JPH11307796A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
太陽電池及びその製造方法Info
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- JPH11307796A JPH11307796A JP10115510A JP11551098A JPH11307796A JP H11307796 A JPH11307796 A JP H11307796A JP 10115510 A JP10115510 A JP 10115510A JP 11551098 A JP11551098 A JP 11551098A JP H11307796 A JPH11307796 A JP H11307796A
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- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安価で良好な光電変換効率を示し、かつ簡単
で安価な工程で製造しうる太陽電池及びその製造方法を
提供することを課題とする。 【解決手段】 第１導電型の不純物を含有したシリコン
半導体基板１に、この基板１の光入射側である表面に第
２導電型の不純物を含有したシリコン半導体層２と、こ
の基板１の裏面に基板中の第１導電型の不純物より高濃
度の第１導電型の不純物を含有したポーラスなシリコン
層から構成された裏面電界層５とを設けてなることを特
徴とする太陽電池により上記課題を解決する。
で安価な工程で製造しうる太陽電池及びその製造方法を
提供することを課題とする。 【解決手段】 第１導電型の不純物を含有したシリコン
半導体基板１に、この基板１の光入射側である表面に第
２導電型の不純物を含有したシリコン半導体層２と、こ
の基板１の裏面に基板中の第１導電型の不純物より高濃
度の第１導電型の不純物を含有したポーラスなシリコン
層から構成された裏面電界層５とを設けてなることを特
徴とする太陽電池により上記課題を解決する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池及びその
製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、安価で良
好な光電変換効率を示す構造の太陽電池及びその製造方
法に関する。
製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、安価で良
好な光電変換効率を示す構造の太陽電池及びその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、太陽電池の光電変換効率を高める
ために、光入射側とは反対のシリコン半導体基板上に、
シリコン半導体基板と同一導電型で、かつ、シリコン半
導体基板より高濃度の不純物を含有したシリコン層から
構成された裏面電界層を設ける構造が知られている。な
お、以下の説明において、用語“表面”とは、シリコン
半導体基板の光入射側の面を意味し、“裏面”とはシリ
コン半導体基板の光入射側面と反対側の面を意味する。
ために、光入射側とは反対のシリコン半導体基板上に、
シリコン半導体基板と同一導電型で、かつ、シリコン半
導体基板より高濃度の不純物を含有したシリコン層から
構成された裏面電界層を設ける構造が知られている。な
お、以下の説明において、用語“表面”とは、シリコン
半導体基板の光入射側の面を意味し、“裏面”とはシリ
コン半導体基板の光入射側面と反対側の面を意味する。
【０００３】この裏面電界層の光電変換効率を高める作
用を、裏面電界層を有する太陽電池セルのバンドダイア
グラムである図３を用いて説明する。第１導電型として
Ｐ型の不純物を含有したシリコン半導体基板（以下、単
にＰ型のシリコン半導体基板と称する）１７とＰ+ 型の
不純物を含有した裏面電界層（以下、単にＰ+ 型の裏面
電界層と称する）１８の界面において、Ｐ型のシリコン
半導体基板１７中の少数キャリアである電子１４は、伝
導帯１１に形成された障壁と電界によってＰ型のシリコ
ン半導体基板１７内部へ押し戻されて再結合が抑制され
る。一方、多数キャリアである正孔１５は、価電子帯１
３に形成された電界によって裏面電極へ効果的に導き出
される。このように、裏面電界層は、電子の再結合の抑
制と正孔の裏面電極への効果的な導出により、光電変換
効率を高める働きをしている（以後この働きを裏面電界
効果という）。図３中、１２はフェルミレベル、１６は
第２導電型としてＮ型の不純物を含有したシリコン半導
体層（以下、単にＮ型のシリコン半導体層と称する）を
意味する。
用を、裏面電界層を有する太陽電池セルのバンドダイア
グラムである図３を用いて説明する。第１導電型として
Ｐ型の不純物を含有したシリコン半導体基板（以下、単
にＰ型のシリコン半導体基板と称する）１７とＰ+ 型の
不純物を含有した裏面電界層（以下、単にＰ+ 型の裏面
電界層と称する）１８の界面において、Ｐ型のシリコン
半導体基板１７中の少数キャリアである電子１４は、伝
導帯１１に形成された障壁と電界によってＰ型のシリコ
ン半導体基板１７内部へ押し戻されて再結合が抑制され
る。一方、多数キャリアである正孔１５は、価電子帯１
３に形成された電界によって裏面電極へ効果的に導き出
される。このように、裏面電界層は、電子の再結合の抑
制と正孔の裏面電極への効果的な導出により、光電変換
効率を高める働きをしている（以後この働きを裏面電界
効果という）。図３中、１２はフェルミレベル、１６は
第２導電型としてＮ型の不純物を含有したシリコン半導
体層（以下、単にＮ型のシリコン半導体層と称する）を
