(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベースの上面に順に積層された第１パッシベーション膜、反射防止層および第１電極と、前記ベースの下面に順に積層されたトンネル層、フィールドパッシベーション層および第２電極と、を備え、前記フィールドパッシベーション層が、前記第２電極と前記ベースとの間に位置する第１フィールドパッシベーションサブ層と、隣接する前記第２電極の間に位置する第２フィールドパッシベーションサブ層とを含み、
前記第１フィールドパッシベーションサブ層の材料の導電率は、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の材料の導電率よりも大きく、前記ベースの表面に垂直な方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の厚さは、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の厚さよりも小さく、
前記第１フィールドパッシベーションサブ層の材料と前記第２フィールドパッシベーションサブ層の材料とは異なり、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の吸光係数は、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の吸光係数よりも小さい、
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の底面は、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の底面と面一である、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の上面の表面ドーピング濃度は、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の上面の表面ドーピング濃度よりも低い、
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フィールドパッシベーションサブ層の上面と前記第２フィールドパッシベーションサブ層の上面との表面ドーピング濃度差は、０．５Ｅ＋２０／ｃｍ３〜１．５Ｅ＋２０／ｃｍ３である、
ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記ベースから離れる方向において、前記第１フィールドパッシベーションサブ層は、順に積層されたイオン富化層とイオン拡散層を含み、前記イオン富化層のドーピング濃度が前記イオン拡散層のドーピング濃度よりも大きく、
前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の上面は、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の上面よりも低く、かつ、前記第２フィールドパッシベーションサブ層と前記第１フィールドパッシベーションサブ層との厚さの差は、前記イオン富化層の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記ベースが前記第１パッシベーション膜に向かう方向において、前記第１電極は、順に積層された銀電極、導電性ペースト及び電極膜を含み、及び／又は、
前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２電極は、順に積層された銀電極、導電性ペーストおよび電極膜を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記銀電極は、複数本の細いゲード線と、複数本の前記細いゲード線を接続するメインゲート線とを含み、前記導電性ペーストは、前記メインゲート線及び／又は細いゲード線を覆っている、
ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記電極膜の材料は、導電性有機物、導電性無機物、非銀金属単体または非銀金属複合体を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記導電性ペーストは、基材と、導電性粒子とを含み、
前記基材の材料は、アクリル酸、エポキシ、シリカゲル、無水マレイン酸、またはハイブリッド樹脂を含み、
前記導電性粒子の材料は、銀、銀コート銅、金、ニッケルまたは炭素を含む、
ことを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
ベースを提供することと、
前記ベースの上面に、順に積層された第１パッシベーション膜、反射防止層および第１電極を形成することと、
前記ベースの下面に、順に積層されたトンネル層、フィールドパッシベーション層および第２電極を形成することと、を含み、前記フィールドパッシベーション層は、前記第２電極と前記ベースとの間に位置する第１フィールドパッシベーションサブ層と、隣接する前記第２電極の間に位置する第２フィールドパッシベーションサブ層とを含み、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の材料の導電率は、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の材料の導電率よりも大きく、前記ベースの表面に垂直な方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の厚さは、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の厚さよりも小さく、
前記ベースが前記第１パッシベーション膜に向かう方向において、前記第１電極は、順に積層された銀電極、導電性ペースト及び電極膜を含み、及び／又は、前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２電極は、順に積層された銀電極、導電性ペーストおよび電極膜を含み、
前記第１フィールドパッシベーションサブ層の材料と前記第２フィールドパッシベーションサブ層の材料とは異なり、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の吸光係数は、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の吸光係数よりも小さい、
