JPH0521821A - 光電変換装置 - Google Patents
光電変換装置Info
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- JPH0521821A JPH0521821A JP3175019A JP17501991A JPH0521821A JP H0521821 A JPH0521821 A JP H0521821A JP 3175019 A JP3175019 A JP 3175019A JP 17501991 A JP17501991 A JP 17501991A JP H0521821 A JPH0521821 A JP H0521821A
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- silicon oxide
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- photoelectric conversion
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 光発生キャリアの表面再結合と光発生キャリ
アの集電に伴う抵抗を低減し、高効率化を図る。 【構成】 Ｎ型拡散層１上に約１０〜２０Åの厚さのシ
リコン酸化膜２を形成し、該シリコン酸化膜２上にフッ
素をドープした低抵抗のＳｎＯ2膜３を形成し、該Ｓｎ
Ｏ2膜３上にＡｇ表面電極５を形成する。
アの集電に伴う抵抗を低減し、高効率化を図る。 【構成】 Ｎ型拡散層１上に約１０〜２０Åの厚さのシ
リコン酸化膜２を形成し、該シリコン酸化膜２上にフッ
素をドープした低抵抗のＳｎＯ2膜３を形成し、該Ｓｎ
Ｏ2膜３上にＡｇ表面電極５を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は変換効率を高くするため
の光電変換装置の構造に関し、特にシリコン結晶太陽電
池に適用するとその効果は大である。
の光電変換装置の構造に関し、特にシリコン結晶太陽電
池に適用するとその効果は大である。
【０００２】
【従来の技術】従来のシリコン結晶太陽電池は、図５に
示すようにＰ型半導体基板１０に熱拡散あるいはイオン
インプランテーションによりＮ型拡散層１が形成されて
ＰＮ接合が作られ、裏面に特性向上のためのＢＳＦ層４
が形成され、さらに、受光面側にＮ型拡散層１表面での
未結合手の存在などによる少数キャリアの表面再結合低
減を目的とするシリコン酸化膜２が形成された構造とな
っている。通常、このシリコン酸化膜２は数十〜２００
Å程度の膜厚であり、この上にＴｉＯ2等の反射防止膜
６がＣＶＤあるいは蒸着により形成される。
示すようにＰ型半導体基板１０に熱拡散あるいはイオン
インプランテーションによりＮ型拡散層１が形成されて
ＰＮ接合が作られ、裏面に特性向上のためのＢＳＦ層４
が形成され、さらに、受光面側にＮ型拡散層１表面での
未結合手の存在などによる少数キャリアの表面再結合低
減を目的とするシリコン酸化膜２が形成された構造とな
っている。通常、このシリコン酸化膜２は数十〜２００
Å程度の膜厚であり、この上にＴｉＯ2等の反射防止膜
６がＣＶＤあるいは蒸着により形成される。
【０００３】さらに、光照射で生成された少数キャリア
を電流として取り出す表面電極５が、Ａｇペーストの印
刷・焼成により上記反射防止膜６、シリコン酸化膜２を
貫通してＮ型拡散層１と接触する焼成貫通型の電極とし
て形成される。
を電流として取り出す表面電極５が、Ａｇペーストの印
刷・焼成により上記反射防止膜６、シリコン酸化膜２を
貫通してＮ型拡散層１と接触する焼成貫通型の電極とし
て形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】太陽電池の変換効率を
高めるためには、光発生電流による直列抵抗損失を小さ
くする必要がある。直列抵抗損失には、例えば表面電極
５自体の抵抗によるもの、基板（１，１０）の抵抗によ
るもの等の他に、少数キャリアが表面電極５に到達する
までにＮ型拡散層１を横切る際の抵抗によるものがあ
り、これによる損失が特に大きい。
高めるためには、光発生電流による直列抵抗損失を小さ
くする必要がある。直列抵抗損失には、例えば表面電極
５自体の抵抗によるもの、基板（１，１０）の抵抗によ
るもの等の他に、少数キャリアが表面電極５に到達する
までにＮ型拡散層１を横切る際の抵抗によるものがあ
り、これによる損失が特に大きい。
【０００５】そこで、上記Ｎ型拡散層１を横切る際の抵
