7808052 太陽電池セル及び太陽電池セル製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2026-01-20

(45)【発行日】2026-01-28

(54)【発明の名称】太陽電池セル及び太陽電池セル製造方法

(51)【国際特許分類】

   H10F 10/166 20250101AFI20260121BHJP

   H10F 77/14 20250101ALI20260121BHJP

   H10F 71/00 20250101ALI20260121BHJP

【ＦＩ】

H10F10/166

H10F77/14 100

H10F71/00 160

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022573009

(86)(22)【出願日】2021-12-21

(86)【国際出願番号】 JP2021047232

(87)【国際公開番号】W WO2022145283

(87)【国際公開日】2022-07-07

【審査請求日】2024-11-01

(31)【優先権主張番号】P 2020219144

(32)【優先日】2020-12-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2021012129

(32)【優先日】2021-01-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】岡本 紳平

(72)【発明者】

【氏名】口山 崇

(72)【発明者】

【氏名】中村 淳一

【審査官】原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／１３８９７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００６／１２０７３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国登録特許第１０－１８９５８４２（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１０９１７６５（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００２－０１６２７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６４９１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｆ １０／００－１９／９０

Ｈ１０Ｆ ７１／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状に形成され、厚み方向に貫通する複数の透光開口を有する半導体基板と、
前記半導体基板の一方の主面側に積層される第１半導体層と、
前記半導体基板の他方の主面側に積層される第２半導体層と、
前記第１半導体層に積層される第１電極と、
前記第２半導体層に積層される第２電極と、
を備え、
前記透光開口の内周面は、前記第１半導体層の側に位置する第１周面部と、前記第２半導体層の側に位置し、前記第１周面部と表面性状が異なる第２周面部と、を有し、
前記第１周面部において、前記半導体基板は前記第１半導体層によって被覆され、
前記第２周面部において、前記半導体基板は露出する、太陽電池セル。

【請求項2】

板状に形成され、厚み方向に貫通する複数の透光開口を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面側に積層される第１半導体層と、前記半導体基板の他方の主面側に積層される第２半導体層と、前記第１半導体層に積層される第１電極と、前記第２半導体層に積層される第２電極と、を備え、前記透光開口の内周面は、前記第１半導体層の側に位置する第１周面部と、前記第２半導体層の側に位置し、前記第１周面部と表面性状が異なる第２周面部と、を有し、前記第１周面部において、前記半導体基板は前記第１半導体層によって被覆され、前記第２周面部において、前記半導体基板は露出する、太陽電池セルを製造する方法であって、
半導体基板にレーザ光を照射することによって前記透光開口の外径に対応する環状溝を形成する工程と、
前記環状溝を形成する工程の後に、前記半導体基板に前記第１半導体層、前記第２半導体層、前記第１電極及び前記第２電極の成膜を行う工程と、
前記半導体基板に成膜を行う工程の後に、前記環状溝の底部のエッチング又は割断により前記半導体基板の前記環状溝の内側の領域を分離することによって、前記半導体基板に前記透光開口を形成する工程と、
を備える、太陽電池セル製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池セル及び太陽電池セル製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

クリーンなエネルギー源として、太陽電池の利用が広がっている。一般的な太陽電池は、光を遮断するために、窓等には設置することが控えられる。そこで、光を透過する開口を形成したシースルー型の太陽電池も検討されている。例として、特許文献１には、光の入射によりキャリアを生成するｎ型半導体の基材にｐ型半導体の膜を積層することによりキャリアを回収するｐｎ接合を形成した半導体基板に複数の開口を形成し、半導体基板の受光面に開口を避けるようフィンガー電極を配設した太陽電池が開示されている。特許文献１は、比較的安価に半導体基板に開口を形成する方法として、フッ化物を含有する電解液を用いたエッチングを行うことを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００２－２９９６７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

太陽電池セルの半導体基板にエッチングによって開口を形成すると、開口の内周面においてキャリアの再結合が生じるため、光電変換効率が低下し得る。特に、開口率を大きくしようとすると、開口の内周面におけるキャリアの再結合が顕著となるため、光電変換効率の低下が大きくなる。また、光を透過するための開口を避けてフィンガー電極を配設すると、フィンガー電極の延在方向と平行に並ぶ開口の間に、フィンガー電極までの距離が比較的大きい領域が形成される。フィンガー電極までの距離が大きくなると、光によって励起されたキャリアがフィンガー電極に回収される前に再結合して消滅してしまうことで、光電変換効率が低くなるという不都合が生じる。そこで、本発明は、光電変換効率が高いシースルー型の太陽電池セル及び太陽電池セル製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係る太陽電池セルは、板状に形成され、厚み方向に貫通する複数の透光開口を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方の主面側に積層される第１半導体層と、前記半導体基板の他方の主面側に積層される第２半導体層と、前記第１半導体層に積層される第１電極と、前記第２半導体層に積層される第２電極と、を備え、前記透光開口の内周面は、前記第１半導体層の側に位置する第１周面部と、前記第２半導体層の側に位置し、前記第１周面部と表面性状が異なる第２周面部と、を有する。