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力の分野に関し、特に太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池技術の絶えず発展に伴い、金属コンタクト領域の再結合損失は、太陽電池の変換効率のさらなる向上を制約する要因の一つとなっている。太陽電池の変換レートを上げるために、パッシベーションコンタクトにより太陽電池を不動態化して、太陽電池本体と表面の再結合を低減することが多い。また、太陽電池の抵抗率を低下させるために、従来の技術では通常、電極材料として銀金属を使用している。
【０００３】
しかしながら、従来の太陽電池は、変換効率の向上が望まれ、コストダウンも望まれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、太陽電池の変換効率の向上および太陽電池のコストの低減化に有利な太陽電池及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の実施例に提供される太陽電池は、ベースと、ベースの上面に順に積層された第１パッシベーション膜、反射防止層および第１電極と、前記ベースの下面に順に積層されたトンネル層、フィールドパッシベーション層および第２電極と、を備え、前記フィールドパッシベーション層が、前記第２電極と前記ベースとの間に位置する第１フィールドパッシベーションサブ層と、隣接する前記第２電極の間に位置する第２フィールドパッシベーションサブ層とを含み、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の材料の導電率は、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の材料の導電率よりも大きく、前記ベースの表面に垂直な方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の厚さは、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の厚さよりも小さく、前記ベースが前記第１フィールドパッシベーション膜に向かう方向において、前記第１電極は、順に積層された銀電極、導電性ペースト及び電極膜を含み、または、前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２電極は、順に積層された銀電極、導電性ペーストおよび電極膜を含む。
【０００６】
また、前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の底面は、前記第１フィールドパッシベーション層の底面と面一である。
【０００７】
また、前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の上面の表面ドーピング濃度は、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の上面の表面ドーピング濃度よりも低い。
【０００８】
また、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の上面と前記第２フィールドパッシベーションサブ層の上面との表面ドーピング濃度差は、０．５Ｅ＋２０／ｃｍ３〜１．５Ｅ＋２０／ｃｍ３である。
【０００９】
また、前記ベースから離れる方向において、前記第１フィールドパッシベーションサブ層は、順に積層されたイオン富化層とイオン拡散層を含み、前記イオン富化層のドーピング濃度は、前記イオン拡散層のドーピング濃度よりも大きく、前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の上面は、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の上面よりも低く、かつ、前記第２フィールドパッシベーションサブ層と前記第１フィールドパッシベーションサブ層との厚さの差は、前記イオン富化層の厚さよりも大きい。
【００１０】
また、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の材料と前記第２フィールドパッシベーションサブ層の材料とは異なり、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の吸光係数は、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の吸光係数よりも小さい。
【００１１】
また、前記銀電極は、複数本の細いゲード線と、複数本の前記細いゲード線を接続するメインゲート線とを含み、前記導電性ペーストは、前記メインゲート線及び／又は細いゲード線を覆っている。
【００１２】
また、前記電極膜の材料は、導電性有機物、導電性無機物、非銀金属単体または非銀金属複合体を含む。
【００１３】
また、前記導電性ペーストは、基材と導電性粒子を含み、前記基材の材料は、アクリル酸、エポキシ、シリカゲル、無水マレイン酸、またはハイブリッド樹脂を含み、前記導電性粒子の材料は、銀、銀コート銅、金、ニッケルまたは炭素を含む。
【００１４】
これに応じて、本発明の実施例はさらに太陽電池の製造方法を提供し、ベースを提供することと、前記ベースの上面に、順に積層された第１パッシベーション膜、反射防止層および第１電極を形成することと、前記ベースの下面に、順に積層されたトンネル層、フィールドパッシベーション層および第２電極を形成することと、を含み、前記フィールドパッシベーション層は、前記第２電極と前記ベースとの間に位置する第１フィールドパッシベーションサブ層と、隣接する前記第２電極の間に位置する第２フィールドパッシベーションサブ層とを含み、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の材料の導電率は、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の材料の導電率よりも大きく、前記ベースの表面に垂直な方向において、前記第２フィールドパッシベーションサブ層の厚さは、前記第１フィールドパッシベーションサブ層の厚さよりも小さく、前記ベースが前記第１フィールドパッシベーション膜に向かう方向において、前記第１電極は、順に積層された銀電極、導電性ペースト及び電極膜を含み、または、前記ベースが前記フィールドパッシベーション層に向かう方向において、前記第２電極は、順に積層された銀電極、導電性ペーストおよび電極膜を含む。
【００１５】
