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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-21
(45)【発行日】2024-03-01
(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 31/18 20060101AFI20240222BHJP
H01L 31/068 20120101ALI20240222BHJP
【ＦＩ】
H01L31/04 440
H01L31/06 300
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2023100447
(22)【出願日】2023-06-20
【審査請求日】2023-06-26
(31)【優先権主張番号】202310440972.1
(32)【優先日】2023-04-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】522171073
【氏名又は名称】晶科能源（海▲寧▼）有限公司
(73)【特許権者】
【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】張彼克
(72)【発明者】
【氏名】楊楠楠
(72)【発明者】
【氏名】徐夢微
(72)【発明者】
【氏名】金井昇
【審査官】桂城 厚
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２２－０８１３６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－０７３８１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２６３３４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２３－０３３２５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１５６９２５３３（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２１８５４８４４５（ＣＮ，Ｕ）
【文献】中国特許出願公開第１１５９８５９８０（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１１７９６３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３１／００－３１／０７８
Ｈ０１Ｌ ３１／１８－３１／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１表面を備える基板と、前記第１表面に形成されるトンネル層と、
前記トンネル層の前記基板から離れた表面に形成される第１ドーピング導電層と、
前記第１ドーピング導電層の前記基板から離れた側に形成される第２ドーピング導電層であって、前記第２ドーピング導電層は、複数の第１部分と、複数の第２部分と、を含み、各前記第１部分と各前記第２部分が予め設定された方向及び前記第２ドーピング導電層の厚さ方向に垂直な方向に沿って交互に配列され、各前記第１部分と各前記第２部分がいずれも前記予め設定された方向に沿って延び、ここで、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度が前記第１部分のドーピング元素濃度より小さく、且つ、前記第１部分のドーピング元素濃度が前記第２部分のドーピング元素濃度より小さい第２ドーピング導電層と、
複数の第１電極であって、前記複数の第１電極のうちの各第１電極がいずれも前記予め設定された方向に沿って延び、各前記第１電極と各前記第２部分とが１対１で対応しており、１つの前記第１電極が対応する前記第２部分と電気的と接触している第１電極と、を含み、
前記予め設定された方向は、前記第１表面に平行でありかつ前記第１部分と前記第２部分が交互に配列された方向と垂直な方向であり、
前記基板のドーピング元素種類はＮ型ドーピング元素であり、前記第２部分は、Ｎ型ドーピング元素がドーピングされた本体部と、前記本体部内に位置し、Ｐ型ドーピング元素がドーピングされた反転ドーピング部と、を含み、前記反転ドーピング部が前記本体部内に占める体積比は１／２より小さい、
ことを特徴とする太陽電池。
【請求項2】
前記第１部分のドーピング元素濃度と前記第２部分のドーピング元素濃度の比は１：５０～３：４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3】
前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度と前記第２部分のドーピング元素濃度の比は１：１００～１：２である、ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
【請求項4】
前記第１ドーピング導電層は、複数の第３部分と、複数の第４部分と、を含み、各前記第３部分と各前記第４部分が前記予め設定された方向及び前記第２ドーピング導電層の厚さ方向に垂直な方向に沿って交互に配列され、各前記第３部分と各前記第４部分がいずれも前記予め設定された方向に沿って延び、１つの前記第３部分が１つの前記第１部分に正対し、１つの前記第４部分が１つの前記第２部分に正対し、前記第３部分のドーピング元素濃度が前記第４部分のドーピング元素濃度より小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項5】
前記第１ドーピング導電層のドーピング元素種類がＮ型である場合、前記第３部分のドーピング元素濃度と前記第４部分のドーピング元素濃度の比は１：３０～５：６であり、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素種類がＰ型である場合、前記第３部分のドーピング元素濃度と前記第４部分のドーピング元素濃度の比は１：１００～２：３である、ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
【請求項6】
前記第４部分のドーピング元素濃度と前記第２部分のドーピング元素濃度の比は１：１０～５：６である、ことを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
【請求項7】
遮断層をさらに含み、前記遮断層が前記第１ドーピング導電層と前記第２ドーピング導電層の間に位置し、前記遮断層の前記基板に向かう表面が前記第１ドーピング導電層の前記基板から離れた表面と接触しており、前記遮断層の前記基板から離れた表面が前記第２ドーピング導電層の前記基板に向かう表面と接触している、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項8】
前記遮断層の前記基板から離れた表面は各前記第２部分と接触しており、前記遮断層の前記第１表面における正射影は前記第２部分の前記第１表面における正射影と重なっている、ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項9】
前記遮断層の前記基板から離れた表面は各前記第１部分および各前記第２部分と接触しており、且つ前記遮断層の前記第１表面における正射影は各前記第１部分の前記第１表面における正射影および各前記第２部分の前記第１表面における正射影と重なっている、ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項10】
前記遮断層の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化ケイ素またはフッ化マグネシウムのうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池。
【請求項11】
第１ドーピング導電層の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含み、前記第２ドーピング導電層の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項12】
前記第１ドーピング導電層は第１多結晶シリコンから構成され、前記第１部分は第２多結晶シリコンから構成され、前記第２部分は第３多結晶シリコンから構成され、前記第１多結晶シリコンの平均結晶粒径は、前記第２多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、且つ前記第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きい、ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池。
【請求項13】
前記第３部分は第４多結晶シリコンから構成され、前記第４部分は第５多結晶シリコンから構成され、前記第１部分は第２多結晶シリコンから構成され、前記第２部分は第３多結晶シリコンから構成され、ここで、前記第４多結晶シリコンの平均結晶粒径は前記第５多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、前記第５多結晶シリコンの平均結晶粒径は前記第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、前記第２多結晶シリコンの平均結晶粒径は前記第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きい、ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池。
【請求項14】
前記第１ドーピング導電層の厚さと前記第２ドーピング導電層の厚さの比は２：１～１：１２である、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項15】
複数の請求項１に記載された太陽電池を接続することで形成された少なくとも１つの電池ストリングと、前記少なくとも１つの電池ストリングを覆うための少なくとも１つの封止層と、
前記少なくとも１つの封止層を覆うための少なくとも１つのカバープレートと、を含む、
ことを特徴とする光起電力モジュール。
【請求項16】
第１表面を備える基板を提供することと、前記第１表面にトンネル層を形成することと、
前記トンネル層の前記基板から離れた表面に第１ドーピング導電層を形成することと、
前記第１ドーピング導電層の前記基板から離れた側に第２ドーピング導電層を形成することであって、前記第２ドーピング導電層は、複数の第１部分と、複数の第２部分とを含み、各前記第１部分と各前記第２部分が予め設定された方向及び前記第２ドーピング導電層の厚さ方向に垂直な方向に沿って交互に配列され、各前記第１部分と各前記第２部分がいずれも前記予め設定された方向に沿って延び、ここで、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度が前記第１部分のドーピング元素濃度より小さく、且つ前記第１部分のドーピング元素濃度が前記第２部分のドーピング元素濃度より小さいことと、
複数の第１電極を形成することであって、前記複数の第１電極のうちの各第１電極はいずれも前記予め設定された方向に沿って延びており、各前記第１電極は各前記第２部分に１対１で対応し、１つの前記第１電極は対応する前記第２部分に電気的と接触していることと、を含み、
前記予め設定された方向は、前記第１表面に平行でありかつ前記第１部分と前記第２部分が交互に配列された方向と垂直な方向であり、
前記基板のドーピング元素種類はＮ型ドーピング元素であり、前記第２部分は、Ｎ型ドーピング元素がドーピングされた本体部と、前記本体部内に位置し、Ｐ型ドーピング元素がドーピングされた反転ドーピング部と、を含み、前記反転ドーピング部が前記本体部内に占める体積比は１／２より小さい、
ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項17】
前記第２ドーピング導電層を形成するステップの前に、さらに、前記第１ドーピング導電層の前記基板から離れた表面に位置する遮断層を形成し、前記遮断層の材料が酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことを含む、ことを特徴とする請求項１６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】
本願の実施例は、太陽電池の分野に関し、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ものである。
【背景技術】
【0002】
太陽電池は良好な光電変換能力を有しており、太陽電池中の基板表面のキャリア再結合を抑制しかつ基板に対するパッシベーション性能を高めるために、現在、基板表面にトンネル層とドーピング導電層を作製する。そのうち、トンネル層は良好な化学的パッシベーション効果を有し、ドーピング導電層は良好なフィールドパッシベーション効果を有する。
【0003】
ドーピング導電層には一定濃度のドーピング元素がドーピングされており、ドーピング導電層と基板との間に十分に高いポテンシャル障壁を形成することができる。このポテンシャル障壁によって、基板中の多数キャリアはトンネル層を通じてトンネルされやすくなり、基板中の少数キャリアが界面から脱出し、少数キャリアの濃度を下げ、キャリアの選択的な輸送を実現する。このゆえに、ドーピング導電層におけるドーピング元素濃度はドーピング導電層の性能に重要な役割を果たし、ひいては太陽電池全体の性能に影響を及ぼす可能性がある。
【0004】
しかしながら、現在の太陽電池の光電変換性能は依然として劣っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本願の実施例には、少なくとも太陽電池の光電変換効率を向上させることに有利である太陽電池およびその製造方法、光起電力モジュールが提供される。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願の実施例には、太陽電池が提供され、当該太陽電池は、第１表面を備える基板と、前記第１表面に形成されるトンネル層と、前記トンネル層の前記基板から離れた表面に形成される第１ドーピング導電層と、前記第１ドーピング導電層の前記基板から離れた側に形成される第２ドーピング導電層であって、前記第２ドーピング導電層は、複数の第１部分と、複数の第２部分と、を含み、各前記第１部分と各前記第２部分が予め設定された方向及び前記第２ドーピング導電層の厚さ方向に垂直な方向に沿って交互に配列され、各前記第１部分と各前記第２部分がいずれも予め設定された方向に沿って延び、ここで、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度が前記第１部分のドーピング元素濃度より小さく、且つ、前記第１部分のドーピング元素濃度が前記第２部分のドーピング元素濃度より小さく、ここで、前記予め設定された方向が前記第１表面に平行である第２ドーピング導電層と、複数の第１電極であって、前記複数の第１電極のうちの各第１電極がいずれも前記予め設定された方向に沿って延び、各前記第１電極と各前記第２部分とが１対１で対応しており、１つの前記第１電極が対応する前記第２部分と電気的と接触している第１電極と、を含む。
【0007】