【0006】

上述の太陽電池セルでは、前記第１周面部において、前記半導体基板は前記第１半導体層によって被覆され、前記第２周面部において、前記半導体基板は露出してもよい。

【0007】

本発明の一態様に係る太陽電池セル製造方法は、半導体基板にレーザ光を照射することによって環状溝を形成する工程と、前記環状溝の底部のエッチング又は割断により前記半導体基板の前記環状溝の内側の領域を分離することによって、前記半導体基板に開口を形成する工程と、備える。

【0008】

上述の太陽電池セル製造方法は、前記環状溝を形成する工程と前記開口を形成する工程との間に、前記半導体基板に成膜を行う工程をさらに備えてもよい。

【0009】

本発明の別の態様に係る太陽電池セルは、半導体基板及び前記半導体基板に積層される半導体層を有し、且つ表裏に貫通する複数の透光開口を有する光電変換体と、前記光電変換体の表面に積層される表面電極と、前記光電変換体の裏面に積層される裏面電極と、を備え、前記表面電極は、前記複数の透光開口を個別に取り囲む複数の囲繞部を有する。

【0010】

上述の太陽電池セルにおいて、前記囲繞部は多角形状であってもよい。

【0011】

上述の太陽電池セルにおいて、囲繞部の各辺の長さは一定であってもよい。

【0012】

上述の太陽電池セルにおいて、前記囲繞部の各辺と前記透光開口との距離の最小値は最大値の５０％以上であってもよい。

【0013】

上述の太陽電池セルにおいて、前記囲繞部の各辺と前記透光開口との距離は前記透光開口の直径の２０％以上１５０％以下であってもよい。

【0014】

上述の太陽電池セルにおいて、前記表面電極は、それぞれ平行且つ等間隔に配置される複数の電極線からなり、互いに交差するよう角度が異なる３組の電極線群を有してもよい。

【0015】

上述の太陽電池セルにおいて、前記囲繞部は、頂点で互いに接する六角形状であり、間に前記透光開口を含まない三角形状のスペースを画定してもよい。

【0016】

上述の太陽電池セルにおいて、前記複数の囲繞部の内側の面積は前記複数の囲繞部の外側の面積の２倍以上５倍以下であってもよい。

【0017】

上述の太陽電池セルにおいて、前記裏面電極は、前記複数の透光開口を個別に取り囲む複数の囲繞部を有してもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、光電変換効率が高いシースルー型の太陽電池セル及び太陽電池セル製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係る太陽電池セルの部分平面図である。

【図2】図１の太陽電池セルのＸ－Ｘ線部分断面図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る太陽電池セル製造方法の手順を示すフローチャートである。

【図4】図３の太陽電池セル製造方法の一工程を説明する部分断面図である。

【図5】図３の太陽電池セル製造方法の図４の次の工程を説明する部分断面図である。

【図6】図３の太陽電池セル製造方法の図５の次の工程を説明する部分断面図である。

【図7】図３の太陽電池セル製造方法の図６の次の工程を説明する部分断面図である。

【図8】図３の太陽電池セル製造方法の図７の次の工程を説明する部分断面図である。

【図9】図３の太陽電池セル製造方法の図８の次の工程を説明する部分断面図である。

【図10】図９の工程を説明する部分平面図である。

【図11】本発明の第２実施形態に係る太陽電池セルの模式平面図である。

【図12】図１１の太陽電池セルのＹ－Ｙ線模式断面図である。

【図13】本発明の第３実施形態に係る太陽電池セルの模式平面図である。

【図14】本発明の第４実施形態に係る太陽電池セルの模式平面図である。

【図15】本発明の第５実施形態に係る太陽電池セルの模式平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、添付の図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、簡略化のために、部材の図示、符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の形状及び寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。

