ホーム > 特許ランキング > 上海晶科緑能企業管理有限公司
▶ 上海晶科緑能企業管理有限公司の特許一覧 ▶ ジョジアン ジンコ ソーラー カンパニー リミテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023033029
(43)【公開日】2023-03-09
(54)【発明の名称】太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュール
(51)【国際特許分類】
H01L 31/0216 20140101AFI20230302BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 240
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021154789
(22)【出願日】2021-09-22
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2022-10-05
(31)【優先権主張番号】202110989144.4
(32)【優先日】2021-08-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】521376620
【氏名又は名称】上海晶科緑能企業管理有限公司
(71)【出願人】
【識別番号】519095522
【氏名又は名称】ジョジアン ジンコ ソーラー カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100199819
【弁理士】
【氏名又は名称】大行 尚哉
(74)【代理人】
【識別番号】100087859
【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 秀治
(72)【発明者】
【氏名】余丁
(72)【発明者】
【氏名】リ ウン チー
(72)【発明者】
【氏名】趙世傑
(72)【発明者】
【氏名】ヂァン シィアォ ウェン
(72)【発明者】
【氏名】柴嘉磊
(72)【発明者】
【氏名】ヂァン シン ウ
(72)【発明者】
【氏名】金浩
(72)【発明者】
【氏名】楊潔
【テーマコード（参考）】
5F151
5F251
【Ｆターム（参考）】
5F151AA02
5F151AA03
5F151AA04
5F151AA05
5F151AA08
5F151AA09
5F151AA10
5F151AA11
5F151AA16
5F151AA20
5F151CB20
5F151CB29
5F151DA03
5F151FA10
5F151GA04
5F151GA14
5F151HA03
5F151HA06
5F151HA07
5F251AA02
5F251AA03
5F251AA04
5F251AA05
5F251AA08
5F251AA09
5F251AA10
5F251AA11
5F251AA16
5F251AA20
5F251CB20
5F251CB29
5F251DA03
5F251FA10
5F251GA04
5F251GA14
5F251HA03
5F251HA06
5F251HA07
(57)【要約】
【課題】本願は、太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池は、対向する前面と裏面を有するベースと、前記前面に位置しかつ前記前面から離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層と、前記裏面に位置しかつ前記裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層と、を備える。本願の実施例は、太陽電池の光吸収効率の向上に有利である。
【選択図】図１
【解決手段】太陽電池は、対向する前面と裏面を有するベースと、前記前面に位置しかつ前記前面から離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層と、前記裏面に位置しかつ前記裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層と、を備える。本願の実施例は、太陽電池の光吸収効率の向上に有利である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する前面と裏面を有するベースと、
前記前面に位置しかつ前記前面から離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層と、
前記裏面に位置しかつ前記裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層と、
を備えることを特徴とする太陽電池。
前記前面に位置しかつ前記前面から離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層と、
前記裏面に位置しかつ前記裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層と、
を備えることを特徴とする太陽電池。
【請求項2】
前記誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムのうちの一種または複数種を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項3】
前記誘電体材料は、酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ材料であり、且つｙ／ｘ∈［１．１、１．５］である、
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項4】
前記前面に垂直な方向において、前記第１パッシベーション層の厚さは、３ｎｍ～１０ｎｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項5】
前記前面に垂直な方向において、前記第２パッシベーション層の厚さは、４０ｎｍ～６０ｎｍである、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１または４に記載の太陽電池。
【請求項6】
前記前面に垂直な方向において、前記第３パッシベーション層の厚さは、２０ｎｍ～５０ｎｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項7】
前記第２パッシベーション層の第２屈折率は、前記第１パッシベーション層の第１屈折率及び前記第３パッシベーション層の第３屈折率よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項8】
前記第１パッシベーション層の屈折率は１．６～１．７であり、前記第２パッシベーション層の屈折率は１．９～２．２であり、前記第３パッシベーション層の屈折率は１．４５～１．８である、
ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項9】
前記ドープ導電層における前記ベースから離反する側に位置する第４パッシベーション層をさらに備え、
前記第４パッシベーション層は、第２窒化ケイ素ＳｉａＮｂ（ａ／ｂ∈［３．５、６．８］）材料を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記第４パッシベーション層は、第２窒化ケイ素ＳｉａＮｂ（ａ／ｂ∈［３．５、６．８］）材料を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項10】
前記第４パッシベーション層の屈折率は、２．０４～２．２であり、
前記裏面に垂直な方向において、前記第４パッシベーション層の厚さは、６０ｎｍ～１００ｎｍである、
ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
前記裏面に垂直な方向において、前記第４パッシベーション層の厚さは、６０ｎｍ～１００ｎｍである、
ことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池。
【請求項11】
前記第１パッシベーション層は、前記ベースと前記誘電体材料との間に介在している酸化ケイ素材料をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項12】
前記ベースは、Ｎ型半導体ベースであり、
前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープポリシリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、またはＮ型ドープアモルファスシリコン層のうちの少なくとも一種である、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープポリシリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、またはＮ型ドープアモルファスシリコン層のうちの少なくとも一種である、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項13】