意味する。
【０００４】ここで裏面電界層の形成方法としては、例
えば、特開平６−４５６２２号公報に記載されているよ
うに、シリコン半導体基板にＰ型のシリコン半導体基板
を使用した場合には、Ｐ型のシリコン半導体基板の裏面
にボロンやアルミニウムを拡散することによりＰ型のシ
リコン半導体基板内に形成する方法、又はＰ型のシリコ
ン半導体基板の裏面上に裏面電界層としてのＰ+ 型の不
純物を含有した微結晶シリコン層（以下、単にＰ+ 型の
微結晶シリコン層と称する）を新たに形成する方法が知
られている。なお、Ｐ型のシリコン半導体基板と裏面電
界層間の接合は、前者の方法で形成された場合ホモ接
合、後者の方法で形成された場合ヘテロ接合と一般に称
される。
えば、特開平６−４５６２２号公報に記載されているよ
うに、シリコン半導体基板にＰ型のシリコン半導体基板
を使用した場合には、Ｐ型のシリコン半導体基板の裏面
にボロンやアルミニウムを拡散することによりＰ型のシ
リコン半導体基板内に形成する方法、又はＰ型のシリコ
ン半導体基板の裏面上に裏面電界層としてのＰ+ 型の不
純物を含有した微結晶シリコン層（以下、単にＰ+ 型の
微結晶シリコン層と称する）を新たに形成する方法が知
られている。なお、Ｐ型のシリコン半導体基板と裏面電
界層間の接合は、前者の方法で形成された場合ホモ接
合、後者の方法で形成された場合ヘテロ接合と一般に称
される。
【０００５】図４に、裏面電界層としてＰ+ 型の微結晶
シリコン層を使用した場合の従来の太陽電池の概略断面
図を示す。図４の太陽電池は、以下の構成を有してい
る。即ち、Ｐ型のシリコン半導体基板２１の表面側にＮ
型のシリコン半導体層２２が形成されている。Ｎ型のシ
リコン半導体層２２の表面は、入射光の反射を低減する
ために凹凸にされている。Ｎ型のシリコン半導体層２２
は、反射防止膜２３によって覆われている。光照射によ
り発生した電流は、反射防止膜２３を貫通してＮ型のシ
リコン半導体層２２に接続された表面電極２４を介して
取り出される。Ｐ型のシリコン半導体基板２１の裏面上
には、シリコン半導体基板に含まれる不純物の導電型と
同じＰ型で、シリコン半導体基板より高い不純物濃度を
有する裏面電界層としてのＰ+ 型の微結晶シリコン層２
５が形成されている。Ｐ+ 型の微結晶シリコン層２５上
に、開口部を有する絶縁層２６が設けられ、開口部を介
してＰ+ 型の微結晶シリコン層２５と接続された裏面電
極２７が設けられている。裏面からの電流は、この裏面
電極２７を介して取り出される。
シリコン層を使用した場合の従来の太陽電池の概略断面
図を示す。図４の太陽電池は、以下の構成を有してい
る。即ち、Ｐ型のシリコン半導体基板２１の表面側にＮ
型のシリコン半導体層２２が形成されている。Ｎ型のシ
リコン半導体層２２の表面は、入射光の反射を低減する
ために凹凸にされている。Ｎ型のシリコン半導体層２２
は、反射防止膜２３によって覆われている。光照射によ
り発生した電流は、反射防止膜２３を貫通してＮ型のシ
リコン半導体層２２に接続された表面電極２４を介して
取り出される。Ｐ型のシリコン半導体基板２１の裏面上
には、シリコン半導体基板に含まれる不純物の導電型と
同じＰ型で、シリコン半導体基板より高い不純物濃度を
有する裏面電界層としてのＰ+ 型の微結晶シリコン層２
５が形成されている。Ｐ+ 型の微結晶シリコン層２５上
に、開口部を有する絶縁層２６が設けられ、開口部を介
してＰ+ 型の微結晶シリコン層２５と接続された裏面電
極２７が設けられている。裏面からの電流は、この裏面
電極２７を介して取り出される。
【０００６】ここで、Ｐ+ 型の微結晶シリコン層は、Ｐ
型のシリコン半導体基板よりも広い禁制帯幅をもつた
め、裏面電界効果の向上が期待できる。更に、光学的に
は長波長光に対する吸収係数が小さいので、裏面電極で
反射された長波長光を有効にＰ型のシリコン半導体基板
に戻し、光の利用効率を高めること（裏面反射効果の向
上）が期待できる。以上の裏面電界効果及び裏面反射効
果は、ヘテロ接合を用いた太陽電池の方がホモ接合を用
いた場合よりも改善されることが知られており、そのた
めヘテロ接合を用いた太陽電池の方が高い光電変換効率
が得られている。
型のシリコン半導体基板よりも広い禁制帯幅をもつた
め、裏面電界効果の向上が期待できる。更に、光学的に
は長波長光に対する吸収係数が小さいので、裏面電極で
反射された長波長光を有効にＰ型のシリコン半導体基板
に戻し、光の利用効率を高めること（裏面反射効果の向
上）が期待できる。以上の裏面電界効果及び裏面反射効
果は、ヘテロ接合を用いた太陽電池の方がホモ接合を用
いた場合よりも改善されることが知られており、そのた
めヘテロ接合を用いた太陽電池の方が高い光電変換効率
が得られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ここで、ホモ接合を用
いた太陽電池は、簡単な工程で形成できるため製造コス
トは安いが、上記したように十分な裏面電界効果及び裏
面反射効果を得ることが困難である。一方、ヘテロ接合
を用いた太陽電池は、上記したように十分な裏面電界効
果及び裏面反射効果を得ることができる。しかし、Ｐ+
型の微結晶シリコン層は、プラズマＣＶＤ法により形成
されるため、高真空が必要であり、成膜速度も遅く（約
６Å／秒）、更に、２００〜３００℃での熱処理が必要
である。従って、工程が複雑でかつ製造時間が長いた
め、製造コストがかかるという欠点があった。
いた太陽電池は、簡単な工程で形成できるため製造コス
トは安いが、上記したように十分な裏面電界効果及び裏
面反射効果を得ることが困難である。一方、ヘテロ接合
を用いた太陽電池は、上記したように十分な裏面電界効
果及び裏面反射効果を得ることができる。しかし、Ｐ+