また、前記第１部分のドーピング元素濃度と前記第２部分のドーピング元素濃度の比は１：５０～３：４である。
【0008】
また、第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度と第２部分のドーピング元素濃度の比は１：１００～１：２である。
【0009】
また、第１ドーピング導電層は、複数の第３部分と、複数の第４部分と、を含み、各第３部分と各第４部分が予め設定された方向及び前記第２ドーピング導電層の厚さ方向に垂直な方向に沿って交互に配列され、ここで、前記予め設定された方向が前記第１表面に平行であり、各前記第３部分と各前記第４部分がいずれも前記予め設定された方向に沿って延び、１つの前記第３部分が１つの前記第１部分に正対し、１つの前記第４部分が１つの前記第２部分に正対し、前記第３部分のドーピング元素濃度が前記第４部分のドーピング元素濃度より小さい。
【0010】
また、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素種類がＮ型である場合、前記第３部分のドーピング元素濃度と前記第４部分のドーピング元素濃度の比は１：３０～５：６であり、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素種類がＰ型である場合、前記第３部分のドーピング元素濃度と前記第４部分のドーピング元素濃度の比は１：１００～２：３である。
【0011】
また、第４部分のドーピング元素濃度と第２部分のドーピング元素濃度の比は１：１０～５：６である。
【0012】
また、前記第１ドーピング導電層および前記第２ドーピング導電層のドーピング元素種類はいずれもＰ型であり、前記第１部分のドーピング元素濃度は５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、前記第２部分のドーピング元素濃度は５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度は１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～４．５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３である。
【0013】
また、前記第１ドーピング導電層および前記第２ドーピング導電層のドーピング元素種類はいずれもＮ型であり、前記第１部分のドーピング元素濃度は１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、前記第２部分のドーピング元素濃度は２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度は５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３である。
【0014】
また、遮断層をさらに含み、前記遮断層が前記第１ドーピング導電層と前記第２ドーピング導電層の間に位置し、前記遮断層の前記基板に向かう表面が前記第１ドーピング導電層の前記基板から離れた表面と接触しており、前記遮断層の前記基板から離れた表面が前記第２ドーピング導電層の前記基板に向かう表面と接触している。
【0015】
また、遮断層の前記基板から離れた表面は各前記第２部分と接触しており、前記遮断層の前記第１表面における正射影は前記第２部分の前記第１表面における正射影と重なっている。
【0016】
また、遮断層の前記基板から離れた表面は各前記第１部分および各前記第２部分と接触しており、且つ前記遮断層の前記第１表面における正射影は各前記第１部分の前記第１表面における正射影および各前記第２部分の前記第１表面における正射影と重なっている。
【0017】
また、遮断層の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化ケイ素またはフッ化マグネシウムのうちの少なくとも１つを含む。
【0018】
また、第１ドーピング導電層の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含み、前記第２ドーピング導電層の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む。
【0019】
また、第１ドーピング導電層は第１多結晶シリコンから構成され、前記第１部分は第２多結晶シリコンから構成され、前記第２部分は第３多結晶シリコンから構成され、前記第１多結晶シリコンの平均結晶粒径は、前記第２多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、且つ前記第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きい。
【0020】
また、第３部分は第４多結晶シリコンから構成され、前記第４部分は第５多結晶シリコンから構成され、前記第１部分は第２多結晶シリコンから構成され、前記第２部分は第３多結晶シリコンから構成され、ここで、前記第４多結晶シリコンの平均結晶粒径は前記第５多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、前記第５多結晶シリコンの平均結晶粒径は前記第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、前記第２多結晶シリコンの平均結晶粒径は前記第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きい。
【0021】
また、基板のドーピング元素種類はＮ型ドーピング元素であり、前記第２部分は、Ｎ型ドーピング元素がドーピングされた本体部と、前記本体部内に位置し、Ｐ型ドーピング元素がドーピングされた反転ドーピング部と、を含み、前記反転ドーピング部が前記本体部内に占める体積比は１／２より小さい。
【0022】
また、第１ドーピング導電層の厚さと第２ドーピング導電層の厚さの比は２：１～１：１２である。
【0023】
以上に対応して、本願の実施例には、さらに光起電力モジュールが提供され、この光起電力モジュールは、複数の上記のいずれか１項に記載された太陽電池を接続することで形成された少なくとも１つの電池ストリングと、少なくとも１つの電池ストリングを覆うための少なくとも１つの封止層と、少なくとも１つの封止層を覆うための少なくとも１つのカバープレートと、を含む。
【0024】
以上に対応して、本願の実施例には、さらに太陽電池の製造方法が提供され、この製造方法は、第１表面を備える基板を提供することと、前記第１表面にトンネル層を形成することと、前記トンネル層に第１ドーピング導電層を形成することと、前記第１ドーピング導電層に第２ドーピング導電層を形成することであって、前記第２ドーピング導電層は、複数の第１部分と、複数の第２部分とを含み、各第１部分と各第２部分が予め設定された方向及び前記第２ドーピング導電層の厚さ方向に垂直な方向に沿って交互に配列され、各前記第１部分と各前記第２部分がいずれも予め設定された方向に沿って延び、ここで、前記第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度が前記第１部分のドーピング元素濃度より小さく、且つ前記第１部分のドーピング元素濃度が前記第２部分のドーピング元素濃度より小さく、ここで、前記予め設定された方向が前記第１表面に平行であることと、複数の第１電極を形成することであって、前記複数の第１電極のうちの各第１電極はいずれも予め設定された方向に沿って延びており、各前記第１電極は各前記第２部分に１対１で対応し、１つの前記第１電極は対応する前記第２部分に電気的と接触していることと、を含む。
【0025】
また、前記第２ドーピング導電層を形成するステップの前に、さらに、第１ドーピング導電層の前記基板から離れた表面に位置する遮断層を形成し、前記遮断層の材料が酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことを含む。
【0026】
また、前記第１ドーピング導電層、前記第２ドーピング導電層及び前記遮断層を形成する方法は、
前記トンネル層の表面に第１真性シリコン層を形成することと、前記第１真性シリコン層の表面に前記遮断層を形成することと、前記遮断層の表面に第２真性シリコン層を形成することと、前記第２真性シリコン層の前記基板から離れた表面に第１ドーピング元素を含んだドーピングソースを堆積させ、前記ドーピングソースを堆積させると同時に、酸素ガスを流し込むことにより、一部の厚さの前記第２真性シリコン層をガラス層に変換し、前記ガラス層が前記第１ドーピング元素を含んだ酸化シリコンであることと、第１ドーピング工程を行い、前記ガラス層に蓄積された第１ドーピング元素を前記第１真性シリコン層に拡散して前記第１ドーピング導電層を形成し、前記第１ドーピング元素を前記ガラス層を除いた前記第２真性シリコン層に拡散して初期第２ドーピング導電層を形成することと、一部の前記ガラス層に対して第２ドーピング工程を行い、第２ドーピング工程を経た前記ガラス層における第１ドーピング元素は前記第１表面に垂直な方向に沿って前記初期第２ドーピング導電層に拡散して、この一部の前記初期第２ドーピング導電層を前記第２ドーピング導電層の第２部分に変換し、残りの一部の前記初期第２ドーピング導電層が第１部分を形成することと、を含む。
前記トンネル層の表面に第１真性シリコン層を形成することと、前記第１真性シリコン層の表面に前記遮断層を形成することと、前記遮断層の表面に第２真性シリコン層を形成することと、前記第２真性シリコン層の前記基板から離れた表面に第１ドーピング元素を含んだドーピングソースを堆積させ、前記ドーピングソースを堆積させると同時に、酸素ガスを流し込むことにより、一部の厚さの前記第２真性シリコン層をガラス層に変換し、前記ガラス層が前記第１ドーピング元素を含んだ酸化シリコンであることと、第１ドーピング工程を行い、前記ガラス層に蓄積された第１ドーピング元素を前記第１真性シリコン層に拡散して前記第１ドーピング導電層を形成し、前記第１ドーピング元素を前記ガラス層を除いた前記第２真性シリコン層に拡散して初期第２ドーピング導電層を形成することと、一部の前記ガラス層に対して第２ドーピング工程を行い、第２ドーピング工程を経た前記ガラス層における第１ドーピング元素は前記第１表面に垂直な方向に沿って前記初期第２ドーピング導電層に拡散して、この一部の前記初期第２ドーピング導電層を前記第２ドーピング導電層の第２部分に変換し、残りの一部の前記初期第２ドーピング導電層が第１部分を形成することと、を含む。
【0027】
また、第２ドーピング工程はレーザー工程を含み、前記レーザー工程に使用されるレーザー波長が３００ｎｍ～５３２ｎｍであり、レーザーの周波数が１２０ｋＨｚ～１５００ｋＨｚであり、スキャンレートが１０００ｍｍ／ｓ～４００００ｍｍ／ｓであり、レーザーエネルギーが０．１Ｊ／ｃｍ２～１．５Ｊ／ｃｍ２である。
【発明の効果】
【0028】
本願実施例に提供された技術案は、少なくとも以下の利点を有する。
【0029】
本願実施例に提供された太陽電池の技術案では、第１ドーピング導電層は第２ドーピング導電層よりも基板に近く、且つ、第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度が第２ドーピング導電層のドーピング元素濃度より小さく、これによって、第１ドーピング導電層における不純物元素がトンネル層中に進入する確率を下げ、基板におけるキャリアに対するトンネル層の良好なトンネル性能を確保し、第１ドーピング導電層及び第２ドーピング導電層にトンネルされたキャリアの数を増やし、第１電極のキャリアに対する収集能力を向上させ、太陽電池の開放電圧および短絡電流を高め、太陽電池の光電変換性能を向上させることができる。
【0030】
第２ドーピング導電層には、第１部分と第２部分が含まれ、第１部分と第２部分のドーピング元素濃度はいずれも第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度より大きく、即ち、第１表面に垂直な方向において、第１部分と第２部分はいずれも第１ドーピング導電層と濃度勾配を形成しており、キャリアの縦方向輸送を駆動することに役立ち、基板中のキャリアの第２ドーピング導電層への輸送を補強し、第１電極のキャリアに対する収集能力を向上させることができ、ひいては太陽電池の光電変換性能を向上させることができる。
【0031】
第１部分のドーピング元素濃度が第２部分のドーピング元素濃度より小さく、即ち、第１表面に垂直な方向において、第１部分と第２部分との間にも濃度勾配が形成されており、キャリアの第２ドーピング導電層における横方向輸送を補強することに役立ち、第１電極のキャリアに対する収集能力をさらに向上させることができ、ひいては太陽電池の光電変換性能を向上させることができる。
【0032】
第２部分のドーピング元素濃度が比較的高いため、第２部分と第１電極との間で良好なオーミック接触を形成し、第１電極と第２部との間の接触再結合損失を低減し、第１部分のドーピング元素濃度が比較的小さいため、第１電極と接触しない第１部分の入射光に対する寄生吸収を低減し、基板の入射光に対する利用率を高めることができ、太陽電池の光電変換性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
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、これらの例示的な説明は、実施例を限定するものではなく、特に断りのない限り、添付の図面における図は比例上の制限を形成しない。本開示の実施形態または従来技術における技術案をより明確に説明するために、以下では、実施形態において使用する必要がある図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における図面は、本開示のいくつかの実施形態に過ぎず、当業者にとっては、創造的な労働を払わずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0034】
背景技術から分かるように、従来の太陽電池には光電変換効率が低いという問題がある。
【0035】
分析により分かるように、現在の太陽電池の光電変換効率が低い原因の一つは、図１に示すように、現在、ＴＯＰＣＯＮ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｏｘｉｄｅ Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト）電池では、基板１００の第１表面１がパッシベーションコンタクト構造を有し、パッシベーションコンタクト構造がトンネル層２とドーピング導電層３を含み、ここで、ドーピング導電層３が一定濃度のドーピング元素を有し、これによって、基板１００の表面にバンドの曲りを形成し、キャリアの選択的な輸送を実現する。金属電極４がドーピング導電層３と電気的と接触している。基板１００中のキャリアはドーピング導電層３中に輸送され、金属電極４に収集される。ドーピング導電層３中のドーピング元素濃度はドーピング導電層３の性能を制御する重要な要素である。ドーピング濃度が低すぎると、ドーピング導電層３と基板１００の間に十分に高いポテンシャル障壁が形成できず、基板１００中のキャリアが第２表面２を貫通してトンネルできなくなり、キャリアの収集効率が急激に低下してしまう。一方、ドーピング導電層３中のドーピング元素濃度が高すぎると、ドーピング導電層３の入射光線に対する寄生吸収が大きくなり、基板１００の入射光線に対する利用率が低くなり、ドーピング導電層３のパッシベーション品質を大きく低下させてしまう。したがって、ドーピング導電層３中のドーピング元素濃度を制御することは太陽電池の光電変換性能を高める鍵となる。