【0021】

図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池セル１の部分平面図である。図２は、太陽電池セルの分断面図である。太陽電池セル１は、板状に形成される半導体基板１０と、半導体基板１０の一方の主面側（受光面側）に積層される第１半導体層２０と、半導体基板１０の他方の主面側に積層される第２半導体層３０と、半導体基板１０と第１半導体層２０の間に介在する第１パッシベーション層４０と、半導体基板１０と第２半導体層３０の間に介在する第２パッシベーション層５０と、第１半導体層２０に積層される第１電極６０と、第２半導体層３０に積層される第２電極７０と、を備える。

【0022】

半導体基板１０は、入射光を吸収して光キャリア（電子及び正孔）を生成する光電変換基板として機能する。半導体基板１０は、受光面に光の入射率を向上するために、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有してもよい。

【0023】

半導体基板１０は、単結晶シリコン又は多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成することができる。また、半導体基板１０は、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の他の半導体材料から形成されてもよい。半導体基板１０は、例えば結晶シリコン材料にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体基板とすることができる。ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。半導体基板１０の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力（照度によらず安定した出力）が得られる。

【0024】

半導体基板１０は、厚み方向に貫通する複数の透光開口１１を有する。透光開口１１は、太陽電池セル１の裏面側（受光面と反対側）に光を透過して採光することを可能にする。透光開口１１の平面視での形状としては、典型的には円形とされるが、楕円形状、多角形状等、任意の形状とされてもよい。

【0025】

透光開口１１は、均等に採光するために、半導体基板１０の略全体に分散して形成されることが好ましいが、半導体基板１０の強度を確保するために、例えば半導体基板１０の周縁部、半導体基板１０を横断する帯状領域等に設けられないようにしてもよい。透光開口１１は、より均等に採光するとともに、美観を向上できるよう、規則的に配置されることが好ましい。

【0026】

半導体基板１０における透光開口１１の面積率、つまり半導体基板１０の開口率としては、例えば３％以上５０％以下、好ましくは５％以上３０％以下とすることができる。これにより、十分な光が太陽電池セル１を透過することができ、且つ比較的大きい電力を得ることができる。

【0027】

透光開口１１の平均径（円相当径）としては、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下好ましくは２ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることができる。これにより、太陽電池セル１の光電変換効率を大きくしながら、十分な採光が可能となる。

【0028】

透光開口１１の内周面は、第１半導体層２０の側に位置する第１周面部１２と、第２半導体層３０の側に位置し、第１周面部１２と表面性状が異なる第２周面部１３と、を有する。なお、「表面性状」とは、微細な凹凸形状、表面の層構造、半導体基板１０の材料の酸化等の変成状態等を含む。

【0029】

本実施形態において、透光開口１１の第１周面部１２は、例えばレーザ加工面であり、半導体基板１０の内周面に酸化物等を有し得る。また、第１周面部１２では、半導体基板１０が第１パッシベーション層４０及び第１半導体層２０によって被覆されている。一方、第２周面部１３では、半導体基板１０が露出している。

【0030】

第１周面部１２は、第１パッシベーション層４０及び第１半導体層２０によって半導体基板１０が被覆されているため、半導体基板１０の内部に生じたキャリアの再結合を抑制することにより太陽電池セル１の光電変換効率を向上する。また、透光開口１１は、半導体基板１０を露出する第２周面部１３を有するため、第１半導体層２０と第２半導体層３０とを確実に絶縁することができる。つまり、透光開口１１の内周面がキャリアの再結合を抑制する第１周面部１２と、短絡を防止する第２周面部１３とを有することによって、太陽電池セル１は、高い光電変換効率を有する。

【0031】

透光開口１１の内周面における第１周面部１２の面積率の下限としては、５０％が好ましく、６０％がより好ましい。一方、透光開口１１の内周面における第１周面部１２の面積率の上限としては、９５％が好ましく、９０％がより好ましい。透光開口１１の内周面における第１周面部１２の面積率を前記下限以上とすることによって、キャリアの再結合抑制効果を大きくできる。また、透光開口１１の内周面における第１周面部１２の面積率を前記上限以下とすることによって、確実に短絡を防止するために特段の加工精度が要求されない。

【0032】

第１半導体層２０及び第２半導体層３０は、半導体基板１０の内部から、互いに極性が異なるキャリアを誘引することにより、異なる極性の電荷を収集する。具体的には、半導体基板１０がｎ型である場合、第１半導体層２０はｐ型半導体から形成され、第２半導体層３０はｎ型半導体から形成され得る。

