(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有する基板と、
前記基板の受光面側に形成された第２の導電型を有する領域と、
前記第２の導電型を有する領域に形成された電極と、
前記基板および前記第２の導電型を有する領域の双方に接し、かつ、前記電極と接触しないように配置された、前記基板より高濃度の領域と、
を含む太陽電池セルであって、
前記基板は、受光面側に無反射表面凹凸構造と平坦部とを有し、
前記無反射表面凹凸構造は、複数の格子形状を有し、第１の部分と、前記第１の部分の格子形状の大きさより小さい格子形状の第２の部分とからなり、
前記基板より高濃度の領域は、前記第１の部分に形成される、太陽電池セル。
【請求項２】
前記無反射表面凹凸構造の第１および第２の部分は、異なる形状である、請求項１記載の太陽電池セル。
【請求項３】
前記無反射表面凹凸構造の第１および第２の部分の格子形状は、それぞれ異なる間隔で形成されている、請求項１記載の太陽電池セル。
【請求項４】
前記無反射表面凹凸構造の第１の部分の格子形状の間隔は、前記第２の部分の格子形状の間隔より狭い、請求項３記載の太陽電池セル。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の太陽電池セルを製造する方法であって、
前記基板上に、酸化膜を用いてマスキングパターンを形成し、当該マスキングパターンをマスクとして、前記基板をエッチングするステップを備え、
前記小さい格子形状を有する無反射表面凹凸構造の形成領域に位置するマスキングパターンの線幅の方が、大きい格子形状を有する無反射表面凹凸構造の形成領域に位置するマスキングパターンの線幅より大きいことを特徴とする、太陽電池セルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法に関するものであり、たとえば太陽電池モジュールに影が生じた場合に発生する逆バイアス電圧から太陽電池セルを保護するバイパスダイオードの機能を付加したバイパス機能付太陽電池セルおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の太陽電池セルを、直列、または並列に組合せて所定の出力電圧および出力電流を得る太陽電池モジュールは、その一部のセルに影が生じた場合、他のセルが発生する電圧が逆方向に印加される。
【０００３】
この逆方向に印加された逆バイアス電圧により、影を生じたセルの逆耐電圧を超えると、当該セルがブレイクダウンを生じ多量の電流が流れるので、当該セルの短絡破壊に至る可能性がある。その結果、太陽電池モジュール全体の出力特性が低下する。
【０００４】
宇宙用太陽電池モジュールの場合では、衛星の姿勢制御中に衛星本体の一部あるいはアンテナ等構造物の影が太陽電池モジュール上に生ずることがあり得る。地上用太陽電池モジュールの場合では、たとえば、隣接した建築物の影が生じたり、飛来した鳥類が糞を付着させ影を生じることがある。
【０００５】
その一例として、太陽電池セルの一連の並列接続からなる太陽電池モジュールの一部のサブモジュールの上に影が生じた場合について考える。
【０００６】
図１２は、従来の太陽電池モジュールの構成を示す図である。
まず、図１２（ａ）に示すように、太陽電池モジュールＭの両端がほぼ短絡状態となるシャントモードでは、影になったサブモジュール１１には、影が生じていない他のグループのサブモジュール群１２が発生した電力Ｖ12が逆バイアス電圧として印加される。したがって、サブモジュール１１の電圧をＶ11とすると、Ｖ11＝−Ｖ12となる。
【０００７】
一方、図１２（ｂ）に示すように、太陽電池モジュールＭに外部電源ＶBが接続されている場合では、Ｖ11＝ＶB−Ｖ12となる。すなわち、影になったサブモジュール１１のＮ電極には正の電荷が印加され、その逆バイアス電圧がサブモジュール１１を構成する太陽電池セルの耐逆電圧以上であると、その太陽電池セルはブレイクダウンを生じ、その結果短絡破壊に至る可能性がある。そして影の生じたサブモジュール１１、さらに全体の太陽電池モジュールＭの出力特性が劣化する。
【０００８】
この逆バイアス電圧による事故を防止するために、個々の太陽電池セルごとや、特定のモジュール単位ごとにバイパスダイオードを取付けたり、あるいは太陽電池セルにバイパスダイオードを集積した、いわゆるダイオードインテグレーテッド太陽電池が使用されている。
【０００９】
その他に、バイパスダイオードの機能を付加した太陽電池セルがある。
次に、従来のバイパスダイオードの機能を付加した太陽電池セルの構成例を、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１３は、従来の太陽電池セルの一例の構造を示す斜視図であり、バイパスダイオードの機能を付加した無反射表面構造を有する高効率太陽電池セルの構造を示す斜視図である。