型の微結晶シリコン層は、プラズマＣＶＤ法により形成
されるため、高真空が必要であり、成膜速度も遅く（約
６Å／秒）、更に、２００〜３００℃での熱処理が必要
である。従って、工程が複雑でかつ製造時間が長いた
め、製造コストがかかるという欠点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の発明者
等は検討の結果、十分な裏面電界効果及び裏面反射効果
をもちながら、簡単で安価な工程で形成できる構造の裏
面電界層を有する太陽電池及びその製造方法を見いだし
本発明に至った。かくして本発明によれば、第１導電型
の不純物を含有したシリコン半導体基板に、この基板の
光入射側である表面に第２導電型の不純物を含有したシ
リコン半導体層と、この基板の裏面に基板中の第１導電
型の不純物より高濃度の第１導電型の不純物を含有した
ポーラスなシリコン層から構成された裏面電界層とを設
けてなることを特徴とする太陽電池が提供される。
等は検討の結果、十分な裏面電界効果及び裏面反射効果
をもちながら、簡単で安価な工程で形成できる構造の裏
面電界層を有する太陽電池及びその製造方法を見いだし
本発明に至った。かくして本発明によれば、第１導電型
の不純物を含有したシリコン半導体基板に、この基板の
光入射側である表面に第２導電型の不純物を含有したシ
リコン半導体層と、この基板の裏面に基板中の第１導電
型の不純物より高濃度の第１導電型の不純物を含有した
ポーラスなシリコン層から構成された裏面電界層とを設
けてなることを特徴とする太陽電池が提供される。
【０００９】更に本発明によれば、第１導電型の不純物
を含有するシリコン半導体基板に、 ｉ）この基板の光入射側である表面に第２導電型の不純
物を拡散させて、第２導電型の不純物を含有するシリコ
ン半導体層を形成する工程、 ii）この基板の裏面に第１導電型の不純物を拡散させ
て、基板中の第１導電型の不純物より高濃度の第１導電
型のシリコン半導体層を形成し、更にこのシリコン半導
体層を陽極化成法で処理して第１導電型の不純物を含有
したポーラスなシリコン層から構成された裏面電界層を
形成する工程とからなる上記太陽電池の製造方法が提供
される。
を含有するシリコン半導体基板に、 ｉ）この基板の光入射側である表面に第２導電型の不純
物を拡散させて、第２導電型の不純物を含有するシリコ
ン半導体層を形成する工程、 ii）この基板の裏面に第１導電型の不純物を拡散させ
て、基板中の第１導電型の不純物より高濃度の第１導電
型のシリコン半導体層を形成し、更にこのシリコン半導
体層を陽極化成法で処理して第１導電型の不純物を含有
したポーラスなシリコン層から構成された裏面電界層を
形成する工程とからなる上記太陽電池の製造方法が提供
される。
【００１０】
【発明の実施の形態】まず、本発明おいて、第１導電型
とは、Ｐ型又はＮ型を意味する。更に、第２導電型は、
第１導電型がＰ型の場合はＮ型を、Ｎ型の場合はＰ型を
意味する。本発明に使用することができるシリコン半導
体基板は、特に限定されず、当該分野で公知のシリコン
半導体基板を使用することができる。具体的には、結晶
構造が単結晶、多結晶又はアモルファスのシリコン半導
体基板が挙げられる。
とは、Ｐ型又はＮ型を意味する。更に、第２導電型は、
第１導電型がＰ型の場合はＮ型を、Ｎ型の場合はＰ型を
意味する。本発明に使用することができるシリコン半導
体基板は、特に限定されず、当該分野で公知のシリコン
半導体基板を使用することができる。具体的には、結晶
構造が単結晶、多結晶又はアモルファスのシリコン半導
体基板が挙げられる。
【００１１】このシリコン半導体基板は、第１導電型の
不純物が含有されているが、この導電型を付与する不純
物としては、Ｐ型の場合ホウ素、アルミニウム、Ｎ型の
場合リン等が挙げられる。不純物濃度は、太陽電池の種
類により相違するが、１０16〜１０17ｃｍ-3であること
が好ましい。また、シリコン半導体基板の光入射側であ
る表面は、入射光の反射を低減するために、凹凸が形成
されていてもよい。凹凸の形成方法としては、例えば、
異方性エッチング法、レーザーや機械的手段による方
法、陽極化成による方法等が挙げられる。なお、多結晶
のシリコン半導体基板を使用した場合は、レーザーや機
械的手段による方法、陽極化成による方法により凹凸を
形成することが好ましい。
不純物が含有されているが、この導電型を付与する不純
物としては、Ｐ型の場合ホウ素、アルミニウム、Ｎ型の
場合リン等が挙げられる。不純物濃度は、太陽電池の種
類により相違するが、１０16〜１０17ｃｍ-3であること
が好ましい。また、シリコン半導体基板の光入射側であ
る表面は、入射光の反射を低減するために、凹凸が形成
されていてもよい。凹凸の形成方法としては、例えば、
異方性エッチング法、レーザーや機械的手段による方
法、陽極化成による方法等が挙げられる。なお、多結晶
のシリコン半導体基板を使用した場合は、レーザーや機
械的手段による方法、陽極化成による方法により凹凸を
形成することが好ましい。
【００１２】次に、シリコン半導体基板の光入射側であ
る表面には、第２導電型の不純物を含有したシリコン半
導体層（以下、単に第２導電型のシリコン半導体層と称
する）が形成される。第２導電型のシリコン半導体層に
導電型を付与する不純物としては、Ｐ型の場合ホウ素、
アルミニウム、Ｎ型の場合リン等が挙げられる。不純物
濃度は、太陽電池の種類により相違するが、１０16〜１
０18ｃｍ-3であることが好ましい。また、第２導電型の
シリコン半導体層の厚さは、０．２〜０．５μｍである
ことがこのましい。
る表面には、第２導電型の不純物を含有したシリコン半
導体層（以下、単に第２導電型のシリコン半導体層と称
する）が形成される。第２導電型のシリコン半導体層に