【0036】
本願の実施例では、太陽電池を提供し、第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度が第２ドーピング導電層のドーピング元素濃度より小さく、これによって、第１ドーピング導電層中の不純物元素がトンネル層に進入する確率を下げ、トンネル層の良好なトンネル性能を有することを確保できる。且つ、第１表面に垂直な方向において、第２ドーピング導電層の第１部分と第２部分はいずれも第１ドーピング導電層と濃度勾配を形成しており、キャリアの縦方向輸送に役立ち、基板中のキャリアの第２ドーピング導電層への輸送を補強し、第１電極のキャリアに対する収集能力を向上させることができる。第１部分のドーピング元素濃度が第２部分のドーピング元素濃度より小さいため、第１部分と第２部分との間にも濃度勾配が形成されており、キャリアの第２ドーピング導電層における横方向輸送を補強することに役立ち、第１電極のキャリアに対する収集能力をさらに向上させることができる。また、第２部分のドーピング元素濃度が比較的高いため、第１電極と第２部分との接触再結合損失を改善することができ、第１部分のドーピング元素濃度が比較的小さいため、第１電極と接触しない第１部分の入射光に対する寄生吸収を低減し、基板の入射光に対する利用率を高めることができる。第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度、第２ドーピング導電層における第１部分と第２部分のドーピング元素濃度を調整かつ制御することによって、ドーピング元素濃度の異なる第１ドーピング導電層、第１部分と第２部分との間を相互に作用させ、キャリアの輸送能力を向上させ、太陽電池の光電変換性能を全面的に高めることができる。
【0037】
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、読者に本願をよりよ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及び以下の各実施例に基づく種々の変更と修正がなくても、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。
【0038】
図２は、本願の一実施例によって提供される太陽電池の上面視構造を示す図であり、図３は、本願の一実施例によって提供される第１の太陽電池の断面構造を示す図であり、且つ、図３は、図２のＡＡ’方向に沿った断面構造を示す図である。
【0039】
図２～図３に示すように、太陽電池は、第１表面１を備える基板１００と、第１表面１に形成されるトンネル層１１０と、を含む。太陽電池は、トンネル層１１０に形成される第１ドーピング導電層１２０をさらに含んでいる。太陽電池は、第１ドーピング導電層１２０に形成される第２ドーピング導電層１３０をさらに含み、第２ドーピング導電層１３０は、複数の第１部分と、複数の第２部分と、を含み、各第１部分１１と各第２部分１２が予め設定された方向Ｘ及び前記第２ドーピング導電層１３０の厚さ方向に垂直な方向に沿って交互に配列され、各第１部分１１と各第２部分１２がいずれも予め設定された方向Ｘに沿って延び、ここで、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が第１部分１１のドーピング元素濃度より小さく、且つ、第１部分１１のドーピング元素濃度が第２部分１２のドーピング元素濃度より小さく、ここで、前記予め設定された方向Ｘが前記第１表面１に平行である。太陽電池は、さらに、複数の第１電極を含み、複数の第１電極のうちの各第１電極１４０がいずれも予め設定された方向Ｘに沿って延び、各第１電極１４０と各第２部分１２とが１対１で対応しており、１つの第１電極１４０が対応する第２部分１２と電気的と接触している。
【0040】
基板１００は入射光を受光して光生成キャリアを生成するために用いられ、いくつかの実施例では、基板１００はシリコン基板であってもよく、シリコン基板の材料は単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは微結晶シリコンの少なくとも１種であってもよい。いくつかの実施例では、基板１００の材料は半導体材料であってもよい。いくつかの実施例では、基板１００の材料は炭化珪素、有機材料または多成分化合物であってもよい。多成分化合物は、ペロブスカイト、ガリウム砒素、テルル化カドミウム、セレン化銅インジウムなどを含むが、これらに限定されない。
【0041】
いくつかの実施例では、太陽電池はＴＯＰＣＯＮ電池であってもよく、基板１００は第１表面１に対向する第２表面２を備える。いくつかの実施例では、太陽電池が両面受光型電池であり、第１表面１と第２表面２はいずれも入射光線を受光するために使われることができる。いくつかの実施例では、太陽電池は片面受光型電池であり、第１表面１または第２表面２のいずれか一方が入射光を受光するために使われることができる。
【0042】
いくつかの実施例では、太陽電池が片面受光型電池であり、且つ第２表面２が受光面であるため、基板１００の第２表面２を受光面とする場合、基板１００の第２表面２の入射光に対する反射率を小さくし、光線に対する吸収利用率を大きくするように、基板１００の第２表面２はテクスチャとすることができ、例えば、ピラミッドテクスチャであってもよい。いくつかの実施例では、基板１００の第１表面１は研磨面であってもよく、即ち、基板１００の第１表面１が基板１００の第２表面２と比べて平坦である。いくつかの実施例では、第１表面１が受光面である場合、第１表面１はテクスチャとすることができ、例えば、ピラミッドテクスチャであってもよく、第２表面２が研磨面であってもよい。いくつかの実施例では、太陽電池は片面受光型電池であり、第１表面１と第２表面２がいずれもテクスチャにされることができ、例えばピラミッドテクスチャであってもよい。
【0043】
いくつかの実施例では、太陽電池は両面受光型電池であり、基板１００の第２表面２と基板１００の第１表面１がいずれもピラミッドテクスチャにされることができる。
【0044】
いくつかの実施例では、基板１００内にドーピング元素を備え、ドーピング元素のタイプはＮ型またはＰ型であり、Ｎ型元素はリン（Ｐ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）またはヒ素（Ａｓ）などのＶ族元素であってもよく、Ｐ型元素はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩ族元素であってもよい。例えば、基板１００がＰ型の基板である場合、その内部のドーピング元素の種類は、Ｐ型である。あるいは、基板１００がＮ型の基板である場合、その内部のドーピング元素の種類は、Ｎ型である。
【0045】
１つの第１電極１４０が１つの第２部分１２と電気的と接触し、基板１００中のキャリアがトンネル層１１０を介して第１ドーピング導電層１２０中にトンネルされる。第１ドーピング導電層１２０中のキャリアが第２部分１２に輸送され、第２部分１２と電気的と接触する第１電極１４０によって収集され、第１ドーピング導電層１２０中のキャリアが第１部分１１にも輸送されることができ、第１部分１１中のキャリアが第２部分１２に輸送され、さらに第２部分１２と電気的と接触する第１電極１４０によって収集される。
【0046】
いくつかの実施例では、第１電極１４０の第１表面１における正投影は、第２部分１２の第１表面１における正投影内に位置することができ、即ち、第１電極１４０の幅寸法が第２部分１２の幅寸法より小さくなってもよい。いくつかの実施例では、第１電極１４０の第１表面１におｋる正投影は、第２部分１２の第１表面１における正投影と重なっていてもよい。第１部分１１は第２ドーピング導電層１３０における第２部分１２以外の部分である。
【0047】
第１ドーピング導電層１２０および第２ドーピング導電層１３０は第１表面１でバンドの曲りを形成し、そして内蔵電界を形成することができるため、多数キャリアに対するポテンシャル障壁が少数キャリアに対するポテンシャル障壁より低くなり、正孔が界面から脱出し、正孔濃度を下げるが、基板１００における多数キャリアはトンネル層１１０トンネルを通じて第１ドーピング導電層１２０および第２ドーピング導電層１３０にトンネルされやすく、キャリアの選択的な輸送を実現できる。
【0048】
第１ドーピング導電層１２０は第２ドーピング導電層１３０よりもトンネル層１１０に近く、且つ、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素濃度より小さく、これによって、第１ドーピング導電層１２０における不純物元素がトンネル層１１０中に進入する確率を下げ、トンネル層１１０の良好なトンネル性能を確保し、ひいては基板１００中からトンネル層１１０を介してトンネルするキャリア数が多くなることを確保し、トンネル層１１０の第１表面１に対する良好な化学的パッシベーション効果を確保することができる。
【0049】
ここでいう不純物元素とは、第１ドーピング導電層１２０におけるドーピング元素であり、ドーピング元素濃度が高すぎると、第１ドーピング導電層１２０中の不純物元素がトンネル層１１０に拡散し、トンネル層１１０中の不純物元素を形成し、トンネル層１１０のトンネル性能に影響し、トンネル層１１０の第１表面１に対するパッシベーション能力が急激に低下し、第１表面１のオージェ再結合が急激に上昇することを招く。いくつかの実施例では、トンネル層１１０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸窒化シリコン、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含む。
【0050】
第２ドーピング導電層１３０は、第１部分１１と、第２部分１２と、を含み、第１部分１１と第２部分１２のドーピング元素濃度はいずれも第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度より大きく、これによって、第１表面１に垂直な方向において、第１部分１１と第２部分１２はいずれも第１ドーピング導電層１２０と濃度勾配を形成している。即ち、第２ドーピング導電層１３０が第１ドーピング導電層１２０表面にも表面電界を形成し、第１ドーピング導電層１２０におけるキャリアの第２ドーピング導電層１３０への選択的な輸送を実現する。これにより、キャリアの縦方向輸送を補強し、基板１００におけるキャリアの第２ドーピング導電層１３０への輸送を補強し、第２ドーピング導電層１３０に輸送されるキャリアの数を増加させ、さらに第１電極１４０に収集されたキャリアの数を増やし、太陽電池の短絡電流および開放電圧を高め、太陽電池の光電変換性能を向上させることに役立つ。
【0051】
第１部分１１のドーピング元素濃度は第２部分１２のドーピング元素濃度より小さく、これによって、予め設定された方向Ｘ及び前記第２ドーピング導電層１３０の厚さ方向に垂直な方向において、第１部分１１と第２部分１２の間にも濃度勾配が形成され、即ち第２ドーピング導電層１３０内にも内蔵電界が形成され、第１部分１１から第２部分１２へのキャリアの輸送が補強される。第２ドーピング導電層１３０における第１電極１４０と接触しない部分のキャリアも第２部分１２に輸送され、第１電極１４０に収集され、第１電極１４０に収集されたキャリア数をさらに増やし、太陽電池の短絡電流および開放電圧をさらに高めることができる。
【0052】
第２部分１２のドーピング元素濃度は第１部分１１よりも大きく、第２部分１２のシート抵抗は第１部分１１よりも小さくなる。これにより、第１電極１４０と第２部分１２との間の接触抵抗が小さくなり、第１電極１４０と第２部分１２との間の良好なオーミック接触を実現し、第１電極１４０と第２部分１２間の接触再結合損失を低減し、キャリアの第１電極１４０への輸送損失を減らし、第１電極１４０のキャリアに対する収集能力を高めるのに役立つ。第１部分１１のドーピング元素濃度は比較的低いため、第１電極１４０と接触しない第１部分１１の入射光線に対する寄生吸収を減らし、基板１００の入射光線に対する利用率を高め、太陽電池の光電変換性能を向上させる。
【0053】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類は基板１００のドーピング元素種類と同じであり、且つ第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類は基板１００のドーピング元素種類と同じである。これにより、第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０は基板１００の第１表面１でバンドの曲りを形成し、キャリアの選択的な輸送を実現することができる。いくつかの実施例では、基板１００のドーピング元素がＰ型であると、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類と第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類がいずれもＰ型である。いくつかの実施例では、基板１００のドーピング元素がＮ型であると、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類と第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類がいずれもＮ型である。第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素と第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素は同じであってもよいし、異なってもよい。
【0054】
本願の実施例では、第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０の具体的なドーピング元素を限定せず、第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類が基板１００のドーピング元素種類と同じであるだけでよく、例えば、Ｐ型ドーピング元素はホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩ族元素のいずれかであってもよい。Ｎ型ドーピング元素はリン（Ｐ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）またはヒ素（Ａｓ）などのＶ族元素のいずれかであってもよい。
【0055】
いくつかの実施例では、第１部分１１のドーピング元素濃度と第２部分１２のドーピング元素濃度の比は１：５０～３：４であり、例えば、１：５０～１：４５、１：４５～１：４０、１：４０～１：３０、１：３０～１：２５、１：２５～１：２０、１：２０～１：１５、１：１５～１：１０、１：１０～１：５、１：５～１：３、１：３～１：２、１：２～２：３または２：３～３：４であってもよい。上記の範囲では、第２部分１２のドーピング元素濃度が第１部分１１のドーピング元素濃度より大きく、これによって、第２部分１２のシート抵抗が第１部分１１のシート抵抗よりも小さく、第２部分１２と第１電極１４０の間の接触抵抗が小さくなり、第２部分１２と第１電極１４０のオーミック接触を改善し、第１電極１４０と第２部分１２の間の金属接触再結合損失を低減し、キャリアの第１電極１４０への輸送損失を減らすことができる。