【００１１】
図１３を参照して、この太陽電池セルは、第１の導電型たとえばＰ型シリコン基板１と、基板１の受光面に光エネルギにより発生するキャリアを効率よく取込むために形成した第２の導電型たとえばＮ型領域２と、基板１の下面に形成したＢＳＦ効果のためのＰ+型領域３と、基板１の受光面の一部に設けられたバイパス用の島状のＰ+型領域４と、発生した電気を効率よく取出すためにＮ型領域の表面に設けたＮ電極７と、入射する光の表面反射を低減するために図示されないＮ電極接続部を除いたＮ型領域のほぼ全面を覆う反射防止膜８と、裏面から抜け出してしまう長波長光を反射させ、かつ発生した電気を取出すためにＰ+型領域３の下面ほぼ全面を覆うＰ電極６とによって構成されている。さらに、この太陽電池セルは、表面反射を減少させるため、受光面側に設けたたとえば逆ピラミッド状の多数の凹凸を有する格子形状からなる無反射表面構造１３と、表面でのキャリアの再結合を低減させるために設けたＮ+拡散層の上には図示されない酸化膜層９とを備えている。前述したように、Ｐ型シリコン基板１の裏面にも、キャリアの再結合を低減させるために、Ｐ+拡散層３の上には酸化膜層５が形成されている。Ｎ+拡散層２と表面電極７とは、図示されない酸化膜層上の開口部を介して、また、Ｐ+拡散層３と裏面電極６とは、酸化膜層５上の開口部を介して、それぞれ接続されている。
【００１２】
このように構成される太陽電池セルにおいて、受光面側に形成する無反射表面構造１３は、入射光を多重反射させて太陽電池セル内部へ到達する光量を増加させる役割を果たすものであって、その形成具合等によって発生する電力が変化する。そのため、この形状の形成方法をいかに設定するかが非常に重要な要素となる。この太陽電池セルにおいては、無反射表面構造１３は、たとえば表面電極７の形成部分や太陽電池の端部を除くすべての領域に形成されている。
【００１３】
また、図１４は、図１３に示す太陽電池セルの上面図である。この図においては、Ｐ+型拡散領域用円形領域１０が示されている。
【００１４】
図１４を参照して、この太陽電池セルの無反射表面構造においては、各格子形状の大きさや形状が、すべて同じものとなっている。したがって、無反射表面構造の各格子形状間の間隔も、すべて同一である。
【００１５】
次に、このように構成される従来の太陽電池セルの製造方法について説明する。
【００１６】
図１５および図１６は、図１３に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【００１７】
無反射表面構造は、たとえば図１５の（ａ）〜（ｇ）に示すような工程に従って製作される。
【００１８】
まず、図１５（ａ）に示すように、面方位（１００）のシリコン基板１を準備する。
【００１９】
次に、図１５（ｂ）に示すように、このシリコン基板１の表面に、熱酸化もしくはＣＶＤ等を用いて、酸化膜９を形成する。
【００２０】
続いて、図１５（ｃ）に示すように、酸化膜９の上に、レジスト１５を塗布する。
【００２１】
そして、図１５（ｄ）に示すように、受光面側に所定の無反射表面構造１３のパターンや、図示されないアライメントマークの部分を露光して現像する。これにより、酸化膜９の上には、レジスト１５により無反射表面構造を形成するためのパターンと、図示されないアライメントマークのパターンとが形成される。
【００２２】
次いで、図１５（ｅ）に示すように、エッチング等により、不要な部分の酸化膜９を除去し、その後レジスト１５を除去する。これで、酸化膜９により無反射表面構造のパターンと、図示されないアライメントマークのパターンがシリコン基板１上に形成される。また、この段階で、格子形状間の間隔ｄが決定される。
【００２３】
この状態で、図１５（ｆ）に示すように、たとえば高温のアルカリ性溶液のような所定の温度、濃度のエッチング液により、所定時間エッチングする。シリコン基板１の場合は、結晶面ごとに化学薬品に腐食される速度差があり、これを利用した異方性エッチングにより、微細な無反射表面構造１３を形成することができる。このとき、アライメントマーク部も凹部形状となる。
【００２４】
最後に、図１５（ｇ）に示すように、酸化膜９を除去することにより、シリコン基板１の受光面側に、無反射表面構造１３および図示されないアライメントマークの形成が完了する。
【００２５】
次に、図１３のような太陽電池セルのバイパス機能を持たせるための構造の形成は、図１６（ａ）〜（ｅ）の断面図に示すような工程によって製造される。
【００２６】