導電型を付与する不純物としては、Ｐ型の場合ホウ素、
アルミニウム、Ｎ型の場合リン等が挙げられる。不純物
濃度は、太陽電池の種類により相違するが、１０16〜１
０18ｃｍ-3であることが好ましい。また、第２導電型の
シリコン半導体層の厚さは、０．２〜０．５μｍである
ことがこのましい。
【００１３】第２導電型のシリコン半導体層の形成方法
は、特に限定されないが、例えば、所望に応じて加熱し
たシリコン半導体基板を設置した炉の中に、拡散源から
第２導電型の不純物を流すことにより、シリコン半導体
基板の表面に第２導電型の不純物を拡散させる方法が挙
げられる。この方法は、製造装置が簡単で、成膜速度も
早いため、製造コストを低減することができるため好ま
しい。なお、不純物の拡散源としては、ＰＯＣｌ3 、 Ｐ
Ｂｒ3 、 ＰＨ3 、Ｐ2 Ｏ5 、 ＢＢｒ3 、 Ｂ2 Ｈ 6 、 Ｂ2
Ｏ3 等が挙げられる。
は、特に限定されないが、例えば、所望に応じて加熱し
たシリコン半導体基板を設置した炉の中に、拡散源から
第２導電型の不純物を流すことにより、シリコン半導体
基板の表面に第２導電型の不純物を拡散させる方法が挙
げられる。この方法は、製造装置が簡単で、成膜速度も
早いため、製造コストを低減することができるため好ま
しい。なお、不純物の拡散源としては、ＰＯＣｌ3 、 Ｐ
Ｂｒ3 、 ＰＨ3 、Ｐ2 Ｏ5 、 ＢＢｒ3 、 Ｂ2 Ｈ 6 、 Ｂ2
Ｏ3 等が挙げられる。
【００１４】また、シリコン半導体基板の表面に凹凸を
形成した場合は、第２導電型のシリコン半導体層の表面
にも、前記凹凸に対応する凹凸が形成されている。次い
で、シリコン半導体基板の裏面には、第１導電型の不純
物を含有したシリコン半導体層（以下、単に第１導電型
のシリコン半導体層と称する）が形成される。第１導電
型のシリコン半導体層に導電型を付与する不純物として
は、Ｐ型の場合ホウ素、アルミニウム、Ｎ型の場合リン
等が挙げられる。第１導電型のシリコン半導体層の不純
物濃度は、シリコン半導体基板の不純物濃度より高けれ
ば特に限定されないが、１０18ｃｍ-3以上であることが
好ましい。また、第１導電型のシリコン半導体層の厚さ
は、１〜３μｍであることがこのましい。
形成した場合は、第２導電型のシリコン半導体層の表面
にも、前記凹凸に対応する凹凸が形成されている。次い
で、シリコン半導体基板の裏面には、第１導電型の不純
物を含有したシリコン半導体層（以下、単に第１導電型
のシリコン半導体層と称する）が形成される。第１導電
型のシリコン半導体層に導電型を付与する不純物として
は、Ｐ型の場合ホウ素、アルミニウム、Ｎ型の場合リン
等が挙げられる。第１導電型のシリコン半導体層の不純
物濃度は、シリコン半導体基板の不純物濃度より高けれ
ば特に限定されないが、１０18ｃｍ-3以上であることが
好ましい。また、第１導電型のシリコン半導体層の厚さ
は、１〜３μｍであることがこのましい。
【００１５】第１導電型のシリコン半導体層の形成方法
は、特に限定されないが、例えば、第２導電型のシリコ
ン半導体層の形成と同じ方法を使用することができる。
この第１導電型のシリコン半導体層は、陽極化成法で処
理されてポーラスなシリコン層から構成された裏面電界
層に変換される。ここで、陽極化成法は、シリコン半導
体基板に接続された陽極と、陰極とを溶液中に浸し、所
定の電圧を印加し、かつ所定の密度の電流を流すことに
より行われる。陽極化成法に使用される溶液は、特に限
定されないが、例えば、ＨＦ／Ｈ2 Ｏ／Ｃ2 Ｈ5 ＯＨが
挙げられる。また、印加される電圧は２〜３Ｖ、電流密
度は２０〜６０ｍＡ／ｃｍ2 程度が好適である。なお、
この陽極化成法は、単結晶、多結晶及びアモルファスの
いずれのシリコン半導体基板にも行うことができ、更
に、Ｐ型及びＮ型の導電型を有するシリコン半導体基板
のいずれにも行うことができる。
は、特に限定されないが、例えば、第２導電型のシリコ
ン半導体層の形成と同じ方法を使用することができる。
この第１導電型のシリコン半導体層は、陽極化成法で処
理されてポーラスなシリコン層から構成された裏面電界
層に変換される。ここで、陽極化成法は、シリコン半導
体基板に接続された陽極と、陰極とを溶液中に浸し、所
定の電圧を印加し、かつ所定の密度の電流を流すことに
より行われる。陽極化成法に使用される溶液は、特に限
定されないが、例えば、ＨＦ／Ｈ2 Ｏ／Ｃ2 Ｈ5 ＯＨが
挙げられる。また、印加される電圧は２〜３Ｖ、電流密
度は２０〜６０ｍＡ／ｃｍ2 程度が好適である。なお、
この陽極化成法は、単結晶、多結晶及びアモルファスの
いずれのシリコン半導体基板にも行うことができ、更
に、Ｐ型及びＮ型の導電型を有するシリコン半導体基板
のいずれにも行うことができる。
【００１６】この陽極化成法により形成される裏面電界
層は、シリコン半導体基板に垂直な方向に数ｎｍ〜十数
ｎｍ径の孔が複数個形成され、それらの数密度が１０11
／ｃｍ2 のオーダーであるような多孔質構造となる。そ
のため、これらの孔により光を散乱させることができる
ので、太陽電池内の光路長が伸び、光の利用効率を高め
ることができる。
層は、シリコン半導体基板に垂直な方向に数ｎｍ〜十数
ｎｍ径の孔が複数個形成され、それらの数密度が１０11
／ｃｍ2 のオーダーであるような多孔質構造となる。そ
のため、これらの孔により光を散乱させることができる
ので、太陽電池内の光路長が伸び、光の利用効率を高め
ることができる。
【００１７】また、本発明の裏面電界層は、結晶シリコ
ンと比較すると約１／２の密度しか持たない。従って、
全ての波長に対する吸収係数が小さくなる。この原理
は、例えば、H.Koyama et al. Extended Abstracts of
