結晶シリコン系太陽電池
【課題】薄いｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池において、光電変換効率に優れた結晶シリコン太陽電池を提供する。
【解決手段】厚みが１５０μｍ以下のｐ型単結晶シリコン基板２あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用い、前記基板の光入射面にｎ型シリコン系薄膜層４を有し、前記基板と前記ｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層３を備え、前記基板の裏面にｐ型シリコン系薄膜層７を有し、前記基板と前記ｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層６を備えた結晶シリコン太陽電池。
【解決手段】厚みが１５０μｍ以下のｐ型単結晶シリコン基板２あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用い、前記基板の光入射面にｎ型シリコン系薄膜層４を有し、前記基板と前記ｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層３を備え、前記基板の裏面にｐ型シリコン系薄膜層７を有し、前記基板と前記ｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層６を備えた結晶シリコン太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶シリコン基板表面にヘテロ接合を有する結晶シリコン太陽電池に関し、更に詳しくは光電変換効率に優れた結晶シリコン太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
結晶シリコン基板を用いた結晶シリコン太陽電池は、光電変換効率が高く、既に太陽光発電システムとして広く一般に実用化されている。中でも単結晶シリコンとはバンドギャップの異なる非晶質シリコン系薄膜を単結晶表面へ製膜し、拡散電位を形成した結晶シリコン太陽電池はヘテロ接合太陽電池と呼ばれている。
【０００３】
さらに、中でも拡散電位を形成するための導電型非晶質シリコン系薄膜と結晶シリコン表面の間に薄い真性の非晶質シリコン層を介在させる太陽電池は、変換効率の最も高い結晶シリコン太陽電池の形態の一つとして知られており、ｎ型単結晶シリコンを用いたものが実用化され、高い変換効率を実現している（例えば、非特許文献１参照）。結晶シリコン表面と導電型非晶質シリコン系薄膜の間に薄い真性な非晶質シリコン層を製膜することで、製膜による新たな欠陥準位の生成を低減しつつ、結晶の表面に存在する欠陥（主にシリコンの未結合手）を水素で終端化処理することができる。また、導電型非晶質シリコン系薄膜を製膜する際の、キャリア導入不純物の結晶シリコン表面への拡散を防止することもできる。
【０００４】
近年、結晶シリコン太陽電池のコスト低減の観点から供給量の多いｐ型単結晶シリコン基板あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用いる検討が精力的に行われている。しかしながら、ｐ型単結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池では、ｎ型非晶質シリコンとのヘテロ接合界面で得られるマイノリティーキャリアのエネルギー障壁（バンドオフセット）が小さいことや、ｐ型単結晶シリコンおよび光入射と反対側（裏面側）のｐ型非晶質シリコンのマイノリティーキャリアの移動度が高いことによる裏面側でのキャリア再結合による太陽電池駆動時の電圧低下が指摘されている（例えば、非特許文献２参照）。実際、ｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池では、ｎ型単結晶シリコン基板を用いたものと比較して２割程度低い変換効率のものしか得られていない（例えば、非特許文献３参照）。
【０００５】
また、キャリアとなる電子と正孔では、通常シリコンにおいては正孔の拡散長は電子の拡散長の３分の１程度であるため、ｐ型単結晶あるいは多結晶シリコンの光入射に近い側で光生成された正孔は、その拡散長の短さから十分に裏面側に到達できず、十分に発電に寄与することができないという問題もあった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ． Ｋａｗａｍｏｔｏ ｅｔ．ａｌ， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ １２ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎ． ＰＶＳＥＣ, Ｋｏｒｅａ, ２８９−２９０ （２００１）
【非特許文献２】Ｒ． Ｓｔａｎｇｌ ｅｔ．ａｌ， １７ｔｈ ＥＰＶＳＥＣ， Ｍｕｎｉｃｈ， ３４５， （２００１).