まず、図１６（ａ）に示すように、前述の方法から得られた、受光面側に無反射表面構造１３および図示されないアライメントマーク部が形成されたＰ型シリコン基板１を準備する。
【００２７】
次に、図１６（ｂ）に示すように、Ｐ型シリコン基板１の表面に、熱酸化等の方法により、酸化膜９を形成する。
【００２８】
次いで、図１６（ｃ）に示すように、裏面の酸化膜９を除去し、表面の酸化膜９に複数の開口１４をフォトリソグラフィ等により設ける。これらの複数の開口１４は、後に形成される島状のＰ+型領域４に対応するものである。
【００２９】
このウエハに、たとえば不純物濃度が１×１０20ｃｍ-3程度のＰ+型不純物を拡散する。その後、表面および側面の酸化膜９を除去すると、図１６（ｄ）に示すようなウエハが得られる。このウエハは、その表面にたとえばボロン拡散により複数個の島状のＰ+型領域４が形成され、全面ＢＳＦ型の場合は、裏面に全面にわたりＰ+型領域３が形成されている。
【００３０】
次いで、図１６（ｅ）に示すように、表面および側面にＮ型領域２を熱拡散等により形成する。島状のＰ+型領域４は、表面に残っているボロンガラスにより保護されるので、Ｎ型領域２の中にＰ+型領域４の島が残る。この島状のＰ+型領域４の外周部は、図１４に示されるテクスチャ形状１３の表面の円形の領域１０と同一である。
【００３１】
その後、アライメントマーク部を使用し、Ｐ+型領域４の島がグリッド間に形成されるように、フォトリソグラフィ等により表電極を形成し、反射防止膜等を形成する。
【００３２】
図１７は、従来の太陽電池セルの他の例の構造を示す斜視図であり、バイパスダイオードの機能を付加した無反射表面構造を有しない太陽電池セルの構造を示す斜視図である。
【００３３】
また、図１８は、図１７に示す太陽電池セルの上面図である。
図１７および図１８を参照して、この太陽電池セルは、無反射表面構造１３を有していない点で、先に説明した図１３に示す太陽電池セルと相違している。
【００３４】
次に、図１９は、図１７に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【００３５】
図１７に示すような太陽電池セルのバイパス機能を持たせるための構造は、図１９（ａ）〜（ｇ）の断面図に示すような工程によって製造される。
【００３６】
まず、図１９（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基板１を準備する。
次に、このＰ型シリコン基板１の表面に、熱酸化等の方法により、酸化膜９を形成すると、図１９（ｂ）のようになる。
【００３７】
次いで、図１９（ｃ）に示すように、Ｐ型シリコン基板１表面のセルパターンよりも外側に設けられたアライメントマーク部分の酸化膜９に、開口２０をフォトリソグラフィ等により設ける。
【００３８】
続いて、アルカリ性の水溶液を用いウエハを短時間エッチングすることにより、Ｐ型シリコン基板１のアライメントマーク部分が凹部形状にエッチングされ、図１９（ｄ）に示すようなアライメントマーク凹部２１付のウエハが得られる。
【００３９】
次に、裏面の酸化膜９を除去し、表面の酸化膜９に複数の開口１４をフォトリソグラフィ等により設けると、図１９（ｅ）のようになる。これらの複数の開口１４は、後に形成される島状のＰ+型領域４に対応するものである。このウエハにたとえば、不純物濃度が１×１０20ｃｍ-3程度のＰ+型不純物を拡散する。
【００４０】
その後、表面および側面の酸化膜９を除去すると、図１９（ｆ）に示すように、その表面にたとえばボロン拡散により複数個の島状のＰ+型領域４が形成され、ＢＳＦＲ型の場合は、裏面全面にわたりＰ+型領域３が形成されているウエハが得られる。
【００４１】
次いで、図１９（ｇ）に示すように、表面および側面にＮ型領域２を熱拡散等により形成する。島状のＰ+型領域４と裏面全面のＰ+型領域３の表面とには、ボロンガラスが残っており、これにより保護されるので、受光面側のＮ型領域２の中にＰ+型領域４の島が残る。
【００４２】
この島状のＰ+型領域４は、上記方法にて形成したアライメントマーク凹部２１を用いてフォトリソグラフィ等により、表電極グリッド間に形成される。アライメントマーク凹部２１がないと、島状のＰ+型領域４を表電極グリッド間に形成することは不可能であるため、図１９（ｃ）、（ｄ）に示す工程が必要となる。その後、反射防止膜８等を形成する。
【００４３】
このような太陽電池セルを図１２（ａ）に示すように、多数および並列に接続し、所望の電圧および電流にしたものを、通常の太陽電池モジュールＭとして使用する。上記構成の太陽電池セルに逆バイアス電圧が印加されると、受光面側の第２の導電型（たとえばＮ型）の領域と、この第２の導電型の領域に接して形成された高濃度の第１の導電型（たとえばＰ型）の領域とによるＰ+Ｎ接合部が逆バイアスされる。この部分は、第１の導電型の基板と第２の導電型の拡散層から形成されるＰＮ接合より、ツェナー降下によってブレイクダウンが発生しやすい。