請求項１～１２のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなるセルストリングと、
前記セルストリングの表面を覆うためのシーラントフィルムと、
前記シーラントフィルムにおける前記セルストリングから離反する表面を覆うためのカバープレートと、
を備えることを特徴とする光起電力モジュール。
前記セルストリングの表面を覆うためのシーラントフィルムと、
前記シーラントフィルムにおける前記セルストリングから離反する表面を覆うためのカバープレートと、
を備えることを特徴とする光起電力モジュール。
【請求項14】
対向する前面と裏面を有するベースを提供することと、
前記前面において前記前面から離れる方向に、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層が、順に設けられることと、
前記裏面において前記裏面から離れる方向に、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層が順に設けられることと、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
前記前面において前記前面から離れる方向に、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層が、順に設けられることと、
前記裏面において前記裏面から離れる方向に、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層が順に設けられることと、
を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項15】
前記誘電体材料は、酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ材料であり、
原子層堆積プロセスによって前記第１パッシベーション層が形成され、前記原子層堆積プロセスの前駆体が、トリメチルアルミニウム及び水を含み、堆積温度が１５０℃～２５０℃である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
原子層堆積プロセスによって前記第１パッシベーション層が形成され、前記原子層堆積プロセスの前駆体が、トリメチルアルミニウム及び水を含み、堆積温度が１５０℃～２５０℃である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項16】
前記第１パッシベーション層を形成した後に、さらに、
前記第１パッシベーション層に対して、プロセス温度が４５０℃～５５０℃で、プロセス時間が１０ｍｉｎ以上であるアニールプロセスを行うことを含む、
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の太陽電池の製造方法。
前記第１パッシベーション層に対して、プロセス温度が４５０℃～５５０℃で、プロセス時間が１０ｍｉｎ以上であるアニールプロセスを行うことを含む、
ことを特徴とする請求項１４または１５に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項17】
第１プラズマ増強化学気相成長プロセスによって前記第２パッシベーション層が形成され、前記第１プラズマ増強化学気相成長プロセスの前駆体が、シラン及びアンモニアガスを含み、前記アンモニアガスと前記シランとの流量比が、４～１５であり、単位面積あたりのパルスパワーが、３０～４０ｍＷ／ｃｍ２である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項18】
第２プラズマ増強化学気相成長プロセスによって前記第３パッシベーション層が形成され、前記第２プラズマ増強化学気相成長プロセスの前駆体が、シラン、亜酸化窒素及びアンモニアガスを含み、前記シランと前記亜酸化窒素との流量比が、１／１０以上であり、単位面積あたりのパルスパワーが、２５～４０ｍＷ／ｃｍ２である、
ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、光起電力の分野に関し、特に太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
太陽電池技術の発展に伴い、太陽光の吸収効率は、太陽電池の変換効率のさらなる向上を制限する要因の一つとなっている。太陽電池の吸収効率はパッシベーション構造のパラメータに関しているため、パッシベーション構造のパラメータを最適化することは、太陽電池の変換効率を向上させる鍵となり、パッシベーション構造のパラメータは、積層構造、膜層の成分および膜層の厚さを含むがこれらに限られない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本願は、太陽電池及び光起電力モジュールの吸収効率の向上に有利な太陽電池及びその製造方法、光起電力モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記課題を解決するために、本願の実施例に提供される太陽電池は、対向する前面と裏面を有するベースと、前記前面に位置しかつ前記前面から離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層と、前記裏面に位置しかつ前記裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層と、を備える。
【0005】
また、前記誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムのうちの一種または複数種を含む。
【0006】
また、前記誘電体材料は、酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ材料であり、且つｙ／ｘ∈［１．１、１．５］である。
【0007】
また、前記前面に垂直な方向において、前記第１パッシベーション層の厚さは、３ｎｍ～１０ｎｍである。
【0008】
また、前記前面に垂直な方向において、前記第２パッシベーション層の厚さは、４０ｎｍ～６０ｎｍである。
【0009】
また、前記前面に垂直な方向において、前記第３パッシベーション層の厚さは、２０ｎｍ～５０ｎｍである。
【0010】
また、前記第２パッシベーション層の第２屈折率は、前記第１パッシベーション層の第１屈折率及び前記第３パッシベーション層の第３屈折率よりも大きい。
【0011】
また、前記第１パッシベーション層の屈折率は１．６～１．７であり、前記第２パッシベーション層の屈折率は１．９～２．２であり、前記第３パッシベーション層の屈折率は１．４５～１．８である。
【0012】
また、太陽電池は、前記ドープ導電層における前記ベースから離反する側に位置する第４パッシベーション層をさらに備え、前記第４パッシベーション層は、第２窒化ケイ素ＳｉａＮｂ（ａ／ｂ∈［３．５、６．８］）材料を含む。
【0013】
また、前記第４パッシベーション層の屈折率は、２．０４～２．２であり、前記裏面に垂直な方向において、前記第４パッシベーション層の厚さは、６０ｎｍ～１００ｎｍである。
【0014】
また、前記第１パッシベーション層は、前記ベースと前記誘電体材料との間に介在している酸化ケイ素材料をさらに含む。
【0015】
また、前記ベースはＮ型半導体ベースであり、前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープポリシリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、またはＮ型ドープアモルファスシリコン層のうちの少なくとも一つである。
【0016】
これに応じて、本願の実施例は、上記のいずれか1項に記載の太陽電池を複数接続してなるセルストリングと、前記セルストリングの表面を覆うためのシーラントフィルムと、前記シーラントフィルムにおける前記セルストリングから離反する表面を覆うためのカバープレートと、を備える光起電力モジュールをさらに提供する。
【0017】
これに応じて、本願の実施例は、対向する前面と裏面を有するベースを提供することと、前記前面において前記前面から離れる方向に、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層が、順に設けられることと、前記裏面において前記裏面から離れる方向に、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層が順に設けられることと、を含む太陽電池の製造方法をさらに提供する。
【0018】
また、前記誘電体材料は、酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ材料であり、原子層堆積プロセスによって前記第１パッシベーション層が形成され、前記原子層堆積プロセスの前駆体が、トリメチルアルミニウム及び水を含み、堆積温度が１５０℃～２５０℃である。