【0056】
上記の範囲内では、第２部分１２のドーピング元素濃度は第１部分１１のドーピング元素濃度と比べて大きすぎず、これによって、第２部分１２のドーピング元素濃度が大きすぎることに起因して、第２部分１２のパッシベーション性能を損なうことを防止し、第２部分１２と第１電極１４０との間のオーミック接触を改善すると同時に、第１表面１に対するパッシベーションおよび第１電極１４０と第２電極の接触界面の間に対するパッシベーションを含む第２部分１２の良好なパッシベーション性能を維持することができる。
【0057】
上記の範囲では、第１部分１１のドーピング元素濃度は第２部分１２のドーピング元素濃度より小さく、これによって、第１部分１１の入射光線に対する寄生吸収能力が弱くなり、基板１００の入射光線に対する吸収利用能力が高いことを確保する。且つ、第１部分１１のドーピング元素濃度は比較的小さく、第２部分１２に比べて、第１部分１１は第１表面１に対してより良好なパッシベーション性能を有し、第１表面１のオージェ再結合を減らし、第１表面１のキャリア再結合を抑制することができる。
【0058】
第２ドーピング導電層１３０では、複数の第１部分および第２部分を備え、複数の第１部分のうちの各第１部分１１のドーピング元素濃度は、複数の第２部分のうちの各第２部分１２のドーピング元素濃度より大きく、且つ各第１部分１１と各第２部分１２のドーピング元素濃度の比は１：５０～３：４である。
【0059】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０および第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類はいずれもＰ型であり、第１部分１１のドーピング元素濃度は５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３または２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。第２部分１２のドーピング元素濃度は５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３または２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。ドーピング元素種類がＰ型の場合、上記の範囲内で、第１部分１１と第２部分１２はいずれも良好なパッシベーション性能を有し、且つ第２部分１２のシート抵抗が低くなり、第２部分１２と第１電極との間のオーミック接触を改善するのに役立つ。いくつかの実施例では、Ｐ型ドーピング元素は、ホウ素、アルミニウム、窒素、ガリウムまたはインジウムであってもよい。
【0060】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０および第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類はいずれもＮ型であり、第１部分１１のドーピング元素濃度は１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３または１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。第２部分１２のドーピング元素濃度は２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３または３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。いくつかの実施例では、Ｎ型ドーピング元素はリン、ビスマス、アンチモンまたはヒ素であってもよい。ドーピング元素種類がＮ型の場合、上記範囲内では、第１部分１１と第２部分１２はいずれも良好なパッシベーション性能を持つことができ、且つ第２部分１２のシート抵抗が低く、第１電極１４０とのオーミック接触が改善される。
【0061】
タイプの異なるドーピング元素によって、第１部分１１および第２部分１２のドーピング元素濃度を設定することで、上記の範囲内で第１部分１１のドーピング元素濃度が小さくなり、第１部分１１の入射光線に対する寄生吸収を弱くし、基板１００の入射光線に対する吸収利用率を増やす。且つ、上記の範囲内では、第１部分１１が良好なパッシベーション性能を持つようにし、第１部分１１が多すぎるオージェ再結合を第１表面１に生じさせることを防止し、キャリアの第１表面１における再結合を抑制する。
【0062】
上記の範囲内では、第２部分１２のドーピング元素濃度が大きく、第２部分１２のシート抵抗が小さくなり、これによって、第２部分１２と第１電極１４０との間で良好なオーミック接触を形成し、第１電極１４０と第２部分１２との間の金属接触再結合損失を改善し、キャリアの第１電極１４０への輸送時の輸送損失を減らすことができる。且つ、上記の範囲内では、第２部分１２のドーピング元素濃度が大きすぎないようにし、第２部分１２のドーピング元素濃度が大きすぎることに起因して、第１表面１に多すぎるオージェ再結合を生じさせて、第１表面１のキャリア再結合が深刻になることを防ぐことができる。
【0063】
上記の範囲内では、第１部分１１と第２部分１２の間の濃度差によって、第２ドーピング導電層１３０内部に濃度勾配が形成され、この濃度勾配の存在のため、第２ドーピング導電層１３０内部にも第２部分１２から第１部分１１に向かう内蔵電界が形成され、第１部分１１におけるキャリアの第２部分１２中への横方向輸送を補強しており、第１電極１４０のキャリアに対する収集数を増やし、ひいては太陽電池の開放電圧および短絡電流を高め、太陽電池の光電変換性能を改善することができる。
【0064】
なお、本願の実施例における第１部分１１および第２部分１２のドーピング元素濃度とは、第１部分１１の基板１００から離れた表面の表面ドーピング濃度および第２部分１２の基板１００から離れた表面の表面ドーピング濃度を指す。且つ、前記第１ドーピング導電層１２０および前記第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類がいずれもＰ型である場合、複数の第１部分のうちの各第１部分１１のドーピング元素濃度はいずれも５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、複数の第２部分のうちの各第２部分１２のドーピング元素濃度はいずれも５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３である。第１ドーピング導電層及び第２ドーピング導電層のドーピング元素種類がいずれもＮ型である場合、複数の第１部分のうちの各第１部分１１のドーピング元素濃度はいずれも１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、複数の第２部分のうちの各第２部分１２のドーピング元素濃度はいずれも２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３である。
【0065】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度と第２部分１２のドーピング元素濃度の比は１：１００～１：２であり、例えば、１：１００～１：８５、１：８５～１：７０、１：７０～１：６０、１：６０～１：５０、１：５０～１：４０、１：４０～１：２５、１：２５～１：１５、１：１５～１：１０、１：１０～１：５または１：５～１：２であってもよい。上記の範囲内では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度は第２部分１２のドーピング元素濃度よりも小さく、これによって、第１ドーピング導電層１２０におけるドーピング元素のトンネル層１１０への拡散を抑制し、トンネル層１１０のトンネル性能及びパッシベーション性能を損なう問題の発生を防ぐことができ、トンネル層１１０が第１表面１に対して良好な化学的パッシベーション効果を備える。
【0066】
また、第１ドーピング導電層１２０がトンネル層１１０に近くなるように設置され、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度を小さくすることで、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が高すぎることに起因して第１表面１に過剰なオージェ再結合が形成された問題を避けることができ、キャリアの第１表面１での再結合をよく抑制することができる。
【0067】
なお、本願の実施例における第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度とは、第１ドーピング導電層１２０の基板１００から離れた表面の表面ドーピング濃度を指す。
【0068】
第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度と各第２部分１２のドーピング元素濃度の比はいずれも１：１００～１：２である。
【0069】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０および第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類はいずれもＰ型であり、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度は１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～４．５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３、２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３、５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３または３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～４．５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。第２部分１２のドーピング元素濃度は５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３または２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。第１部分１１のドーピング元素濃度は５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３または２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。ドーピング元素種類がＰ型の場合、上記の範囲内では、第１ドーピング導電層、第１部分１１及び第２部分１２は良好な性能を有しているため、第１ドーピング導電層１２０、第１部分１１及び第２部分１２は第１表面１にバンドの曲りを形成し、キャリアの輸送を実現することができ、且つ第１ドーピング導電層１２０、第１部分１１及び第２部分１２はいずれも良好なパッシベーション性能を有している。いくつかの実施例では、Ｐ型ドーピング元素は、ホウ素、アルミニウム、窒素、ガリウムまたはインジウムであってもよい。
【0070】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０および第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素種類はいずれもＮ型であり、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度は５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３または２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。第１部分１１のドーピング元素濃度は１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３または１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。第２部分１２のドーピング元素濃度は２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、２×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３または３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。ドーピング元素種類がＮ型の場合、上記の範囲内では、第１ドーピング導電層、第１部分及び第２部分はいずれも良好な性能を有しているため、第１ドーピング導電層１２０、第１部分１１及び第２部分１２は第１表面１にバンドの曲りを形成し、キャリアの輸送を実現することができ、且つ、第１ドーピング導電層１２０、第１部分１１及び第２部分１２はいずれも良好なパッシベーション性能を有している。いくつかの実施例では、Ｎ型ドーピング元素はリン、ビスマス、アンチモンまたはヒ素であってもよい。
【0071】
種類の異なるドーピング元素によって、第１ドーピング導電層１２０、第１部分１１及び第２部分１２のドーピング元素濃度の範囲を設定することで、上記の範囲内において第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素濃度より小さくなるようにする。これにより、第１ドーピング導電層１２０におけるドーピング元素がトンネル層１１０に輸送する確率を下げ、トンネル層１１０の良好なトンネル性能を保つことができる。且つ、上記の範囲内では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度も小さすぎず、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が十分に高いことを確保し、基板１００と十分に高いポテンシャル障壁を形成することができ、キャリアがトンネル層１１０を通って第１ドーピング導電層１２０に到着できる。
【0072】
また、上記の範囲内では、第１ドーピング導電層１２０と第１部分１１との間および第１ドーピング導電層１２０と第２部分１２との間の濃度差が十分に大きくり、ひいては第１ドーピング導電層１２０と第１部分１１との間および第１ドーピング導電層１２０と第２部分１２との間にそれぞれ濃度勾配を形成することができる。第１部分１１のドーピング元素濃度は第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度より大きいため、第１部分１１は第１ドーピング導電層１２０の表面に表面電界を形成することができ、且つ第２部分１２は第１ドーピング導電層１２０の表面に表面電界を形成することができ、第１ドーピング導電層１２０におけるキャリアの第１部分１１及び第２部分１２への輸送を強めることができる。
【0073】
