JP2012069881A - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光電変換効率の高い裏面接合型の太陽電池を提供する。
【解決手段】太陽電池1は、半導体基板15と、第1の電極17nと、第2の電極17pとを備えている。半導体基板15は、互いに対向している第1及び第2の端縁部15A,15Bを含む。第1の電極17nは、第1の端縁部15Bに位置している第1の部分17n1と、複数の第1の線状部17n2とを有する。第2の電極17pは、第2の端縁部15Aに位置している第2の部分17p1と、複数の第2の線状部17p2とを有する。半導体基板15は、一の主面15aにマーク12a、12bを有する。マーク12a、12bは、第1及び第2の端縁部15A,15Bの一方に形成されている。
【選択図】図4
【解決手段】太陽電池1は、半導体基板15と、第1の電極17nと、第2の電極17pとを備えている。半導体基板15は、互いに対向している第1及び第2の端縁部15A,15Bを含む。第1の電極17nは、第1の端縁部15Bに位置している第1の部分17n1と、複数の第1の線状部17n2とを有する。第2の電極17pは、第2の端縁部15Aに位置している第2の部分17p1と、複数の第2の線状部17p2とを有する。半導体基板15は、一の主面15aにマーク12a、12bを有する。マーク12a、12bは、第1及び第2の端縁部15A,15Bの一方に形成されている。
【選択図】図4
Description
本発明は、裏面接合型の太陽電池及びその製造方法に関する。
近年、環境に対する負荷が小さなエネルギー源として、太陽電池が大いに注目されている。このため、太陽電池に関する研究開発が活発に行われている。なかでも、太陽電池の変換効率を如何に高めるかが重要な課題となってきている。従って、向上した変換効率を有する太陽電池やその製造方法の研究開発が特に盛んに行われている。
変換効率が高い太陽電池としては、例えば下記の特許文献1などにおいて、裏面側にp型領域及びn型領域が形成されている所謂裏面接合型の太陽電池が提案されている。この裏面接合型の太陽電池では、キャリアを収集するための電極を受光面に設ける必要が必ずしもない。このため、裏面接合型の太陽電池では、光の受光効率を向上することができる。従って、より向上した変換効率を実現し得る。
ところで、裏面接合型太陽電池は、裏面にp型領域及びn型領域が高精細に形成される。このため裏面接合型太陽電池の製造に際しては、半導体基板の位置を正確に検出した上でp型領域、n型領域を形成する必要がある。
半導体基板の位置を検出する方向としては、例えば、半導体基板の端面の位置を検出することにより、半導体基板の位置を検出する方法や、半導体基板に形成したアライメントマークの位置を検出することにより、半導体基板の位置を検出する方法などが挙げられる。なかでも、半導体基板に形成したアライメントマークの位置を検出することにより、半導体基板の位置を検出する方法は、半導体基板の位置を高精度に検出することができる方法であるため、特に有用である。
半導体基板にアライメントマークを形成するに際しては、半導体基板のどの部位にアライメントマークを形成するかが大きな問題となる。例えば特許文献1には、図7に示すように、製造された太陽電池100の検査時に用いるアライメントマークとして、4つの端縁部のそれぞれの中央部に、アライメントマーク101a〜101dを形成することが記載されている。しかしながら、4つの端縁部のそれぞれの中央部にアライメントマーク101a〜101dを設けた場合、太陽電池の光電変換効率が低くなるという問題がある。
また、アライメントマーク以外のマークを半導体基板に形成する場合にも同様に、半導体基板のどの部位にマークを形成するかが問題となる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光電変換効率の高い裏面接合型の太陽電池を提供することにある。
本発明に係る太陽電池は、半導体基板と、第1の電極と、第2の電極とを備えている。半導体基板は、互いに対向している第1及び第2の端縁部を含む。第1の電極は、半導体基板の一の主面上に設けられている。第1の電極は、第1の端縁部に位置している第1の部分と、第1の部分から第2の端縁部側に向かって延びている複数の第1の線状部とを有する。第2の電極は、半導体基板の一の主面上に設けられている。第2の電極は、第2の端縁部に位置している第2の部分と、第2の部分から第1の端縁部側に向かって延びている複数の第2の線状部とを有する。半導体基板は、一の主面にマークを有する。マークは、第1及び第2の端縁部の一方に形成されている。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、互いに対向している第1及び第2の端縁部を含み、一の主面において、第1及び第2の端縁部の一方に設けられた複数のアライメントマークを有する半導体基板と、半導体基板の一の主面上に設けられ、第1の端縁部に位置している第1の部分と、第1の部分から第2の端縁部側に向かって延びている複数の第1の線状部とを有する第1の電極と、半導体基板の一の主面上に設けられ、第2の端縁部に位置している第2の部分と、第2の部分から第1の端縁部側に向かって延びている複数の第2の線状部とを有する第2の電極とを備える太陽電池の製造方法に関する。本発明に係る太陽電池の製造方法では、複数のアライメントマークの位置を検出することにより検出した半導体基板の位置に基づいて第1及び第2の電極を形成する。
