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JP2997366B2 - 太陽電池素子 - Google Patents
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JP2997366B2 - 太陽電池素子 - Google Patents

太陽電池素子

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JP2997366B2
JP2997366B2 JP4138427A JP13842792A JP2997366B2 JP 2997366 B2 JP2997366 B2 JP 2997366B2 JP 4138427 A JP4138427 A JP 4138427A JP 13842792 A JP13842792 A JP 13842792A JP 2997366 B2 JP2997366 B2 JP 2997366B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10F10/00Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547Monocrystalline silicon PV cells

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  • Photovoltaic Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池素子に関し、特
にシリコン基板の裏面側のみに電極を形成した太陽電池
素子に関する。
【0002】
【従来の技術およびその問題点】太陽電池素子は、図3
に示すように、p型シリコン基板31内の一主面側にn
+ 領域32を形成してp−n接合部を形成し、このシリ
コン基板31の一主面側のn+ 領域32上と他の主面側
にそれぞれ電極33、34を形成したものが一般的であ
る。なお、図3中、35は反射防止膜である。ところ
が、このような太陽電池素子では、受光面側に電極33
があるために、この受光面側電極33によって入射光が
遮られて影によるロスが発生するとともに、この受光面
側電極33部や受光面側高濃度層32部分でキャリヤの
再結合損失が発生するという問題がある。
【0003】そこで、受光面側の光影面積を減少させる
とともに受光面側電極部でのキャリヤの再結合を抑制す
るために、図4に示すように、全ての電極をシリコン基
板41の裏面側に配置した太陽電池素子も提案されてい
る。すなわち、p型シリコン基板41の一主面側には凹
凸部42と反射防止膜43だけを形成して、シリコン基
板41内の他の主面側にn+ 領域44とp+ 領域45を
形成し、このn+ 領域44部分とp+ 領域45部分と点
状に接触する電極46、47をそれぞれ形成したもので
ある。このように構成すると、シリコン基板41の受光
面側には電極がないことから光影面積はゼロになり、ま
た電極との接触面積を減少させることでキャリヤの再結
合も抑制できるようになる。
【0004】ところが、この太陽電池素子では、シリコ
ン基板41の比抵抗が大きいと太陽電池素子を形成した
場合に直列抵抗が増大するとともに、表面再結合の影響
を大きく受け、効率が大きく低下するという問題があ
る。
【0005】そこで、図5に示すように、p型シリコン
基板51内に多数の貫通孔52を形成するとともに、こ
のシリコン基板51の受光面側と貫通孔52内にn+
域53を連続して形成し、裏面側のp+ 領域54と貫通
孔部分の裏面側のn+ 領域55部分にそれぞれ電極5
6、57を形成することによってシリコン基板51の受
光面側の光影面積を減少させるようにした太陽電池素子
も提案されている(例えば特開平1−51282号公報
参照)。このような貫通孔52は、例えばYAGレーザ
などによって形成されるが、シリコン基板51にYAG
レーザをスポット的に照射して貫通孔52を形成するの
は、煩雑で時間を要し、太陽電池素子が非常に高コスト
になるとともに、これらの貫通孔52の近傍にn+ 領域
を正確に形成するのが困難であり、製造歩留りも低下す
るという問題があった。なお、図5中、58はp型シリ
コン基板の受光面側に形成された反射防止膜である。
【0006】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みて成されたものであり、光影面積による効率低下を
防止するとともに、キャリヤの再結合損失を防止した低
コストで高効率な太陽電池素子を提供することを目的と
するものである。
【0007】
【発明の構成】本発明によれば、受光面側に凹凸部を有
するp型シリコン基板内にライン状の貫通孔を設けると