【0033】

第１半導体層２０及び第２半導体層３０は、例えば所望の導電型を付与するドーパントを含有するアモルファスシリコン材料で形成することができる。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられ、ｎ型ドーパントとしては、例えば上述したリン（Ｐ）が挙げられる。

【0034】

第１半導体層２０は、透光開口１１の内周面に延在し、第１周面部１２において、半導体基板１０の内周面を覆う。

【0035】

第１パッシベーション層４０及び第２パッシベーション層５０は、半導体基板１０の内部で生成したキャリアの半導体基板１０の表面での再結合を抑制することにより、太陽電池セル１の光電変換効率を向上する。第１パッシベーション層４０及び第２パッシベーション層５０は、アモルファスシリコンから形成される真性半導体層とすることができる。

【0036】

第１パッシベーション層４０は、透光開口１１の内周面に延在し、第１周面部１２において、半導体基板１０の内周面を覆う。

【0037】

第１電極６０及び第２電極７０は、第１半導体層２０及び第２半導体層３０が引き寄せたキャリアを電荷として取り出す。第１電極６０及び第２電極７０は、導電性を有する材料から形成され、電気抵抗が小さい金属を主体とすることが好ましい。具体例として、第１電極６０及び第２電極７０は、金属、銀ペースト等から形成することができる。

【0038】

受光面側の第１電極６０は、半導体基板１０に光が入射できるよう面積を小さくするために、複数の線状に形成されることが好ましい。また、第１電極６０は、キャリアの移動距離が大きくなる領域を小さくするために、第１電極６０は網状に形成されてもよい。一方、第２電極７０は、第１電極６０と同じ形状に形成されてもよいが、第２電極７０までのキャリアの移動距離及び第２電極７０の中での電気抵抗を小さくするために、透光開口１１以外の領域の略全面に設けられ得る。

【0039】

以上のように、太陽電池セル１は、透光開口１１の内周面がキャリアの再結合を抑制する第１周面部１２と短絡を防止する第２周面部１３と、を有することによって、高い光電変換効率を実現できる。

【0040】

太陽電池セル１は、本発明に係る太陽電池セル製造方法の一実施形態によって製造することができる。本実施形態の太陽電池セル製造方法は、図３に示すように、環状溝形成工程（ステップＳ１）と、パッシベーション層成膜工程（ステップＳ２）と、第１半導体層成膜工程（ステップＳ３）と、第２半導体層成膜工程（ステップＳ４）と、第１電極形成工程（ステップＳ５）と、第２電極形成工程（ステップＳ６）と、透光開口形成工程（ステップＳ７）と、を備える。

【0041】

ステップＳ１の環状溝形成工程では、半導体基板１０の一方の面にレーザ光を照射することにより、図４に示すように、透光開口１１の外径に対応する環状溝Ｇを形成する。最終的に、環状溝Ｇの外側の内周面が第１周面部１２となる。このため、環状溝Ｇの平面形状は、透光開口１１の外形に対応する無端ループ状であり、円形に限られない。環状溝Ｇの深さは、第１周面部１２の高さ対応して定められる。環状溝Ｇの内面には、パッシベーション層成膜工程及び第１半導体層成膜工程において成膜が行われる。このため、環状溝Ｇの幅は、環状溝Ｇの奥部まで成膜ガスを供給できるような幅とされる。

【0042】

ステップＳ２のパッシベーション層成膜工程では、図５に示すように、半導体基板１０の両面及び環状溝Ｇの内面に、第１パッシベーション層４０及び第２パッシベーション層５０を形成する材料を積層する。第１パッシベーション層４０及び第２パッシベーション層５０は、例えばＣＶＤ、ＰＶＤ等の成膜技術によって形成することができる。このパッシベーション層成膜工程は、半導体基板１０の片面ずつ、２回に分けて行ってもよい。

【0043】

ステップＳ３の第１半導体層成膜工程では、図６に示すように、半導体基板１０の受光側の主面及び環状溝Ｇの内面の第１パッシベーション層４０の表面に、第１半導体層２０を形成する材料を積層する。第１半導体層２０も、第１パッシベーション層４０及び第２パッシベーション層５０と同様に、例えばＣＶＤ、ＰＶＤ等の成膜技術によって形成することができる。

【0044】

ステップＳ４の第２半導体層成膜工程では、図７に示すように、半導体基板１０の受光面と反対側の主面の第２パッシベーション層５０の表面に、第２半導体層３０を形成する材料を積層する。第２半導体層３０も、例えばＣＶＤ、ＰＶＤ等の成膜技術によって形成することができる。