本発明によれば、光電変換効率の高い裏面接合型の太陽電池を提供することができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図1に示す太陽電池1を例に挙げて説明する。但し、太陽電池1は、単なる例示である。本発明に係る太陽電池及びその製造方法は、太陽電池1及びその製造方法に何ら限定されない。
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図1に示す太陽電池1を例に挙げて説明する。但し、太陽電池1は、単なる例示である。本発明に係る太陽電池及びその製造方法は、太陽電池1及びその製造方法に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
なお、本実施形態の太陽電池1は、単独で用いることもできるが、太陽電池1単体では、十分に大きな出力が得られない場合は、太陽電池1は、複数の太陽電池1が配線材により接続された太陽電池モジュールとして利用されることもある。
図1及び図2に示すように、太陽電池1は、太陽電池基板10を備えている。太陽電池基板10は、半導体基板15と、半導体基板15の裏面15aの所定領域にそれぞれ配されたn型非晶質半導体層14n及びp型非晶質半導体層14pとを備えている。
本実施形態では、半導体基板15は単結晶シリコンからなる。このため半導体基板15は、角部が面取り状である矩形状である。このため、半導体基板15は、y方向に対向している一対の端縁部15A,15Bと、x方向に対向している一対の端縁部とを有している。なお、半導体基板15が多結晶シリコンからなる場合、角部に面取り部を有さない四角形状の形状を有していてもよい。
半導体基板15は、裏面15aと、受光面15bとを有する。半導体基板15は、受光面15bにおいて、光を受光することによってキャリアを生成する。ここで、キャリアとは、光が半導体基板15に吸収されることにより生成される正孔及び電子のことである。半導体基板15は、n型またはp型の導電型を有する結晶性半導体基板により構成されている。結晶性半導体基板の具体例としては、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶シリコン基板が挙げられる。以下、本実施形態では、半導体基板15が、n型の導電性を有する結晶シリコン基板により構成されている場合について説明する。
n型非晶質半導体層14nとp型非晶質半導体層14pとは、それぞれ半導体基板15の裏面15aの上の所定領域に形成されている。例えば、n型非晶質半導体層14nとp型非晶質半導体層14pとのそれぞれは、くし歯状に形成されている。これらn型非晶質半導体層14n及びp型非晶質半導体層14pの表面と、裏面15aの露出部とによって、太陽電池基板10の裏面10aが構成されている。一方、太陽電池基板10の受光面10bは、半導体基板15の受光面15bによって構成されている。なお、太陽電池基板10の受光面10bは、半導体基板15の受光面15bの略全面上に形成されたパッシベーション膜または反射防止膜の受光面によって構成することもできる。
例えば、半導体基板15の受光面15bの上に、半導体層や保護膜などが形成されていてもよい。例えば、受光面15bの上に、実質的に発電に寄与しない程度の厚みのi型非晶質半導体層と、半導体基板15と同じn型の非晶質半導体層と、反射抑制膜としての機能を兼ね備えた保護膜とをこの順番で積層してもよい。その場合は、太陽電池基板10の受光面10bは、保護膜の表面により構成されることとなる。
本実施形態において、n型非晶質半導体層14nは、水素を含むn型のアモルファスシリコンにより形成されている。一方、p型非晶質半導体層14pは、水素を含むp型のアモルファスシリコンにより形成されている。p型及びn型非晶質半導体層14p、14nのそれぞれの厚みは、特に限定されないが、例えば、20Å〜500Å程度とすることができる。
なお、半導体基板15とn型非晶質半導体層14nとの間、及び半導体基板15とp型非晶質半導体層14pとの間のそれぞれに、i型非晶質半導体層を介在させてもよい。この場合、i型非晶質半導体層は、水素を含むi型のアモルファスシリコン層により構成されていることが好ましい。i型のアモルファスシリコン層の厚みは、例えば数Å〜250Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みであることが好ましい。
図2に示すように、p型非晶質半導体層14pの上には、p側電極17pが形成されている。一方、n型非晶質半導体層14nの上には、n側電極17nが形成されている。
p側電極17p及びn側電極17nのそれぞれは、電気的に短絡しないよう互いに所定の間隔を隔てて配されている。例えば、p側電極17p及びn側電極17nのそれぞれは、くし歯状の形状にされている。p側電極17pは、バスバー部17p1と、複数のフィンガー電極部17p2とを有する。バスバー部17p1は、半導体基板15のy1側の端縁部15Aに位置している。バスバー部17p1は、x方向に沿って延びる線状に形成されている。複数のフィンガー電極部17p2は、バスバー部17p1から、y2側に向かって、x方向に対して垂直なy方向に沿って延びている。