図４は本願の一実施例における第２の太陽電池の断面構造を示す図であり、且つ図４は図２のＡＡ’方向に沿った断面構造を示す図である。いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０は、複数の第３部分と、複数の第４部分と、を含み、各第３部分１３と各第４部分１４が第１表面１に平行な方向に沿って交互に配列され、各第３部分１３と各第４部分１４がいずれも予め設定された方向Ｘに沿って延び、１つの第３部分１３が１つの第１部分１１に正対し、１つの第４部分１４が１つの第２部分１２に正対し、第３部分１３のドーピング元素濃度が第４部分１４のドーピング元素濃度より小さい。つまり、第１電極１４０に正対する第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度は、第１電極１４０に正対しない第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度より大きい。
【0074】
第３部分１３のドーピング元素濃度が第４部分１４のドーピング元素濃度より小さいため、第３部分１３と第４部分１４の間に濃度勾配を形成しており、この濃度勾配の存在により、第１ドーピング導電層１２０内に第４部分１４から第３部分１３に向かう内蔵電界を形成するようにし、第３部分１３におけるキャリアの第４部分１４への横方向輸送を強めることができる。第４部分１４が第１電極１４０に正対しているため、第３部分１３と比べて、第４部分１４から第２部分１２へのキャリアの輸送効率がより高くなり、より多くのキャリアが第１電極１４０に収集されることができる。これに基づいて、第３部分１３におけるキャリアの第４部分１４への横方向輸送を強め、第１電極１４０のキャリアに対する収集効率を高めることができる。
【0075】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類がＰ型であり、第３部分１３のドーピング元素濃度と第４部分１４のドーピング元素濃度の比は１：１００～２：３であり、例えば、１：９０、１：８０、１：７０、１：６５、１：５５、１：５０、１：４０、１：３０、１：２５、１：２０、１：１８、１：１５、１：１０、１：５、１：３または２：３である。いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類がＮ型であり、第３部分１３のドーピング元素濃度と第４部分１４のドーピング元素濃度の比は１：３０～５：６であり、例えば、１：３０～１：２５、１：２５～１：２０、１：２０～１：１５、１：１５～１：１０、１：１０～１：８、１：８～１：５、１：５～１：３、１：３～２：３または２：３～５：６である。
【0076】
種類の異なるドーピング元素によって、第３部分１３と第４部分１４のドーピング元素濃度の比を異なる数値に設定することで、第３部分１３と第４部分１４をＰ型ドーピングにしても、Ｎ型ドーピングにしても、第１表面１に対して良好なパッシベーション性能を持っている。且つ、上記の比の範囲内で、第３部分１３と第４部分１４との間に濃度勾配を形成することができ、ひいては第１電極１４０のキャリアに対する収集効率を高めることができる。いくつかの実施例では、Ｐ型ドーピング元素は、ホウ素、アルミニウム、窒素、ガリウムまたはインジウムであってもよい。いくつかの実施例では、Ｎ型ドーピング元素はリン、ビスマス、アンチモンまたはヒ素であってもよい。
【0077】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類はＰ型であり、第３部分１３の数は複数であり、第４部分１４の数は複数であり、複数の第３部分のうちの各第３部分１３のドーピング元素濃度と複数の第４部分のうちの各第４部分１４のドーピング元素濃度の比は、いずれも１：１００～２：３である。いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類はＮ型であり、第３部分１３の数は複数であり、第４部分１４の数は複数であり、複数の第３部分のうちの各第３部分１３のドーピング元素濃度と複数の第４部分のうちの各第４部分１４のドーピング元素濃度の比は、いずれも１：３０～５：６である。
【0078】
なお、ここでいう第３部分１３のドーピング元素濃度および第４部分１４のドーピング元素濃度は、第３部分１３の基板１００から離れた表面の表面ドーピング濃度であり、第４部分１４の基板１００から離れた表面の表面ドーピング濃度である。
【0079】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類がＰ型であると、複数の第３部分のうちの各第３部分１３のドーピング元素濃度は１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、１×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３、２×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３、５×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３または３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。複数の第４部分のうちの各第４部分１４のドーピング元素濃度は１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、１×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～７×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、７×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３または９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。
【0080】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素種類がＮ型であり、複数の第３部分のうちの各第３部分１３のドーピング濃度は、２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、２×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、３×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３または３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。複数の第４部分のうちの各第４部分１４のドーピング元素濃度は５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～６×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であり、例えば、５×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～７×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、７×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３、９×１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３～１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、１×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３、３×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３または５×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３～６×１０２０ａｔｏｍ／ｃｍ３であってもよい。
【0081】
上記の範囲内では、第４部分１４のドーピング元素濃度が第３部分１３のドーピング元素濃度より大きいことを確保し、第３部分１３におけるキャリアの第４部分１４への横方向輸送を強めることができると同時に、上記の範囲内では、第３部分１３と第４部分１４のドーピング元素濃度はいずれも大きすぎず、第１ドーピング導電層１２０全体のドーピング元素濃度が小さいことを確保し、第１ドーピング導電層１２０におけるドーピング元素がトンネル層１１０へ輸送する確率を下げることができる。
【0082】
いくつかの実施例では、第４部分１４のドーピング元素濃度と第２部分１２のドーピング元素濃度の比は１：１０～５：６であり、例えば、１：１０～１：８、１：８～１：６、１：６～１：４、１：４～１：３、１：３～１：２、１：２～２：３、２：３～３：４または３：４～５：６であってもよい。この範囲内では、第４部分１４のドーピング元素濃度が第２部分１２のドーピング元素濃度より小さいため、第４部分１４と第２部分１２の間に濃度勾配を形成し、第４部分１４におけるキャリアの第２部分１２への輸送を強め、ひいては第１電極１４０の第２部分１２におけるキャリアに対する収集能力を高めることができる。
【0083】
第４部分１４は複数であり、第２部分１２は複数であり、複数の第４部分のうちの各第４部分１４のドーピング元素濃度と複数の第２部分のうちの各第２部分１２のドーピング元素濃度の比はいずれも１：１０～５：６である。
【0084】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０の厚さの比を制御することで、第１電極１４０が第２ドーピング導電層１３０を貫通しにくいことを確保すると同時に、第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０の全体の厚さが大きすぎないようにして、第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０の全体の厚さが大きすぎることに起因してトンネル層１１０に大きすぎる応力をもたらす問題を避け、トンネル層１１０の良好な性能を保つことができる。
【0085】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０の厚さｄ１と第２ドーピング導電層１３０の厚さｄ２の比は２：１～１：１２であり、例えば、２：１～３：２、３：２～４：３、４：３～１：１、１：１～１：３、１：３～１：２、１：２～１：５、１：５～１：７、１：７～１：９または１：９～１：１２であってもよい。上記の範囲内では、実際に製造された第１電極１４０が第２ドーピング導電層１３０を貫通して第１ドーピング導電層１２０と電気的と接触し、第１電極１４０と第２部分１２の間の良いオーミック接触を実現することが困難である。且つ、第１ドーピング導電層１２０の厚さｄ１が大きすぎず、第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０の全体の厚さが大きすぎないことを確保し、第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０の全体の厚さが大きすぎることに起因してトンネル層１１０に大きすぎる応力を与えることを避ける。
【0086】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０は、第３部分１３と、第４部分１４と、を含み、第３部分１３と第４部分１４は第１ドーピング導電層１２０の異なる部分に対して異なる濃度のドーピングを行って得られるものであり、したがって、第３部分１３と第４部分１４は一体化された構造である。
【0087】
いくつかの実施例では、第２ドーピング導電層１３０の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む。第１部分１１と第２部分１２は第２ドーピング導電層１３０の異なる部分に対して異なる濃度のドーピングを行って得られるものであり、第１部分１１と第２部分１２は一体化された構造である。
【0088】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０は第１多結晶シリコンから構成され、第１部分１１は第２多結晶シリコンから構成され、第２部分１２は第３多結晶シリコンから構成され、第１多結晶シリコンの平均結晶粒径は、第２多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、且つ第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きい。第２多結晶シリコンの平均結晶粒径は第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きい。
【0089】
多結晶シリコンでは、シリコン原子がダイヤモンド結晶格子の形で多数の結晶核に配列され、これらの結晶核が結晶面方位の異なる結晶粒に成長し、これらの結晶粒が結合すると、多結晶シリコンに結晶化される。つまり、第１多結晶シリコン、第２多結晶シリコン及び第３多結晶シリコンはいずれも複数の結晶粒から結合されたものである。第１多結晶シリコン、第２多結晶シリコン及び第３多結晶シリコンのうち、構造が同じで方位が異なる結晶粒同士の接触界面を粒界と呼ぶことができる。
【0090】
つまり、単位体積において、第１ドーピング導電層１２０における第１多結晶シリコンの結晶粒密度は、第２ドーピング導電層１３０における第２多結晶シリコンの結晶粒密度および第３多結晶シリコンの結晶粒密度より小さい。これにより、単位体積当たりの第１ドーピング導電層１２０における粒界の数は、単位体積当たりの第２ドーピング導電層１３０の粒界の数より少ない。粒界はドーピング元素の拡散経路となり、粒界の数が多いほど、ドーピング元素の拡散が多くなり、ドーピング元素濃度が高くなる。第１ドーピング導電層１２０における粒界の数は比較的少ないため、実際に第１ドーピング導電層１２０を形成するためにドーピング工程を行うステップでは、第１ドーピング導電層１２０におけるドーピング元素の拡散程度が低く、第１ドーピング導電層１２０の小さいドーピング元素濃度を確保している。第２ドーピング導電層１３０における粒界の数が比較的多いため、第２ドーピング導電層１３０におけるドーピング元素の拡散程度が高くなり、第２ドーピング導電層１３０におけるドーピング元素濃度が高くなる。
【0091】
また、単位体積において、第２ドーピング導電層１３０の結晶粒数は第１ドーピング導電層１２０の結晶粒数よりも多く、即ち第２ドーピング導電層１３０の結晶化度が高い。これにより、第２ドーピング導電層１３０はより良好なパッシベーション性能を有し、第２部分１２と第１電極１４０の金属接触複合をさらに改善することができる。
【0092】
図４に示すように、いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０は第１部分１１に正対する第３部分１３と、第２部分１２に正対する第４部分１４と、を含んでもよく、第３部分１３は第４多結晶シリコンから構成され、第４部分１４は第５多結晶シリコンから構成され、第１部分１１は第２多結晶シリコンから構成され、第２部分１２は第３多結晶シリコンから構成され、ここで、第４多結晶シリコンの平均結晶粒径は第５多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、第５多結晶シリコンの平均結晶粒径は第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、第２多結晶シリコンの平均結晶粒径は第３多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、且つ第５多結晶シリコンの平均結晶粒径は第２多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きい。