【0045】

ステップＳ５の第１電極形成工程では、図８に示すように、例えば導電性ペーストの印刷及び焼成、金属層の積層及びレジストパターン用いた金属層のエッチング等の方法により、第１電極６０を形成する。

【0046】

ステップＳ６の第２電極形成工程では、図９に示すように、例えば導電性ペーストの印刷及び焼成、金属層の積層及びレジストパターン用いた金属層のエッチング等の方法により、第２電極７０を形成する。第２電極形成工程における焼成又はエッチングは、第１電極形成工程における焼成又はエッチングと同時に行ってもよい。

【0047】

このように、環状溝Ｇを形成した半導体基板１０に成膜を行うことによって、図９及び１０に示すように、太陽電池セル１の透光開口１１となるべき部分（環状溝Ｇ及びその内側）にも、半導体基板１０、第１半導体層２０、第２半導体層３０、第１パッシベーション層４０及び第２パッシベーション層５０が存在する中間製品が得られる。

【0048】

ステップＳ７の透光開口形成工程では、環状溝Ｇの底部のエッチング又は割断により、半導体基板１０の環状溝Ｇの内側の領域を分離することによって、透光開口１１を形成する。これにより、図１に示す太陽電池セル１が得られる。

【0049】

環状溝Ｇの底部をエッチングする場合、第１半導体層２０の全面を覆うレジストパターンと、第２半導体層３０の透光開口１１を形成する領域の少なくとも環状溝Ｇに対応する部分を開口するレジストパターンとを形成することで、環状溝Ｇの内側の領域を分離できる。

【0050】

環状溝Ｇの底部を割断する場合、環状溝Ｇの内側に対応する部分に突起を有する治具を圧接することで、環状溝Ｇの内側の領域を分離できる。

【0051】

このように、環状溝形成工程と透光開口形成工程との２段階に分けて透光開口１１を形成することによって、透光開口１１が表面性状の異なる第１周面部１２と第２周面部１３とを有するものとなる。特に、環状溝形成工程と透光開口形成工程との間に半導体基板１０に成膜を行う工程を備えることによって、キャリアの再結合を抑制する第１周面部１２と短絡を防止する第２周面部１３とを確実に形成できるため、高い光電変換効率を有する太陽電池セル１が比較的容易に製造される。

【0052】

＜第２実施形態＞
図１１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池セル１０１の模式平面図である。図１２は、太陽電池セル１０１の模式断面図である。太陽電池セル１０１は、板状の光電変換体１１０と、光電変換体１１０の表面に積層される表面電極１２０と、光電変換体１１０の裏面に積層される裏面電極１３０と、を備える。なお、本明細書において、太陽電池セル１０１の使用状態において、光が入射する側の面を表面、その反対側を裏面という。

【0053】

光電変換体１１０は、半導体基板１１１と、半導体基板１１１の表面に積層される第１半導体層１１２と、半導体基板１１１の裏面に積層される第２半導体層１１３とを有する。光電変換体１１０は、図示しないが、例えばパッシベーション層、反射防止層等のさらなる構成を有してもよい。また、光電変換体１１０は、表裏に貫通する複数の透光開口１１４を有する。

【0054】

半導体基板１１１は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア（電子及び正孔）を生成する光電変換基板として機能する。半導体基板１１１は、表面に光の入射率を向上するために、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有してもよい。

【0055】

半導体基板１１１は、単結晶シリコン又は多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成することができる。また、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の他の半導体材料から形成されてもよい。半導体基板１１１は、例えば結晶シリコン材料にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体基板とすることができる。ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。半導体基板１１１の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力（照度によらず安定した出力）が得られる。

【0056】

第１半導体層１１２及び第２半導体層１１３は、半導体基板１１１の内部から、互いに極性が異なるキャリアを誘引することにより、異なる極性の電荷を収集する。具体的には、半導体基板１１１がｎ型である場合、第１半導体層１１２はｐ型半導体から形成され、第２半導体層１１３はｎ型半導体から形成され得る。

【0057】

第１半導体層１１２及び第２半導体層１１３は、例えば所望の導電型を付与するドーパントを含有するアモルファスシリコン材料で形成することができる。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられ、ｎ型ドーパントとしては、例えば上述したリン（Ｐ）が挙げられる。第１半導体層１１２及び第２半導体層１１３は、例えばＣＶＤ、ＰＶＤ等の成膜技術によって、半導体基板１１１にそれぞれ積層され得る。