n側電極17nは、バスバー部17n1と、複数のフィンガー電極部17n2とを有する。バスバー部17n1は、半導体基板15のy2側の端縁部15Bに位置している。バスバー部17n1は、x方向に沿って延びる線状に形成されている。複数のフィンガー電極部17n2は、バスバー部17n1から、y1側に向かって、y方向に沿って延びている。複数のフィンガー電極部17n2と複数のフィンガー電極部17p2とは、x方向において交互に配列されている。
上述の通り、本実施形態では、半導体基板15がn型であるため、n側電極17nが、多数キャリアである電子を収集する電極である。一方、p側電極17pが、少数キャリアである正孔を収集する電極である。
p側電極17p及びn側電極17nのそれぞれの材質は特に限定されない。p側電極17p及びn側電極17nのそれぞれは、例えば、Ag,Cu,Au,Pt,Al,Sn,Pdなどの金属やそれらの金属の一種以上を含む合金により形成することができる。p側電極17p及びn側電極17nのそれぞれの形成方法も特に限定されない。p側電極17p及びn側電極17nのそれぞれは、例えば、金属や合金などからなる導電性粒子を含む樹脂型の導電性ペーストを塗布することにより形成されていてもよいし、めっきにより形成されていてもよい。また、p側電極17p及びn側電極17nのそれぞれは、蒸着法やスパッタ法等によって形成されていてもよい。
本実施形態において、図3に示すように、半導体基板15の裏面15aには、複数のアライメントマークが設けられている。具体的には、裏面15aには、2つのアライメントマーク12a、12bが設けられている。アライメントマーク12a、12bは、端縁部15A及び15Bのうちの一方の端縁部に設けられており、他方には設けられていない。具体的には、本実施形態では、アライメントマーク12a、12bは、多数キャリアを収集するn側電極17nのバスバー部17n1が配置されている端縁部15Bに設けられている。より具体的には、アライメントマーク12a、12bは、端縁部15Bにおいて、バスバー部17n1の下に形成されている。
本実施形態においては、アライメントマーク12a、12bのそれぞれは、バスバー部17n1に隠れる部分に位置する半導体基板15の裏面15aに形成された凹部により構成されている。この凹部は、n型非晶質半導体層14nの厚みよりも大きな深さを有する。すなわち、半導体基板15の裏面15aに設けられているアライメントマーク12a、12bは、n型及びp型非晶質半導体層14n、14pが形成され、n側電極17n及びp側電極17pを形成する際にも外部から確認可能な深さに形成されている。このため、n側電極17n及びp側電極17pの形成に際しても、アライメントマーク12a、12bを用いて半導体基板15の位置を検出することができる。なお、アライメントマーク12a、12bは、n側電極17n及びp側電極17p形成後において視認可能であってもよいし、視認不能であってもよい。
本発明において、アライメントマークは、凹部でなくてもよい。例えば、半導体基板の裏面の上に他の層を形成することによりアライメントマークを形成してもよい。
アライメントマーク12a、12bの形状は、特に限定されない。アライメントマーク12a、12bは、例えば、十文字状等の、複数の線分が交差した形状を有していてもよいし、ドット状の形状を有していてもよい。或いは、アライメントマーク12a、12bは、円形状の形状を有していてもよいし、三角形状、矩形状等他の形状を有していてもよい。
次に、太陽電池1の製造方法の一例について説明する。
まず、半導体基板15の裏面15aにアライメントマーク12a、12bを形成する。アライメントマーク12a、12bの形成方法は、特に限定されない。アライメントマーク12a、12bは、例えば、レーザーの照射や、エッチング或いは機械的加工など種々の方法により形成することができる。
次に、裏面15aの所定領域に、n型非晶質半導体層14n及びp型非晶質半導体層14pをそれぞれ形成する。n型非晶質半導体層14n及びp型非晶質半導体層14pは、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などにより形成することができる。
このn型非晶質半導体層14n及びp型非晶質半導体層14pを形成する工程においては、撮像装置などの検出手段を用いてアライメントマーク12a、12bを検出し、その検出位置に基づいてn型非晶質半導体層14n及びp型非晶質半導体層14pを形成する。このため、n型非晶質半導体層14n及びp型非晶質半導体層14pを高い位置精度で形成することができる。よって、n型非晶質半導体層14nとp型非晶質半導体層14pとの間の間隔を小さくすることができる。従って、光電変換効率がより高い太陽電池1の製造が可能となる。
次に、n側電極17n及びp側電極17pを形成する。n側電極17n及びp側電極17pは、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、めっき法などの薄膜形成方法や、導電性ペーストを用いた方法などにより形成することができる。