抗を低減する手段として、（１） 極微細（幅の狭い）
な表面電極５を多数本形成して少数キャリア生成部から
取り出し部までの距離を短くする方法、（２） Ｎ型拡
散層１の抵抗を下げるために表面不純物濃度を高く、か
つ接合深さを大きくする方法、等がある。
抗を低減する手段として、（１） 極微細（幅の狭い）
な表面電極５を多数本形成して少数キャリア生成部から
取り出し部までの距離を短くする方法、（２） Ｎ型拡
散層１の抵抗を下げるために表面不純物濃度を高く、か
つ接合深さを大きくする方法、等がある。
【０００６】しかしながら、（１）の方法では、例えば
金属ペーストの印刷性からその線幅は８０〜１００μｍ
程度が限界であり、また電極占有率を上げると光の入射
面積を小さくしてしまうといった問題がある。
金属ペーストの印刷性からその線幅は８０〜１００μｍ
程度が限界であり、また電極占有率を上げると光の入射
面積を小さくしてしまうといった問題がある。
【０００７】また、（２）の方法では、Ｎ型拡散層１内
の少数キャリアの再結合を増すという問題があり、現状
では表面不純物濃度５×１０19〜１×１０20ｃｍ-3，接
合深さ０．３μｍ，拡散層面抵抗５０Ω／□が限度であ
る。
の少数キャリアの再結合を増すという問題があり、現状
では表面不純物濃度５×１０19〜１×１０20ｃｍ-3，接
合深さ０．３μｍ，拡散層面抵抗５０Ω／□が限度であ
る。
【０００８】他方、シリコン酸化膜２の形成に際して
は、その効果を上げるために表面不純物濃度を下げるこ
とが必要であり、また表面再結合速度が無限大となる表
面電極５接続部の占有率を下げる必要がある。これらは
上記（１），（２）の方法と相反するものである。
は、その効果を上げるために表面不純物濃度を下げるこ
とが必要であり、また表面再結合速度が無限大となる表
面電極５接続部の占有率を下げる必要がある。これらは
上記（１），（２）の方法と相反するものである。
【０００９】以上に鑑み本発明は、シリコン酸化膜形成
による光電変換装置の表面再結合低減の効果を大きく保
ったままで、光発生キャリアが表面電極に到達するまで
の抵抗を低減することを可能とする構造を創出すること
により、光電変換効率の大きな光電変換装置を提供する
ことを目的とする。
による光電変換装置の表面再結合低減の効果を大きく保
ったままで、光発生キャリアが表面電極に到達するまで
の抵抗を低減することを可能とする構造を創出すること
により、光電変換効率の大きな光電変換装置を提供する
ことを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の光電変換装置
は、光電変換部である半導体層の受光面側表面にシリコ
ン酸化膜が形成され、該シリコン酸化膜上に透明導電膜
が形成されていることを特徴とする。
は、光電変換部である半導体層の受光面側表面にシリコ
ン酸化膜が形成され、該シリコン酸化膜上に透明導電膜
が形成されていることを特徴とする。
【００１１】上記シリコン酸化膜は、光発生キャリアが
トンネルしやすいように薄いほうが良い。
トンネルしやすいように薄いほうが良い。
【００１２】上記透明導電膜は抵抗が低いほど良く、例
えばドープしたＳｎＯ2膜が良い。
えばドープしたＳｎＯ2膜が良い。
【００１３】
【作用】本発明の光電変換装置では、半導体層内に入射
した光により発生した少数キャリアは、半導体層内を横
方向に移動することなく、すみやかにシリコン酸化膜を
トンネル効果により通過して透明導電膜に到達し、該透
明導電膜により直接、またはさらに透明導電膜上に形成
される表面電極により集電される。
した光により発生した少数キャリアは、半導体層内を横
方向に移動することなく、すみやかにシリコン酸化膜を
トンネル効果により通過して透明導電膜に到達し、該透
明導電膜により直接、またはさらに透明導電膜上に形成
される表面電極により集電される。
【００１４】
【実施例】図１は、本発明の実施例であるシリコン結晶
太陽電池の構造図である。まず、同図を参照して本実施
例太陽電池をその製造工程に沿って説明する。
太陽電池の構造図である。まず、同図を参照して本実施
例太陽電池をその製造工程に沿って説明する。
【００１５】まず、Ｐ型シリコン基板１０の表面洗浄
後、破砕層除去のため化学エッチングを施し、Ｎ型拡散
層１の形成のため、Ｖ族のドーパントを含む気相中（こ
こではＰＯＣｌ3を用いた）において７５０〜８００℃
で熱拡散を行い、１〜３×１０19ｃｍ-3の不純物濃度で
接合深さが０．２〜０．３μｍの拡散層１を形成する。
面抵抗値は１００〜１２０Ω／□に設定した。
後、破砕層除去のため化学エッチングを施し、Ｎ型拡散