【0019】
また、前記第１パッシベーション層を形成した後に、さらに、前記第１パッシベーション層に対して、プロセス温度が４５０℃～５５０℃で、プロセス時間が１０ｍｉｎ以上であるアニールプロセスを行うことを含む。
【0020】
また、第１プラズマ増強化学気相成長プロセスによって前記第２パッシベーション層が形成され、前記第１プラズマ増強化学気相成長プロセスの前駆体が、シラン及びアンモニアガスを含み、前記アンモニアガスと前記シランの流量比が、４～１５であり、単位面積あたりのパルスパワーが、３０～４０ｍＷ／ｃｍ２である。
【0021】
また、第２プラズマ増強化学気相成長プロセスによって前記第３パッシベーション層が形成され、前記第２プラズマ増強化学気相成長プロセスの前駆体が、シラン、亜酸化窒素及びアンモニアガスを含み、前記シランと前記亜酸化窒素の流量比が、１／１０以上であり、単位面積あたりのパルスパワーが、２５～４０ｍＷ／ｃｍ２である。
【0022】
従来技術に比べて、本願の実施例に提供される技術案は、以下の利点がある。
【0023】
上記技術案において、第２パッシベーション層におけるベースから離れる側に酸窒化ケイ素材料を含む第３パッシベーション層が設けられることにより、太陽電池に短波長光線に対する良い吸収効率を持たせることに有利であるとともに、酸窒化ケイ素材料の原子数比を制限することにより、第３パッシベーション層に高い屈折率を持たせ、外光をより小さい入射角でベース内に入射することに有利である。また、第２パッシベーション層における第１窒化ケイ素材料の原子数割合を制限することにより、第２パッシベーション層が第３パッシベーション層よりも高い屈折率を有するようにし、光の内反射および出射の低減に有利であるとともに、第２パッシベーション層に弱い正帯電性を持たせ、第１パッシベーション層に対する第２パッシベーション層のフィールドパッシベーション効果の回避、及びベースの光電効果に影響を与えないようにすることに有利である。
【図面の簡単な説明】
【0024】
一つ又は複数の実施例は、対応する添付の図面における図で例示的に説明されるが、特に断りのない限り、添付の図面における図は縮尺に制限されない。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本願の実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下、本願の各実施例について図面を結合して詳細に説明する。しかしながら、当業者は理解できるが、読者に本願をより良く理解させるために、本願の各実施例において多数の技術的細部が提案されているが、これらの技術的細部および以下の各実施例に基づく種々の変更や修正がなくても、本願が保護を要求している技術案を実現することができる。
【0026】
本願の実施例は、太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュールを提供し、以下、図面を参照しながら本願の実施例に提供される太陽電池について詳細に説明する。図１は、本願の実施例に係る太陽電池の断面構造を示す図である。図２は、本願の実施例に係る波長－反射率の対比模式図である。図３は、本願の実施例に係る太陽電池の表面を示す図である。
【0027】
図１を参照して、太陽電池は、対向する前面１０ａと裏面１０ｂを有するベース１０と、前面１０ａに位置しかつ前面１０ａから離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層１１１、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層１１２、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層１１３と、裏面１０ｂに位置しかつ裏面１０ｂから離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層１２１及びベース１０と同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層１２２と、を備えている。
【0028】
ｙ／ｘ、ｎ／ｍもｊ／ｉも、対応する原子数比であることは理解できる。
【0029】
幾つかの実施例において、各膜層における原子数比は、Ｘ線エネルギースペクトル（ＥＤＳ）または電子エネルギー損失スペクトル（ＥＥＬＳ）を用いて求めることができる。また、幾つかの実施例において、第２パッシベーション層１１２はシリコンリッチ層であり、本願に提供される第１窒化ケイ素材料は、従来の窒化ケイ素材料と比べて、窒素原子数よりもケイ素原子数の割合が大きい。これに応じて、第３パッシベーション層１１３は、同様にシリコンリッチ層であって、即ち、第３パッシベーション層１１３における窒素原子数の割合及び酸素原子数の割合よりもケイ素原子数の割合が大きくてもよい。
【0030】
ここで、第２パッシベーション層１１２におけるベース１０から離れる側に酸窒化ケイ素材料を含む第３パッシベーション層１１３が設けられることにより、太陽電池に短波長光に対する良い吸収効率を持たせることに有利であるとともに、酸窒化ケイ素材料の原子数比を制限することにより、第３パッシベーション層１１３に高い屈折率を持たせ、外光をより小さい入射角でベース１０内に入射することに有利である。
【0031】
また、第２パッシベーション層１１２における第１窒化ケイ素材料の原子数の割合を制限することにより、第２パッシベーション層１１２が第３パッシベーション層１１３よりも高い屈折率を有するようにし、光の内反射および出射の低減に有利である。また、第２パッシベーション層１１２に弱い正帯電性を持たせるため、第１パッシベーション層１１１のフィールドパッシベーション効果及びベース１０の光電効果に対する第２パッシベーション層１１２の影響を回避することに有利である。さらに、第２パッシベーション層１１２内に適量の水素イオンを持たせ、適量の水素イオンは、イオントランスファにより前面１０ａのダングリングボンドを効率的に飽和することができるとともに、それ自体とキャリアとの再結合を抑えることができ、キャリアの対応する電極への効果的な収束を確保するのに有利である。
【0032】
以下、図１に示す太陽電池について図面を参照してより詳細に説明する。
【0033】
幾つかの実施例において、ベース１０はシリコンベース材料であり、例えば、単結晶シリコン、ポリシリコン、アモルファスシリコン、または微結晶シリコンのうちの一種または複数種である。また、その他の実施例において、ベースの材料は、炭素単体、有機材料、または多価化合物であってもよく、多価化合物は、ペロブスカイト、ガリウムヒ素、テルル化カドミウム、銅インジウムセレン等の材料を含み得るが、これらに限られない。また、前面１０ａは受光面であり、裏面１０ｂは受光面に対向する背面であり、前面１０ａは、ピラミッドテクスチャーとして設けられることができ、これにより、前面１０ａの光反射を低減し、光線に対する吸収利用率を向上させ、太陽電池の変換効率を向上させる。幾つかの実施例において、裏面１０ｂは、例えば積層した段差模様のような非ピラミッドテクスチャーとして設けられてもよく、これにより、裏面１０ｂを覆うトンネル酸化層が高い緻密性および均一性を有することを確保し、裏面１０ｂに対するトンネル酸化層の不動態化効果を良好にすることを確保する。
【0034】
ベース１０は、Ｎ型半導体ベースである。そのうち、ベース１０は、リン、ヒ素、アンチモンなどのＮ型ドーパントを含むベースエリア１０１と、Ｐ型ドーパントを含むエミッタ１０２とを備え、エミッタ１０２は、ベースエリア１０１とＰＮ接合を形成している。幾つかの実施例において、第１パッシベーション層１１１は、エミッタ１０２を覆っている。エミッタ１０２は、ベースエリア１０１の表層にＰ型イオン（例えばボロンイオン）の拡散ドーピングを行うことによって得られ、ドーピングされた一部のベースエリア１０１がエミッタ１０２に変換されており、ドープ導電層１２２におけるドーピングイオン種がベース１０のドーピングイオン種と同じであることは、実は、ドープ導電層１２２におけるドーピングイオン種がベース１０の本体におけるドーピングイオン種と同じ、すなわち、ドープ導電層１２２におけるドーピングイオン種がベースエリア１０１におけるドーピングイオン種と同じであることを意味する。
【0035】
第１パッシベーション層１１１の材料の種類については、実現しようとする主なパッシベーション効果がフィールドパッシベーションであるか界面パッシベーションであるかに応じて、第１パッシベーション層１１１の材料を界面パッシベーション材料とフィールドパッシベーション材料とに分けることができ、界面パッシベーション材料が酸化ケイ素または酸窒化ケイ素の少なくとも一つを含み、フィールドパッシベーション材料が酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムのうちの一種または複数種を含む。以下では、第１パッシベーション層１１１の材料が主にフィールドパッシベーション材料、具体的には酸化アルミニウムＡｌＸＯｙ材料であることを例として説明する。