the 1991 International Conference on Solid State D
evices and Materials. Yokohama, 1991, pp. 31に記載
されている。具体的には、５００ｎｍの波長の光で結晶
シリコンの約１／６、９００ｎｍの波長の光で結晶シリ
コンの約１／５の吸収係数となる。吸収係数が小さくな
ることにより、裏面電界層内における光の損失が減り、
光の利用効率を高めることができる。
ンと比較すると約１／２の密度しか持たない。従って、
全ての波長に対する吸収係数が小さくなる。この原理
は、例えば、H.Koyama et al. Extended Abstracts of
the 1991 International Conference on Solid State D
evices and Materials. Yokohama, 1991, pp. 31に記載
されている。具体的には、５００ｎｍの波長の光で結晶
シリコンの約１／６、９００ｎｍの波長の光で結晶シリ
コンの約１／５の吸収係数となる。吸収係数が小さくな
ることにより、裏面電界層内における光の損失が減り、
光の利用効率を高めることができる。
【００１８】更に、ポーラスな裏面電界層は、禁制帯幅
が約２．０ｅＶであり、結晶シリコン（１．２ｅＶ）や
微結晶シリコン（１．２〜１．４ｅＶ）に比べて広いの
で、裏面電界効果を向上させることができる。向上させ
ることができる理由を図３に示した太陽電池セルのバン
ドダイアグラムを用いて説明すると、裏面電界層１８の
禁制帯幅が広くなれば、伝導帯１１に形成された障壁と
電界が高くなり、少数キャリアの裏面再結合抑止効果を
向上さすことができるからである。
が約２．０ｅＶであり、結晶シリコン（１．２ｅＶ）や
微結晶シリコン（１．２〜１．４ｅＶ）に比べて広いの
で、裏面電界効果を向上させることができる。向上させ
ることができる理由を図３に示した太陽電池セルのバン
ドダイアグラムを用いて説明すると、裏面電界層１８の
禁制帯幅が広くなれば、伝導帯１１に形成された障壁と
電界が高くなり、少数キャリアの裏面再結合抑止効果を
向上さすことができるからである。
【００１９】また、禁制帯幅が広いことから、特に長波
長光に対する吸収係数が小さくなるので、裏面電界層内
における光の損失を減らすことができ、その結果、光の
利用効率を高めることができる。以上のように、裏面電
界層にポーラスなシリコンを用いると、微結晶シリコン
を用いた場合に比べて裏面電界効果が向上し、更に、裏
面反射効果を向上させることができる。その結果、太陽
電池の光電変換効率を高めることができる。
長光に対する吸収係数が小さくなるので、裏面電界層内
における光の損失を減らすことができ、その結果、光の
利用効率を高めることができる。以上のように、裏面電
界層にポーラスなシリコンを用いると、微結晶シリコン
を用いた場合に比べて裏面電界効果が向上し、更に、裏
面反射効果を向上させることができる。その結果、太陽
電池の光電変換効率を高めることができる。
【００２０】更に、プラズマＣＶＤによる微結晶シリコ
ンは数Å／秒程度の成膜速度で形成されるのに対し、陽
極化成法による裏面電界層は数百Å／秒以上の成膜速度
で形成することができる。また、陽極化成法では、成膜
後の熱処理を必要としない。そのため、微結晶シリコン
の製造方法と比べて、簡単かつ短時間で太陽電池を形成
することができる。
ンは数Å／秒程度の成膜速度で形成されるのに対し、陽
極化成法による裏面電界層は数百Å／秒以上の成膜速度
で形成することができる。また、陽極化成法では、成膜
後の熱処理を必要としない。そのため、微結晶シリコン
の製造方法と比べて、簡単かつ短時間で太陽電池を形成
することができる。
【００２１】なお、第１導電型のシリコン半導体層、第
２導電型のシリコン半導体層及び裏面電界層の形成は、
例えば、（１）第１導電型のシリコン半導体層、第２導
電型のシリコン半導体層、次いで裏面電界層、（２）第
２導電型のシリコン半導体層、第１導電型のシリコン半
導体層、次いで裏面電界層、（３）第１導電型のシリコ
ン半導体層、裏面電界層、次いで第２導電型のシリコン
半導体層の順序で行うことができる。
２導電型のシリコン半導体層及び裏面電界層の形成は、
例えば、（１）第１導電型のシリコン半導体層、第２導
電型のシリコン半導体層、次いで裏面電界層、（２）第
２導電型のシリコン半導体層、第１導電型のシリコン半
導体層、次いで裏面電界層、（３）第１導電型のシリコ
ン半導体層、裏面電界層、次いで第２導電型のシリコン
半導体層の順序で行うことができる。
【００２２】更に、太陽電池は、一般に第２導電型のシ
リコン半導体層上に表面電極が、裏面電界層上に裏面電
極が形成される。ここで、表面電極は、シリコン半導体
基板への光の入射を妨げないようにパターニングされて
いることが好ましい。また、表面電極をパターニングし
た結果、露出する第２導電型のシリコン半導体層上に
は、反射防止膜が形成されていることが好ましい。反射
防止膜は、入射する光の反射を低減する機能を有する。
なお、表面電極を構成する材料としては、Ｔｉ、Ｐｄ、
Ａｇ等の金属及びそれら金属の積層体が挙げられる。一
方、反射防止膜を構成する材料としては、常圧ＣＶＤ法
による酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、真空蒸着法によるアル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等が挙げられる。
リコン半導体層上に表面電極が、裏面電界層上に裏面電
極が形成される。ここで、表面電極は、シリコン半導体
基板への光の入射を妨げないようにパターニングされて