【非特許文献３】Ｄ．Ｈ． Ｌｅｖｉ ｅｔ．ａｌ， Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ． Ｖｏｌ． ８０８, Ａ８．３．１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、薄いｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池において、光電変換効率に優れた結晶シリコン太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは鋭意検討の結果、薄いｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池において、ｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板の光入射側にｉ型非晶質シリコン層／ｎ型シリコン系薄膜を形成し、かつ裏面側にｉ型非晶質シリコン層／ｐ型シリコン系薄膜を形成することで、生産コストを低減し、かつｎ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いた場合と同程度の変換効率が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、厚みが１５０μｍ以下のｐ型単結晶シリコン基板あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用い、前記基板の光入射面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備え、前記基板の裏面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備えたこととを特徴とする結晶シリコン太陽電池に関する。
【００１０】
好ましい実施態様は、前記ｎ型シリコン系薄膜層がｎ型シリコンカーバイド薄膜層またはｎ型シリコン酸化物薄膜層で構成されていることを特徴とする前記の結晶シリコン太陽電池に関する。
【００１１】
好ましい実施態様は、前記ｐ型シリコン系薄膜層がｐ型シリコンカーバイド薄膜層またはｐ型シリコン酸化物薄膜層で構成されていることを特徴とする前記の結晶シリコン太陽電池に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、光入射側のヘテロ接合により発生するバンドオフセットを最適化することが可能となり、また裏面側のキャリアの再結合による特性低下を抑制し、また１５０μｍ以下という薄いｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いることで、正孔の拡散長の短さによる特性低下を抑制し、さらにはｐ型基板を用いることによる低コストを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る結晶シリコン太陽電池の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下において本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお本願の各図において、厚さや長さなどの寸法関係については図面の明瞭化と簡略化のため適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。また、各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。
【００１５】
本発明の結晶シリコン太陽電池は、厚みが１５０μｍ以下のｐ型単結晶シリコン基板あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用い、前記基板の光入射面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備え、前記基板の裏面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備えたこととを特徴とする。
【００１６】
一般に、結晶シリコン基板へ入射した光が最も多く吸収される入射側のへテロ接合を逆接合として強い電場を設けることで、電子正孔対を効率的に分離回収することができる。よって入射側のヘテロ接合は逆接合とすることが好ましい。一方で、ホールと電子を比較した場合、有効質量及び散乱断面積の小さい電子の方が一般的に移動度は大きい。
【００１７】
以上の観点から、使用する半導体基板は、ｎ型単結晶シリコン半導体基板であることが好ましいが、本発明においては、コスト低減の観点から、ｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板（以下、特に断りのない限りｐ型結晶シリコン基板ともいう）を用い、ｎ型結晶シリコン基板を用いた場合と同程度の変換効率を以下の形態によって実現するものである。
【００１８】