【0036】
第１パッシベーション層１１１の材料の特性については、第１パッシベーション層１１１のフィールドパッシベーション効果を増強し、キャリアの選択的な輸送を実現する観点から、第１パッシベーション層１１１は、強い負帯電性を持つように設ける必要がある。第１パッシベーション層１１１を、ベース１０への外部正イオンの移動侵入を抑制する観点から、第１パッシベーション層１１１は、弱い負帯電性を持つように設ける必要がある。第１パッシベーション層１１１と隣接膜層との間の応力を小さくする観点から、第１パッシベーション層１１１の硬度を低く設定する必要がある。また、太陽電池による短波長光線の吸収効率を向上させるために、第１パッシベーション層１１１による短波長光線の吸収作用も考慮する必要がある。上記の考慮から、第１パッシベーション層１１１における酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ材料のｙ／ｘ比を、１．１～１．５、例えば１．２、１．３、又は１．４とすることができ、選択可能であるが、ｙ／ｘは、１．１以上１．５未満である。
【0037】
第１パッシベーション層１１１の前面１０ａに垂直な方向における厚さについては、第１パッシベーション層１１１の厚さが厚いほど、フィールドパッシベーション効果が強くなることが分かる。同時に、酸化アルミニウムとシリコンとの材料特性の違いが大きいため、第１パッシベーション層１１１が厚いほど、第１パッシベーション層１１１がベース１０に与える応力が大きくなる。さらに、いずれかの膜層自身が存在するバリア効果に基づいて、第１パッシベーション層１１１の厚さが厚いほど、第２パッシベーション層１１２における水素イオンが、第１パッシベーション層１１１を通過して前面１０ａののダングリングボンドを飽和し難くなることが分かる。上記の考慮から、第１パッシベーション層１１１の厚さを、３ｎｍ～１０ｎｍ、例えば５ｎｍ、７ｎｍ又は９ｎｍとすることができる。
【0038】
幾つかの実施例において、第１パッシベーション層１１１は酸化ケイ素材料をさらに含み、酸化ケイ素材料は前面１０ａを被覆し、または、Ｎ型のベース１０と誘電体材料との間に介在しており、誘電体材料が酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ材料を含む。この酸化ケイ素材料は、自然酸化で形成されていてもよいし、熱酸素プロセスによって形成され、前面を不動化させてもよい。前面１０ａに垂直な方向において、酸化ケイ素材料からなる膜層の厚さは、０．５ｎｍ～２ｎｍ、例えば０．８ｎｍ、１．１ｎｍ、１．４ｎｍ、又は１．７ｎｍとすることができ、膜層の厚さが厚すぎると、キャリアがトンネル効果によって薄膜を通過できなくなる可能性があり、膜層の厚さが薄すぎると、パッシベーション効果が劣る。
【0039】
幾つかの実施例において、第２パッシベーション層１１２において第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ材料の原子数比率が決まっている場合、第２パッシベーション層１１２の屈折率範囲もほぼ決まる（屈折率は、第２パッシベーション層１１２内の他の不純物元素にも影響される）ので、第２パッシベーション層１１２を介して入射した太陽光がベース１０の中心により近くなることを確保して、光線の出射を抑制するために、第２パッシベーション層１１２の前面１０ａに垂直な方向における厚さを４０ｎｍ～６０ｎｍ、例えば４５ｎｍ、５０ｎｍ、又は５５ｎｍとすることができる。第２パッシベーション層１１２の厚さが薄すぎると、第２パッシベーション層１１２の光線に対する屈折効果が悪く、入射光線が他のパッシベーション膜層を介して出射され、またはベース１０に吸収される前に既にベース１０を介して出射される可能性があり、太陽電池の光線に対する入射効率を向上させることに不利である。また、第２パッシベーション層１１２は弱い正帯電性しか持たなく、第２パッシベーション層１１２内の水素イオンは、前面１０ａのダングリングボンドを飽和させるのに十分ではない可能性があり、第３パッシベーション層１１３内の水素イオンによって補充する必要があるため、第２パッシベーション層１１２が厚すぎると、水素イオンの輸送を遮断し、さらに前面１０ａに多くの界面欠陥を引き起こす可能性があり、前面１０ａのキャリア再結合の抑制および前面１０ａの接触抵抗の低減に不利である。
【0040】
また、理解できるが、第２パッシベーション層１１２の厚さの設定は、第２パッシベーション層１１２の原子数比にも影響され、両者が相互に整合して、特定の波長域の光線を重点的に吸収し、例えば長波長光を重点的に吸収する。さらに、第２パッシベーション層１１２の厚さは、太陽電池の全体厚さによっても制限され、太陽電池の全体厚さが薄すぎると、太陽電池が外部応力の影響で破断しやすくなり、太陽電池の全体厚さが厚すぎると、全体の封止に不利であり、プロセスコストも高くなる。
【0041】
幾つかの実施例において、太陽電池の長波長光に対する吸収効率及び短波長光に対する吸収効率のいずれも良くなるように、第２パッシベーション層１１２で長波長光を重点的に吸収し、第３パッシベーション層１１３で短波長光を重点的に吸収している。一方、短波長光を重点的に吸収する酸窒化ケイ素材料の屈折率が相対的に低いため、異なる波長域の光線全体に対する屈折率が高くなるように、第２パッシベーション層１１２の屈折率が第３パッシベーション層１１３の屈折率よりも大きくなるように設定することができ、これにより、光線に対する太陽電池の吸収効率を向上する。
【0042】
幾つかの実施例において、第３パッシベーション層１１３における酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ材料の原子数比が決まっている場合、太陽電池が短波長光に対して高い吸収効率を有することを可能にするために、また第３パッシベーション層１１３における水素イオンで第２パッシベーション層１１２における水素イオンに対して補足できるために、第３パッシベーション層１１３の前面１０ａに垂直な方向における厚さを、２０ｎｍ～５０ｎｍ、例えば２５ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍ、４０ｎｍ、又は４５ｎｍとすることができる。場合によっては、従来の太陽電池は、通常水色を呈しており、その主な要因は、短波長光（例えば、紫外光の波長域）の反射率が高いことであるが、本願の実施例では、第３パッシベーション層１１３の厚さを特定の区間（例えば、２０ｎｍ～５０ｎｍ）に設定して短波長光を重点的に吸収することで、電池にくすんだ青色ひいては黒色を呈させるのに有利であり、前記電池が封止されてなる光起電力モジュールが黒色を呈しており、高い発電効率を有するとともに、マルチシーン（例えばＢＩＰＶ、建材一体型太陽光発電）に適している見込みがある。
【0043】
幾つかの実施例において、第３パッシベーション層１１３の厚さが２０ｎｍ未満であると、電池が水色を呈する可能性があり、第３パッシベーション層１１３の厚さが５０ｎｍよりも大きいと、電池が緑色を呈する可能性がある。
【0044】
なお、第２パッシベーション層１１２及び第３パッシベーション層１１３は、いずれも積層構造であってもよく、積層構造における異なるサブ層の屈折率は、ベース１０の前面１０ａから離れる方向に徐々に低くなるため、隣接膜層の屈折率の差が大きすぎることによる内反射及び出射の低減に有利である。隣接膜層は、太陽電池内の膜層だけでなく、光起電力モジュールにおけるシーラントフィルム及びカバープレートも含む。
【0045】
幾つかの実施例において、第２パッシベーション層１１２の第２屈折率は、第１パッシベーション層１１１の第１屈折率及び第３パッシベーション層１１３の第３屈折率よりも大きく、そのうち、第２屈折率が第３屈折率よりも大きいことは、第３パッシベーション層１１３を介して入射した太陽光の反射及び出射の低減に有利である。さらに、幾つかの実施例では、第１屈折率が第３屈折率よりも大きく、これにより、第３パッシベーション層１１３を介して入射した太陽光の反射及び出射をより一層低減し、太陽電池の吸収効率を向上させることに有利である。上記の膜層が複数層のサブ膜層を含む場合、膜層に対応する屈折率は、複数層のサブ膜層の平均屈折率であると理解できる。
【0046】
第３パッシベーション層１１３については、外光の入射角を小さくする観点から、第３パッシベーション層１１３が高い屈折率を有するように設定する必要があり、内反射及び出射を抑制する観点から、第３パッシベーション層１１３が小さい屈折率を有するように設定する必要があり、かつ第３パッシベーション層１１３の屈折率と第２パッシベーション層１１２の屈折率との差が小さいことが必要である。短波長光を重点的に吸収する観点から、第３パッシベーション層１１３内の酸素原子数の割合が比較的大きくなるように設定する必要があり、原子数の割合の増大に伴い、第３パッシベーション層１１３の屈折率が漸減していることが分かる。太陽電池が短波長光に対して高い吸収効率を有するように、第３パッシベーション層１１３の原子数比ｊ／ｉを０．４３～０．４６、例えば０．４４又は０．４５とすることができ、第３パッシベーション層１１３の屈折率を１．４５～１．８、例えば１．５５、１．６、１．６５、１．７又は１．７５とすることができる。