従来技術に比べて、本発明の実施例により提供された技術方案は、以下の利点がある。
【００１６】
上記の技術方案において、第２電極と接触する第１フィールドパッシベーションサブ層は、比較的高い導電率を有し、多数キャリアの効果的な輸送を確保し、太陽電池の短絡電流を高めることに有利である。また、第２フィールドパッシベーションサブ層の厚さは、第１フィールドパッシベーションサブ層の厚さよりも小さく、第２フィールドパッシベーションサブ層の光吸収能力を弱めて、太陽電池の変換効率を向上することに有利である。また、導電性ペーストで接着する電極膜は、いかなる導電性材料であってもよく、すなわち銀よりもコストが低い材料であってもよく、このようにして、太陽電池のコストの低減化に有利である。
【００１７】
また、第２フィールドパッシベーションサブ層におけるベースから離れる表面の表面ドーピング濃度が比較的小さくなるように制御することで、第２フィールドパッシベーションサブ層の光吸収能力が弱くなり、そして、第１フィールドパッシベーションサブ層におけるベースから離れる表面の表面ドーピング濃度が比較的大きくなるように制御することで、フィールドパッシベーション層と第２電極との間で良好なオーミックコンタクトが形成されることを確保し、さらに多数キャリアの効果的な輸送を確保する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
一つ又は複数の実施例は、対応する添付の図面における図で例示的に説明されるが、これらの例示的な説明は、実施例を限定するものではなく、添付の図面における同じ参照番号を持つ部品は類似の部品を表し、特に断りのない限り、添付の図面における図は比例上の制限を形成しない。
【図１】図１は、太陽電池の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係る陽電池の製造方法の流れを示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構成を示す図である。
【図４】図４は、図３に示す構成におけるフィールドパッシベーション膜の深さ−ドーピング濃度を示す図である。
【図５】図５は、図３に示す構成におけるフィールドパッシベーション膜の深さ−ドーピング濃度を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構成を示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構成を示す図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１を参照して、太陽電池がＴＯＰＣｏｎ電池を例とする。
【００２０】
従来の応用において、太陽電池は第１領域１０ａと第２領域１０ｂとに分けられることができ、フィールドパッシベーション層１２２は、材料性質が同じで厚さが均一な膜層として、トンネル層１２１の表面に均一に被覆され、かつ、第１領域１０ａのフィールドパッシベーション層は、第２電極と接触するために用いられる。
【００２１】
フィールドパッシベーション層１２２は、一般に、ドーピングされたポリシリコン層またはアモルファスシリコン層であり、第２電極被覆領域、即ち第１領域１０ａにおいて出来るだけ低い飽和複合電流密度を実現するために、ベース１０の表面に比較的顕著なエネルギーバンドベンディングが形成されるように、フィールドパッシベーション層１２２をハイドープ（ｈｅａｖｙ  ｄｏｐｉｎｇ）し、少数キャリアをフィールドパッシベーション化し、多数キャリアを選択的に輸送すると同時に、第２電極との間で良好なオーミックコンタクトを形成し、多数キャリアの効果的な輸送を確保する必要がある。しかしながら、ハイドープした後のフィールドパッシベーション層１２２は、光吸収能力が強いため、太陽電池領域に進入するフォトンの総量をその分だけ少なくし、太陽電池の短絡電流および変換効率を低下させてしまう。
【００２２】
そのため、現在、パッシベーションコンタクト技術は、光の吸収への影響を低減するように、太陽電池の下面、すなわち裏面に適用することが一般的であるが、フィールドパッシベーション層１２２は、一般的に材料性質が同一で厚さが均一な膜層であるため、それ自体の光吸収は依然として比較的深刻であり、変換効率の向上に不利である。
【００２３】
また、従来技術では、第１電極および第２電極のコストを節約するため、採用する手段は対応する問題を有する場合が多い。第１に、銀の含有量を低減するために銀ペーストの成分を改良しているが、銀ペーストにおける銀の割合が依然として６０％を超える。第２に、効率を低下させることなく単セルの銀ペースト消費量を少なくするために、スクリーン印刷のメッシュパターンを最適化しているが、従来のスクリーン印刷技術におけるボトルネックは、金属電極の高さと幅の最適化を制限しており、特に、高さの点では、高さが低すぎると効率が低下し、高さが高すぎると銀ペーストが無駄になる。第３に、無電解めっき又は電気めっき技術を採用し、銀ペースト電極の代わりにニッケル、銅、銀電極を用いるが、めっきした電極とシリコンウェハの間の引っ張りが十分ではなく、実施の過程において金属原子を含む化学液体を用いる必要があり、廃液処理のコストが比較的高く、環境にも優しくなく、そして、スクリーン印刷に類似した電極パターンを実現するように、フォトリソグラフィーやレーザー装置、無電解めっき装置、または電気めっき装置の導入も必要であり、装置への投資は大きい。
【００２４】
上記課題を解決するために、本発明の実施例に提供される太陽電池およびその製造方法は、第２電極と接触する第１フィールドパッシベーションサブ層の材料が比較的高い導電率を有し、多数キャリアの効果的な輸送を確保し、太陽電池の短絡電流を高めることに有利であり、第２フィールドパッシベーションサブ層の厚みが第１フィールドパッシベーションサブ層の厚みよりも小さく、第２フィールドパッシベーションサブ層の光吸収能力を低下させて、太陽電池の変換効率を高めることに有利である。また、導電性ペーストで接着する電極膜は、いかなる導電材料であってもよく、すなわち、銀よりもコストが低い材料であってもよく、このように、太陽電池のコストの低減化に有利である。
【００２５】
本発明の実施例の目的、技術方案及び利点をより明確にするために、以下、本発明の各実施例について図面を結合して詳細に説明する。しかしながら、当業者は理解できるが、読者に本願をよりよく理解させるために、本発明の各実施例において多数の技術的細部が提案されているが、これらの技術的細部および以下の各実施例に基づく種々の変更や修正がなくても、本願が保護を要求している技術方案を実現することができる。