【0093】
第４多結晶シリコンの平均結晶粒径は第５多結晶シリコンの平均結晶粒径より大きく、即ち、第１電極１４０に正対する第１ドーピング導電層１２０内の平均結晶粒径は第１電極１４０に正対しない第１ドーピング導電層１２０内の平均結晶粒径より小さい。これにより、第１電極１４０に正対する第１ドーピング導電層１２０内の単位体積当たりの粒界の数は第１電極１４０に正対しない第１ドーピング導電層１２０内の単位体積当たりの粒界の数より大きい。これにより、実際にドーピングを行って第１ドーピング導電層１２０を形成するステップでは、第１電極１４０に正対する第１ドーピング導電層１２０内におけるドーピング元素の拡散程度は第１電極１４０に正対しない第１ドーピング導電層１２０内におけるドーピング元素の拡散程度より大きく、第３部分１３のドーピング元素濃度が第４部分１４のドーピング元素濃度より小さいことを実現するのに役立ち、第３部分１３と第４部分１４に濃度勾配を形成し、キャリアの第３部分１３から第４部分１４への横方向輸送に役立つ。
【0094】
なお、本願の実施例における第１多結晶シリコン、第２多結晶シリコン、第３多結晶シリコン、第４多結晶シリコン及び第５多結晶シリコンの平均結晶粒径は、中国国家規格『ＧＢ／Ｔ６３９４－２０１７金属平均結晶粒径測定方法』に従って測定することができる。
【0095】
図５は、本願の一実施例によって提供される別の太陽電池の上面視構成を示す図であり、図６は、本願の一実施例によって提供される第３の太陽電池の断面構造を示す図であり、且つ、図６は、図５のＡＡ’方向に沿った断面構造を示す図である。
【0096】
図５及び図６に示すように、いくつかの実施例では、基板１００のドーピング元素種類はＮ型ドーピング元素であり、第２部分１２は、Ｎ型ドーピング元素がドーピングされた本体部２０と、本体部２０内に位置し、Ｐ型ドーピング元素がドーピングされた反転ドーピング部２１と、を含む。
【0097】
いくつかの実施例では、第１電極１４０の材料は金属であり、銅、銀、ニッケルまたはアルミニウムのうちのいずれかを含む。第２部分１２の材料はシリコンであり、例えば、多結晶シリコン、アモルファスシリコンまたは単結晶シリコンのうちのいずれかである。実際に第１電極１４０を製造するステップでは、まず、金属ペーストを形成し、金属ペーストにおける金属が酸素と反応して金属イオンを形成する。金属イオンが第２部分１２中へ移動し、電子を提供する条件で、金属イオンと第２部分１２中のシリコンが還元反応を起こし、金属イオンを金属に還元し、形成した金属が第２部分１２中に位置し、ひいては形成した第１電極１４０と第２部分１２が電気的と接触する。ただし、還元して形成した金属量が多すぎると、形成した第１電極１４０が第２部分１２全体を貫通する問題を引き起こし、ひいては第２部分１２にダメージを与え、さらに第１電極１４０と基板１００を接触させ、太陽電池の光電変換性能に悪影響を及ぼすおそれがある。
【0098】
第２ドーピング導電層１３０は、Ｎ型ドーピング元素を備える本体部２０と、本体部２０内に位置する反転ドーピング部２１と、を含み、反転ドーピング部２１にはＰ型ドーピング元素がドーピングされるように設置することで、反転ドーピング部２１中の正孔が支配的となり、より多くの正孔ポジションを提供している。一方、第２部分１２に輸送された電子の一部は正孔と再結合し、電子の数は反転ドーピング部２１を設けていない場合と比べて減少している。これにより、実際に第１電極１４０を形成するステップでは、供給される電子の数が減少するため、金属イオンとシリコンとの反応程度が弱くなり、金属イオンとシリコンが還元して生成する金属は多すぎて金属が第２部分１２に多すぎるダメージを与えるという問題を防ぎ、太陽電池の良好な光電変換性能を保つことができる。
【0099】
いくつかの実施例では、反転ドーピング部２１が本体部２０内に占める体積比は１／２より小さい。即ち、反転ドーピング部２１は本体部２０内で少数であるため、本体部２０の体積は十分大きく、第１表面１にバンドの曲りを形成することができ、且つ第１電極１４０は多くの本体部２０と接触して金属接触を形成することができ、キャリアの第２部分１２内での正常な輸送と第１電極１４０のキャリアに対する収集を確保するのに役立つ。
【0100】
図７は本願の一実施例における第４の太陽電池の断面構造を示す図であり、図８は本願の一実施例における第５の太陽電池の断面構造を示す図であり、且つ図７及び図８はいずれも図２のＡＡ’方向に沿った断面構造を示す図である。
【0101】
図７および図８に示すように、いくつかの実施例では、遮断層１５０をさらに含み、遮断層１５０が第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０の間に位置し、遮断層１５０の基板１００に向かう表面が第１ドーピング導電層１２０の基板１００から離れた表面と接触しており、遮断層１５０の基板１００から離れた表面が第２ドーピング導電層１３０の基板１００に向かう表面と接触している。第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素濃度が第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度より大きいため、第２ドーピング導電層１３０におけるドーピング元素が第１ドーピング導電層１２０に多く拡散することを防ぐように、遮断層１５０を第１ドーピング導電層１２０と第２ドーピング導電層１３０の間に設け、第２ドーピング導電層１３０におけるドーピング元素の第１ドーピング導電層１２０中への拡散を遮断する役割を果たし、第１ドーピング導電層１２０の小さいドーピング元素濃度を維持することができる。
【0102】
また、いくつかの実施例では、第１電極１４０の材料は金属を含み、基板１００はＮ型基板１００であり、遮断層１５０は基板１００における電子の第２部分１２への輸送を遮断する役割を果たし、第１電極１４０を形成するための金属ペーストにおける金属イオンとシリコンとが電子を供給する条件で反応する程度を低減し、形成された第１電極１４０が第２ドーピング導電層１３０を貫通する確率を下げることができる。
【0103】
図７に示すように、いくつかの実施例では、遮断層１５０の基板１００から離れた表面は各第２部分１２と接触しており、遮断層１５０の第１表面１における正射影は第２部分１２の第１表面１における正射影と重なっている。即ち、遮断層１５０は、一部の第１ドーピング導電層１２０と一部の第２ドーピング導電層１３０の間にのみ位置し、かつ第２部分１２と正対している。これは、第２部分１２内のドーピング元素濃度が第１部分１１と比べて大きいからである。このゆえに、遮断層１５０が第２部分１２のみに正対するように設置することで、ドーピング元素濃度の比較的大きい第２部分１２内のドーピング元素が第１ドーピング導電層１２０中に拡散するのを防ぐことができる。
【0104】
いくつかの実施例では、遮断層１５０の数は複数であってもよく、複数の遮断層１５０のうちの各遮断層１５０は１つの第２部分１２と接触する。
【0105】
図８に示すように、いくつかの実施例では、遮断層１５０の基板１００から離れた表面は各第１部分１１および各第２部分１２と接触しており、且つ遮断層１５０の第１表面１における正射影は各第１部分１１の第１表面１における正射影および各第２部分１２の第１表面１における正射影と重なっている。即ち、遮断層１５０の正面は、第１ドーピング導電層１２０の基板１００から離れた表面および第２ドーピング導電層１３０の基板１００に向かう表面に覆われている。これにより、遮断層１５０は第１部分１１及び第２部分１２におけるドーピング元素に対して遮断する役割を果たしており、第１部分１１と第２部分１２中のドーピング元素が第１ドーピング導電層１２０中に拡散することを防ぐことができる。
【0106】
いくつかの実施例では、遮断層１５０は第２部分１２のみに正対するにしろ、第１部分１１および第２部分１２に正対するにしろ、遮断層１５０の材料はいずれもワイドバンドギャップ材料であってもよく、第２ドーピング導電層１３０におけるドーピング元素が第１ドーピング導電層１２０中に拡散することをよく防ぐことができる役割を果たせる。いくつかの実施例では、遮断層１５０の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化ケイ素またはフッ化マグネシウムのうちの少なくとも１つを含む。上記の材料を用いることで、遮断層１５０に良好な遮断作用を発揮させることができ、且つ、第１表面１に対しても良好なパッシベーション作用を発揮させ、第１表面１のキャリアの再結合を抑制することができる。また、これらの材料は比較的大きな硬度を有しており、実際に第１電極１４０を製造するステップにおいて、形成された第１電極１４０が焼結中に遮断層１５０をバーンスルーしにくくなり、ひいては形成された第１電極１４０と基板１００が接触するリスクを低下させることができる。
【0107】
いくつかの実施例では、遮断層１５０が第２部分１２のみに正対するにしろ、ま第１部分１１および第２部分１２に正対するにしろ、遮断層１５０の厚さはいずれも０．５ｎｍ～５ｎｍであり、例えば、０．５ｎｍ～０．８ｎｍ、０．８ｎｍ～１ｎｍ、１ｎｍ～１．５ｎｍ、１．５ｎｍ～２ｎｍ、２ｎｍ～２．５ｎｍ、２．５ｎｍ～３ｎｍ、３ｎｍ～３．５ｎｍ、３．５ｎｍ～４ｎｍ、４ｎｍ～４．５ｎｍまたは４．５ｎｍ～５ｎｍであってもよい。上記の範囲内では、第２ドーピング導電層１３０におけるドーピング元素が第１ドーピング導電層１２０中に拡散するのを効果的に阻止することができると同時に、第１ドーピング導電層１２０及び第２ドーピング導電層１３０とトンネル層１１０から構成されたパッシベーションコンタクト構造全体の性能に悪影響を及ぼさず、パッシベーションコンタクト構造のキャリアに対する選択的な輸送及び第１表面１に対する良好なパッシベーション効果を保つことができる。
【0108】
【0109】
図９に示すように、いくつかの実施例では、太陽電池は、さらに、第１パッシベーション層１６０を含み、第１パッシベーション層１６０が第１部分１１および第２部分１２の基板１００から離れた表面を覆っている。第１電極１４０は第１パッシベーション層１６０を貫通して第２部分１２と電気的と接触している。第１パッシベーション層１６０は第１表面１に対して良好なパッシベーション効果を発揮することができ、例えば、第１表面１のダングリングボンドに対して良好な化学パッシベーションを行い、第１表面１の欠陥準位密度を下げ、第１表面１のキャリア再結合を抑制することができる。
【0110】
いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１６０は単層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１６０は多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１６０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、または酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
【0111】
いくつかの実施例では、太陽電池は、基板１００の第２表面２に位置するエミッタ１７０を含んでも良い。エミッタ１７０のドーピング元素種類は基板１００のドーピング元素種類と逆であり、基板１００とＰＮ接合を構成している。いくつかの実施例では、エミッタ１７０の材料は基板１００の材料と同じである。
【0112】
【0113】
図１０に示すように、いくつかの実施例では、太陽電池はエミッタ１７０を設けず、第２表面２に第２パッシベーションコンタクト構造を設けてもよく、第２パッシベーションコンタクト構造が第２トンネル層１１１および第２トンネル層１１１の表面に位置する第３ドーピング導電層１１２を備え、太陽電池が両面型ＴＯＰＣＯＮ電池であるようにする。第３ドーピング導電層１１２のドーピング元素種類は基板１００のドーピング元素種類と逆であり、即ち第３ドーピング導電層１１２のドーピング元素はＰ型であり、基板１００とＰＮ接合を形成している。
【0114】
いくつかの実施例では、第２トンネル層１１１の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、炭化ケイ素またはフッ化マグネシウムのうちの少なくとも１つを含んでも良い。
【0115】
いくつかの実施例では、第３ドーピング導電層１１２の材料は、アモルファスシリコン、多結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含む。
【0116】
【0117】
図９に示すように、いくつかの実施例では、基板１００内にエミッタ１７０を備え、且つエミッタ１７０の上面が第２表面２と重なっている。これにより、第２パッシベーション層１８０はエミッタ１７０の基板１００から離れた表面に位置している。
【0118】
図１０に示すように、いくつかの実施例では、基板１００内にエミッタ１７０を設けず、第２パッシベーションコンタクト構造を設けている。第２パッシベーション層１８０は第３ドーピング導電層１１２の基板１００から離れた表面に位置している。第２パッシベーション層１８０は基板１００の第２表面２に対して良好なパッシベーション効果を発揮し、第２表面２の欠陥準位密度を下げ、基板１００の第２表面２のキャリア再結合をよく抑制するために用いられる。また、第２パッシベーション層１８０は反射低減効果を発揮することができ、入射光線の反射を減らし、入射光線に対する利用率を高めるのに役立つ。
【0119】
いくつかの実施例で、第２パッシベーション層１８０は単層構造であってもよく、いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１８０は多層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１８０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
【0120】
図９～１０に示すように、いくつかの実施例では、基板１００の第２表面２に位置する第２電極１９０をさらに含む。
【0121】
図９に示すように、いくつかの実施例では、基板１００内にエミッタ１７０がある。これにより、第２電極１９０は第２パッシベーション層１８０を貫通してエミッタ１７０と電気的と接触している。
【0122】
図１０に示すように、いくつかの実施例では、基板１００内にエミッタ１７０を設けず、第２パッシベーションコンタクト構造を設けている。これにより、第２電極は第２パッシベーション層１８０を貫通して第３ドーピング導電層１１２と電気的と接触している。いくつかの実施例では、第２電極の材料は金属であってもよく、例えば銅、銀、ニッケルまたはアルミニウムであってもよい。
【0123】