【0058】

透光開口１１４は、太陽電池セル１０１の裏面側に光を透過して採光することを可能にする。透光開口１１４は、例えばレーザ加工、エッチング加工等、任意の方法で形成することができる。透光開口１１４の平面視での形状つまり断面形状としては、典型的には円形とされるが、楕円形状、多角形状等、任意の形状とすることができる。

【0059】

透光開口１１４は、光電変換体１１０の略全体に分散して形成されることが好ましいが、例えば光電変換体１１０の周縁部、光電変換体１１０を横断する帯状領域等に透光開口１１４を設けないようにすることで、光電変換体１１０の強度と確保してもよい。透光開口１１４は、均等に採光するとともに、美観を向上できるよう、規則的に配置されることが好ましい。図示する例では、１つの透光開口１１４に周方向に等間隔且つ等距離に６つの透光開口１１４が隣接するよう、複数の透光開口１１４が六方配置されているが、透光開口１１４は例えば透光開口１１４が縦横に並んだ正方配置に形成されてもよい。

【0060】

光電変換体１１０における透光開口１１４の面積率、つまり光電変換体１１０の開口率としては、例えば３％以上５０％以下、好ましくは５％以上３０％以下とすることができる。これにより、十分な光が太陽電池セル１０１を透過することができ、且つ比較的大きい電力を得ることができる。

【0061】

透光開口１１４の平均径（円相当径）としては、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下好ましくは２ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることができる。これにより、太陽電池セル１０１の透光開口１１４以外の領域における光電変換効率を大きくしながら、十分な採光が可能となる。

【0062】

表面電極１２０は、第１半導体層１１２が引き寄せたキャリアを電荷として取り出す。表面電極１２０は、導電性を有する材料から形成され、電気抵抗が小さい金属から形成されることが好ましい。具体的には、表面電極１２０は、光電変換体１１０に積層した金属層のエッチング、光電変換体１１０への銀ペーストのような導電性ペーストの印刷及び焼成等の方法で形成することができる。また、表面電極１２０は、多層構造を有してもよい。

【0063】

表面電極１２０は、光電変換体１１０に光が入射できるよう、面積を小さくすることが好ましいが、光電変換体１１０の中でのキャリアの移動距離を小さくして光電変換効率を向上するために、光電変換体１１０の全体に設けることが好ましい。このため、表面電極１２０は、光電変換体１１０の表面全域に網状に形成されることが好ましい。

【0064】

表面電極１２０は、複数の透光開口１１４を個別に取り囲む複数の囲繞部１２１（二鎖線で取り囲んだ六角形状の部分）を有する。表面電極１２０において、複数の囲繞部１２１は、互いに接続される。このため、表面電極１２０は、複数の囲繞部１２１を接続する接続部を有してもよく、囲繞部１２１同士が図示するように例えば角部で接するよう形成されてもよく、隣接する囲繞部１２１がその一部を共有してもよい。

【0065】

表面電極１２０は、透光開口１１４を個別に取り囲み、互いに接続される複数の囲繞部１２１を有するため、透光開口１１４よって分断されないので、光電変換体１１０の全体から電荷を収集することができる。

【0066】

囲繞部１２１は、面積を小さくしつつ電気抵抗を小さくするために略一定の幅を有する電極線１２２から形成されることが好ましい。

【0067】

囲繞部１２１は、表面電極１２０のパターンを簡素化しつつ効率よく配置できるよう多角形状であることが好ましい。また、表面電極１２０を流れる電流を均等化するために、囲繞部１２１の各辺の長さが一定であること、つまり囲繞部１２１が全ての辺の長さが等しい多角形状であることがより好ましい。特に透光開口１１４が円形である場合、囲繞部１２１を正多角形状に形成することによって、キャリアの移動距離のバラツキを効果的に抑制すると共に、表面電極１２０を流れる電流が偏ることを防止できる。

【0068】

囲繞部１２１の各辺は、透光開口１１４からの距離（最短距離）が略等しくなるよう配置されることが好ましい。具体的には、囲繞部１２１の各辺の透光開口１１４からの距離の最小値が最大値の５０％以上であることが好ましく、５５％以上であることがより好ましい。これにより、キャリアの移動距離が局所的に大きくなることを防止できる。囲繞部１２１の重心を透光開口１１４の重心と略一致させることによって、囲繞部１２１の各辺の透光開口１１４からの距離を均等化できる。