【００２６】
図２は、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法の流れを示す図である。図３、図６〜図８は、本発明の一実施例に係る太陽電池の製造方法の各ステップに対応する構成を示す図である。図４および図５は、図３に示す構成におけるフィールドパッシベーション膜の深さ−ドーピング濃度を示す図である。図２〜図８を参照して、太陽電池の製造方法は、以下のステップを含む。
【００２７】
ステップ１０１：図３を参照して、フィールドパッシベーション膜２２２を含む半製品電池を提供する。
【００２８】
半製品電池は、少なくともベース２０と、ベース２０の上面に位置するエミッタ２１１と、ベース２０の下面に順に積層されたトンネル層２２１及びフィールドパッシベーション膜２２２とを含んでいる。いくつかの実施例において、半製品電池は、エミッタ２１１の表面に順に積層された第１パッシベーション膜２１２（おもて面パッシベーション膜２１２ともいう）と、反射防止層２１３とをさらに備える。ここで、エミッタ２１１は、ベース２０の表面に一定の深さまで拡散したドープ層であり、ベース２０内にＰＮ接合構造が形成されている。
【００２９】
そのうち、ベース２０の材料はシリコンを含み、太陽電池は第１領域２０ａおよび第２領域２０ｂを含み、トンネル層２２１の材料は、酸化シリコンを含み、厚さが１〜２ｎｍであり、熱酸化プロセスによって形成することができる。フィールドパッシベーション膜２２２の材料は、ドープされたポリシリコンを含み、第１領域２０ａのフィールドパッシベーション膜２２２は、後に形成された第２電極と接触して接続するためのものである。
【００３０】
本実施例において、フィールドパッシベーション膜２２２は、ベース２０から離れる方向に順に積層されたイオン拡散層２２３とイオン富化層２２４とを有し、イオン富化層２２４のドーピングイオン濃度は、イオン拡散層２２３のドーピングイオン濃度よりも大きい。イオン富化層２２４は、イオン注入工程により真性半導体をイオン注入して得ることができ、イオン拡散層２２３におけるドーピングイオンは、イオン富化層２２４におけるドーピングイオンが濃度差の存在により自由拡散に遷移して得られることができる。イオン富化層２２４は、フィールドパッシベーション膜２２２と後に形成された第２電極との間で良好なオーミックコンタクトを形成できることを確保し、キャリアの効果的な輸送を確保するために設置され、また、顕著なエネルギーバンドベンディングを形成してキャリアの選択的な輸送を実現するために設置される。イオン拡散層２２３は、多数キャリアの効果的な輸送を確保するために設置される。
【００３１】
本実施例では、イオン富化層２２４の材料をイオン拡散層２２３の材料と同様とすることで、イオン富化層２２４とイオン拡散層２２３の間の界面エネルギーを低減させ、イオン拡散層２２３に拡散可能なドーピングイオンの数を増やし、フィールドパッシベーション膜２２２が多数キャリアの輸送路において比較的高い導電率を確保することに有利であり、これにより、多数キャリアの効果的な輸送を確保し、太陽電池の変換効率を向上する。その他の実施例では、イオン富化層の材料とイオン拡散層の材料とが異なっており、このように、界面エネルギーの制限によりドーピングイオンの拡散を低減することに有利であり、イオン富化層が比較的高いドーピング濃度を有することを確保し、さらにフィールドパッシベーション膜と後に形成された第２電極との間で良好なオーミックコンタクトを形成できることを確保する。
【００３２】
具体的には、フィールドパッシベーション膜２２２の材料種類は、真性半導体、金属酸化物、シリサイド、塩類、有機物、または金属の少なくとも一種を含む。具体的には、真性半導体は、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンを含み、金属酸化物は、ＴｉＯｘ、ＭｏＯｘ、Ｖｏｘ、ＷｏｘまたはＭｇＯｘを含み、シリサイドは、ＳｉＣ、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘＮｙまたはＳｉＯｘＮｙＣｚを含み、塩類は、ＭｇＦｘ、ＣｓＦｘまたはＬｉＦｘを含み、有機物は、ポリ（３、４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリスチレンスルホン酸（Ｐｏｌｙ（３、４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ／ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）を含み、金属は、Ｍｇ、ＣａまたはＡｌを含む。なお、金属の選択は、ベース２０のドーピングタイプとドーピング濃度とに関連しており、すなわち、フィールドパッシベーション膜２２２は、ベース２０のドーピングタイプとドーピング濃度とに応じて対応する仕事関数をマッチングすることができる。
【００３３】
太陽電池の領域区分け方式によれば、フィールドパッシベーション膜２２２を、第１領域２０ａに位置する第１フィールドパッシベーション膜２２２ａと、第２領域２０ｂに位置する第２フィールドパッシベーション膜２２２ｂとに分け、イオン富化層２２４を、第１領域２０ａに位置する第１富化層２２４ａと、第２領域２０ｂに位置する第２富化層２２４ｂとに分けることができる。
【００３４】
本実施例では、第１富化層２２４ａと第２富化層２２４ｂとは、同一のイオン注入プロセスによって同時に形成され、すなわち、第１富化層２２４ａの平均ドーピング濃度と第２富化層２２４ｂの平均ドーピング濃度とは同じであり、ベース２０におけるフィールドパッシベーション膜２２２に向かう方向において、第１富化層２２４ａの上面の表面ドーピング濃度と第２富化層２２４ｂの上面の表面ドーピング濃度とが同じである。
【００３５】
本実施例におけるフィールドパッシベーション膜２２２の、ベース２０に向かう方向における異なる深さのドーピング濃度については、具体的には図４を参照することができる。図４に示す深さ−ドーピング濃度の模式図から分かるように、イオン富化層２２４の厚さは、ベース２０の表面に垂直な方向において、約７０ｎｍであり、イオン富化層２２４におけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度は、１．５Ｅ＋２０／ｃｍ３より大きく、イオン拡散層２２３のドーピング濃度は、１．５Ｅ＋２０／ｃｍ３以下である。
【００３６】