【００４４】
比較的小さな逆バイアス電圧印加の状態において、この領域で逆方向電流を生じさせ、さらに逆バイアス電圧が高くなると、ツェナー降下に至らしめることによって、太陽電池本体に逆バイアス電圧が印加されることを防止することができる。以上を、等価回路で説明する。
【００４５】
図２０は、バイパス機能付太陽電池セルの等価回路図である。
図２０に示すように、ＮＰ接合からなる太陽電池に、ＮＰ+ダイオードが並列に接続された構造になる。逆バイアス電圧が印加されると、逆方向の漏れ電流が大きいＮＰ+ダイオードの電流が流れるので、太陽電池セルはブレイクダウンから保護される。島状のＰ+型領域４は、Ｐ型シリコン基板１よりは不純物濃度を高くして、島状のＰ+型領域４とＮ型領域２との間で形成されるＰＮ接合によって、ツェナー降下によりブレイクダウンが発生するような構造となっている。Ｐ+型領域４の不純物濃度は、ツェナー降下を発生させるためには１×１０18ｃｍ-3以上とすればよい。島状のＰ+型領域４の合計面積が大きくなると、太陽電池セルの出力が低下するので、ツェナーブレイクダウンが発生し、しかも太陽電池セルが破損しない範囲内で、Ｐ+型領域４の合計面積は、できるだけ小さくするように設計する必要がある。
【００４６】
なお、太陽電池セルに島状のバイパス用の領域を設けたものについては、特開平５−１１０１２１号公報や、特開平１０−１６３５１１号公報等がある。
【００４７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来型の無反射表面構造を有する高効率バイパス機能付太陽電池セルは、あまり逆方向電流が得られず、バイパス機能が得られにくいという問題点を有していた。無反射表面構造上に形成するバイパス機能を付加するためのＰ+型領域の面積を増加させることにより、逆方向電流は大きくなるが、その増加した分、受光面側のＮ型拡散領域が減少するため、太陽電池の出力は低下してしまう。よって、無反射表面構造上に形成するＰ+型領域の面積を変えずに、逆方向電流を大きくすることが課題であった。
【００４８】
また、従来型の無反射表面構造を有しないバイパス機能付太陽電池セルは、バイパス機能を有しない太陽電池セルと比較して、著しく製造プロセスが増加し、かつ、あまり逆方向電流が得られず、バイパス機能が得られにくいという問題点を有していた。
【００４９】
図１７に示すように、太陽電池セル裏面にたとえばＰ型拡散領域を有するＢＳＦＲ型や図示されないＰ型拡散領域を有しないＢＳＲ型の双方とも、Ｐ+型領域４をＮ電極グリッド間に形成するために、アライメントマーク部が必要不可欠である。そのため、そのアライメントマーク部を形成するためのフォトリソグラフィの工程が必要となり、バイパス機能のない太陽電池セルに比べ、製造プロセスは大幅に増加してしまう。
【００５０】
以上の問題に鑑み、本発明の目的は、無反射表面構造上に形成するＰ+型領域の面積を変えずに、逆方向電流を大きくするための無反射表面構造を有する高効率バイパス機能付太陽電池セルの構造と、その製造方法を提供することにある。
【００５２】
【課題を解決するための手段】
この発明による太陽電池セルは、第１の導電型を有する基板と、基板の受光面側に形成された第２の導電型を有する領域と、第２の導電型を有する領域に形成された電極と、基板および第２の導電型を有する領域の双方に接し、かつ電極と接触しないように配置された、基板より高濃度の領域とを含む太陽電池セルであって、基板は受光面側に無反射表面凹凸構造と平坦部とを有し、無反射表面凹凸構造は、複数の格子形状を有し、第１の部分と、その第１の部分の格子形状の大きさより小さい格子形状の第２の部分とからなり、基板より高濃度の領域は第１の部分に形成される。
【００５４】
好ましくは、無反射表面構造の第１および第２の部分は、異なる形状であるとよい。
【００５５】
好ましくは、無反射表面構造の第１および第２の部分の格子形状は、それぞれ異なる間隔で形成されているとよい。
【００５６】
好ましくは、無反射表面構造の第１の部分の格子形状の間隔は、第２の部分の格子形状の間隔より狭いとよい。
【００５７】
図３は、横軸の無反射表面構造の大きさと、縦軸の逆方向電流（ＩＲ）との相関を表わした図である。
【００５８】
図３を参照して、無反射表面構造の大きさを大きくすることにより、逆方向電流は大きくなることがわかる。したがって、バイパス機能を持たせるためのパターン形成を行なう領域部分の無反射表面構造を、その他の部分と比べ大きくすることにより、逆方向電流を増加させることができる。したがって、パターンの領域を増やさなくてもよいという利点がある。