上記の実施例に提供された太陽電池では、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度は第２ドーピング導電層のドーピング元素濃度より小さいため、第１ドーピング導電層１２０における不純物元素がトンネル層１１０中に入る確率を下げている。且つ、第１表面１に垂直な方向において、第２ドーピング導電層１３０の第１部分１１と第２部分１２はいずれも第１ドーピング導電層１２０と濃度勾配を形成しており、これによって、キャリアの縦方向輸送を駆動し、基板１００におけるキャリアの第２ドーピング導電層１３０への輸送を強めるのに役立つ。第１部分１１のドーピング元素濃度は第２部分１２のドーピング元素濃度より小さいため、第１部分１１と第２部分１２の間にも濃度勾配を形成しており、キャリアの第２ドーピング導電層１３０における横方向輸送を強めるのに役立つ。第２部分１２のドーピング元素濃度が比較的高いため、第１電極１４０と第２部分１２との間の接触再結合損失を改善することができる。第１部分１１のドーピング元素濃度が比較的低いため、第１電極１４０と接触しない第１部分１１の入射光線に対する寄生吸収を減らすことができる。
【0124】
また、本願の実施例の別の面では、さらに光起電力モジュールを提供する。図１１に示すように、前記光起電力モジュールは、複数の上記の実施例に提供された太陽電池１０１を接続することで形成された電池ストリングと、電池ストリングの表面を覆うための封止層１０２と、封止層１０２の電池ストリングから離れた表面を覆うためのカバープレート１０３と、を含む。太陽電池１０１は、全体または複数の分割スライスの形で電気的に接続して複数の電池ストリングを形成し、複数の電池ストリングは直列および／または並列の形で電気的に接続される。
【0125】
具体的には、いくつかの実施例では、複数の電池ストリング間は伝導バンド１０４を介して電気的に接続されてもよい。封止層１０２は太陽電池１０１の基板１００の第１表面１及び第２表面２を覆っており、具体的には、封止層１０２はエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）フィルム、エチレンオクテン共重合体（ＰＯＥ）フィルム又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムまたはポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などの有機封止フィルムであってもよい。いくつかの実施例では、カバープレート１０３はガラスカバープレート、プラスチックカバープレートなどの光透過機能を有するカバープレートであってもよい。具体的には、カバープレート１０３の封止層１０２に向かう表面を凹凸表面にすることで、入射光線の利用率を高めることができる。
【0126】
また、本願の実施例では、さらに上記の実施例に提供された太陽電池を製造するために用いられる太陽電池の製造方法を提供する。
【0127】
図１２に示すように、第１表面１を備える基板１００を提供する。
【0128】
基板１００は入射光線を受けて光生成キャリアを発生させるために用いられ、基板１００は第１表面１に対向する第２表面２を備える。
【0129】
いくつかの実施例では、基板１００にＮ型ドーピング元素がドーピングされており、Ｎ型ドーピング元素は、リン（Ｐ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）またはヒ素（Ａｓ）などのＶ族元素であってもよい。いくつかの実施例では、基板にＰ型ドーピング元素がドーピングされており、Ｐ型ドーピング元素は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム（Ｉｎ）などのＩＩＩ族であってもよい。
【0130】
いくつかの実施例では、基板１００の第２表面２はテクスチャとすることができ、例えばピラミッドテクスチャであってもよい。これにより、基板１００の第２表面２の入射光線に対する反射率が小さくなり、光線に対する吸収利用率が大きくなる。基板１００の第１表面１は研磨面であってもよく、即ち、基板１００の第１表面１は基板１００の第２表面２よりも平坦である。いくつかの実施例では、基板１００の第２表面２と基板１００の第１表面１はいずれもピラミッドテクスチャであってもよい。
【0131】
いくつかの実施例では、基板１００に対して第１ドーピング工程を行い、例えば、基板１００内にドーピング元素を拡散するように、イオン注入工程を行うことができる。
【0132】
いくつかの実施例では、形成された太陽電池はＴＯＰＣＯＮ電池である。
【0133】
図１３に示すように、いくつかの実施例では、太陽電池の製造方法は、基板１００中にエミッタ１７０を形成し、基板１００にエミッタ１７０の上面が露出し、且つエミッタ１７０の上面が第２表面２と重なることを含む。エミッタ１７０は、そのドーピング元素種類が基板１００のドーピング元素種類と逆であり、基板１００とＰＮ接合を形成している。
【0134】
いくつかの実施例では、エミッタ１７０を形成する方法は、基板１００の第２表面２側で拡散工程を行い、Ｐ型元素を基板１００の第２表面２から一部の基板１００に拡散させて、Ｐ型ドーピング元素が拡散されている一部の基板１００をエミッタ１７０に変換させることを含むことができる。いくつかの実施例では、拡散工程はイオン注入工程であってもよい。いくつかの実施例では、基板１００の第２表面２側に対してリン拡散処理を行うことができる。
【0135】
図１４に示すように、エミッタ１７０を形成した後、第１表面１にトンネル層１１０を形成する。
【0136】
いくつかの実施例では、堆積工程を用いて第１表面１にトンネル層１１０を形成することができ、堆積工程は原子層堆積または化学気相成長のいずれかを含んでもよい。
【0137】
いくつかの実施例では、トンネル層１１０の材料は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸窒化シリコン、アモルファスシリコンまたは多結晶シリコンのうちの少なくとも１つを含んでも良い。
【0138】
図１５～図２５に示すように、トンネル層１１０に第１ドーピング導電層１２０を形成している。第１ドーピング導電層１２０の基板１００から離れた側に第２ドーピング導電層１３０を形成している。第２ドーピング導電層１３０は、複数の第１部分と、複数の第２部分とを含み、各第１部分１１と各第２部分１２が予め設定された方向Ｘ及び前記第２ドーピング導電層１３０の厚さ方向に垂直な方向に沿って交互に配列され、各第１部分１１と各第２部分１２がいずれも予め設定された方向Ｘに沿って延び、ここで、第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が第１部分１１のドーピング元素濃度より小さく、且つ第１部分１１のドーピング元素濃度が第２部分１２のドーピング元素濃度より小さい。
【0139】
第２ドーピング導電層１３０と比べて、第１ドーピング導電層１２０は基板１００により近く、且つ第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素濃度より小さく、これによって、第１ドーピング導電層１２０中の不純物元素がトンネル層１１０中に入る確率を下げることができる。
【0140】
いくつかの実施例で、第１ドーピング導電層１２０および第２ドーピング導電層１３０を形成する方法は、以下のことを含むことができる。
【0141】
図１５～図１９に示すように、トンネル層１１０の表面には真性シリコン層３０を形成し、いくつかの実施例では、真性シリコン層３０は多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンまたは炭化ケイ素のいずれかであってもよい。真性シリコン層３０に対して第１回ドーピング工程を行い、初期シリコンドープ層３２を形成する。初期シリコンドープ層３２に対して第２回ドーピング工程を行い、ドーピング元素を一部の厚さの初期シリコンドープ層３２のみに拡散させ、シリコンドープ層３３を形成し、残りの初期シリコンドープ層３２を第１ドーピング導電層１２０とする。最後に、一部のシリコンドープ層３３に対して第３回ドーピング工程を行い、第２部分１２を形成し、残りの一部のシリコンドープ層３３を第１部分１１とする。
【0142】
いくつかの実施例では、第１回ドーピング工程はイオン注入工程であってもよい。いくつかの実施例では、第２回ドーピング工程はレーザードーピング工程であってもよく、レーザーの波長、レーザー周波数、レーザーエネルギーまたはスキャンレートを制御し、ドーピング元素の初期シリコンドープ層３２に到着する深さを制御し、ひいては形成される第１ドーピング導電層１２０およびシリコンドープ層３３の厚さを制御する。いくつかの実施例では、第３回ドーピング工程はレーザードーピング工程であってもよく、一部のシリコンドープ層３３のみに対してレーザー照射処理を行い、この一部のシリコンドープ層３３にドーピング元素を再注入して第２部分１２および第１部分１１を形成することができる。
【0143】
図１５に示すように、いくつかの実施例では、真性シリコン層３０は真性多結晶シリコンであってもよく、第１回ドーピング工程では、真性シリコン層３０の表面に第１ドーピング元素を含むドーピングソースを堆積する。いくつかの実施例では、第１ドーピング元素はＮ型ドーピング元素である。いくつかの実施例では、Ｎ型のドーピングソースは５価元素を含む単体または化合物であってもよく、例えばリンまたはリンを含む化合物であってもよく、例えば三塩化リンであってもよい。
【0144】
ドーピングソースを堆積するステップの前に、基板１００に対して石英キャリア進入工程を実行し、基板１００が石英キャリアに進入した後、昇温し、基板１００の第１表面１にドーピングソースを堆積し、酸素を流しこむ。いくつかの実施例では、ドーピングソースは三塩化リンを運ぶ窒素ガスであってもよい。図１６に示すように、このステップでは、酸素は多結晶シリコンと反応し、一部の厚さの真性シリコン層３０をガラス層３１に変換し、ガラス層３１が第１ドーピング元素を含む酸化シリコンである。例えば、第１ドーピング元素がリンである場合、ガラス層３１はリンケイ素ガラス、即ちリン含有酸化ケイ素である。図１７に示すように、ガラス層３１中に第１ドーピング元素が大量に蓄積された後、昇温すると同時に、窒素雰囲気で拡散させ、ガラス層３１中に蓄積された第１ドーピング元素を真性多結晶シリコン中に拡散させ、初期シリコンドープ層３２を形成する。
【0145】
図１８に示すように、第２回ドーピング工程では、ガラス層３１を留保し、レーザー光を利用してガラス層３１を照射し、レーザー処理済みのガラス層３１における第１ドーピング元素を一部の初期シリコンドープ層３２に再拡散させ、第１ドーピング導電層１２０およびシリコンドープ層３３を形成する。
【0146】
図１９に示すように、第３回ドーピング工程では、引き続きガラス層３１を留保し、レーザー光を利用して一部のガラス層３１を照射し、レーザー処理済みのガラス層３１における第１ドーピング元素を一部のシリコンドープ層３３中に再拡散させ、第１部分１１および第２部分１２を形成する。
【0147】
いくつかの実施例では、レーザー工程に用いるレーザーは、赤外レーザー、緑色レーザー、紫外レーザーのいずれかであってもよい。これらのレーザーは、ＣＯ２レーザー、エキシマレーザー、チタンサファイアレーザー、半導体レーザー、銅蒸気レーザーまたはレーザー光を発射できる他のレーザーのいずれかから発生することができる。
【0148】
レーザーから発射されたレーザー光がガラス層３１の表面に照射され、レーザー熱効果によってガラス層３１における第１ドーピング元素が初期シリコンドープ層３２またはシリコンドープ層３３に拡散する。
【0149】
第１部分１１および第２部分１２を形成した後、ガラス層３１を除去する。酸洗浄工程でガラス層３１を除去することができる。
【0150】
図２１に示すように、いくつかの実施例では、第２ドーピング導電層１３０を形成するステップの前に、さらに、第１ドーピング導電層１２０の基板１００から離れた表面に位置する遮断層１５０を形成し、遮断層１５０の材料が酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンまたは炭化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことを含む。遮断層１５０は第２ドーピング導電層１３０におけるドーピング元素の第１ドーピング導電層１２０中への拡散を遮断する役割を果たし、第１ドーピング導電層１２０の小さいドーピング元素濃度を保つことができる。
【0151】
いくつかの実施例では、第１ドーピング導電層１２０、第２ドーピング導電層１３０及び遮断層１５０を形成する方法は以下のことを含む。
【0152】
図２０に示すように、トンネル層１１０の表面に第１真性シリコン層４１を形成する。いくつかの実施例では、第１真性シリコン層４１は多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンまたは炭化ケイ素のいずれかであってもよい。いくつかの実施例では、堆積工程を利用してトンネル層１１０の表面に第１真性シリコン層４１を形成することができ、例えば原子層堆積工程であってもよい。
【0153】
図２１に示すように、第１真性シリコン層４１の表面に遮断層１５０を形成する。いくつかの実施例では、堆積工程を利用して遮断層１５０を形成することができ、例えば原子層堆積工程または化学気相成長工程を利用して遮断層１５０を形成することができる。いくつかの実施例では、遮断層１５０は、第１真性シリコン層４１の表面に全面的に形成され、後に形成される第１部分１１および第２部分１２に正対することができる。いくつかの実施例では、遮断層１５０は一部の第１真性シリコン層４１の表面に形成され、後に形成される第２部分１２に正対することもできる。
【0154】
図２１に示すように、遮断層１５０の表面に第２真性シリコン層４２を形成する。いくつかの実施例では、第２真性シリコン層４２は多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンまたは炭化ケイ素のうちのいずれかであってもよい。いくつかの実施例では、堆積工程を利用してトンネル層１１０の表面に第２真性シリコン層４２を形成することができ、例えば原子層堆積工程であってもよい。
【0155】
第２真性シリコン層４２の基板１００から離れた表面に第１ドーピング元素を含んだドーピングソースを堆積させる。ドーピングソースを堆積させると同時に、酸素ガスを流し込むことにより、一部の厚さの第２真性シリコン層４２をガラス層３１に変換する。ガラス層３１は第１ドーピング元素を含んだ酸化シリコンである。
【0156】
いくつかの実施例では、ドーピングソースはＮ型ドーピングソース、第１ドーピング元素はＮ型ドーピング元素であってもよい。いくつかの実施例では、Ｎ型ドーピングソースは５価元素を含んだ単体または化合物であってもよく、例えばリンまたはリンを含んだ化合物であってもよく、例えば三塩化リンであってもよい。
【0157】
ドーピングソースを堆積するステップの前に、基板１００に対して石英キャリア進入工程を行い、石英キャリアに進入した後、第１プリセット温度まで昇温し、第１プリセット温度が５００℃～９００℃であってもよい。第１プリセット温度に昇温した後、基板１００の第１表面１にドーピングソースを堆積し、酸素ガスを流し込み、ドーピングソースの堆積時間が５０ｓ～８００ｓであり、いくつかの実施例では、ドーピングソースが三塩化リンを含んだ窒素ガスであってもよく、ここで、三塩化リンの濃度が０．１％～３ｗｔ％であってもよく、窒素ガスの流量が２０００ｓｃｃｍ～４０００ｓｃｃｍであってもよい。
【0158】