このn側電極17n及びp側電極17pを形成する工程においても、n型非晶質半導体層14n及びp型非晶質半導体層14pを形成する工程と同様に、撮像装置などの検出手段を用いてアライメントマーク12a、12bを検出し、その検出位置に基づいてn側電極17n及びp側電極17pを形成する。このため、n側電極17n及びp側電極17pを高い位置精度で形成することができる。従って、光電変換効率がより高い太陽電池1の製造が可能となる。
以上説明したように、本実施形態では、複数のアライメントマーク12a、12bの両方を端縁部15A,15Bのうちの一方に形成する。同じ端縁部の場合、アライメントマーク12a、12bの上に形成される膜の構成は同じである。このため、膜面の相違に起因するアライメントマーク12a、12bの検出誤差は生じにくく、高精度な位置検出が可能となる。よって、n側電極17n及びp側電極17pを高い位置精度で形成することができる。従って、太陽電池1の光電変換効率を高めることができる。
また、本実施形態のように、複数のアライメントマーク12a、12bの両方を端縁部15A,15Bのうちの一方に形成することにより、半導体基板15の向きの判別が容易となる。従って、太陽電池の製造工程における半導体基板15の向き判別ミスを少なくすることができる。
また、本実施形態では、n側電極17nが設けられている端縁部15Bにアライメントマーク12a、12bが設けられている。n側電極17nは、多数キャリアである電子を収集する電極であるため、端縁部15Bは、キャリアの収集に与える影響が小さい。このため、アライメントマーク12a、12bを形成することによって、端縁部15Bに構造欠陥が生じた場合であっても、太陽電池1の光電変換効率が低下しにくい。従って、アライメントマーク12a、12bを形成することによる光電変換効率の低下を効果的に抑制することができる。
また、本実施形態では、アライメントマーク12a、12bが形成されている領域の上に、バスバー部17n1が形成されている。このため、キャリアの収集可能な領域が広い。従って、より高い光電変換効率を実現することができる。
なお、さらに高い光電変換効率を得る観点からは、形成するアライメントマークの数量を1つにすることが好ましい。しかしながら、この場合は、半導体基板の位置を二次元的に確定することが困難となる。半導体基板15の位置を二次元的に正確に検出できるようにする観点からは、本実施形態のように、アライメントマークを複数設けることが好ましい。
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。なお、以下の説明において、上記第1の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
(第2の実施形態)
図4は、第2の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
図4は、第2の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
上記第1の実施形態では、アライメントマーク12a、12bがバスバー部17n1の下に設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図4に示すように、アライメントマーク12a、12bは、n側電極17n及びp側電極17pが形成されていない領域に形成されていてもよい。
具体的には、本実施形態では、バスバー部17n1に切欠部18a、18bが形成されており、その切欠部18a、18bにアライメントマーク12a、12bが形成されている。アライメントマーク12a、12bの上には、p型非晶質半導体層14p及びn型非晶質半導体層14nも形成されていない。このため、アライメントマーク12a、12bの深さを浅くすることができる。従って、半導体基板15に構造欠陥が生じることを効果的に抑制することができる。
(第3の実施形態)
図5は、第3の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
図5は、第3の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
上記第1の実施形態では、複数のアライメントマーク12a、12bを形成する例について説明した。但し、本発明において、マークは、アライメントマークに限定されない。例えば、図5に示すように、一つの製品情報マーク12cを形成してもよいし、上記第1の実施形態のアライメントマーク12a、12bに加えて、製品情報マーク12cを形成してもよい。
なお、製品情報マーク12cとは、製造年月日、製造ライン、ロット番号、使用した半導体基板の種類、ロット番号などの太陽電池1に関する何らかの情報が識別可能なマークである。製品情報マーク12cは、例えば、数字の羅列であってもよいし、バーコードやQRコード(登録商標)などの図形であってもよい。
(第4の実施形態)
図6は、第4の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
図6は、第4の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