本発明の基本的な構成としては、結晶シリコン太陽電池１は、例えば、ｐ型結晶シリコン基板２に光入射面ｉ型非晶質シリコン系薄膜層３／ｎ型シリコン系薄膜層４／光入射面透明導電膜層５となり、光入射側がｎ層である。また裏面側は、ｐ型結晶シリコン基板２に裏面ｉ型非晶質シリコン系薄膜層６／ｐ型シリコン系薄膜層７／裏面透明導電膜層８とすることが好ましい。
【００１９】
前記のｐ型結晶シリコン基板２の厚みは、ｐ型結晶シリコン中のキャリア移動度の観点から、１５０μｍ以下であることが好ましく、更に好ましくは１００μｍ以下である。一方、ｐ型結晶シリコン基板２の厚みの下限値は、製造時の安定性と光吸収の観点から、３０μｍ以上が好ましく、さらには５０μｍ以上がより好ましい。
【００２０】
つぎに、光入射面透明導電膜層５及び裏面透明導電膜層８（以下、まとめて透明導電膜層５および８ともいう）については、例えばＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、ＳｎＯ2あるいは酸化亜鉛（以下、ＺｎＯともいう）等の導電性金属酸化物から形成されることが好ましく、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタ、蒸着、電着、塗布等の方法を用いて形成されることが好ましい。特に、導電性の観点から、酸化亜鉛層の上に酸化インジウムといった別種の導電性金属酸化物層を製膜することが好ましい。この場合、酸化亜鉛層の膜厚は、光学的に光を効果的に入射させる観点から、１０ｎｍ以上であることが好ましく、酸化亜鉛層を含む導電性金属酸化物層の膜厚は６０〜１４０ｎｍであることが好ましく、８０〜１２０ｎｍであることが更に好ましい。
【００２１】
前記のスパッタ蒸着を用いる場合、酸化亜鉛のドーパントはＡｌやＧａ、Ｉｎ、Ｓｉといったものが挙げられるが、Ａｌをドーパントとして１〜５％添加したものが好ましく用いられる。製膜時のスパッタガスはＡｒであることが好ましい。また、透明導電膜層５および８上に、公知の方法にて集電極９および１０を形成することが好ましい。
【００２２】
熱ＣＶＤ法によって製膜された酸化亜鉛は結晶粒が大きく、表面に微細なテクスチャを有する傾向がある。このテクスチャは、反射防止構造や光散乱構造として機能するため、光学的に好ましい。この場合のドーパントとしては、例えばＢが挙げられる。また、熱ＣＶＤ法による酸化亜鉛層を用いる場合、ｎ型シリコン層へのＢ原子の拡散を抑えるために、Ｂ添加量を製膜初期には無くすか、減らしておくと好ましい。また、熱ＣＶＤ法による製膜前に、結晶性の低いＩｎやＳｉといったドーパントを含む酸化亜鉛層を製膜しておいても良い。
【００２３】
裏面透明導電膜層８に反射層を形成すると更に好ましい（図１では図示せず）。反射層はＡｇやＡｌといった金属層でも良く、ＭｇＯやＡｌ2Ｏ3、白色亜鉛といった金属酸化物からなる白色高反射材料でも良い。但し、セラミック系材料は絶縁体であるため透明導電膜層上に集電極を形成した後に製膜することが好ましい。
【００２４】
ｐ型結晶シリコン基板２が単結晶シリコン基板の場合の入射面は（１００）面であるように切り出されていることが好ましい。これは、エッチングする場合に（１００）面と（１１１）面のエッチングレートが異なる異方性エッチングによって容易にテクスチャ構造を形成できるためである。一般的にテクスチャサイズはエッチングが進行すればするほど大きくなる。例えば、エッチング時間を長くするとテクスチャサイズは大きくなるが、反応速度が大きくなるようにエッチャント濃度、供給速度の増加や液温の上昇等によってもテクスチャサイズを大きくすることができる。また、エッチングが開始される表面状態によってもエッチング速度が異なるため、ラビング等の工程を実施した表面とそうでない表面とではテクスチャサイズが異なる。また、基板表面に形成されたテクスチャの鋭い谷部では、薄膜を製膜する際の圧縮応力によって、欠陥が発生しやすいため、テクスチャ形成エッチング後に形成したテクスチャの谷や山の形状を緩和する工程として、（１００）面と（１１１）面の選択性の低い等方性エッチングを行うことが好ましい。またｐ型結晶シリコン基板２が多結晶シリコン基板の場合も基板表面にテクスチャを持つように加工することが好ましい。
【００２５】
テクスチャ形成後、ｐ型結晶シリコン基板２の表面にシリコン系薄膜を製膜する。製膜方法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。シリコン系薄膜の形成条件としては、基板温度１００〜３００℃、圧力２０〜２６００Ｐａ、高周波パワー密度０．００３〜０．５Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。シリコン系薄膜形成に使用する原料ガスとしては、例えばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコン含有ガス、またはそれらのガスとＨ2を混合したものが好ましく用いられる。シリコン系薄膜におけるｐ型またはｎ型層を形成するためのドーパントガスとしては、例えば、Ｂ2Ｈ6またはＰＨ3等が好ましく用いられる。また、ＰやＢといった不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ4やＨ2で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。また、ＣＨ4、ＣＯ2、ＮＨ3、ＧｅＨ4等といった異種元素を含むガスを添加することで、合金化しエネルギーギャップを変更することもできる。