ともに、このシリコン基板裏面側の前記貫通孔近傍にn
+ 領域を設け、このシリコン基板の受光面側から貫通孔
部分を経由して前記n+ 領域に繋がる電子の伝導領域を
前記シリコン基板内に設け、このシリコン基板の受光面
側と前記貫通孔内にパシベーション膜および反射防止膜
を設け、このシリコン基板裏面側の前記n+ 領域が形成
された部分以外の部分にp+ 領域を設け、前記n+ 領域
とp+ 領域上に電極を形成して成る太陽電池素子が提供
され、そのことにより上記目的が達成される。
【0008】
【作用】上記のようにシリコン基板の受光面側には電極
が存在しないことから、光影損失とキャリヤの再結合損
失が減少する。さらに、シリコン基板の受光面側に凹凸
部を形成するとともに、シリコン基板内にライン状の貫
通孔を形成することによって、シリコン基板の表面積を
増大し、また貫通孔を形成するための時間が著しく低減
されてこの貫通孔とこの貫通孔の周辺のn+ 領域の形成
が容易になる。したがって、高効率の太陽電池素子を低
コストで製造歩留りを低下させることなく製造できるよ
うになる。
【0009】
【実施例】以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明
する。図1は、本発明に係る太陽電池素子の一実施例を
示す斜視図であり、1は全体としてp型シリコン基板を
示す。
【0010】前記シリコン基板1は、例えばボロンなど
のp型不純物を含有させた0.4〜10Ω・cm程度の
比抵抗を有する厚み50〜200μm程度のシリコン基
板で構成される。このシリコン基板1は、引き上げ法な
どによって形成した単結晶シリコン基板でもよく、また
鋳造法などによって形成した多結晶シリコン基板でもよ
い。
【0011】前記シリコン基板1内には、ライン状の貫
通孔1aが形成されている。この貫通孔1aは、シリコ
ン基板1の表面積(受光面積)を増大させるとともに、
後述する少数キャリア(電子)をシリコン基板1の裏面
側に導くために形成される。このライン状の貫通孔1a
は、幅が30〜100μm程度で、長さがシリコン基板
1の両端部を残した長さに形成される。なお、この貫通
孔1aは、シリコン基板1の端部近傍から他の端部近傍
へ連続して形成する場合に限らず、断続的に形成しても
よい。また、この貫通孔1aは、シリコン基板1の表面
に対して垂直に形成する場合に限らず、シリコン基板1
の表面に対して一定の角度を持たせて形成することによ
り、入射光をシリコン基板1内に効率良く取り入れるよ
うにしてもよい。
【0012】前記シリコン基板1の受光面側には、テキ
スチャー処理によるピラミッド状凹凸部1bが形成され
ている。このピラミッド状凹凸部1bは、シリコン基板
1の表面での照射光の反射ロスを低減させるために形成
される。なお、ピラミッド状凹凸部に限らず、V字溝な
どを多数形成するようにしてもよい。シリコン基板1の
表面にV字溝を形成する場合は、フォトリソグラフィー
技術により水酸化ナトリウム溶液などで形成される。な
お、図1において、3はn+ 領域の電極、4はp+ 領域
の電極である。
【0013】図2は、本発明に係る太陽電池素子の部分
断面図である。前記シリコン基板1内には、ライン状の
貫通孔1aが傾斜して形成されている。このシリコン基
板1の裏面側の貫通孔1aの近傍には、選択的にn+
域5が形成されている。このn+ 領域5は、リン(P)
や砒素(As)などの半導体用不純物を高濃度に含有し
ている。また、シリコン基板1の裏面側のn+ 領域5が
形成された部分以外の部分には、n+ 領域5部分から適
当な距離を隔ててBSF(裏面電界)層となるp+ 領域
6が形成されている。このp+ 領域6は、アルミニウム
元素などを高濃度に含有させて形成される。
【0014】前記シリコン基板1の受光面側および貫通
孔1a部分のシリコン基板1内には、電子の伝導領域7
などが形成される。この電子の伝導領域7は、n層、ヘ
テロ接合層、あるいは反転層などで構成され、裏面側に
形成されたn+ 領域5に接続されるように形成される。
すなわち、表面近傍で発生した電子・正孔を効率良く分
離し、シリコン基板1の表面へ導かれた電子をシリコン
基板1の裏面側に形成されたn+ 領域5へ導くためであ
る。電子の伝導領域7をn層で構成する場合は、シリコ
ン基板1の表面部分に、リン(P)や砒素(As)など
のn型半導体不純物を拡散すればよい。また、電子の伝
導領域7をヘテロ接合層で構成する場合は、例えばアモ
ルファスシリコンカーバイド層などをシリコン基板1の
表面に形成すればよい。さらに、電子の伝導領域7を反
転層で構成する場合は、シリコン基板1の表面に例えば
電荷密度が3×1011〜2×1013cm-2程度の窒化シ
リコン膜などで電子引付層8を形成すればよい。なお、
電子の伝導領域7をn層やヘテロ接合層で形成する場合
は、この電子引付層8は必ずしも必要ではない。