いることが好ましい。また、表面電極をパターニングし
た結果、露出する第２導電型のシリコン半導体層上に
は、反射防止膜が形成されていることが好ましい。反射
防止膜は、入射する光の反射を低減する機能を有する。
なお、表面電極を構成する材料としては、Ｔｉ、Ｐｄ、
Ａｇ等の金属及びそれら金属の積層体が挙げられる。一
方、反射防止膜を構成する材料としては、常圧ＣＶＤ法
による酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、真空蒸着法によるアル
ミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等が挙げられる。
【００２３】一方、裏面電極を構成する材料としては、
特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ａｇ
等の金属及びそれら金属の積層体が挙げられる。更に、
裏面電極と裏面電界層との間に、裏面電界層よりも屈折
率の低い絶縁層を設けることが好ましい。絶縁層を設け
ることにより、シリコン半導体基板内へ反射する光量を
増加させることができるので、裏面反射効果を向上させ
ることができる。絶縁層を構成する材料としては、例え
ばプラズマＣＶＤ法で形成された窒化シリコン、酸化シ
リコン又はそれらの積層体等が挙げられる。また、絶縁
層が酸化シリコンからなる場合、陽極化成後の自然酸化
膜を利用してもよい。なお、絶縁層は、裏面電界層から
の電流を裏面電極に流すために、裏面電界層と裏面電極
を接続するための開口を形成することが好ましい。
特に限定されないが、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ａｇ
等の金属及びそれら金属の積層体が挙げられる。更に、
裏面電極と裏面電界層との間に、裏面電界層よりも屈折
率の低い絶縁層を設けることが好ましい。絶縁層を設け
ることにより、シリコン半導体基板内へ反射する光量を
増加させることができるので、裏面反射効果を向上させ
ることができる。絶縁層を構成する材料としては、例え
ばプラズマＣＶＤ法で形成された窒化シリコン、酸化シ
リコン又はそれらの積層体等が挙げられる。また、絶縁
層が酸化シリコンからなる場合、陽極化成後の自然酸化
膜を利用してもよい。なお、絶縁層は、裏面電界層から
の電流を裏面電極に流すために、裏面電界層と裏面電極
を接続するための開口を形成することが好ましい。
【００２４】以上、本発明によれば、十分な裏面電界効
果及び裏面反射効果を保ちながら、簡単かつ安価に形成
できる太陽電池を提供することができる。
果及び裏面反射効果を保ちながら、簡単かつ安価に形成
できる太陽電池を提供することができる。
【００２５】
【実施例】本発明に係る太陽電池及びその製造方法を実
施例に基づき以下に説明する。 実施例１ 図１に、本発明の実施例に係る太陽電池の概略断面図を
示す。図１では、Ｐ型のシリコン半導体基板１の光入射
面側にＮ型のシリコン半導体層２が形成されている。Ｎ
型のシリコン半導体層２の表面は、入射光の反射を低減
するために凹凸にされている。Ｎ型のシリコン半導体層
２は、反射防止膜３によって覆われている。光照射によ
り発生した表面からの電流は、反射防止膜３を貫通して
Ｎ型のシリコン半導体層２に接続された表面電極４を介
して取り出される。Ｐ型のシリコン半導体基板１の裏面
上には、シリコン半導体基板と同じＰ型で不純物がシリ
コン半導体基板より高濃度に添加された裏面電界層とし
てのＰ+型のポーラスシリコン層５が形成されている。
Ｐ+ 型のポーラスシリコン層５は、裏面電極６によって
覆われている。裏面からの電流は、この裏面電極６を介
して取り出される。
施例に基づき以下に説明する。 実施例１ 図１に、本発明の実施例に係る太陽電池の概略断面図を
示す。図１では、Ｐ型のシリコン半導体基板１の光入射
面側にＮ型のシリコン半導体層２が形成されている。Ｎ
型のシリコン半導体層２の表面は、入射光の反射を低減
するために凹凸にされている。Ｎ型のシリコン半導体層
２は、反射防止膜３によって覆われている。光照射によ
り発生した表面からの電流は、反射防止膜３を貫通して
Ｎ型のシリコン半導体層２に接続された表面電極４を介
して取り出される。Ｐ型のシリコン半導体基板１の裏面
上には、シリコン半導体基板と同じＰ型で不純物がシリ
コン半導体基板より高濃度に添加された裏面電界層とし
てのＰ+型のポーラスシリコン層５が形成されている。
Ｐ+ 型のポーラスシリコン層５は、裏面電極６によって
覆われている。裏面からの電流は、この裏面電極６を介
して取り出される。
【００２６】次に、上記太陽電池の製造方法について説
明する。まず、単結晶のＰ型のシリコン半導体基板１
（１００ｍｍφ、３００μｍ厚、比抵抗：０．０１Ω・
ｃｍ）を洗浄した後、光入射側の表面が凹凸になるよう
に異方性エッチングを行った。次に、ＰＯＣｌ3 を拡散
源として燐（Ｐ）の熱拡散を行って、Ｐ型のシリコン半
導体基板１の光入射側の表面に、Ｎ型のシリコン半導体
層２を設けることにより、ＰＮ接合を形成した。続い
て、ＢＣｌ3 を拡散源としてボロン（Ｂ）の熱拡散を行
って、Ｐ型のシリコン半導体基板１の裏面に、Ｐ+ 型の
シリコン半導体層を形成した。次いで、Ｐ+ 型のシリコ
ン半導体層を陽極化成法に付して、裏面電界層としての
Ｐ+ 型のポーラスシリコン層５を形成した。
明する。まず、単結晶のＰ型のシリコン半導体基板１
（１００ｍｍφ、３００μｍ厚、比抵抗：０．０１Ω・
ｃｍ）を洗浄した後、光入射側の表面が凹凸になるよう
に異方性エッチングを行った。次に、ＰＯＣｌ3 を拡散
源として燐（Ｐ）の熱拡散を行って、Ｐ型のシリコン半
導体基板１の光入射側の表面に、Ｎ型のシリコン半導体