【００２６】
実質的に真正な光入射面ｉ型シリコン系薄膜層３および裏面ｉ型シリコン系薄膜層６は、シリコンと水素で構成されるｉ型非晶質シリコンであることが好ましい。ｉ型非晶質シリコン層のＣＶＤ製膜時にｐ型結晶シリコン基板２への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。また、膜中の水素量を変化させることで、エネルギーギャップにキャリア回収を行う上で有効なプロファイルを持たせることができる。
【００２７】
なお、本発明のように半導体のｐｎ接合を用いる光電変換装置の場合、光電変換に寄与するキャリアが発生するのはｐｎ接合界面近傍に形成される空乏層であり、そのため空乏層に入射する光を多くする必要がある。ｐ型結晶シリコン基板を用いる場合、光入射面に薄いｎ層を形成することで、光入射面の近傍に空乏層を形成し、空乏層に入射する光のロスを低減することができるため好ましい。また裏面側は、界面の欠陥によるロスを低減し、かつ導電性を高める観点からも同導電型であるｐ層を形成する構造が好ましい。
【００２８】
ｎ型シリコン系薄膜層４は、ｎ型シリコンカーバイド層かｎ型シリコン酸化物層であることが好ましく、非晶質であることが好ましいが、結晶成分を含んでいても構わない。ｎ型シリコンカーバイド層あるいはｎ型シリコン酸化物層は、ｎ型非晶質シリコンよりもｐ型結晶シリコン基板２と大きいバンドオフセットを形成し、またワイドギャップの低屈折率層として光学的なロスを低減できる点において好ましい。
【００２９】
ｐ型シリコン系薄膜層７は、裏面側でのキャリアの再結合によるロスを抑制するためにマイノリティーキャリアの拡散長が小さいｐ型シリコンカーバイド層あるいはｐ型シリコン酸化物層が好ましく、非晶質であるとより好ましい。
【００３０】
透明導電膜層５および８上には集電極９および１０が形成される。集電極は、インクジェット、スクリーン印刷、導線接着、スプレー等の公知技術によって作製できるが、生産性の観点からスクリーン印刷がより好ましい。スクリーン印刷は金属粒子と樹脂バインダーからなる導電ペーストをスクリーン印刷によって印刷し、集電極を形成する工程が好ましく用いられる。
【００３１】
集電極に用いられる導電ペーストの固化も兼ねてセルのアニールが行われうる。アニールによって、透明導電膜層の透過率／抵抗率比の向上、接触抵抗や界面準位の低減といった各界面特性の向上なども得られる。アニール温度としては実質的に真正なシリコン系薄膜の製膜温度から１００℃前後の高温度領域が好ましい。アニール温度が高すぎると、導電型シリコン系薄膜層から真性シリコン系薄膜層へのドーパントの拡散、透明導電膜層からシリコン領域への異種元素の拡散による不純物準位の形成、実質的に真正なシリコン中での欠陥準位の形成などによって、特性が悪化する場合がある。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例１の結晶シリコン太陽電池を示す模式的断面図である。本実施例の結晶シリコン太陽電池はヘテロ接合太陽電池であり、ｐ型単結晶シリコン基板２の両面にそれぞれテクスチャを備えている。ｐ型単結晶シリコン基板２の光入射面にはｉ型非晶質シリコン層３／ｎ型非晶質シリコンカーバイド層４／酸化インジウム層５が製膜されている。酸化インジウム層５の上には集電極９が形成されている。一方、ｐ型単結晶シリコン基板２の裏面にはｉ型非晶質シリコン層６／ｐ型非晶質シリコンカーバイド層７／酸化亜鉛層８が製膜されている。酸化亜鉛層８の上には集電極１０が形成されている。
【００３４】
図１に示す実施例１の結晶シリコン太陽電池１を以下のようにして製造した。
【００３５】
入射面の面方位が（１００）で、厚みが８０μｍのｐ型単結晶シリコン基板をアセトン中で洗浄した後、２重量％のＨＦ水溶液に３分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去し、超純水によるリンスを２回行った。次に７０℃に保持した５／１５重量％のＫＯＨ／イソプロピルアルコール水溶液に１５分間浸漬し、基板表面をエッチングすることでテクスチャを形成した。その後に超純水によるリンスを２回行った。ＡＦＭ（Ｐａｃｉｆｉｃ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＮａｎｏ−Ｒシステム）によるｐ型単結晶シリコン基板２の表面観察を行ったところ、基板表面はエッチングが最も進行しており（１１１）面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。