また、別の実施例では、第１富化層２２４ａと第２富化層２２４ｂとがそれぞれ異なるイオン注入プロセスによって形成され、第１富化層２２４ａの平均ドーピング濃度は、第２富化層２２４ｂの平均ドーピング濃度よりも大きく、ベース２０がフィールドパッシベーション膜２２２に向かう方向において、第１富化層２２４ａの上面の表面ドーピング濃度は第２富化層２２４ｂの上面の表面ドーピング濃度よりも大きい。このように、第２フィールドパッシベーション膜２２２ｂの光吸収能力を弱め、太陽電池の変換効率を高めることに有利である。
【００３７】
別の実施例におけるフィールドパッシベーション膜２２２の、ベース２０に向かう方向における異なる深さのドーピング濃度については、具体的には図５を参照することができる。図５に示す深さ−ドーピング濃度の模式図から分かるように、第１富化層２２４ａの上面の表面ドーピング濃度は、ベース２０の表面に垂直な方向において、１．５Ｅ＋２０／ｃｍ３より大きく、第２富化層２２４ｂの上面の表面ドーピング濃度は、１．５Ｅ＋２０／ｃｍ３より小さい。
【００３８】
なお、光吸収能力は、フィールドパッシベーション膜２２２の厚さおよびドーピング濃度に関するものであり、ドーピング濃度は、フィールドパッシベーション膜２２２におけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度またはフィールドパッシベーション膜２２２の平均ドーピング濃度を含んでいる。具体的には、光吸収能力は、数式Ｉ＝Ｉ０ｅｘｐ（−ａ＊ｄ）によって算出して得られ、そのうち、Ｉは初期入射光の、吸光媒体を通過した後の残り強度を表し、Ｉ０は初期入射光強度を表し、ａはフィールドパッシベーション膜２２２の吸光係数を表し、ｄはフィールドパッシベーション膜２２２の厚さを表し、ａ値の大きさは、フィールドパッシベーション膜２２２の表面ドーピング濃度または平均ドーピング濃度に関連しており、フィールドパッシベーション膜２２２の表面ドーピング濃度または平均ドーピング濃度が高いほど、ａ値が大きい。
【００３９】
上記数式から分かるように、フィールドパッシベーション膜２２２におけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度を下げ、フィールドパッシベーション膜２２２の平均ドーピング濃度を下げ、あるいはフィールドパッシベーション膜２２２の厚さを薄くすることは、いずれもフィールドパッシベーション膜２２２の光吸収能力を下げ、初期入射光の光吸収媒体を通過した後の残り強度、すなわちベース２０の表面に到達する光線強度を上げて、太陽電池に利用可能な光を増やすことができる。また、フィールドパッシベーション膜２２２の光吸収能力が低下するため、後に形成される第２パッシベーション膜は、ベース２０から透過した光をベース２０の表面に反射して戻すことができ、太陽電池に利用可能な光をより一層増やすことができる。
【００４０】
ステップ１０２：図６を参照して、マスク層２２５を形成し、マスク層２２５によって第２領域２０ｂのイオン富化層２２４をエッチングする。
【００４１】
本実施例において、マスク層２２５は、第１フィールドパッシベーション膜２２２ａを被覆しており（図３を参照）、マスク層２２５の材料は、有機ワックスであり、ベース２０の表面に垂直な方向において、有機ワックスの厚さは、５０μｍ〜３００μｍであり、マスク層２２５におけるベース２０に向かう方向において、マスク層２２５のビューは、フィンガーラスターライン（ｇａｔｅ  ｌｉｎｅ）型である。マスク層２２５は、スクリーン印刷プロセスまたはインクジェット印刷プロセスにより形成することができる。
【００４２】
マスク層２２５を形成した後、半製品電池を硝酸とフッ酸と水との混合溶液に置いて反応を行うことができる。有機ワックスが混合溶液と反応しないため、マスク層２２５によって保護された第１フィールドパッシベーション膜２２２ａは混合溶液によってエッチングされないが、マスク層２２５に露出される第２フィールドパッシベーション膜２２２ｂ（図３を参照）はエッチングされ、これにより、第２フィールドパッシベーション膜２２２ｂの厚さのみを薄くすることを実現し、すなわち、第２フィールドパッシベーション膜２２２ｂが第１フィールドパッシベーション膜２２２ａと厚さの差を持たせるようになっており、残りの第１フィールドパッシベーション膜２２２ａが第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａとなり、残りの第２フィールドパッシベーション膜２２２ｂが第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂとなり、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａと第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂとがフィールドパッシベーション層２２６を構成している。
【００４３】
本実施例では、反応時間、反応温度及び溶液調合比率等の要素を制御することにより、厚さの差の大きさを制御することができる。具体的には、厚さの差が０μｍ〜１００μｍとなるように制御する必要がある場合には、溶液調合比率をＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏ＝１：５：５〜１：２５：２５、反応温度を７℃〜１５℃、反応時間を３０ｓ〜９０ｓとする。
【００４４】
エッチングした後、ベース２０の表面に垂直な方向において、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの厚さは、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの厚さよりも小さい。第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａにおけるベース２０に向かう表面は、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂにおけるベース２０に向かう面と面一であるため、ベース２０がフィールドパッシベーション層２２６に向かう方向において、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの上面は、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの上面よりも低い。
【００４５】