層２を設けることにより、ＰＮ接合を形成した。続い
て、ＢＣｌ3 を拡散源としてボロン（Ｂ）の熱拡散を行
って、Ｐ型のシリコン半導体基板１の裏面に、Ｐ+ 型の
シリコン半導体層を形成した。次いで、Ｐ+ 型のシリコ
ン半導体層を陽極化成法に付して、裏面電界層としての
Ｐ+ 型のポーラスシリコン層５を形成した。
【００２７】陽極化成法による処理は、具体的には次の
ようにして行った。ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：
１：１の比で混合されたＨＦ溶液中に、外部から給電可
能に配線された陽極と陰極を浸し、その陽極側にＰ型の
シリコン半導体基板１を接続しかつＨＦ溶液中に浸し
た。次いで、印加電圧２〜３Ｖ、電流密度２５ｍＡ／ｃ
ｍ2 で、１分間で処理すると、約２μｍの厚さのＰ+ 型
のポーラスシリコン層５を形成することができた。
ようにして行った。ＨＦ：Ｈ2 Ｏ：Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ＝１：
１：１の比で混合されたＨＦ溶液中に、外部から給電可
能に配線された陽極と陰極を浸し、その陽極側にＰ型の
シリコン半導体基板１を接続しかつＨＦ溶液中に浸し
た。次いで、印加電圧２〜３Ｖ、電流密度２５ｍＡ／ｃ
ｍ2 で、１分間で処理すると、約２μｍの厚さのＰ+ 型
のポーラスシリコン層５を形成することができた。
【００２８】次に、Ｐ+ 型のポーラスシリコン層５の全
面に、Ａｌからなる裏面電極６を形成した。続いて、窒
化シリコン膜からなる反射防止膜３をプラズマＣＶＤ法
によりＮ型のシリコン半導体層２上に形成した。その
後、フォトエッチング法により反射防止膜３をパターニ
ングして所望の位置に開口を形成した。最後に、反射防
止膜３に形成した開口にＴｉ／Ｐｄ／Ａｇの積層体から
なる表面電極を形成することにより、太陽電池を得た。
このようにして得られた太陽電池のＡＭ１．５（１００
ｍＷ／ｃｍ2 ）光の下での光電変換効率を、表１に示
す。なお、表１には、従来のホモ接合及び裏面電界層に
微結晶シリコン層を使用することによるヘテロ接合を含
む太陽電池の光電変換効率も示す。また、ポーラスシリ
コン層と基板とは、実効的な禁制帯幅が異なることか
ら、それらの間の接合をヘテロ接合としている。
面に、Ａｌからなる裏面電極６を形成した。続いて、窒
化シリコン膜からなる反射防止膜３をプラズマＣＶＤ法
によりＮ型のシリコン半導体層２上に形成した。その
後、フォトエッチング法により反射防止膜３をパターニ
ングして所望の位置に開口を形成した。最後に、反射防
止膜３に形成した開口にＴｉ／Ｐｄ／Ａｇの積層体から
なる表面電極を形成することにより、太陽電池を得た。
このようにして得られた太陽電池のＡＭ１．５（１００
ｍＷ／ｃｍ2 ）光の下での光電変換効率を、表１に示
す。なお、表１には、従来のホモ接合及び裏面電界層に
微結晶シリコン層を使用することによるヘテロ接合を含
む太陽電池の光電変換効率も示す。また、ポーラスシリ
コン層と基板とは、実効的な禁制帯幅が異なることか
ら、それらの間の接合をヘテロ接合としている。
【００２９】
【表１】
【００３０】表１に示したように、ポーラスシリコン層
を使用した太陽電池は、簡単な製造工程により得ること
ができると共に、裏面電極と裏面電界層との間に絶縁層
がない場合でも、微結晶シリコン層を使用した太陽電池
に匹敵する高い光電変換効率が得られた。
を使用した太陽電池は、簡単な製造工程により得ること
ができると共に、裏面電極と裏面電界層との間に絶縁層
がない場合でも、微結晶シリコン層を使用した太陽電池
に匹敵する高い光電変換効率が得られた。
【００３１】実施例２ 図２に、本発明の他の実施例に係る太陽電池の概略断面
図を示す。図２は、Ｐ + 型のポーラスシリコン層５と裏
面電極６の間に、裏面反射効果の向上を期待して開口部
を有する絶縁層７を設けたこと以外は、図１に示した構
造と同一である。
図を示す。図２は、Ｐ + 型のポーラスシリコン層５と裏
面電極６の間に、裏面反射効果の向上を期待して開口部
を有する絶縁層７を設けたこと以外は、図１に示した構
造と同一である。
【００３２】次に、上記太陽電池の製造方法について説
明する。Ｐ型のシリコン半導体基板１上に、図１に示し
た太陽電池の製造方法と同様にして、Ｎ型のシリコン半
導体層２、反射防止膜３、Ｐ+ 型のポーラスシリコン層
５を形成した。次に、Ｐ+ 型のポーラスシリコン層５上
に熱酸化により酸化シリコンからなる絶縁層７を形成し
た。続いて、フォトエッチング法により絶縁層７をパタ
ーニングし、最後に、表面電極４及び裏面電極６を図１
に示した太陽電池の製造方法と同様にして形成すること
により、太陽電池を得た。
明する。Ｐ型のシリコン半導体基板１上に、図１に示し
た太陽電池の製造方法と同様にして、Ｎ型のシリコン半
導体層２、反射防止膜３、Ｐ+ 型のポーラスシリコン層
５を形成した。次に、Ｐ+ 型のポーラスシリコン層５上
に熱酸化により酸化シリコンからなる絶縁層７を形成し
た。続いて、フォトエッチング法により絶縁層７をパタ
ーニングし、最後に、表面電極４及び裏面電極６を図１
に示した太陽電池の製造方法と同様にして形成すること
により、太陽電池を得た。
【００３３】裏面電極６とＰ+ 型のポーラスシリコン層
５の間に絶縁層７を有する太陽電池は、微結晶シリコン
層を使用した太陽電池を越える高い光電変換効率が得ら
れた。
５の間に絶縁層７を有する太陽電池は、微結晶シリコン
層を使用した太陽電池を越える高い光電変換効率が得ら
れた。
【００３４】
【発明の効果】本発明の太陽電池及びその製造方法によ
れば、十分な裏面電界効果及び裏面反射効果をもちなが
ら、簡単で安価な工程で裏面電界層を有する太陽電池を
形成することができる。