層１の形成のため、Ｖ族のドーパントを含む気相中（こ
こではＰＯＣｌ3を用いた）において７５０〜８００℃
で熱拡散を行い、１〜３×１０19ｃｍ-3の不純物濃度で
接合深さが０．２〜０．３μｍの拡散層１を形成する。
面抵抗値は１００〜１２０Ω／□に設定した。
【００１６】次に、表面パッシベーションを兼ねるシリ
コン酸化膜２を熱酸化法により形成する。条件は酸素雰
囲気中、８００℃前後とし、約１０〜２０Åの厚さで形
成した。
コン酸化膜２を熱酸化法により形成する。条件は酸素雰
囲気中、８００℃前後とし、約１０〜２０Åの厚さで形
成した。
【００１７】続いて、熱ＣＶＤ法により低抵抗のＳｎＯ
2膜３を形成する。ＳｎＯ2膜３の抵抗を下げるには、ソ
ース材料としてテトラメチルスズ（ＴＭＴ，（ＣＨ3）4
Ｓｎ）、ドーパント材料としてフッ素を含んだＣＦ3Ｂ
ｒガスを用いるのが良い。そしてこれらのガスは、下記
表１に示すようにして導入した。
2膜３を形成する。ＳｎＯ2膜３の抵抗を下げるには、ソ
ース材料としてテトラメチルスズ（ＴＭＴ，（ＣＨ3）4
Ｓｎ）、ドーパント材料としてフッ素を含んだＣＦ3Ｂ
ｒガスを用いるのが良い。そしてこれらのガスは、下記
表１に示すようにして導入した。
【００１８】
【表１】
【００１９】尚、流量比（ＣＦ3Ｂｒ／（（ＣＨ3）4Ｓ
ｎ＋ＣＦ3Ｂｒ））は約０．７以上が良く、この流量比
で安定に低抵抗膜が得られた。
ｎ＋ＣＦ3Ｂｒ））は約０．７以上が良く、この流量比
で安定に低抵抗膜が得られた。
【００２０】図２は、ＳｎＯ2膜３の抵抗率と熱ＣＶＤ
時の基板温度との関係を示す図である。この図から、約
５００℃以上の基板温度で抵抗率が特に小さくなり、約
５×１０-4Ω・ｃｍとなることが判る。
時の基板温度との関係を示す図である。この図から、約
５００℃以上の基板温度で抵抗率が特に小さくなり、約
５×１０-4Ω・ｃｍとなることが判る。
【００２１】また、ＳｎＯ2膜は、屈折率が１．９〜
２．０でシリコン系で用いられる反射防止膜として優れ
た材料の１つである。下記表２に、ＳｎＯ2膜３につい
ての反射防止膜として用いる場合に適する膜厚とその膜
厚での面抵抗の関係を示す。本実施例では、ＳｎＯ2膜
３の厚さを２１７０Åとした。
２．０でシリコン系で用いられる反射防止膜として優れ
た材料の１つである。下記表２に、ＳｎＯ2膜３につい
ての反射防止膜として用いる場合に適する膜厚とその膜
厚での面抵抗の関係を示す。本実施例では、ＳｎＯ2膜
３の厚さを２１７０Åとした。
【００２２】
【表２】
【００２３】尚、参考のため膜厚と面抵抗値との関係を
図３に示す。
図３に示す。
【００２４】しかる後、裏面側の不要なＮ型拡散層を化
学的に除去し、バルク側で吸収される長波長光の収集効
率を改善するためのＢＳＦ層４を形成する。ＢＳＦ層４
はＡｌペースト７の印刷後、酸化性雰囲気中７００℃で
焼成して形成した。
学的に除去し、バルク側で吸収される長波長光の収集効
率を改善するためのＢＳＦ層４を形成する。ＢＳＦ層４
はＡｌペースト７の印刷後、酸化性雰囲気中７００℃で
焼成して形成した。
【００２５】そして最後に、表面電極５をＡｇを主成分
とする下記表３に示すペーストを印刷、５８０℃で焼成
して形成する。
とする下記表３に示すペーストを印刷、５８０℃で焼成
して形成する。
【００２６】
【表３】
【００２７】このＡｇペーストはＳｉＯ2膜２に対して
は５２０℃以上の温度で容易に貫通するが、ＳｎＯ2膜
３に対しては８００℃以上でないと貫通しないものであ
る。従って、受光面側の金属電極は直接シリコン表面と
接触しない。
は５２０℃以上の温度で容易に貫通するが、ＳｎＯ2膜
３に対しては８００℃以上でないと貫通しないものであ
る。従って、受光面側の金属電極は直接シリコン表面と
接触しない。
【００２８】本実施例の太陽電池は以上の構成であるた
めに、以下の長所を有する。 （１） 受光面電極５がＮ型拡散層１表面と直接接触し
ていないので、少数キャリアの再結合速度が無限大とな
る（オーミック接触）領域が拡散層上に存在しない。
めに、以下の長所を有する。 （１） 受光面電極５がＮ型拡散層１表面と直接接触し
ていないので、少数キャリアの再結合速度が無限大とな
る（オーミック接触）領域が拡散層上に存在しない。
【００２９】（２） ＳｎＯ2膜は極めて低抵抗（例え
ば５×１０-4Ωｃｍ）にできるため、低抵抗のＳｎＯ2
膜を設けることによりＮ型拡散層１の面抵抗を上げるこ
とが可能となり、Ｎ型拡散層１の表面不純物濃度（ある
いはドナー濃度）を下げることができる。
ば５×１０-4Ωｃｍ）にできるため、低抵抗のＳｎＯ2