【００５９】
このような構成においては、バイパス機能を持たせるためのパターン形成を行なう領域部分の格子形状が大きい無反射表面構造と、その他の部分の格子形状が小さい無反射表面構造との間の間隔とが、異なる大きさに設定されていてもよく、このとき、格子形状が小さい無反射表面構造間の間隔は、格子形状が大きい無反射表面構造間の間隔よりも広く設定されることが望ましい。
【００６０】
また、本発明による太陽電池セルの製造方法は、バイパス機能を持たせるためのパターン形成を行なう領域部分の無反射表面構造の格子形状を、その他の部分と異なる大きさに形成する太陽電池セルの製造方法であって、基板上に酸化膜を用いて、小さい格子形状からなる無反射表面構造の形成領域に位置するマスキングパターンの線幅の方が、大きい格子形状からなる無反射表面構造の形成領域に位置するマスキングパターンの線幅よりも大きいマスキングパターンを形成し、そのマスキングパターンをマスクとして基板をエッチングすることにより、基板にたとえば格子状の無反射表面構造を形成する。
【００６１】
以上のように、バイパス機能を持たせるためのパターン形成を行なう部分およびその周辺部の無反射表面構造の格子形状を、その他の部分に比べ大きくすることにより、従来の太陽電池セルに比べ、逆方向電流を大きくすることができることから、バイパス機能を持たせるためのパターンの領域を増やすことなく、逆方向電流が増加する。そのため、出力特性が良好でありながら、逆方向電流も大きい太陽電池セルを提供することができる。
【００６２】
この発明に関連する太陽電池セルは、第１の導電型を有する基板と、基板の受光面側に形成された第２の導電型を有する領域と、第２の導電型を有する領域に形成された電極と、基板および第２の導電型を有する領域の双方に接し、かつ電極と接触しないように配置された、基板より高濃度の領域とを含む太陽電池セルであって、基板の受光面側に形成された凹部にその基板より高濃度の領域が、形成されていることを特徴としている。
【００６３】
図１０は、横軸のエッチング加工時間と、縦軸の逆方向電流との相関を表わしたものである。
【００６４】
図１０を参照して、エッチング加工時間を長くすることにより、逆方向電流が大きくなることがわかる。このように、本発明に関連する太陽電池セルは、バイパス機能を持たせるためのパターン部分の面積が同一であっても、逆方向電流を増加させることができる。
【００６５】
また、この方法による太陽電池セルの製造方法は、パターニングした表面酸化膜の窓の部分をエッチングして凹部とした後、当該表面酸化膜を拡散マスクとして不純物を拡散することにより、高濃度の領域を形成することを特徴としている。
【００６６】
この発明に関連する太陽電池セルの製造方法は、バイパス機能を持たせるためのパターン形状を凹部に形成することを特徴とする太陽電池セルの製造方法であって、その凹部の加工をアルカリ性水溶液等にて実施し、加工時間を長くして凹部を深くすることにより、パターン部分の面積が同一であっても、逆方向電流を大きくすることができる。
【００６７】
また、この製造方法は、バイパス機能を持たせるためのパターン形状を凹部に形成するときに、アライメントマーク部をウエハ上に形成することができるため、フォトリソグラフィ工程の回数を減らすことができ、工程の削減による低コスト化も期待できる。
【００６８】
以上のように、バイパス機能を持たせるためのパターンを凹部に形成することにより、従来の太陽電池セルに比べ、生産性が向上することに加え、バイパス機能を持たせるためのパターンの領域を増やすことなく、逆方向電流が増加するため、出力特性が良好でありながら、逆方向電流も大きい太陽電池セルを提供することができる。
【００６９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による無反射表面構造を有するバイパス機能付高効率太陽電池セルの実施の形態の一例の斜視図である。
【００７０】
また、図２は、図１に示す太陽電池セルの上面図であり、本発明に係るバイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分の拡大図である。図２を参照して、バイパスダイオード機能を付加するための導電型領域１０が、無反射表面構造の中に形成されている。図１および図２は、それぞれ、従来例として先に説明した図１３および図１４に対応する。以下の説明において、従来と同一の部分は同一の符号で示す。
【００７１】