【0069】

本実施形態の表面電極１２０は、それぞれ平行且つ等間隔に配置される複数の電極線１２２からなり、互いに交差するよう角度が異なる３組の電極線群１２３，１２４，１２５を有する。このように、３組の電極線群１２３，１２４，１２５によって表面電極１２０を構成することで、表面電極１２０のパターンを簡素化できる。また、直線的に延びる複数の電極線１２２によって表面電極１２０を構成することで、実効的な電路の長さを比較的短くすることができる。このような電極線１２２の幅を小さくすることによって光電変換体１１０に光が入射する面積を大きくできる。

【0070】

特に、本実施形態では、電極線群１２３，１２４，１２５の角度を６０°毎に異ならせ、３組の電極線群１２３，１２４，１２５が一点で交差しないように均等に交差位置をずらすことで、正六角形状の囲繞部１２１を形成する。つまり、本実施形態の表面電極１２０において、囲繞部１２１は、頂点で互いに接する正六角形状であり、複数の囲繞部１２１の間に透光開口１１４を含まない三角形状の残余スペースを画定する。このような構成を有する表面電極１２０は、キャリアの移動距離が大きくなる領域を形成しないので、光電変換体１１０の有効面積（透光開口１１４を除外した面積）当たりの光電変換効率を向上することができる。

【0071】

複数の囲繞部１２１の内側の合計面積としては、複数の囲繞部の外側の残余スペースの合計面積の２．０倍以上５．０倍以下が好ましく、２．５倍以上４．０倍以下がより好ましい。これにより、キャリアの最大移動距離を容易に小さくできるので、太陽電池セル１０１の光電変換効率を容易に向上することができる。

【0072】

囲繞部１２１の各辺と透光開口１１４の距離としては、透光開口１１４の直径の２０％以上１５０％以下が好ましく、３０％以上１２５％以下がより好ましい。これにより、太陽電池セル１０１の光電変換効率を向上しつつ、採光性を確保できる。

【0073】

平面視における表面電極１２０の面積としては、半導体基板１１１の透光開口１１４を除く面積の１％以上５０％以下が好ましく、２％以上４０％以下がより好ましい。これにより、キャリアを効率よく回収しつつ、半導体基板１１１の光電変換に寄与する面積を十分に確保できる。

【0074】

裏面電極１３０は、第２半導体層１１３が引き寄せたキャリアを電荷として取り出す。裏面電極１３０は、表面電極１２０と同様の材料により形成できる。裏面電極１３０は、表面電極１２０と同様に、複数の透光開口１１４を個別に取り囲む複数の囲繞部を有する網状に形成されてもよいが、透光開口１１４を除いて光を透過させる必要がないので、光電変換体１１０の裏面全体に積層されてもよい。

【0075】

以上のように、本実施形態に係る太陽電池セル１０１は、複数の透光開口１１４を有することで裏面に採光できるシースルー型の太陽電池セルである。加えて、太陽電池セル１０１は、表面電極１２０が透光開口１１４を個別に取り囲む複数の囲繞部１２１を有するため、キャリアの移動距離が大きい領域を有しないので、光電変換効率が高い。

【0076】

＜第３実施形態＞
図１３は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池セル１０１Ａの模式平面図である。なお、以降の実施形態について、先に説明した実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略することがある。

【0077】

太陽電池セル１０１Ａは、表裏に貫通する複数の透光開口１１４を有する板状の光電変換体１１０と、光電変換体１１０の表面に積層される表面電極１２０Ａと、光電変換体１１０の裏面に積層される不図示の裏面電極と、を備える。

【0078】

表面電極１２０Ａは、複数の透光開口１１４を個別に取り囲む複数の正六角形状の囲繞部１２１Ａを有する。囲繞部１２１Ａは、各辺を隣接する囲繞部１２１Ａと共有する。このような構成とすることによって、特に透光開口１１４の面積率を大きくする場合にも、表面電極１２０Ａを適切に配置できる。

【0079】

表面電極１２０Ａは、複数の透光開口１１４を個別に取り囲む複数の正六角形状の囲繞部１２１Ａを有する。囲繞部１２１Ａは、各辺を隣接する囲繞部１２１Ａと共有する。このような構成とすることによって、特に透光開口１１４の面積率を大きくする場合にも、表面電極１２０Ａを適切に配置できる。