膜を設けることによりＮ型拡散層１の面抵抗を上げるこ
とが可能となり、Ｎ型拡散層１の表面不純物濃度（ある
いはドナー濃度）を下げることができる。
【００３０】（３） ＳｎＯ2膜３の面抵抗が低いた
め、発生電流の直列抵抗損失を低減できる、等の長所を
有し、これらの結果、シリコン酸化膜２によるパッシベ
ーション効果が増大するとともに、素子の曲線因子が向
上する。
め、発生電流の直列抵抗損失を低減できる、等の長所を
有し、これらの結果、シリコン酸化膜２によるパッシベ
ーション効果が増大するとともに、素子の曲線因子が向
上する。
【００３１】（４） ＳｎＯ2膜が非常に低抵抗である
ことから、受光面電極占有率を低減することができ、本
実施例では４％にまで低減できた。
ことから、受光面電極占有率を低減することができ、本
実施例では４％にまで低減できた。
【００３２】下記表４にＣＺ単結晶基板を用いて作製し
た本実施例太陽電池の具体的特性を前記図５に示した従
来の太陽電池の特性とあわせて下記表４に示す。
た本実施例太陽電池の具体的特性を前記図５に示した従
来の太陽電池の特性とあわせて下記表４に示す。
【００３３】
【表４】
【００３４】表４より図５に示した従来の太陽電池と比
較して本実施例の太陽電池では、（１） シリコン酸化
膜２の効果向上による短絡電流密度の増加、（２） 表
面電極５が直接Ｎ型拡散層１表面と接触せず、再結合速
度が無限大となる領域がなくなったことによる開放電圧
の向上、（３） ＳｎＯ2膜３の透明導電膜を適用した
ことによる直列抵抗低減に伴う曲線因子（ＦＦ）の向上
がみられる。また、電極占有率を低減できたことによ
り、直接光電変換に寄与する活性領域が増加し、それに
伴う光発生電流の増加もみられる。
較して本実施例の太陽電池では、（１） シリコン酸化
膜２の効果向上による短絡電流密度の増加、（２） 表
面電極５が直接Ｎ型拡散層１表面と接触せず、再結合速
度が無限大となる領域がなくなったことによる開放電圧
の向上、（３） ＳｎＯ2膜３の透明導電膜を適用した
ことによる直列抵抗低減に伴う曲線因子（ＦＦ）の向上
がみられる。また、電極占有率を低減できたことによ
り、直接光電変換に寄与する活性領域が増加し、それに
伴う光発生電流の増加もみられる。
【００３５】図４に上記実施例と従来の太陽電池の分光
感度特性を示す。全波長領域、特に短波長領域における
感度が改善されていることが判る。
感度特性を示す。全波長領域、特に短波長領域における
感度が改善されていることが判る。
【００３６】尚、上記実施例では表面電極５を設けた
が、小面積の光電変換装置の場合には、光発生電流が小
さいので、電流取り出し用の受光面金属電極をなくすこ
ともできる。
が、小面積の光電変換装置の場合には、光発生電流が小
さいので、電流取り出し用の受光面金属電極をなくすこ
ともできる。
【００３７】
【発明の効果】本発明の光電変換装置は、薄いシリコン
酸化膜上に低抵抗の透明導電膜が形成された構造となっ
ているので、以下の効果を奏する。
酸化膜上に低抵抗の透明導電膜が形成された構造となっ
ているので、以下の効果を奏する。
【００３８】（１） 半導体層に直接電極を接触させず
に、ＳｉＯ2膜のトンネル電流として最短距離で透明導
電膜に少数キャリアを取り出せるため、従来必要であっ
た直列抵抗低減のための高い表面不純物濃度が不要とな
り、電極接触部分と高い表面不純物濃度との影響で効果
を十分に大きくできなかったシリコン酸化膜による表面
再結合速度の低減を十分に行えるようになる。この結
果、分光感度、特に短波長領域での分光感度が向上す
る。
に、ＳｉＯ2膜のトンネル電流として最短距離で透明導
電膜に少数キャリアを取り出せるため、従来必要であっ
た直列抵抗低減のための高い表面不純物濃度が不要とな
り、電極接触部分と高い表面不純物濃度との影響で効果
を十分に大きくできなかったシリコン酸化膜による表面
再結合速度の低減を十分に行えるようになる。この結
果、分光感度、特に短波長領域での分光感度が向上す
る。
【００３９】（２） 従来の拡散層面抵抗に比べ透明導
電膜の方がその面抵抗を小さくできるため、半導体層か
ら直接表面電極により集電するよりもシリコン酸化膜を
介して透明導電膜により直接またはその上の表面電極を
介して集電する方が直列抵抗成分が大幅に低減され、表
面電極間隔を大きく取ることまたは表面電極をなくすこ
とができる。この結果、電極占有率を低減でき、発生電
流が増加し、曲線因子が改善される。
電膜の方がその面抵抗を小さくできるため、半導体層か
ら直接表面電極により集電するよりもシリコン酸化膜を