図２２に示すように、上記のステップでは、酸素とケイ素とが反応し、この一部の厚さの第２真性シリコン層４２をガラス層３１に変換し、ガラス層３１が第１ドーピング元素を含んだ酸化シリコンである。例えば、第ドーピング元素がリンの場合、ガラス層３１はリンケイ素ガラスで、即ち、リン含有酸化ケイ素であり、ガラス層３１には大量の第１ドーピング元素が蓄積されている。
【0159】
図２３に示すように、第１ドーピング工程を行い、ガラス層３１に蓄積された第１ドーピング元素を第１真性シリコン層４１に拡散して第１ドーピング導電層１２０を形成し、第１ドーピング元素をガラス層３１を除いた第２真性シリコン層４２に拡散して初期第２ドーピング導電層４３を形成する。いくつかの実施例では、第２プリセット温度に昇温した後、第１ドーピング工程を行い、第２プリセット温度が第１プリセット温度より大きく、例えば９００℃～１２００℃であってもよく、同時に窒素ガス雰囲気で拡散し、ガラス層３１に蓄積された第１ドーピング元素を第１真性シリコン層４１に拡散して第１ドーピング導電層１２０を形成する。
【0160】
理解できるように、遮断層１５０の存在により、ガラス層３１における第１ドーピング元素が第２真性シリコン層４２から第１真性シリコン層４１に拡散する過程において、遮断層１５０が第１ドーピング元素に対してバリア作用を果たし、第１真性シリコン層４１中に拡散するドーピング元素の数が第２真性シリコン層４２中に拡散するドーピング元素の数より小さい。これにより、形成される第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が初期第２ドーピング導電層４３のドーピング元素濃度より小さい。
【0161】
図２４～図２５に示すように、一部のガラス層３１に対して第２ドーピング工程を行い、第２ドーピング工程を経たガラス層３１における第１ドーピング元素は第１表面１に垂直な方向に沿って初期第２ドーピング導電層４３に拡散して、この一部の初期第２ドーピング導電層４３を第２ドーピング導電層１３０の第２部分１２に変換し、残りの一部の初期第２ドーピング導電層４３が第１部分１１を形成する。
【0162】
図２４に示すように、いくつかの実施例では、第２ドーピング工程を行う前に、ガラス層３１の表面にマスク層５０を形成し、マスク層５０が第１開口５１を備え、第１開口５１が一部のガラス層３１の表面から露出し、いくつかの実施例では、マスク層５０に対して フォトエッチング工程を行って第１開口５１を形成することができる。
【0163】
いくつかの実施例では、マスク層５０の材料は酸化シリコンまたは酸窒化シリコンのいずれかであってもよく、堆積工程を利用してマスク層５０を形成してもよい。
【0164】
図２５に示すように、いくつかの実施例では、第１開口５１に沿って初期第２ドーピング導電層４３（図２４を参照）に対して第２ドーピング工程を行い、第１開口５１に正対するガラス層３１内の第１ドーピング元素を初期第２ドーピング導電層４３に拡散させて、ドーピング濃度の比較的高い第２部分１２を形成し、残りの一部の初期第２ドーピング導電層４３がマスク層５０に遮られている。これにより、ガラス層３１におけるドーピング元素はほとんどこの部分の初期第２ドーピング導電層４３に拡散せず、残りの一部の初期第２ドーピング導電層４３がドーピング濃度の比較的低い第１部分１１を形成する。
【0165】
理解やすいように、初期第２ドーピング導電層４３のドーピング元素濃度が第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度より大きいため、形成される第１部分１１と第２部分１２のドーピング元素濃度はいずれも第２ドーピング導電層１３０のドーピング元素濃度より大きい。
【0166】
いくつかの実施例では、第２ドーピング工程はレーザー工程を含む。レーザー工程のパラメータでは、使用されるレーザー波長が３００ｎｍ～５３２ｎｍであり、例えば、３００ｎｍ～３３０ｎｍ、３３０ｎｍ～３５０ｎｍ、３５０ｎｍ～３８０ｎｍ、３８０ｎｍ～４２０ｎｍ、４２０ｎｍ～４８０ｎｍまたは４８０ｎｍ～５３２ｎｍであってもよいことと、レーザーの周波数が１２０ｋＨｚ～１５００ｋＨｚであり、例えば、１２０ｋＨｚ～１８０ｋＨｚ、１８０ｋＨｚ～２４０ｋＨｚ、２４０ｋＨｚ～３３０ｋＨｚ、３３０ｋＨｚ～４８０ｋＨｚ、４８０ｋＨｚ～６００ｋＨｚ、６００ｋＨｚ～７００ｋＨｚ、７００ｋＨｚ～８００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ～９００ｋＨｚ、９００ｋＨｚ～１０５０ｋＨｚまたは１０５０ｋＨｚ～１２００ｋＨｚであってもよいことと、スキャンレートが１０００ｍｍ／ｓ～４００００ｍｍ／ｓであり、例えば、１０００ｍｍ／ｓ～２０００ｍｍ／ｓ、２０００ｍｍ／ｓ～５０００ｍｍ／ｓ、５０００ｍｍ／ｓ～６０００ｍｍ／ｓ、６０００ｍｍ／ｓ～７５００ｍｍ／ｓ、７５００ｍｍ／ｓ～９０００ｍｍ／ｓ、９０００ｍｍ／ｓ～１２０００ｍｍ／ｓ、１２０００ｍｍ／ｓ～１８０００ｍｍ／ｓ、１８０００ｍｍ／ｓ～２５０００ｍｍ／ｓ、２５０００ｍｍ／ｓ～２８０００ｍｍ／ｓ、２８０００ｍｍ／ｓ～３２０００ｍｍ／ｓ、３２０００ｍｍ／ｓ～３４０００ｍｍ／ｓ、３４０００ｍｍ／ｓ～３６０００ｍｍ／ｓ、３６０００ｍｍ／ｓ～３８５００ｍｍ／ｓまたは３８５００ｍｍ／ｓ～４００００ｍｍ／ｓであってもよく、レーザーエネルギーが０．１Ｊ／ｃｍ２～１．５Ｊ／ｃｍ２であり、例えば、０．１Ｊ／ｃｍ２～０．３Ｊ／ｃｍ２、０．３Ｊ／ｃｍ２～０．５Ｊ／ｃｍ２、０．５Ｊ／ｃｍ２～０．８Ｊ／ｃｍ２、０．８Ｊ／ｃｍ２～１Ｊ／ｃｍ２、１Ｊ／ｃｍ２～１．２Ｊ／ｃｍ２、１．２Ｊ／ｃｍ２～１．３Ｊ／ｃｍ２または１．３Ｊ／ｃｍ２～１．５Ｊ／ｃｍ２であってもよい。上記の範囲内では、ガラス層３１中の第１ドーピング元素がレーザー熱効果によって初期第２ドーピング導電層４３中に拡散するように、十分なレーザー熱効果を発生させることができる。且つ、上記の範囲内では、ガラス層３１中の第１ドーピング元素の拡散程度が大きすぎないようにし、第１ドーピング元素が第１ドーピング導電層１２０中に拡散しすぎて、形成される第１ドーピング導電層１２０のドーピング元素濃度が増える問題を防ぐ。
【0167】
いくつかの実施例では、レーザー工程のパラメータを制御して、第１ドーピング元素を第１ドーピング導電層１２０に拡散させ、第１ドーピング導電層１２０で第１部分１１に正対する第３部分１３（図４を参照）および第２部分１２に正対する第４部分１４（図４を参照）を形成し、第４部分１４が第２部分１２に正対し、レーザー工程を行って第２部分１２を形成するステップにおいて、一部の第１ドーピング元素が第２部分１２に正対する第１ドーピング導電層１２０に拡散し、ドーピング元素濃度の比較的大きい第４部分１４を形成し、残りの部分の第１ドーピング導電層１２０がドーピング元素濃度の比較的小さい第３部分１３を形成する。
【0168】
いくつかの実施例では、形成された第２部分１２の結晶粒が再結晶し、第２部分１２中の平均結晶粒径が第１部分１１の平均結晶粒径より小さくなるように、レーザー工程のパラメータを制御することもできる。これにより、第２部分１２中に拡散する第１ドーピング元素が多くなり、第２部分１２のドーピング元素濃度が第１部分１１のドーピング元素濃度より大きいことをを実現しやすくなる。いくつかの実施例では、第２部分１２および第４部分１４の結晶粒を再結晶させるように、レーザー工程のパラメータを制御することができ、これによって、第４部分１４の平均結晶粒径が第３部分１３の平均結晶粒径より小さいことを実現し、第４部分１４のドーピング元素濃度が第３部分１３のドーピング元素濃度より大きいことを実現する。
【0169】
いくつかの実施例では、レーザー工程に使われるレーザーは、赤外レーザー、緑色レーザー、紫外レーザーのうちのいずれかであってもよい。これらのレーザーは、ＣＯ２レーザー、エキシマレーザー、チタンサファイアレーザー、半導体レーザー、銅蒸気レーザーまたはレーザー光を発射できる他のレーザーのうちのいずれかから発生することができる。
【0170】
レーザーから発射されたレーザー光がガラス層３１の表面に照射し、レーザー熱効果によってガラス層３１中の第１ドーピング元素が初期第２ドーピング導電層４３中に拡散する。
【0171】
いくつかの実施例では、第１部分１１および第２部分１２を形成した後、犠牲層およびガラス層３１を除去する。いくつかの実施例では、酸洗浄工程を利用してガラス層３１を除去してもよく、例えば、ＨＣＬ溶液またはＨＦ溶液を利用して犠牲層およびガラス層３１を洗浄し、かつ犠牲層およびガラス層３１を除去してもよい。
【0172】
図２６に示すように、いくつかの実施例では、太陽電池の製造方法は、第２ドーピング導電層１３０の基板１００から離れた表面に第１パッシベーション層１６０を形成することをさらに含む。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１６０は単層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１６０は多層構造であってもよい。
【0173】
いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１６０は単層構造であり、第１パッシベーション層１６０の材料は酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンのうちのいずれかであってもよい。いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１６０は多層構造であり、第１パッシベーション層１６０の材料は酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
【0174】
いくつかの実施例では、第１パッシベーション層１６０を形成する方法は、ＰＥＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、プラズマ励起化学気相成長）法を利用して第２ドーピング導電層１３０の表面に第１パッシベーション層１６０を形成することを含んでもよい。
【0175】
いくつかの実施例では、エミッタ１７０の表面に第２パッシベーション層１８０を形成することをさらに含み、第２パッシベーション層１８０は良好なパッシベーション効果を発揮することができる。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１８０は単層構造であってもよい。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１８０は多層構造であってもよい。
【0176】
いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１８０は単層構造であり、第２パッシベーション層１８０の材料は酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンのうちのいずれかであってもよい。いくつかの実施例では、第２パッシベーション層１８０は多層構造であり、第２パッシベーション層１８０の材料は酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンのうちの少なくとも１つであってもよい。
【0177】
いくつかの実施例では、ＰＥＣＶＤ工程を利用してエミッタ１７０の表面に第２パッシベーション層１８０を形成することができる。
【0178】
図９に示すように、複数の第１電極を形成し、複数の第１電極のうちの各第１電極１４０はいずれも予め設定された方向Ｘに沿って延びており、各第１電極１４０は各第２部分１２に１対１で対応し、１つの第１電極１４０は対応する第２部分１２に電気的と接触している。
【0179】
いくつかの実施例では、第１電極１４０を形成する方法は以下のことを含む。
【0180】
各第２部分の基板１００から離れた側に金属ペーストを形成する。いくつかの実施例では、スクリーン印刷工程を利用して、第２部分に正対する第１パッシベーション層１６０の表面に金属ペーストを印刷することができる。いくつかの実施例では、金属ペーストは、銀、アルミニウム、銅、錫、金、鉛またはニッケルのうちの少なくとも１つを含んでも良い。
【0181】
金属ペーストに対して焼結工程を行い、金属ペーストを第２部分１２の基板１００から離れた側から一部の厚さの第２部分１２にバーンスルーし、第１電極１４０を形成する。いくつかの実施例では、金属ペーストにガラスなどの高腐食性成分を備えた材料が含まれている。これにより、焼結過程において、腐食性成分が第１パッシベーション層１６０と第２部分１２の一部を腐食し、金属ペーストが第１パッシベーション層１６０と第２部分１２の一部に浸透する。
【0182】
いくつかの実施例では、第２電極１９０を形成することをさらに含み、第２電極１９０が第２パッシベーション層１８０を貫通してエミッタ１７０と電気的と接触する。いくつかの実施例では、第２電極１９０を形成する工程は、第１電極１４０を形成する工程と同じであってもよく、第１電極１４０を形成する方法に関する上記の説明を参照できる。
【0183】
本願は、好適な実施例で上記のように開示されているが、特許請求の範囲を限定するものではなく、当業者であれば、本願の着想から逸脱することなく、若干の可能な変動および修正を加えることができるため、本願の保護範囲は、本願の請求項によって規定される範囲に従うべきである。
【0184】
当業者であれば、前記の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。
【要約】
【課題】本願の実施例は、太陽電池の分野に関し、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。
【解決手段】太陽電池は、第１表面を備える基板と、第１表面に形成されるトンネル層と、トンネル層に形成される第１ドーピング導電層と、第１ドーピング導電層に形成される第２ドーピング導電層であって、第２ドーピング導電層は、複数の第１部分と複数の第２部分とを含み、ここで、第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度が第１部分のドーピング元素濃度より小さく、且つ、第１部分のドーピング元素濃度が第２部分のドーピング元素濃度より小さい第２ドーピング導電層と、複数の第１電極であって、複数の第１電極のうちの各第１電極がいずれも予め設定された方向に沿って延び、１つの第１電極が１つの前記第２部分と電気的と接触している第１電極と、を含む。本願実施例は、太陽電池の光電変換性能を向上させることに有利である。
【選択図】図３
【解決手段】太陽電池は、第１表面を備える基板と、第１表面に形成されるトンネル層と、トンネル層に形成される第１ドーピング導電層と、第１ドーピング導電層に形成される第２ドーピング導電層であって、第２ドーピング導電層は、複数の第１部分と複数の第２部分とを含み、ここで、第１ドーピング導電層のドーピング元素濃度が第１部分のドーピング元素濃度より小さく、且つ、第１部分のドーピング元素濃度が第２部分のドーピング元素濃度より小さい第２ドーピング導電層と、複数の第１電極であって、複数の第１電極のうちの各第１電極がいずれも予め設定された方向に沿って延び、１つの第１電極が１つの前記第２部分と電気的と接触している第１電極と、を含む。本願実施例は、太陽電池の光電変換性能を向上させることに有利である。
【選択図】図３
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