れば、十分な裏面電界効果及び裏面反射効果をもちなが
ら、簡単で安価な工程で裏面電界層を有する太陽電池を
形成することができる。
【図１】本発明の実施例１の太陽電池の概略断面図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施例２の太陽電池の概略断面図であ
る。
る。
【図３】裏面電界層を有する太陽電池セルのバンドダイ
アグラムである。
アグラムである。
【図４】従来の太陽電池の概略断面図である。
１、１７、２１ シリコン半導体基板 ２、１６、２２ シリコン半導体層 ３、２３ 反射防止膜 ４、２４ 表面電極 ５ ポーラスシリコン層 ６、２７ 裏面電極 ７、２６ 絶縁層 １１ 伝導帯 １２ フェルミレベル １３ 価電子帯 １４ 電子 １５ 正孔 １８ 裏面電界層 ２５ 微結晶シリコン層
Claims (4)
- 【請求項１】 第１導電型の不純物を含有したシリコン
半導体基板に、この基板の光入射側である表面に第２導
電型の不純物を含有したシリコン半導体層と、この基板
の裏面に基板中の第１導電型の不純物より高濃度の第１
導電型の不純物を含有したポーラスなシリコン層から構
成された裏面電界層とを設けてなることを特徴とする太
陽電池。 - 【請求項２】 裏面電界層上に、所望の位置に開口部を
有するように設けられた絶縁層、開口部と絶縁層を覆
い、かつ裏面電界層と導通するように設けられた裏面電
極、第２導電型の不純物を含有したシリコン半導体層上
に設けられた表面電極を備えてなる請求項１に記載の太
陽電池。 - 【請求項３】 絶縁層が、窒化シリコン膜又は酸化シリ
コン膜である請求項２に記載の太陽電池。 - 【請求項４】 第１導電型の不純物を含有するシリコン
半導体基板に、 ｉ）この基板の光入射側である表面に第２導電型の不純
物を拡散させて、第２導電型の不純物を含有するシリコ
ン半導体層を形成する工程、 ii）この基板の裏面に第１導電型の不純物を拡散させ
て、基板中の第１導電型の不純物より高濃度の第１導電
型のシリコン半導体層を形成し、更にこのシリコン半導
体層を陽極化成法で処理して第１導電型の不純物を含有
したポーラスなシリコン層から構成された裏面電界層を
形成する工程とからなる請求項１〜３のいずれか１つに
記載の太陽電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10115510A JPH11307796A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 太陽電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10115510A JPH11307796A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 太陽電池及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307796A true JPH11307796A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=14664316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10115510A Pending JPH11307796A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 太陽電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11307796A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009099071A1 (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-13 | The University Of Tokyo | シリコン太陽電池 |
| JP2011108836A (ja) * | 2009-11-17 | 2011-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 薄膜太陽電池およびその製造方法 |
| JP2017163046A (ja) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | 株式会社東芝 | 光検出器およびこれを用いたライダー装置 |
-
1998
- 1998-04-24 JP JP10115510A patent/JPH11307796A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009099071A1 (ja) * | 2008-02-04 | 2009-08-13 | The University Of Tokyo | シリコン太陽電池 |
| JPWO2009099071A1 (ja) * | 2008-02-04 | 2011-05-26 | 国立大学法人 東京大学 | シリコン太陽電池 |
| JP2011108836A (ja) * | 2009-11-17 | 2011-06-02 | Mitsubishi Electric Corp | 薄膜太陽電池およびその製造方法 |
| JP2017163046A (ja) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | 株式会社東芝 | 光検出器およびこれを用いたライダー装置 |
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