介して透明導電膜により直接またはその上の表面電極を
介して集電する方が直列抵抗成分が大幅に低減され、表
面電極間隔を大きく取ることまたは表面電極をなくすこ
とができる。この結果、電極占有率を低減でき、発生電
流が増加し、曲線因子が改善される。
【００４０】そして、以上の結果として、光電変換効率
の大きな光電変換装置が得られる。
の大きな光電変換装置が得られる。
【図１】本発明の実施例である結晶シリコン太陽電池の
構造図である。
構造図である。
【図２】ＳｎＯ2膜の抵抗率と熱ＣＶＤ時の基板温度と
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図３】ＳｎＯ2膜の面抵抗値との関係を示す図であ
る。
る。
【図４】分光感度特性を示す図である。
【図５】従来のシリコン結晶太陽電池の構造図である。
１ Ｎ型拡散層 ２ シリコン酸化膜 ３ ＳｎＯ2膜 ４ ＢＳＦ層 ５ 表面電極 ７ Ａｌペースト １０ Ｐ型シリコン基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横沢 雄二 大阪市阿倍野区長池町22番22号 シヤープ 株式会社内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 光電変換部となる半導体層の受光面側表
面にシリコン酸化膜が形成され、該シリコン酸化膜上に
透明導電膜が形成されていることを特徴とする光電変換
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3175019A JPH0521821A (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3175019A JPH0521821A (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521821A true JPH0521821A (ja) | 1993-01-29 |
Family
ID=15988799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3175019A Pending JPH0521821A (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | 光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0521821A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009260356A (ja) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Qinghua Univ | 太陽電池 |
| US8263860B2 (en) | 2008-04-03 | 2012-09-11 | Tsinghua University | Silicon photovoltaic device with carbon nanotube cable electrode |
| US8796537B2 (en) | 2008-03-07 | 2014-08-05 | Tsinghua University | Carbon nanotube based solar cell |
| JP2016026409A (ja) * | 2009-04-21 | 2016-02-12 | テトラサン インコーポレイテッド | 高効率太陽電池構造体および製造方法 |
| JP2023002590A (ja) * | 2016-12-09 | 2023-01-10 | ザ・ボーイング・カンパニー | パターニングされたエミッタを有する多接合太陽電池及び該太陽電池の製造方法 |
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| JPS55121687A (en) * | 1979-03-12 | 1980-09-18 | Rca Corp | Amorphous silicon solar battery |
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-
1991
- 1991-07-16 JP JP3175019A patent/JPH0521821A/ja active Pending
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