【0080】

＜第４実施形態＞
図１４は、本発明の第３実施形態に係る太陽電池セル１０１Ｂの模式平面図である。太陽電池セル１０１Ｂは、表裏に貫通する平面視で楕円形状の複数の透光開口１１４Ｂを有する板状の光電変換体１１０Ｂと、光電変換体１１０Ｂの表面に積層される表面電極１２０Ｂと、光電変換体１１０Ｂの裏面に積層される不図示の裏面電極と、を備える。

【0081】

表面電極１２０Ｂは、複数の透光開口１１４Ｂを個別に取り囲む複数の菱形状の囲繞部１２１Ｂを有する。囲繞部１２１Ｂは、各辺を隣接する囲繞部１２１Ｂと共有する。このように、平面視で楕円形状の透光開口１１４Ｂを取り囲む囲繞部１２１Ｂを菱形状に形成することによって、キャリアの最大移動距離を小さくできる。

【0082】

＜第５実施形態＞
図１５は、本発明の第４実施形態に係る太陽電池セル１０１Ｃの模式平面図である。太陽電池セル１０１Ｃは、表裏に貫通する平面視で三角形状の複数の透光開口１１４Ｃを有する板状の光電変換体１１０Ｃと、光電変換体１１０Ｃの表面に積層される表面電極１２０Ｃと、光電変換体１１０Ｃの裏面に積層される不図示の裏面電極と、を備える。

【0083】

表面電極１２０Ｂは、複数の透光開口１１４Ｃを個別に取り囲む複数の三角形状の囲繞部１２１Ｃを有する。複数の囲繞部１２１Ｃは各頂点で互いに接続され、複数の囲繞部１２１の間に透光開口１１４Ｃを含まない三角形状の残余スペースが画定される。

【0084】

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。本発明に係る太陽電池セルは、例えば反射防止膜等、さらなる構成要素を備えてもよい。具体例として、第１電極と第１半導体層の間、及び第２電極と第２半導体層の間を接続するさらなる導電層等を設けてもよい。また、本発明に係る太陽電池セルにおいて、パッシベーション層は省略されてもよい。

【0085】

本発明に係る太陽電池セルにおいて、透光開口の第１周面部と第２周面部とは、加工工程の違いに起因する表面性状の違いを有するだけであってもよい。このため、透光開口の内周面おいて、半導体基板は、全体的に露出してもよい。

【0086】

また、本発明に係る太陽電池セルにおいて、少なくとも第１周面部の半導体基板はパッシベーション層のみで被覆されてもよい。この場合、パッシベーション層は、絶縁性を有するシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等から形成されてもよい。

【0087】

上述の実施形態では、第１周面部が受光面側に位置するものとしたが、発明に係る太陽電池セルでは、第２周面部が受光面側に位置してもよい。

【0088】

本発明に係る太陽電池セル製造方法において、第１半導体層及び第２半導体層を形成した後に環状溝を形成してもよい。この場合、第１半導体層の全面にレジスト材料を積層した状態でレーザ光を照射して環状溝を形成することで、同時にレジスト材料のパターニングを行うことができる。さらに、環状溝の形成後又は透光開口形成後にパッシベーション層を形成し、例えば導電性ペーストの印刷及び焼成によりパッシベーション層を貫通する電極を形成してもよい。

【0089】

また、複数の太陽電池セルを一列に並べて接続する場合、他の太陽電池セルに隣接する外縁に沿う電極線の幅を大きくすることにより、この電極線を他の電極線から電荷を集めて外部に出力するためのバスバーとして使用できるようにしてもよい。また、表面電極は、別途設けられるバスバーを有してもよく、１つの電極線群がバスバーに垂直に接続するよう配置され、この電極線群の電極線の太さが他の電極線より大きくてもよい。これにより、表面電極が光電変換体から電荷を収集した点からバスバーまでの電気抵抗を低減して、太陽電池セル全体の光電変換効率を向上できる。

【符号の説明】

【0090】

１ 太陽電池セル
１０ 半導体基板
１１ 透光開口
１２ 第１周面部
１３ 第２周面部
２０ 第１半導体層
３０ 第２半導体層
４０ 第１パッシベーション層
５０ 第２パッシベーション層
６０ 第１電極
７０ 第２電極
１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ 太陽電池セル
１１０，１１０Ｂ，１１０Ｃ 光電変換体
１１１ 半導体基板
１１２ 第１半導体層
１１３ 第２半導体層
１１４，１４Ｂ 透光開口
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ，１２０Ｃ 表面電極
１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２０Ｃ 囲繞部
１２２ 電極線
１２３，１２４，１２５ 電極線群
１３０ 裏面電極
Ｇ 環状溝

【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】