【0047】
また、第２パッシベーション層１１２の原子数比ｎ／ｍを０．５６～０．７、例えば０．６０、０．６４又は０．６８とすることができ、第２パッシベーション層１１２の屈折率を１．９～２．２、例えば２．０、２．０５又は２．１とすることができる。同時に、第１パッシベーション層１１１の屈折率を１．６～１．７、例えば１．６３、１．６５又は１．６８とする。
【0048】
図２を参照して、従来のＴＯＰＣＯＮ電池（Ｎ型ＴＯＰＣＯＮ電池）およびＰＥＲＣ電池（Ｐ型ＰＥＲＣ電池）電池に比べて、本願の実施例に提供される太陽電池は、短波長（例えば、紫外光波長域）範囲においてより低い反射率を有しており、従来のＴＯＰＣＯＮ電池は、通常、酸化アルミニウム／窒化ケイ素積層体を用いて正面パッシベーション層とし、従来のＰＥＲＣ電池は、通常、窒化ケイ素層を用いて正面パッシベーション層とする。４００ｎｍおよび４５０ｎｍを例にとれば、波長４００ｎｍの位置では、従来のＰＥＲＣ電池の反射率は１２．２％程度であり、従来のＴＯＰＣＯＮ電池の反射率は１１．１％程度であるが、本願の実施例に提供される太陽電池の反射率は、６．５％程度であり、半分程度に低下した。波長４５０ｎｍの位置では、従来のＰＥＲＣ電池の反射率は５％程度であり、従来のＴＯＰＣＯＮ電池の反射率は４％程度であるが、本願の実施例に提供される太陽電池の反射率は、２．４％程度であり、同様に半分程度に低下した。本願の実施例に提供される太陽電池は、短波長域において光の反射率が低いため、従来の太陽電池または光起電力モジュールが青色を呈するのに対して、くすんだ青色ひいては黒色を呈することができ、これにより、黒色の光起電力モジュールを構成する。図３を参照して、図１に示す構造に基づく太陽電池は、くすんだ青色を呈するとともに黒色に近い。
【0049】
３８０ｎｍ～１０５０ｎｍの波長区間の平均反射率からも、本願の実施例に提供される太陽電池は著しく低下する。具体的には、全体区間範囲において、従来のＰＥＲＣ電池とＴＯＰＣＯＮ電池は、反射率が２．１％～２．３％であり、例えば、従来のＰＥＲＣ電池の平均反射率が２．１６０％程度であり、従来のＴＯＰＣＯＮ電池の平均反射率が２．２３７％程度であるのに対して、本願の実施例に提供される太陽電池は、平均反射率が１．４％～１．７％であり、例えば１．５５２％程度であり、１／３近くに低下した。さらに、６００ｎｍ～８００ｎｍの波長区間からも、本願の実施例に提供される太陽電池の平均反射率は、同様に１％未満である。上記のパッシベーション層の積層体（第１パッシベーション層１１１、第２パッシベーション層１１２、及び第３パッシベーション層１１３）をＴＯＰＣＯＮ電池に適用した場合、電池の短絡電流を３０ｍＡ以上向上させることができる。
【0050】
幾つかの実施例において、第１パッシベーション層１１１と第２パッシベーション層１１２との間に、第１中間層が設けられてもよく、前記第１パッシベーション層１１１はフィールド効果パッシベーション層とし、前記第２パッシベーション層１１２は化学効果パッシベーション層とし、前記第１中間層は、両者間の導電性能又は光吸収性能を最適化するために用いられることができる。例えば、前記第１中間層は、前面のパッシベーション層全体における短波長帯域の入射光（例えば、紫外光）の反射性能（例えば、反射率）に影響を与え得る。前記第１中間層の材料は、酸化ケイ素材料であってもよく、第１中間層の厚さは０．５ｎｍ～３ｎｍである。
【0051】
幾つかの実施例において、第２パッシベーション層１１２と第３パッシベーション層１１３との間に、第２中間層も設けられてもよく、前記第２中間層は、前面のパッシベーション層全体の反射性能に影響を与えるために使用できる。例えば、前記第２中間層は、前面のパッシベーション層全体における短波長帯域の入射光（例えば、紫外光）の反射性能（例えば、反射率）に影響を与え得る。前記第２中間層の材料は、酸炭窒化ケイ素材料であってもよく、第２中間層の厚さは１０ｎｍ未満である。幾つかの実施例において、裏面１０ｂにはパッシベーションコンタクト構造も設けられており、パッシベーションコンタクト構造は、少なくとも、ベース１０から離れる方向に順次設置されているトンネル酸化層１２１とドープ導電層１２２とを備えている。そのうち、トンネル酸化層１２１の材料は、酸化ケイ素のような誘電体材料であり、裏面１０ｂの界面パッシベーションを実現するために用いられる。ドープ導電層１２２の材料は、フィールドパッシベーションを形成するために用いられ、例えばドープシリコンであり、ドープ導電層１２２は、ベース１０と同じ導電型のドーパントを有し、ドープシリコンは具体的に、Ｎ型ドープポリシリコン、Ｎ型ドープ微結晶シリコン、またはＮ型ドープアモルファスシリコンの一種又は複数種であってもよく、ドープ導電層１２２には、Ｎ型ドープイオンが含まれている。そのうち、幾つかの実施例において、ドープ導電層１２２は、ドープポリシリコン層であり、裏面１０ｂに垂直な方向において、ドープ導電層１２２の厚さ範囲は、８０ｎｍ～１６０ｎｍであり、例えば１００ｎｍ、１２０ｎｍ、又は１４０ｎｍであり、ドープ導電層１２２の屈折率範囲は、３．５～４．５であり、例えば３．７５、４、又は４．２５である。
【0052】
幾つかの実施例において、ドープ導電層１２２には、入射光の電池背部での反射効果を高めるための第４パッシベーション層１２３がさらに設けられている。ここで、第４パッシベーション層１２３は、複数層のサブ層を含んでいてもよく、裏面１０ｂがドープ導電層１２２に向かう方向において、異なるサブ層の屈折率が漸減しており、このように、内反射により入射光の電池背部での反射効果を増強させることに有利である。第４パッシベーション層１２３の材料が窒化ケイ素である場合、屈折率が高い窒化ケイ素サブ層は、より多くの水素イオンを有し、水素イオンは、濃度差によって形成される拡散動力または熱処理プロセスによって形成される熱動力下で裏面１０ｂに移動して、ベース１０とパッシベーションコンタクト構造との間の界面欠陥をを不動態化し、キャリアの再結合を抑制し、光電変換効率を向上させることができる。
【0053】
具体的には、第４パッシベーション層１２３は、順次設置されている下部パッシベーション層、中間パッシベーション層、及び上部パッシベーション層を含むことができ、下部パッシベーション層は、ドープ導電層１２２の表面を被覆し、下部パッシベーション層の屈折率は、２．１２～２．２、例えば２．１４、２．１６、又は２．１８とすることができ、裏面１０ｂに垂直な方向において、厚さが１０ｎｍ～２０ｎｍ、例えば１３ｎｍ、１５ｎｍ又は１８ｎｍである。中間パッシベーション層の屈折率は、２．１０～２．１２、例えば２．１３、２．１５、又は２．１８とすることができ、厚さは２０ｎｍ～３０ｎｍ、例えば２３ｎｍ、２５ｎｍ、又は２８ｎｍである。上部パッシベーション層の屈折率は、２．０９～２．１０とすることができ、厚さは３０ｎｍ～５０ｎｍ、例えば３５ｎｍ、４０ｎｍ、又は４５ｎｍである。要するに、第４パッシベーション層１２３は、第２窒化ケイ素ＳｉａＮｂ材料を含み、ａ／ｂ∈［３．５、６．８］であり、例えば４．２、４．９、５．６又は６．３であり、第４パッシベーション層１２３の全体の屈折率は、２．０４～２．２、例えば２．０８、２．１２、又は２．１６とすることができ、裏面１０ｂに垂直な方向において、第４パッシベーション層１２３の厚さは６０ｎｍ～１００ｎｍ、例えば７０ｎｍ、８０ｎｍ、又は９０ｎｍとすることができる。
【0054】
また、太陽電池は、エミッタ１０２に電気的に接続された第１電極１１４と、第４パッシベーション層１２３を貫通してドープ導電層１２２に電気的に接続された第２電極１２４と、をさらに備えている。幾つかの実施例において、第１電極１１４および／または第２電極１２４は、導電ペースト（銀ペースト、アルミニウムペースト、または銀アルミニウムペースト）により焼成印刷されたものであってもよい。
【0055】
本願の実施例では、第２パッシベーション層におけるベースから離れる側に酸窒化ケイ素材料を含む第３パッシベーション層が設けられることにより、太陽電池に短波長光に対する良い吸収効率を持たせることに有利であるとともに、酸窒化ケイ素材料の原子数比を制限することにより、第３パッシベーション層に高い屈折率を持たせ、外光をより小さい入射角でベース内に入射することに有利である。また、第２パッシベーション層における第１窒化ケイ素材料の原子数の割合を制限することにより、第２パッシベーション層が第３パッシベーション層よりも高い屈折率を有するようにし、光の内反射および出射の低減に有利である。同時に、第２パッシベーション層に弱い正帯電性を持たせるため、第１パッシベーション層のフィールドパッシベーション効果及びベースの光電効果に対する第２パッシベーション層の影響を回避することに有利である。
【0056】