この実施の形態による太陽電池セルが従来のものと異なるところは、図１に示すように、受光面側に設けられた島状のＰ+型領域４が、他の部分と異なった大きさの格子形状からなる無反射表面構造上に形成されているところである。すなわち、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分の無反射表面構造１３ａの大きさが、他の部分１３ｂと比べ大きくなっている。
【００７２】
このように構成される本発明による太陽電池セルの製造工程および工程順序は、先に図１６（ａ）〜（ｅ）において説明した従来型と同一である。しかしながら、本発明による太陽電池セルは、無反射表面構造の大きさが異なるため、無反射表面構造の各格子形状間の間隔は変える方が望ましい。具体的には、小さい無反射表面構造の各格子形状間の間隔は、大きい無反射表面構造の各格子形状間の間隔よりも大きくなるように、設定することが必要である。以下、詳細に説明する。
【００７３】
図４および図５は、図１に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【００７４】
図４および図５は、図１５（ｆ）で示した工程でのシリコン基板１のエッチングにおいて、格子形状の大きさが異なる無反射表面構造（たとえば、図２の無反射表面構造１３ａおよび１３ｂ）を形成する場合の、エッチング前後の工程別断面図を示している。図４は、無反射表面構造１３ａおよび１３ｂの大きさによらず、無反射表面構造の各格子形状間がすべて同じ間隔ｄのものを形成する場合を示し、図５は無反射表面構造１３ａおよび１３ｂの大きさに応じて、無反射表面構造の各格子形状間の間隔ｄ1、およびｄ2を変える場合を示している。
【００７５】
まず、図４（ａ）に示す場合には、酸化膜層９により、無反射表面構造の各格子形状間の間隔ｄが同じ無反射表面形状パターンがシリコン基板１上に形成されている状態で、実線で示す部分までエッチングが進む。底が現れると、エッチングにより露出した基板１の（１１１）面は、（１００）面に比較してエッチング速度が遅いため、それまで同じだったエッチング速度が、下方向に比べ横方向へのエッチング速度が速くなるように変化する。そして、破線で示すピラミッドの頂点が形成できるまでエッチングを行なうが、その場合、小さい無反射表面構造１３ｂの横方向へのエッチングは、大きい無反射表面構造１３ａのエッチングが終了する頃には完全にオーバーエッチングとなる。そのため、小さい無反射表面構造１３ｂの頂点が欠落してしまう。その結果、酸化膜層９を除いたときには、図４（ｂ）に示すように、小さい無反射表面構造１３ｂは設計どおりの形状が形成できないため、若干出力が低下するとともに、外観不良をも引き起こしてしまう。
【００７６】
これに対して、図５（ａ）に示す場合には、酸化膜層９により無反射表面構造の各格子形状間の間隔ｄ1およびｄ2が異なる無反射表面形状パターンがシリコン基板１上に形成されている状態で、実線に示す部分までエッチングが進む。底が現れると、それまで同じだったエッチング速度が、下方向に比べ横方向へのエッチング速度が速くなるように変化する。そして、破線で示すピラミッドの頂点が形成できるまでエッチングを行なうが、その場合、小さい無反射表面構造１３ｂの酸化膜層９の各格子形状間の間隔ｄ2は、大きい無反射表面構造１３ａの酸化膜層９の各格子形状間の間隔ｄ1よりも大きい（ｄ1＜ｄ2）。そのため、大きい無反射表面構造１３ａのエッチングが終了するときには、小さい無反射表面構造１３ｂのエッチングも同時期に終了する。そのため、図４に示したように、無反射表面構造１３ｂの部分がオーバーエッチングされるようなことはない。その結果、酸化膜層９を除いたときには、図５（ｂ）に示すように、小さい無反射表面構造１３ｂも、設計どおりの構造が形成できることになる。
【００７７】
図６は、図１に示す本願発明の一実施形態の太陽電池セルの変形例を示す斜視図である。
【００７８】
また、図７は、図６に示す太陽電池セルの上面図である。
図６および図７を参照して、この太陽電池セルにおいては、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分の無反射表面構造１３ａが逆ピラミッド型であり、その他の部分の無反射表面構造１３ｃはＶ溝型になっている。この場合においても、導電型領域を設ける部分の無反射表面構造１３ａの大きさは、その他の部分の無反射表面構造１３ｃより大きく、上述の方法による無反射表面構造の各格子形状間の間隔を考慮した設計が必要であり、本発明の方法により得られるこのような無反射表面構造パターンを持つ太陽電池セルからも、同様の効果を得ることができる。
【００７９】