【0015】なお、前記シリコン基板1の貫通孔1a内
を含む表面側には酸化シリコン(SiOX )膜などから
成るパシベーション膜2が厚み50Å程度に形成されて
いる。また、図2中、9はフッ化マグネシウム層などか
ら成る反射防止膜である。さらに、シリコン基板1の裏
面側に形成されたn+ 領域5上には、n+ 領域5と点状
に接触するAlなどから成る電極3、およびp+ 領域6
と点状に接触するAlなどから成る電極4がそれぞれ形
成されている。なお、n+ 領域5の電極3とp+ 領域6
の電極4とは、シリコン基板1の裏面側の対向部でそれ
ぞれ合流するように櫛歯状に形成すればよい。また、こ
のn+ 領域5の電極3とp+ 領域6の電極4とは、BS
R(裏面側反射防止層)を兼ねるものである。
【0016】上述のような太陽電池素子において、電子
の伝導領域7を反転層で構成する場合は、次のような工
程で形成される。まず、p型シリコン基板1をHClな
どで清浄化する。次に、10μm程度に絞られたYAG
レーザなどを用いてライン状の貫通孔1aを傾斜して形
成する。次に、ダメージ層を除去するために、弗酸・硝
酸の混合液などを用いてシリコン基板1の表面を軽くエ
ッチングする。次に、シリコン基板1の受光面側に、ピ
ラミッド状の凹凸部1bを形成する。このピラミッド状
凹凸部1bは、水酸化ナトリウム溶液などを用いたテキ
スチャー処理により形成される。次に、受光面と貫通孔
のn領域、裏面のn+ 領域、およびp+領域をイオン注
入法または熱拡散法により形成する。次に、酸化シリコ
ン膜などから成るパシベーション膜2をプラズマCVD
法あるいは熱酸化法により形成して、裏面側の所定部分
(n+ 領域とp+ 領域の電極を形成する部分)をエッチ
ング除去する。次に、n+ 領域5およびp+ 領域6上に
Alなどから成る電極3、4をスクリーン印刷法または
蒸着法により形成する。最後に、窒化シリコン膜などか
ら成る電子引付層8とフッ化マグネシウム膜などから成
る反射防止膜9をプラズマCVD法などで形成すること
により完成する。
【0017】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る太陽電池素
子では、受光面側に凹凸部を有するp型シリコン基板内
にライン状の貫通孔を設けるとともに、このシリコン基
板裏面側の前記貫通孔近傍にn+ 領域を設け、このシリ
コン基板の受光面側から貫通孔部分を経由して前記n+
領域に繋がる電子の伝導領域を前記シリコン基板内に設
け、このシリコン基板の受光面側と前記貫通孔内にパシ
ベーション膜および反射防止膜を設け、このシリコン基
板裏面側の前記n+ 領域が形成された部分以外の部分に
+ 領域を設け、前記n+ 領域とp+ 領域上に電極を形
成して成ることから、シリコン基板の受光面側には電極
がなく、電極近傍でのキャリアの再結合損失が無くなる
とともに、シリコン基板の受光面側には、電子の伝導領
域が存在するので、効果的に集電ができ、従来の構成に
比較して安価に電圧・電流特性を向上させることができ
る。また、貫通孔をライン状にしたことから、この貫通
孔を形成するための時間が著しく低減され、この貫通孔
とこの貫通孔の周辺のn+ 領域の形成が容易になる。し
たがって、高効率の太陽電池素子を低コストで製造歩留
りを低下させることなく製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽電池素子の一実施例を示す斜
視図である。
【図2】本発明に係る太陽電池素子の断面図である。
【図3】従来の太陽電池素子を示す図である。
【図4】従来の他の太陽電池素子を示す図である。
【図5】従来のその他の太陽電池素子を示す図である。
【符号の説明】
1・・・p型シリコン基板、1a・・・貫通孔、1b・
・・凹凸部、2・・・パシベーション膜、3・・・n+
領域の電極、4・・・p+ 領域の電極、5・・・n+
域、6・・・p+ 領域、7・・・電子の伝導領域、9・
・・反射防止膜。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光面側に凹凸部を有するp型シリコン
    基板内にライン状の貫通孔を設けるとともに、このシリ
    コン基板裏面側の前記貫通孔近傍にn+ 領域を設け、こ
    のシリコン基板の受光面側から貫通孔部分を経由して前
    記n+ 領域に繋がる電子の伝導領域を前記シリコン基板
    内に設け、このシリコン基板の受光面側と前記貫通孔内
    にパシベーション膜および反射防止膜を設け、このシリ
    コン基板裏面側の前記n+ 領域が形成された部分以外の
    部分にp+ 領域を設け、前記n+領域とp+ 領域上に電
    極を形成して成る太陽電池素子。
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