本実施例では、エッチングの深さがイオン富化層２２４の厚さよりも大きく、すなわち、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂにおけるベース２０から離れる表面がイオン拡散層２２３内に位置しており、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂにおけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度が、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａにおけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度よりも小さい。このように、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの光吸収能力を弱め、太陽電池の変換効率を高めることに有利である。
【００４６】
本実施例では、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂと第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａとの厚さの差は、５０ｎｍ〜８０ｎｍであり、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂにおけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度と、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａにおけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度との濃度差は、０．５Ｅ＋２０／ｃｍ３〜１．５Ｅ＋２０／ｃｍ３である。
【００４７】
具体的には、ベース２０の表面に垂直な方向において、第１フィールドパッシベーション層２２６ａの厚さは、１２０ｎｍであり、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａにおけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度は、２Ｅ＋２０／ｃｍ３であり、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの厚さは、５０ｎｍであり、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂにおけるベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度は、Ｅ＋２０／ｃｍ３である。
【００４８】
第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの厚さおよびベース２０から離れる表面の表面ドーピング濃度は変化しないため、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａは、依然として良好なパッシベーション効果を持っている。同時に、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの平均ドーピング濃度は、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの平均ドーピング濃度よりも大きいため、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの材料の導電率は、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの材料の導電率よりも大きく、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａと後に形成される第２電極との間には比較的高い短絡電流が依然として存在する。すなわち、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂを薄くすることにより、太陽電池が開放電圧を維持しながら、太陽電池の変換効率を高めることができる。
【００４９】
導電率が大きいほど、抵抗率が小さくなるため、第１のフィールドパッシベーションサブ層２２６ａの材料が比較的高い導電率を有するように制御することで、キャリアの流れ損失を低減し、太陽電池の変換効率を高めるのに有利である。
【００５０】
他の実施例では、エッチングの深さがイオン富化層の厚さ以下であるため、第２フィールドパッシベーション膜の光吸収能力を弱めつつ、第２フィールドパッシベーション膜におけるベースから離れる表面の表面ドーピング濃度が、第１フィールドパッシベーション膜におけるベースから離れる表面の表面ドーピング濃度に近いか等しいことを確保し、すなわち、ベースと第２フィールドパッシベーション膜におけるベースから離れる表面との間に比較的高いポテンシャル障壁を持っていることを確保して、第２フィールドパッシベーション膜のフィールドパッシベーション効果を維持し、ベース表面の任意の位置がキャリアに対して比較的強い選択的な輸送能力を有するようにしている。
【００５１】
ステップ１０３：図７を参照して、マスク層２２５（図６を参照）を除去し、第２パッシベーション膜２２７を形成する。
【００５２】
本実施例では、第２領域２０ｂのイオン富化層２２４をエッチングした後、半製品電池を濃度０．１〜１０％のアルカリ溶液で洗浄し、マスク層２２５を除去することで、上面パターンがフィンガーライターライン型のイオン富化層２２４が露出される。フィールドパッシベーション層２２６におけるベース２０から離れる表面を覆うように、第２パッシベーション膜２２７が沈積され、第２パッシベーション膜２２７には水素イオンが含まれ、高温処理において、拡散した水素イオンが、ベース２０の表面欠陥、体内欠陥及びトンネル層２２１との界面欠陥をパッシベーションする。ここで、アルカリ溶液は、希釈された水酸化カリウム溶液を含む。
【００５３】
ステップ１０４：図８を参照して、第１電極２１４（おもて面電極２１４ともいう）と第２電極２２８（裏面電極２２８ともいう）を形成する。
【００５４】
本実施例では、ベース２０がフィールドパッシベーション層２２６に向かう方向において、第２電極２２８は、順に積層された銀電極２２８ａと、導電性ペースト２２８ｂと、電極膜２２８ｃと、を含んでいる。これに応じて、ベース２０が第１パッシベーション膜２１２に向かう方向において、第１電極２１４は、第２電極２２８と同じ積層構造を有している。他の実施例では、第１電極の構成と第２電極の構成が異なっている。第２電極２２８を形成する工程は、具体的には下記のことを含む。