上記第1の実施形態では、太陽電池基板10が、半導体基板15と、n型非晶質半導体層14nと、p型非晶質半導体層14pとにより構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図6に示すように、p型のドーパントが拡散しているp型ドーパント拡散領域10apと、n型のドーパントが拡散しているn型ドーパント拡散領域10anとが表面に露出するように形成されている半導体基板15を用い、半導体基板15の直上にn側電極17nとp側電極17pとを形成してもよい。この場合は、アライメントマーク12a、12bは、n側電極17n及びp側電極17pの形成の際に用いられると共に、p型ドーパント拡散領域10ap及びn型ドーパント拡散領域10anの形成の際にも位置決めの指標として用いられる。
1…太陽電池
10…太陽電池基板
10an…n型ドーパント拡散領域
10ap…p型ドーパント拡散領域
12a、12b…アライメントマーク
12c…製品情報マーク
14n…n型非晶質半導体層
14p…p型非晶質半導体層
15…半導体基板
15A,15B…端縁部
15a…半導体基板の裏面
15b…半導体基板の受光面
17n…n側電極
17p…p側電極
17n1、17p1…バスバー部
17n2、17p2…フィンガー電極部
10…太陽電池基板
10an…n型ドーパント拡散領域
10ap…p型ドーパント拡散領域
12a、12b…アライメントマーク
12c…製品情報マーク
14n…n型非晶質半導体層
14p…p型非晶質半導体層
15…半導体基板
15A,15B…端縁部
15a…半導体基板の裏面
15b…半導体基板の受光面
17n…n側電極
17p…p側電極
17n1、17p1…バスバー部
17n2、17p2…フィンガー電極部
Claims (10)
- 互いに対向している第1及び第2の端縁部を含む半導体基板と、
前記半導体基板の一の主面上に設けられ、前記第1の端縁部に位置している第1の部分と、前記第1の部分から前記第2の端縁部側に向かって延びている複数の第1の線状部とを有する第1の電極と、
前記半導体基板の前記一の主面上に設けられ、前記第2の端縁部に位置している第2の部分と、前記第2の部分から前記第1の端縁部側に向かって延びている複数の第2の線状部とを有する第2の電極と、
を備え、
前記半導体基板は、前記一の主面にマークを有し、
前記マークは、前記第1及び第2の端縁部の一方に形成されている、太陽電池。 - 前記第1の電極が多数キャリアを収集する電極である一方、前記第2の電極が少数キャリアを収集する電極であり、
前記マークは、前記第1の端縁部に形成されている、請求項1に記載の太陽電池。 - 前記マークとして、複数のアライメントマークが形成されている、請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記マークとして、製品情報マークが形成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 前記マークは、第1または第2の端縁部の、前記第1または第2の部分が設けられている部分以外の部分に形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 前記マークは、前記第1または第2の部分の下に形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池。
- 前記半導体基板と、前記半導体基板の前記一の主面上に配された、第1の導電型を有する第1の半導体層と第2の導電型を有する第2の半導体層とを有する太陽電池基板を備え、
前記第1の電極は、前記第1の半導体層の上に設けられ、
前記第2の電極は、前記第2の半導体層の上に設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の太陽電池。 - 前記マークは、前記第1及び第2の半導体層のうちの一方の下に配されており、
前記マークは、前記第1及び第2の半導体層のうちの一方の厚みよりも深い凹部により構成されている、請求項7に記載の太陽電池。 - 前記半導体基板は、前記一の主面に露出しているp型ドーパント拡散領域及びn型ドーパント拡散領域とを有し、
前記第1の電極が、前記p型ドーパント拡散領域及び前記n型ドーパント拡散領域のうちの一方の上に設けられ、
前記第2の電極が、前記p型ドーパント拡散領域及び前記n型ドーパント拡散領域のうちの他方の上に設けられている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の太陽電池。 - 互いに対向している第1及び第2の端縁部を含み、一の主面において、前記第1及び第2の端縁部の一方に設けられた複数のアライメントマークを有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記一の主面上に設けられ、前記第1の端縁部に位置している第1の部分と、前記第1の部分から前記第2の端縁部側に向かって延びている複数の第1の線状部とを有する第1の電極と、
前記半導体基板の前記一の主面上に設けられ、前記第2の端縁部に位置している第2の部分と、前記第2の部分から前記第1の端縁部側に向かって延びている複数の第2の線状部とを有する第2の電極と、
を備える太陽電池の製造方法であって、
前記複数のアライメントマークの位置を検出することにより検出した前記半導体基板の位置に基づいて前記第1及び第2の電極を形成する、太陽電池の製造方法。
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