上述の方法から製造される無反射表面構造上にバイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける場合、具体的には、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分のみ、他の部分と比較して大きい無反射表面構造に形成する必要がある。これにより、島状Ｐ+型領域面積を増やすことなく、逆方向電流が増加するため、出力特性が良好でありながら、逆方向電流も大きい太陽電池セルを提供することができる。
【００８０】
図８は、本発明に関連して、無反射表面構造を有しないバイパス機能付太陽電池セルの一例を示す斜視図である。
【００８１】
また、図９は、図８に示す太陽電池セルの上面図であり、本発明に関連するバイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を設ける部分の拡大図である。図９を参照して、バイパスダイオード機能を付加するための導電型領域１０が、凹部に形成されている。図８および図９は、それぞれ従来例として先に説明した図１７および図１８に対応する。以下の説明において、従来と同一の部分は同一の符号で示す。
【００８２】
この太陽電池セルが従来のものと異なるところは、図８に示すように、受光面側に設けられた島状のＰ+型領域４が、他の部分と異なり、凹部に形成されているところである。
【００８３】
図１１は、図８に示すバイパス機能付太陽電池セルの製造工程を示す断面図である。この図１１は、従来例として先に説明した図１９に対応する。以下の説明において、従来と同一の部分は同一の符号で示す。
【００８４】
この太陽電池の製造工程が従来のものと異なるところは、図１１に示すように、フォトリソグラフィの回数を低減したところである。具体的には、従来の製造方法では、フォトリソグラフィを図１９（ｃ）と図１９（ｅ）にて実施している。図１９（ｃ）では、ウエハ上にアライメントマーク２０を形成し、図１９（ｅ）ではそのアライメントマークを用い、ガラスマスクの位置を合せて、島状Ｐ+型領域の開口１４を形成している。
【００８５】
これに対して、図１１に図解された製造工程は、図１１（ｃ）にてアライメントマーク２０と島状Ｐ+型領域の開口１４の形成を同時に実施するため、アライメントマークを用い、ガラスマスクの位置を合せて実施するフォトリソグラフィの回数を１回削減することが可能である。そのため、生産性の向上による低コスト化が期待できる。
【００８６】
また、アライメントマーク２０と島状Ｐ+型領域の開口１４の形成を同時に実施するため、図１１（ｄ）に示すように、島状Ｐ+型領域は凹部１９に形成されるが、図１０に示すように、島状Ｐ+型領域の開口部分のアルカリ性水溶液等によるエッチング加工時間を長くし、凹部の深さを増加させることにより、逆方向電流も増加する。このことから、島状Ｐ+型領域面積を増やすことなく、逆方向電流が増加する。そのため、出力特性が良好でありながら、逆方向電流も大きい太陽電池セルを提供することができる。
【００８７】
なお、説明の都合上、上述した各例はＰ型シリコン基板を用いた太陽電池セルについて述べたが、Ｎ型基板もしくはＧａＡｓ等シリコン単結晶以外の基板を用いた太陽電池セルに対しても、本発明は応用可能である。
【００８８】
また、上述した各例は、ＮＲＳ／ＢＳＦ型シリコン太陽電池セルの場合、またはＢＳＦＲ型シリコン太陽電池セルの場合について述べたが、ＮＲＳ／ＬＢＳＦ型シリコン太陽電池セルやＢＳＲ型シリコン太陽電池セルに対しても、本発明は応用可能である。
【００８９】
さらに、上述した各例は、バイパス機能を持たせるためのパターンが円形で、表電極グリットの中央に形成される場合について述べたが、パターンが円形でない場合や、表電極グリットの中央に形成しない場合に関しても、本発明は応用可能である。
【００９０】
また、基板の違いによって、シリコン上の無反射表面構造の形成方向は変更可能であるが、本発明は、無反射表面構造の形成方向がどのような向きであっても、応用可能である。
【００９１】
さらに、上述した各例は、逆ピラミッド型について述べたが、Ｖ溝型、正ピラミッド型等の他の無反射表面構造に対しても、本発明は応用可能であり、かつ、組合せについても、上述した例では、逆ピラミッド型とＶ溝型との組合せのみについて述べたが、他の無反射表面構造の組合せに対しても、本発明は応用可能である。
【００９２】
また、本発明は、宇宙用太陽電池にも、地上用太陽電池にも適用可能である。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、逆バイアス電圧によって短絡破壊が起こりにくい、従来品と比べて性能のよい太陽電池セルを、低コストで製造することができる。特に、保守の困難な、たとえば宇宙用太陽電池アレイのような場合、逆バイアス電圧に対する保護に著しい効果を発揮し、ひいてはアレイ全体の信頼性を向上させることができる。
【００９４】
また、本発明によれば、外付ダイオードを必要としないため、太陽電池セルの製造コストを低下させることができる。