【００５５】
第２パッシベーション膜２２７におけるベース２０から離れる表面にスクリーン印刷プロセスで薄層の銀ペーストを印刷し、銀ペーストを乾燥及び焼結して、第２パッシベーション膜２２７を貫通して第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａに接触する銀電極２２８ａを形成し、銀電極２２８ａ上に導電性ペースト２２８ｂが敷設され、導電性ペースト２２８ａの表面に電極膜２２８ｃが敷設されており、最後に、予め設定された温度および圧力条件下で、導電性ペースト２２８ｂにより銀電極２２８ａと電極膜２２８ｃとの接着が実現される。
【００５６】
銀ペーストを印刷して焼結する方法で銀電極２２８ａを製造することは、主に、第２電極２２８とフィールドパッシベーション層２２６との間に良好な引っ張り力を形成できることを確保するためである。ここで、銀電極２２８ａは、複数本の細いゲート線と、複数本の細いゲート線を接続するメインゲート線とを含み、メインゲート線の延びる方向は、通常、細線の延びる方向に対して垂直であり、メインゲート線は、後続の部品製造工程における太陽電池セル間のリンクに用いられる。
【００５７】
導電性ペースト２２８ｂは、メインゲート線に被さってもよいし、細いゲート線に被さってもよいし、または両方に被さってもよい。メインゲート線を例として、導電性ペースト２２８ｂがメインゲート線を覆うと、メインゲート線の延びる方向に垂直な方向において、導電性ペースト２２８ｂの幅は銀電極２２８ａの幅の１％〜１００％であり、導電性ペースト２２８ａは連続被覆であってもよいし、不連続被覆であってもよいし、幅占有割合が１００％で連続被覆であることが好ましい。これに応じて、メインゲート線の延びる方向において、導電性ペースト２２８ｂの長さは、メインゲート線の長さの５０％〜１００％であり、導電性ペースト２２８ａは連続被覆であってもよいし、不連続被覆であってもよいし、長さ占有割合が１００％で連続被覆であることが好ましい。
【００５８】
導電性ペースト２２８ｂは、硬化または乾燥後に一定の導電性能を有する接着剤であり、通常、基材と導電性粒子を含み、基材は接着作用を有し、導電性粒子同士を結合して導電通路を形成し、被着材の導電接続を実現する。ここで、基材の材料は、アクリル酸、エポキシ、シリカゲル、無水マレイン酸またはハイブリッド樹脂を含み、導電性粒子の材料は、銀、銀コート銅、金、ニッケル又は炭素を含む。
【００５９】
電極膜２２８ｃは、全て又は一部が導電性ペースト２２８ｂを被覆していてもよく、電極膜２２８ｃの材料は、炭素を含む導電性有機物、導電性無機物、非銀金属単体、又は非銀金属複合体を含み、非銀金属単体は、金、ニッケル、銅、錫またはアルミニウム等を含んでいる。ベース２０の表面に垂直な方向において、電極膜２２８ｃの高さは実際の需要に応じて調節することができ、ことにより、電流伝送の断面積を大きくし、第２電極２２８の伝送抵抗を低減し、太陽電池の変換効率を向上する。
【００６０】
接着される電極膜２２８ｃの材料は限定されないので、太陽電池の製造コストを低減するように、コストが比較的低い材料を選択して使用することができる。
【００６１】
本実施例では、第２電極と接触する第１フィールドパッシベーションサブ層は、比較的高い導電率を有し、多数キャリアの効果的な輸送を確保し、太陽電池の短絡電流を高めることに有利である。また、第２フィールドパッシベーションサブ層の厚さは、第１フィールドパッシベーションサブ層の厚さよりも小さく、第２フィールドパッシベーションサブ層の光吸収能力を弱めて、太陽電池の変換効率を向上することに有利である。また、導電性ペーストで接着する電極膜は、いかなる導電性材料であってもよく、すなわち銀よりもコストが低い材料であってもよく、このようにして、太陽電池のコストの低減化に有利である。
【００６２】
これに応じて、本発明の実施例は、上記の太陽電池の製造方法で製造できる太陽電池をさらに提供する。
【００６３】
図８を参照して、太陽電池は、ベース２０と、ベース２０の上面に順に積層された第１パッシベーション膜２１２、反射防止層２１３および第１電極２１４と、ベース２０の下面に順に積層されたトンネル層２２１、フィールドパッシベーション層２２６および第２電極２２８と、を備え、フィールドパッシベーション層２２６は、第２電極２２８とベース２０との間に位置する第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａと、隣接する第２電極２２８の間に位置する第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂとを含む。第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの材料の導電率は、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの材料の導電率よりも大きく、ベース２０の表面に垂直な方向において、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの厚さは、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの厚さよりも小さい。ベース２０が第１フィールドパッシベーション膜２１２に向かう方向において、第１電極２１４は、順に積層された銀電極、導電性ペースト及び電極膜を含み、及び／又は、ベース２０がフィールドパッシベーション層２２６に向かう方向において、第２電極２２８は、順に積層された銀電極２２８ａ、導電性ペースト２２８ｂおよび電極膜２２８ｃを含む。
【００６４】
本実施例では、ベース２０がフィールドパッシベーション層２２６に向かう方向において、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの底面は、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの底面と面一である。また、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂと第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａとの厚さの差は、５０ｎｍ〜８０ｎｍであり、例えば、６０ｎｍ、６５ｎｍまたは７０ｎｍである。
【００６５】