また、本願の実施例は、受光した光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力モジュールをさらに提供する。図４を参照して、光起電力モジュールは、セルストリング（図示せず）と、シーラントフィルム２と、カバープレート３と、を備える。セルストリングは、複数の太陽電池１を接続することによって形成され、太陽電池１は、前述したいずれの太陽電池（図１の太陽電池を含むがそれに限られない）であってもよく、隣接する太陽電池１同士は、導電テープ（図示せず）により電気的に接続されているとともに、隣接する太陽電池１同士の位置関係は、部分的に積層されていてもよく、互いにつなぎ合わされていてもよい。シーラントフィルム２は、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）接着フィルム、ポリエチレンオクテン共エラストマー（ＰＯＥ）接着フィルム又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）接着フィルムなどの有機シーラントフィルムであってもよく、シーラントフィルム２は、セルストリングの表面を覆って封止される。カバープレート３は、ガラスカバープレート又はプラスチックカバープレート等の透明または半透明のカバープレートであってもよく、カバープレート３は、シーラントフィルム２におけるセルストリングから離れる表面を覆っている。幾つかの実施例において、入射光の利用効率を高めるために、カバープレート３にはライトトラップ構造が設けられ、異なるカバープレート３のライトトラップ構造が異なっていてもよい。光起電力モジュールは、比較的高い電流収集能力と比較的低いキャリア再結合率を有し、高い光電変換効率を実現することができる。同時に、光起電力モジュールの正面は、くすんだ青色ひいては黒色を呈するため、より多くのシーンに適用することができる。
【0057】
幾つかの実施例において、シーラントフィルム２およびカバープレート３が太陽電池１の前面のみに位置されるが、裏面に位置するシーラントフィルム２およびカバープレート３が比較的弱い光をさらに遮断および減弱することを回避する。また、光起電力モジュールは、側方フル包囲型封止を用いてもよく、即ち、光起電力モジュールの側辺をシーラントフィルム２で完全に被覆し、ラミネート時にラミネートずれが生じる現象を防止し、水の侵入などの外部環境が光起電力モジュールの側辺を通じて太陽電池の性能に影響を及ぼすことを回避する。
【0058】
幾つかの実施例において、図５を参照して、光起電力モジュールは、少なくとも光起電力モジュールの側辺に固定的に封止されたエッジ封止部材６をさらに備える。さらに、エッジ封止部材６は、少なくとも光起電力モジュールの隅寄りの側辺に固定的に封止されている。エッジ封止部材６は、耐高温テープであってもよく、耐高温テープの耐高温特性により、太陽電池がラミネート中および使用中に分解や脱落することなく、光起電力モジュールに対する確実な封止を確保するのに有利である。幾つかの実施例において、耐高温テープは、光起電力モジュールの側面だけでなく、光起電力モジュールの前面および裏面にも貼り付けられているため、ラミネート時の光起電力モジュールのラミネートずれの発生および応力による光起電力モジュールの応力歪みの発生を抑制するのに有利である。
【0059】
【0060】
図６を参照して、ベースエリア１０１を提供して両面テクスチャリングを行う。
【0061】
具体的には、ベースエリア１０１を洗浄し、ウェット化学エッチングによってピラミッドテクスチャーを作製し、ピラミッドテクスチャーは、ベースエリア１００の表面における光線の反射を低減することができ、ベースエリア１００の光線に対する吸収利用率を高め、太陽電池の変換効率を向上することができる。幾つかの実施例において、ベースエリア１０１の材料は、単結晶シリコンであり、ベースエリア１０１の厚さは、６０μｍ～２４０μｍであり、具体的には、６０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、又は２４０μｍ等であってもよく、ベースエリア１０１の抵抗率範囲は、０．３～２ｏｈｍ．ｃｍである。また、ベースエリア１０１は、Ｎ型半導体またはＰ型半導体であってもよく、以下では、ベースエリア１０１がＮ型半導体であることを例として説明する。
【0062】
なお、本願はテクスチャリングの具体的な動作方式について限定するものではない。例えば、ウェットテクスチャリングプロセスを選用してテクスチャリングを行えるが、これに限らない。ベースエリア１０１がＮ型単結晶シリコンの場合、水酸化カリウムなどのアルカリ性溶液を用いてテクスチャリングを行うことができ、ＮａＯＨ溶液の腐食に異方性があるので、ピラミッド状のミクロ構造を製造する上で有利である。ピラミッド状の微細構造は、四面体、略四面体、五面体、略五面体などの構造であってもよい。また、テクスチャリングプロセスは、化学的エッチング、レーザーエッチング、機械的エッチング、プラズマエッチングなどであってもよく、ピラミッド状の微細構造によって、金属ペーストをスクリーン印刷して電極を形成する際により良く前記微細構造に充填し、より優れた電極接触を得ることができ、電池の直列抵抗を効果的に低減してフィルファクターを向上させることができる。ピラミッド状の微細構造の模様を制御することで、太陽電池の全体の屈折率を１０％未満にすることができる。
【0063】
図７を参照して、Ｐ型エミッタ１０２が形成される。
【0064】
両面テクスチャリングを行った後、ベースエリア１０１の前面１０ａに対してホウ素拡散処理を行ってＰ型エミッタ１０２を形成し、Ｐ型エミッタ１０２は、ベースエリア１０１における太陽光を向く側の一部の表層空間を占め、Ｐ型エミッタ１０２とＮ型ベースエリア１０１とでベース１０を構成する。そのうち、Ｐ型エミッタ１０２の拡散シート抵抗（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｓｈｅｅｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の範囲は、１３０Ω～１５０Ωであり、表面拡散濃度は、Ｅ１８～Ｅ１９である。
【0065】
なお、ホウ素拡散処理は、ベースエリア１０１の前面（即ち、前面１０ａ）、裏面及び側面に不要なホウ珪酸ガラスも同時に生成し、ホウ珪酸ガラスは、ベースエリア１０１に対して一定の保護作用を有し、何らかの製造プロセスによるベースエリア１０１の表面へのダメージの発生を回避することができ、すなわち、不要なホウ珪酸ガラスは、ベースエリア１０１のマスク層としてもよい。そのうち、ホウ素拡散処理に用いられるホウ素源は、液体の三臭化ホウ素を含み、ホウ素拡散処理を行うときに、微結晶シリコン相がポリシリコン相に転化する。
【0066】
図８を参照して、ベースエリア１０１の裏面に対して平坦化プロセス（例えば、アルカリ研磨）を行う。
【0067】
裏面は太陽電池の太陽光に背く面であり、平坦化プロセスは、裏面膜層の堆積に必要な平坦な面である裏面１０ｂを形成することができる。平坦化プロセスを行う過程では、裏面のホウ珪酸ガラスが同時に除去される。
【0068】
幾つかの実施例において、研磨プロセスを行う前に、さらに以下の工程を含む。調製した混酸を用いて、ベースエリア１０１の裏面１０ｂにおけるホウ珪酸ガラスを除去し、混酸は、質量分率０．１％～１０％のフッ化水素酸溶液と、質量分率１０％～２０％の硫酸溶液と、２５％～５０％の硝酸溶液とを含み、酸洗い時間は１０ｓ～１８０ｓであり、酸洗い温度は７℃～２０℃である。酸洗後の裏面１０ｂに対して水洗、乾燥処理を行う。なお、酸洗後にベース１０の裏面１０ｂに多孔質構造が現れる。
【0069】
幾つかの実施例において、アルカリ溶液を用いて裏面１０ｂを研磨処理することができる。具体的には、裏面１０ｂを質量分率５％～１５％のアルカリ溶液で洗浄し、多孔質シリコンを除去する。アルカリ溶液の微小液滴をスプレー方式により裏面１０ｂに滴下して粗面化処理し、更に質量分率５％～１０％のフッ化水素酸で前洗浄する。研磨液を用いて裏面１０ｂを研磨し、研磨温度が７０℃～８０℃、研磨時間が２６０ｓ未満であり、そのうち、研磨液には、質量分率１％～１５％のＮａＯＨと、質量分率１％～１５％のＫＯＨと、質量分率０．５％～２．５％の添加剤が含まれている。エッチング液中の有機成分を、質量分率５％～１５％の水酸化カリウムと質量分率１５％～４０％の過酸化水素との混合液により除去する。研磨後のベース１０に対して水洗、乾燥処理を行う。
【0070】
幾つかの実施例において、裏面１０ｂのホウ素濃度が低いため、アルカリ溶液でエッチングすることは、エッチング効率を効果的に向上させることができる。アルカリ溶液は、有機塩基および／または無機塩基を含み、無機塩基は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｇａ（ＯＨ）２、ＮＨ３．Ｈ２Ｏであってもよく、有機塩基は、トリエチルアミン、ニトロフェノール、ピリジン、キニーネ、コルヒチン等であってもよい。研磨液中の添加剤は、スルホン酸ナトリウム、無水マレイン酸、アルキルグリコシド等からなる緩衝液であってもよい。幾つかの実施例において、ベース１０の研磨減量は、０．３ｇ未満であり、研磨時間と研磨温度を制御することにより、裏面１０ｂはプリセット構造を有することができる。