【００９５】
さらに、本発明によれば、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を形成する部分の無反射表面構造の大きさを、それ以外の部分と比べて大きくすることにより、導電型領域の面積を増加させなくても、逆方向電流を多く流すことができる。その結果、従来型のバイパス機能付高効率太陽電池セルと比べ、デバイス特性の向上が期待できる。
【００９６】
なお、本発明に関連して、受光面側に無反射表面構造がない太陽電池セルの場合は、バイパスダイオードの機能を付加するための導電型領域を形成する部分を、エッチングにより凹部に形成することにより、従来セルの場合と比べて、工程の短縮が可能となり、低コスト化を実現することができる。また、凹部の深さを増加させることにより、導電型領域の面積を増加させなくても、逆方向電流を多く流すことができる。その結果、従来型のバイパス機能付太陽電池セルと比べて、デバイス特性の向上も期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る無反射表面構造を有するバイパス機能付高効率太陽電池セルの実施の形態の一例の斜視図である。
【図２】  図１に示す太陽電池セルの上面図である。
【図３】  無反射表面構造の大きさと逆方向電流との相関を表わした図である。
【図４】  図１に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図５】  図１に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図６】  図１に示す太陽電池セルの変形例を示す斜視図である。
【図７】  図６に示す太陽電池セルの上面図である。
【図８】  本発明に関連して、無反射表面構造を有しないバイパス機能付太陽電池セルの一例を示す斜視図である。
【図９】  図８に示す太陽電池セルの上面図である。
【図１０】  エッチング加工時間と逆方向電流との相関を表わした図である。
【図１１】  図８に示す太陽電池セルの製造工程を示す断面図である。
【図１２】  従来の太陽電池モジュールの構成を示す図である。
【図１３】  従来の太陽電池セルの一例の構造を示す斜視図である。
【図１４】  図１３に示す太陽電池セルの上面図である。
【図１５】  図１３に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図１６】  図１３に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図１７】  従来の太陽電池セルの他の例の構造を示す斜視図である。
【図１８】  図１７に示す太陽電池セルの上面図である。
【図１９】  図１７に示す太陽電池セルの製造方法を説明するための断面図である。
【図２０】  バイパス機能付太陽電池セルの等価回路図である。
【符号の説明】
１  Ｐ型シリコン基板、２  Ｎ型領域、３  Ｐ+型領域、４  Ｐ+型領域、５  酸化膜、６  Ｐ電極、７  Ｎ電極、８  反射防止膜、９  酸化膜、１０  Ｐ+型拡散領域用円形領域、１１  影になったサブモジュール、１２  サブモジュール群、１３  無反射表面構造、１４  島状Ｐ+型拡散領域用開口、１５  レジスト、１９  Ｐ+型拡散領域用凹部、２０  アライメントマーク部分の開口、２１  アライメントマーク凹部。
【図１】
0003732993.tif 000002
【図２】
0003732993.tif 000003
【図３】
0003732993.tif 000004
【図４】
0003732993.tif 000005
【図５】
0003732993.tif 000006
【図６】
0003732993.tif 000007
【図７】
0003732993.tif 000008
【図８】
0003732993.tif 000009
【図９】
0003732993.tif 000010
【図１０】
0003732993.tif 000011
【図１１】
0003732993.tif 000012
【図１２】
0003732993.tif 000013
【図１３】
0003732993.tif 000014
【図１４】
0003732993.tif 000015
【図１５】
0003732993.tif 000016
【図１６】
0003732993.tif 000017
【図１７】
0003732993.tif 000018
【図１８】
0003732993.tif 000019
【図１９】
0003732993.tif 000020
【図２０】
0003732993.tif 000021