他の実施例では、図９を参照して、第１フィールドパッシベーションサブ層３２２ａの材料と第２フィールドパッシベーションサブ層３２２ｂの材料とは異なる。具体的には、第２フィールドパッシベーションサブ層３２２ｂの材料の吸光係数は、第１フィールドパッシベーションサブ層３２２ａの材料の吸光係数よりも小さい。
【００６６】
例えば、第１フィールドパッシベーションサブ層３２２ａの材料はポリシリコンであり、第２フィールドパッシベーションサブ層３２２ｂの材料はアモルファスシリコンである。太陽電池の裏面にパッシベーションコンタクト構造を採用するため、太陽光が裏面に到達した後に主に長波長域スペクトルとなり、長波長域において吸収係数が低いアモルファスシリコンを第２フィールドパッシベーションサブ層３２２ｂの材料として用い、長波長域スペクトルの吸収を低減し、太陽電池の変換レートを向上させることができる。
【００６７】
本実施例では、ベース２０がフィールドパッシベーション層２２６に向かう方向において、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの上面の表面ドーピング濃度は、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの上面のドーピング濃度よりも低い。具体的には、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの上面と第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの上面との表面ドーピング濃度差は、０．５Ｅ＋２０／ｃｍ３〜１．５Ｅ＋２０／ｃｍ３であり、例えば、０．７５Ｅ＋２０／ｃｍ３、１Ｅ＋２０／ｃｍ３又は１．２５Ｅ＋２０／ｃｍ３である。
【００６８】
本実施例では、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａは、ベース２０から離れる方向に、順に積層されたイオン富化層２２４とイオン拡散層２２３を有し、イオン富化層２２４のドーピング濃度がイオン拡散層２２３のドーピング濃度よりも大きい。ベース２０がフィールドパッシベーション層２２６に向かう方向において、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂの上面は、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの上面よりも低く、且つ、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂと第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａとの厚さの差は、イオン富化層２２４の厚さよりも大きい。
【００６９】
本実施例では、銀電極２２８ａは、複数本の細いゲード線と、複数本の細いゲード線を接続するメインゲート線とを含み、導電性ペースト２２８ｂは、メインゲート線及び／又は細いゲード線を覆っている。
【００７０】
電極膜２２８ｃの材料は、導電性有機物、導電性無機物、非銀金属単体、または非銀金属複合体を含み、非銀金属単体は、金、ニッケル、銅、錫またはアルミニウム等を含む。導電性ペースト２２８ｂは、基材及び導電性粒子を含み、基材の材料は、アクリル酸、エポキシ、シリカゲル、無水マレイン酸またはハイブリッド樹脂を含み、導電性粒子の材料は、銀、銀コート銅、金、ニッケルまたは炭素を含む。
【００７１】
そのうち、ベース２０の表面に垂直な方向において、銀電極２２８ａの厚さは１〜５μｍであってもよく、第１パッシベーション膜２１２と第２パッシベーション膜２２７の厚さは、０〜１００ｎｍであってもよく、導電性ペースト２２８ｂの厚さは１〜５μｍであってもよく、電極膜２２８ｃの厚さは５〜２０μｍであってもよい。
【００７２】
本実施例では、第２電極と接触する第１フィールドパッシベーションサブ層は、比較的高い導電率を有し、多数キャリアの効果的な輸送を確保し、太陽電池の短絡電流を高めることに有利である。また、第２フィールドパッシベーションサブ層の厚さは、第１フィールドパッシベーションサブ層の厚さよりも小さく、第２フィールドパッシベーションサブ層の光吸収能力を弱めて、太陽電池の変換効率を向上することに有利である。また、導電性ペーストで接着する電極膜は、いかなる導電性材料であってもよく、すなわち銀よりもコストが低い材料であってもよく、このようにして、太陽電池のコストの低減化に有利である。
【００７３】
当業者であれば、前記各実施形態が本発明を実現する具体的な実施例であり、実用上では、本発明の精神と範囲を逸脱することなく、形態及び細部において様々な変更が可能であることが理解できる。当業者であれば、本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、それぞれ変更及び修正を加えることが可能であるため、本発明の保護範囲は請求項に限定された範囲を基準にすべきである。
【要約】      （修正有）【課題】太陽電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】ベース２０と、第１パッシベーション膜２１２及び第１電極２１４と、フィールドパッシベーション層２２６及び第２電極２２８とを備え、フィールドパッシベーション層２２６が第１及び第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ａ、２２６ｂを含み、第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａの材料の導電率が第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂよりも大きく、第２フィールドパッシベーションサブ層２２６ｂ厚さが第１フィールドパッシベーションサブ層２２６ａよりも小さく、ベース２０がフィールドパッシベーション層２２６に向かう方向に、第２電極２２８は順に積層された銀電極２２８ａ、導電性ペースト２２８ｂ及び電極膜２２８ｃを含む。【選択図】図８【図１】
0006970271.tif 000002
【図２】
0006970271.tif 000003
【図３】
0006970271.tif 000004
【図４】
0006970271.tif 000005
【図５】
0006970271.tif 000006
【図６】
0006970271.tif 000007
【図７】
0006970271.tif 000008
【図８】
0006970271.tif 000009
【図９】
0006970271.tif 000010