【0071】
幾つかの実施例において、裏面１０ｂの構造形態は、異なるレベルの形態によって太陽光の吸収を高めるように、前面１０ａの構造形態とは異なる。例えば、前面１０ａはピラミッド状の構造であってもよく、反射防止能力を重点的に向上する。裏面１０ｂは、積層された階段状であってもよく、これにより、裏面１０ｂを覆うトンネル酸化層の緻密性と均一性が高く保たれ、裏面１０ｂに対するトンネル酸化層の不動態化効果が良好に保たれる。
【0072】
図９を参照して、トンネル酸化層１２１とドープ導電層１２２が形成される。
【0073】
幾つかの実施例において、トンネル酸化層１２１を堆積プロセスで形成し、具体的には、トンネル酸化層１２１の材料は酸化ケイ素を含み、堆積プロセスは化学気相堆積プロセスを含み、裏面１０ｂに垂直な方向において、トンネル酸化層１２１の厚さは１ｎｍ～２ｎｍ、例えば１．２ｎｍ、１．４ｎｍ、１．６ｎｍ、又は１．８ｎｍである。他の実施例において、Ｉｎ-ｓｉｔｕ（その場）生成プロセスでトンネル酸化層を形成することもでき、具体的には、シリコンベースに加えて、熱酸化プロセスおよび硝酸パッシベーションなどのプロセスによってトンネル酸化層をＩｎ-ｓｉｔｕ生成することができる。
【0074】
幾つかの実施例において、温度可変プロセスおよび化学気相成長法を用いて、トンネル酸化層１２１を裏面１０ｂに堆積させる。堆積過程において、昇温レートが０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎ、例えば１．０℃／ｍｉｎ、１．５℃／ｍｉｎ、２．０℃／ｍｉｎ又は２．５℃／ｍｉｎ等となり、堆積温度が５６０℃～６２０℃、例えば５７０℃、５９０℃又は６１０℃等となり、堆積時間が３ｍｉｎ～１０ｍｉｎ、例えば４ｍｉｎ、６ｍｉｎ又は８ｍｉｎ等となるように制御する。
【0075】
また、幾つかの実施例において、トンネル酸化層１２１の形成後に、真性ポリシリコンを堆積させてポリシリコン層を形成し、イオン注入およびソース拡散によりリンイオンをドーピングしてＮ型のドープポリシリコン層を形成し、ドープポリシリコン層をドープ導電層１２２とする。裏面１０ｂに垂直な方向において、ドープ導電層１２２の厚さは、８０ｎｍ～１６０ｎｍ、例えば１００ｎｍ、１２０ｎｍ又は１４０ｎｍとすることができる。他の実施例において、ドープ導電層１２２は、ベース１０と同じ導電型のドーパントを有しており、ベース１０がＮ型半導体の場合、ドープ導電層１２２は、Ｎ型のドープポリシリコン層、Ｎ型のドープ微結晶シリコン層、またはＮ型のドープアモルファスシリコン層の少なくとも一種である。
【0076】
堆積プロセスによりトンネル酸化層１２１とドープ導電層１２２を形成する場合、ホウ珪酸ガラスがマスク層としてベースエリア１０１の前面１０ａを保護するため、堆積プロセスにおいて堆積領域をマスクにより裏面に限定する必要がなく、後で前面におけるホウ珪酸ガラスと、前面に堆積された酸化ケイ素およびポリシリコンとを同時に同一のプロセスにより除去することができる。このように、別途のマスクを設ける必要がなく、プロセス工程の削減、プロセスフローの短縮、プロセスコストの低減に有利である。他の実施例において、界面パッシベーション層をＩｎ-ｓｉｔｕ生成プロセスで形成する場合、ベースの前面におけるホウ珪酸ガラスの表面に堆積されたのは、ポリシリコンのみである。
【0077】
幾つかの実施例において、トンネル酸化層１２１とポリシリコン層の堆積、及びポリシリコン層のドーピングは、いずれも低圧化学気相成長装置で形成される。具体的な工程は、以下のことを含む。まず、アルカリ研磨後のベース１０を堆積装置中に置き、２０Ｌ～６０Ｌの酸素源（例えば、酸素、亜酸化窒素、オゾン）を導入し、昇温レート０．５℃／ｍｉｎ～３℃／ｍｉｎで堆積装置内の温度を５６０℃～６２０℃まで加熱し、堆積時間を３ｍｉｎ～１０ｍｉｎとして、トンネル酸化層１２１を形成する。酸素の導入が完了した後、恒温段階を実行し、その後、適量のシランガスを導入し、ポリシリコン層を形成する。最後に、ポリシリコン層をＩｎ-ｓｉｔｕドーピングしてドープ導電層１２２を形成する。
【0078】
図１０を参照して、前面１０ａに第１パッシベーション層１１１、第２パッシベーション層１１２、及び第３パッシベーション層１１３が形成される。
【0079】
幾つかの実施例において、第１パッシベーション層を形成する前に、ベース１０の前面１０ａに巻取りメッキされた余分なホウ珪酸ガラス、酸化ケイ素およびポリシリコンを除去する必要がある。他の実施例において、第１パッシベーション層を形成する前に、ベースの前面に巻取りメッキされた余分なホウ珪酸ガラスおよびポリシリコンを除去する必要がある。
【0080】
さらに、他の実施例において、余分な材料を除去した後に、ベースの前面にも薄い酸化ケイ素層を成長させた。薄い酸化ケイ素層の形成プロセスは、自然酸化、熱酸化、ウェット酸化、原子層堆積、プラズマ増強化学気相成長などのプロセスを含み、ベースの表面に垂直な方向において、薄い酸化ケイ素層の厚さは０～３ｎｍであり、例えば１ｎｍ、１．５ｎｍまたは２ｎｍである。
【0081】
幾つかの実施例において、第１パッシベーション層１１１、第２パッシベーション層１１２及び第３パッシベーション層１１３は、化学気相成長、低圧化学気相成長プロセス、プラズマ増強化学気相成長（直接プラズマ堆積及び間接プラズマ堆積を含む）、マグネトロンスパッタプロセスなどを用いて形成することができるが、これらに限らない。ここで、第１パッシベーション層１１１は、誘電体材料を含み、第２パッシベーション層１１２は、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ材料（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）を含み、第３パッシベーション層１１３は、酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ材料（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）を含む。以下、原子層堆積プロセスと管型プラズマ増強化学気相成長プロセスとの組合せを製造経路として例示的に説明する。
【0082】
第１パッシベーション層１１１の材料の種類については、実現しようとする主なパッシベーション効果がフィールドパッシベーションであるか界面パッシベーションであるかに応じて、第１パッシベーション層１１１の材料を界面パッシベーション材料とフィールドパッシベーション材料とに分けることができ、界面パッシベーション材料が酸化ケイ素または酸窒化ケイ素の少なくとも一つを含み、フィールドパッシベーション材料が酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムのうちの一種または複数種を含む。以下では、第１パッシベーション層１１１の材料が主にフィールドパッシベーション材料、具体的には酸化アルミニウムＡｌＸＯｙ材料であることを例として説明する。
【0083】
幾つかの実施例において、原子層堆積プロセスによって第１パッシベーション層１１１を形成し、その反応物がトリメチルアルミニウムと水を含み、堆積温度が１５０℃～２５０℃、例えば１７５℃、２００℃又は２２５℃であり、第１パッシベーション層１１１の波長６３２ｎｍにおける屈折率が１．６～１．７、例えば１．６３、１．６５又は１．６７であり、前面１０ａに垂直な方向において、第１パッシベーション層１１１の厚さが３ｎｍ～１０ｎｍ、例えば５ｎｍ、７ｎｍ又は９ｎｍである。
【0084】
第１パッシベーション層１１１を形成した後、第１パッシベーション層１１１をシールドガス雰囲気に置いて高温アニール処理を行い、残留水分子及び有機官能基を除去する。そのうち、アニール温度は４５０℃～５５０℃、例えば４７５℃、５００℃又は５２５℃であり、アニール時間は１０ｍｉｎを超え、例えば１２ｍｉｎ、１４ｍｉｎ又は１６ｍｉｎである。なお、上記「シールドガス」とは、反応に関与しない任意のガス、例えば不活性ガスでもよく、幾つかの実施例では、シールドガスとして窒素ガスを用いてもよい。
【0085】
幾つかの実施例において、第２パッシベーション層１１２は、プラズマ増強化学気相成長プロセスによって形成され、その反応物がシランとアンモニアガスであり、シランとアンモニアガスとの流量比が１／４～１／１５、例えば１／６、１／９、又は１／１２であり、単位面積あたりのパルスパワーが３０～４０ｍＷ／ｃｍ２、例えば３３ｍＷ／ｃｍ２、３５ｍＷ／ｃｍ２、又は３７ｍＷ／ｃｍ２である。流量比および単位面積あたりのパルスパワーを制御することによって、第２パッシベーション層１１２における第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ材料の原子数の割合をプリセットレベルとし、さらに第２パッシベーション層１１２にプリセットされた屈折率を持たせることに有利である。例示的に、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ材料を含む第２パッシベーション層１１２の波長６３２ｎｍにおける全体の屈折率は１．９～２．２、例えば２．０、２．０５または２．１であり、同時に、前面１０ａに垂直な方向において、第２パッシベーション層１１２の厚さは４０ｎｍ～６０ｎｍ、例えば４５ｎｍ、５０ｎｍまたは５５ｎｍである。