【００３６】
エッチングが終了したｐ型単結晶シリコン基板２をＣＶＤ装置へ導入し、入射面にｉ型非晶質シリコン層３を３ｎｍ製膜した。本実験において製膜した薄膜の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜した場合の膜厚を分光エリプソメトリー（ジェー・エー・ウーラム・ジャパン（株）のＶＡＳＥ）にて測定し、製膜速度を求め、同じ製膜速度にて製膜されていると仮定して算出した。ｉ型非晶質シリコン層３の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力１２０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｈ2流量比が３／１０、投入パワー密度が０．０１１Ｗ／ｃｍ-2であった。ｉ型非晶質シリコン層３の上にｎ型非晶質シリコンカーバイド層４を４ｎｍ製膜した。ｎ型非晶質シリコンカーバイド層４の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＨ4／ＰＨ3流量比が１／２／３、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ-2であった。なお、本実験でいうＰＨ3ガスは、ＰＨ3濃度を５０００ｐｐｍまでＨ2で希釈したガスを用いた。
【００３７】
次に裏面側にｉ型非晶質シリコン層６を６ｎｍ製膜した。ｉ型非晶質シリコン層６の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力１２０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｈ2流量比が３／１０、投入パワー密度が０．０１１Ｗ／ｃｍ-2であった。ｉ型非晶質シリコン層６上にｐ型非晶質シリコンカーバイド層７を４ｎｍ製膜した。ｐ型非晶質シリコンカーバイド層７の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＨ4／Ｂ2Ｈ6流量比が１／２／２、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ-2であった。なお、本実験でいうＢ2Ｈ6ガスは、Ｂ2Ｈ6濃度を５０００ｐｐｍまでＨ2で希釈したガスを用いた。
【００３８】
次に裏面のｐ型非晶質シリコンカーバイド層７上に、スパッタリング法により酸化亜鉛層８を１００ｎｍ製膜した。スパッタリングターゲットはＡｌ2Ｏ3をＺｎＯへ２％添加したものを用いた。ｎ型非晶質シリコンカーバイド層４上に酸化インジウム層５をスパッタリング法によって１００ｎｍ製膜した。スパッタリングターゲットはＩｎ2Ｏ3へＳｎを１０％添加したものを用いた。最後に、これら透明導電膜層５および８上に、銀ペーストをスクリーン印刷し、櫛形電極を形成し、集電極９および１０とした。
【００３９】
（実施例２）
実施例２においては、ｐ型結晶シリコン基板として８０μｍの厚みを有するｐ型多結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４０】
（実施例３）
実施例３においては、光入射側に４ｎｍの膜厚のｎ型非晶質シリコン酸化物層４を用いた点においてのみ実施例１と異なっていた。このときｎ型非晶質シリコン酸化物層４の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＯ2／ＰＨ3流量比が１／３／５、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ-2であった。
【００４１】
（実施例４）
実施例４においては、裏面側に４ｎｍの膜厚のｐ型非晶質シリコン酸化物層７を用いた点においてのみ実施例１と異なっていた。このときｐ型非晶質シリコン酸化物層７の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＯ2／Ｂ2Ｈ6流量比が１／１／５、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ-2であった。
【００４２】
（参考例１）
参考例１においては、実施例１において基板としたｐ型単結晶シリコン基板の代わりに８０μｍの厚みを有するｎ型単結晶シリコン基板２を用い、光入射側にｐ型非晶質シリコン層４を用い、更に裏面側にｎ型非晶質シリコン層７を用い、ｐ層側から光入射した点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４３】
（参考例２）
参考例２においては、参考例１において基板としたｎ型単結晶シリコン基板の代わりに８０μｍの厚みを有するｎ型多結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ比較例１と異なっていた。
【００４４】
（実施例５）
実施例５においては、実施例１において製膜したｎ型非晶質シリコンカーバイド層の代わりに、ｎ型非晶質シリコン層４を４ｎｍ製膜した点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４５】
