽電池
１２  Ｐ型シリコン基板
１４  Ｎ型半導体層
１６  反射防止層
１８  絶縁層
２０  導電層
１１０  迅速焼成炉
１２０  移動装置
１３０  効率検出システム
２００  太陽電池水素化装置
２１０  チャンバ
２２０  ビーム発生器
２３０  リード
２４０  ビーム制御装置
２６０  ビーム
３００  太陽電池水素化装置
３２０  ガスノズル
３３０  ガス導管
３４０  水素ガスボンベ
３５０  ガス流量制御弁
３６０  水素ガス
４００  太陽電池水素化装置
４２０  加熱装置
４３０  リード
４４０  温度調節器
【図１】
2017208519.tif 000004
【図２】
2017208519.tif 000005
【図３】
2017208519.tif 000006
【図４】
2017208519.tif 000007
【図５】
2017208519.tif 000008