【0086】
幾つかの実施例において、第３パッシベーション層１１３は、プラズマ増強化学気相成長プロセスによって形成され、その反応物がシラン、亜酸化窒素（笑気）およびアンモニアガスであり、シランと亜酸化窒素との流量比が１／１０以上、例えば１／４、１／６または１／８であり、単位面積あたりのパルスパワーが２５～４０ｍＷ／ｃｍ２、例えば２８ｍＷ／ｃｍ２、３０ｍＷ／ｃｍ２、３３ｍＷ／ｃｍ２、または３６ｍＷ／ｃｍ２である。流量比および単位面積あたりのパルスパワーを制御することによって、第３パッシベーション層１１３における酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ材料の原子数の割合をプリセットレベルとし、第３パッシベーション層１１３にプリセットされた屈折率を持たせることに有利である。例示的に、第３パッシベーション層１１３の波長６３２ｎｍにおける全体の屈折率が１．４５～１．８、例えば１．５、１．６または１．７であり、同時に、前面１０ａに垂直な方向において、第３パッシベーション層１１３の厚さが２０ｎｍ～５０ｎｍ、例えば２５ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍ、４０ｎｍまたは４５ｎｍである。
【0087】
図１を参照して、ドープ導電層１２２に第４パッシベーション層１２３、第１電極１１４及び第２電極１２４が形成される。
【0088】
第４パッシベーション層１２３が窒化ケイ素層である場合、実際のニーズに応じて、２～４層のグレーデッド屈折層として設けることができ、すなわち、ベース１０から離れる方向において、異なる窒化ケイ素サブ層の屈折率が徐々に低くなる。また、その反応物は、シランとアンモニアガスであってもよく、第４パッシベーション層１２３におけるケイ素原子数と窒素原子数との比は、３．５～６．８であってもよく、例えば４．２、４．９、５．７又は６．３であり、屈折率範囲は、２．０４～２．２であってもよく、例えば２．０８、２．１２又は２．１６であり、厚さの範囲は６０ｎｍ～１００ｎｍ、例えば７０ｎｍ、８０ｎｍ又は９０ｎｍである。
【0089】
第４パッシベーション層１２３を形成した後、金属化処理、スクリーン印刷及び高温焼成などのプロセスにより第１電極１１４及び第２電極１２４を形成することができる。また、電極を形成した後、さらに光アニール処理を行う必要があり、即ち、太陽電池セルを４００℃～７００℃の温度で１ｍｉｎ～６ｍｉｎ、例えば５００℃又は６００℃で例えば２ｍｉｎ、３ｍｉｎ、４ｍｉｎ又は５ｍｉｎに加熱した後、１５０℃～４００℃の温度下および１～６個の太陽光照射強度下で同時に１ｍｉｎ～６ｍｉｎの処理を行い、例えば２００℃、２５０℃、３００℃及び３５０℃、および例えば１個、２個、３個、４個又は５個の太陽光強度である。
【0090】
当業者であれば、前記各実施形態は本願を実現する具体的な実施例であるが、実用上では本願の精神と範囲を逸脱することなく、形態及び細部において様々な変更が可能であることが理解できる。いずれの当業者は、本願の精神と範囲を逸脱しない限り、それぞれ変更及び修正を行うことが可能であるため、本願の保護範囲は、請求項に限定された範囲を基準にすべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【手続補正書】
【提出日】2022-06-14
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
対向する前面と裏面を有するベースと、
前記前面に位置しかつ前記前面から離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層と、
前記裏面に位置しかつ前記裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層と、を備え、
前記第１パッシベーション層の屈折率は１．６～１．７であり、前記第２パッシベーション層の屈折率は１．９～２．２であり、前記第３パッシベーション層の屈折率は１．４５～１．８であることを特徴とする太陽電池。
前記前面に位置しかつ前記前面から離れる方向に順次設置されている、誘電体材料を含む第１パッシベーション層、第１窒化ケイ素ＳｉｍＮｎ（ｎ／ｍ∈［０．５、１］）材料を含む第２パッシベーション層、及び酸窒化ケイ素ＳｉＯｉＮｊ（ｊ／ｉ∈［０．１、０．６］）材料を含む第３パッシベーション層と、
前記裏面に位置しかつ前記裏面から離れる方向に順次設置されている、トンネル酸化層及び前記ベースと同じ導電型のドーパントを有するドープ導電層と、を備え、
前記第１パッシベーション層の屈折率は１．６～１．７であり、前記第２パッシベーション層の屈折率は１．９～２．２であり、前記第３パッシベーション層の屈折率は１．４５～１．８であることを特徴とする太陽電池。
【請求項2】
前記誘電体材料は、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ガリウム、酸化ハフニウムのうちの一種または複数種を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項3】
前記誘電体材料は、酸化アルミニウムＡｌｘＯｙ材料であり、且つｙ／ｘ∈［１．１、１．５］である、
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項4】
前記前面に垂直な方向において、前記第１パッシベーション層の厚さは、３ｎｍ～１０ｎｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項5】
前記前面に垂直な方向において、前記第２パッシベーション層の厚さは、４０ｎｍ～６０ｎｍである、
ことを特徴とする請求項１または４に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１または４に記載の太陽電池。
【請求項6】
前記前面に垂直な方向において、前記第３パッシベーション層の厚さは、２０ｎｍ～５０ｎｍである、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項7】
前記ドープ導電層における前記ベースから離反する側に位置する第４パッシベーション層をさらに備え、
前記第４パッシベーション層は、第２窒化ケイ素ＳｉａＮｂ（ａ／ｂ∈［３．５、６．８］）材料を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記第４パッシベーション層は、第２窒化ケイ素ＳｉａＮｂ（ａ／ｂ∈［３．５、６．８］）材料を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項8】
前記第４パッシベーション層の屈折率は、２．０４～２．２であり、
前記裏面に垂直な方向において、前記第４パッシベーション層の厚さは、６０ｎｍ～１００ｎｍである、
ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
前記裏面に垂直な方向において、前記第４パッシベーション層の厚さは、６０ｎｍ～１００ｎｍである、
ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項9】
前記第１パッシベーション層は、前記ベースと前記誘電体材料との間に介在している酸化ケイ素材料をさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項10】
前記ベースは、Ｎ型半導体ベースであり、
前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープポリシリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、またはＮ型ドープアモルファスシリコン層のうちの少なくとも一種である、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記ドープ導電層は、Ｎ型ドープポリシリコン層、Ｎ型ドープ微結晶シリコン層、またはＮ型ドープアモルファスシリコン層のうちの少なくとも一種である、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項11】
請求項１～１０のいずれか１項に記載の太陽電池を複数接続してなるセルストリングと、
前記セルストリングの表面を覆うためのシーラントフィルムと、
前記シーラントフィルムにおける前記セルストリングから離反する表面を覆うためのカバープレートと、
を備えることを特徴とする光起電力モジュール。
前記セルストリングの表面を覆うためのシーラントフィルムと、
前記シーラントフィルムにおける前記セルストリングから離反する表面を覆うためのカバープレートと、
を備えることを特徴とする光起電力モジュール。