（実施例６）
実施例６においては、裏面のｐ型非晶質シリコンカーバイド層の代わりにｐ型非晶質シリコン層７を４ｎｍ製膜した点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４６】
（比較例１）
比較例１においては、厚みが２００μｍのｐ型単結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４７】
（比較例２）
比較例２においては、厚みが２００μｍのｐ型単結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ実施例５と異なっていた。
【００４８】
（比較例３）
比較例３においては、厚みが２００μｍのｐ型単結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ実施例６と異なっていた。
【００４９】
上記実施例及び比較例の太陽電池セルの光電変換特性を、ソーラーシミュレータを用いて評価した。比較例１の太陽電池モジュールの開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、変換効率を１として、それぞれを相対評価した。評価結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
実施例１はｐ型単結晶シリコン基板を用いたにもかかわらず、参考例１と同等の変換効率を示しており、ｐ型としては十分高い特性が得られたといえる。また実施例２はｐ型多結晶シリコン基板を用いたにもかかわらず、ｎ型多結晶シリコン基板を用いた参考例２とほぼ同等の結果が得られている。
【００５２】
また、比較例１は２００μｍという厚いｐ型単結晶シリコン基板を用いたことにより、実施例１と比較して十分な特性が得られていない。更に、実施例５および実施例６は、ｐ型シリコン薄膜層あるいはｎ型シリコン薄膜層について非晶質シリコン層を用いたことにより、十分なバンドオフセットが得られずＶｏｃが低く、実施例１に比べ明らかに低い変換効率となったが、２００μｍという厚いｐ型単結晶シリコン基板を用いた比較例２および比較例３よりは高い特性が得られており、薄いｐ型単結晶シリコン基板を用いた効果が得られている。
【符号の説明】
【００５３】
１．結晶シリコン太陽電池
２．ｐ型結晶シリコン基板（ｐ型単結晶シリコン基板）
３．光入射面：実質的に真正なシリコン系薄膜層（ｉ型非晶質シリコン層）
４．ｎ型シリコン系薄膜層（ｎ型非晶質シリコンカーバイド層）
５．光入射面透明導電膜層（酸化インジウム層）
６．裏面：実質的に真正なシリコン系薄膜層（ｉ型非晶質シリコン層）
７．ｐ型シリコン系薄膜層（ｐ型非晶質シリコンカーバイド層）
８．裏面透明導電膜層（酸化亜鉛層）
９．集電極
１０．集電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶シリコン基板表面にヘテロ接合を有する結晶シリコン太陽電池に関し、更に詳しくは光電変換効率に優れた結晶シリコン太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
結晶シリコン基板を用いた結晶シリコン太陽電池は、光電変換効率が高く、既に太陽光発電システムとして広く一般に実用化されている。中でも単結晶シリコンとはバンドギャップの異なる非晶質シリコン系薄膜を単結晶表面へ製膜し、拡散電位を形成した結晶シリコン太陽電池はヘテロ接合太陽電池と呼ばれている。
【０００３】
さらに、中でも拡散電位を形成するための導電型非晶質シリコン系薄膜と結晶シリコン表面の間に薄い真性の非晶質シリコン層を介在させる太陽電池は、変換効率の最も高い結晶シリコン太陽電池の形態の一つとして知られており、ｎ型単結晶シリコンを用いたものが実用化され、高い変換効率を実現している（例えば、非特許文献１参照）。結晶シリコン表面と導電型非晶質シリコン系薄膜の間に薄い真性な非晶質シリコン層を製膜することで、製膜による新たな欠陥準位の生成を低減しつつ、結晶の表面に存在する欠陥（主にシリコンの未結合手）を水素で終端化処理することができる。また、導電型非晶質シリコン系薄膜を製膜する際の、キャリア導入不純物の結晶シリコン表面への拡散を防止することもできる。
【０００４】
近年、結晶シリコン太陽電池のコスト低減の観点から供給量の多いｐ型単結晶シリコン基板あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用いる検討が精力的に行われている。しかしながら、ｐ型単結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池では、ｎ型非晶質シリコンとのヘテロ接合界面で得られるマイノリティーキャリアのエネルギー障壁（バンドオフセット）が小さいことや、ｐ型単結晶シリコンおよび光入射と反対側（裏面側）のｐ型非晶質シリコンのマイノリティーキャリアの移動度が高いことによる裏面側でのキャリア再結合による太陽電池駆動時の電圧低下が指摘されている（例えば、非特許文献２参照）。実際、ｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池では、ｎ型単結晶シリコン基板を用いたものと比較して２割程度低い変換効率のものしか得られていない（例えば、非特許文献３参照）。
【０００５】
また、キャリアとなる電子と正孔では、通常シリコンにおいては正孔の拡散長は電子の拡散長の３分の１程度であるため、ｐ型単結晶あるいは多結晶シリコンの光入射に近い側で光生成された正孔は、その拡散長の短さから十分に裏面側に到達できず、十分に発電に寄与することができないという問題もあった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｋ． Ｋａｗａｍｏｔｏ ｅｔ．ａｌ， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ １２ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎ． ＰＶＳＥＣ, Ｋｏｒｅａ, ２８９−２９０ （２００１）
【非特許文献２】Ｒ． Ｓｔａｎｇｌ ｅｔ．ａｌ， １７ｔｈ ＥＰＶＳＥＣ， Ｍｕｎｉｃｈ， ３４５， （２００１).
【非特許文献３】Ｄ．Ｈ． Ｌｅｖｉ ｅｔ．ａｌ， Ｍａｔ． Ｒｅｓ． Ｓｏｃ． Ｓｙｍｐ． Ｐｒｏｃ． Ｖｏｌ． ８０８, Ａ８．３．１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、薄いｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池において、光電変換効率に優れた結晶シリコン太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは鋭意検討の結果、薄いｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いたヘテロ接合太陽電池において、ｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板の光入射側にｉ型非晶質シリコン層／ｎ型シリコン系薄膜を形成し、かつ裏面側にｉ型非晶質シリコン層／ｐ型シリコン系薄膜を形成することで、生産コストを低減し、かつｎ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いた場合と同程度の変換効率が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち本発明は、厚みが１５０μｍ以下のｐ型単結晶シリコン基板あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用い、前記基板の光入射面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備え、前記基板の裏面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備えたこととを特徴とする結晶シリコン太陽電池に関する。
【００１０】
好ましい実施態様は、前記ｎ型シリコン系薄膜層がｎ型シリコンカーバイド薄膜層またはｎ型シリコン酸化物薄膜層で構成されていることを特徴とする前記の結晶シリコン太陽電池に関する。
【００１１】
好ましい実施態様は、前記ｐ型シリコン系薄膜層がｐ型シリコンカーバイド薄膜層またはｐ型シリコン酸化物薄膜層で構成されていることを特徴とする前記の結晶シリコン太陽電池に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によって、光入射側のヘテロ接合により発生するバンドオフセットを最適化することが可能となり、また裏面側のキャリアの再結合による特性低下を抑制し、また１５０μｍ以下という薄いｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板を用いることで、正孔の拡散長の短さによる特性低下を抑制し、さらにはｐ型基板を用いることによる低コストを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る結晶シリコン太陽電池の模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下において本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお本願の各図において、厚さや長さなどの寸法関係については図面の明瞭化と簡略化のため適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。また、各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。
【００１５】
本発明の結晶シリコン太陽電池は、厚みが１５０μｍ以下のｐ型単結晶シリコン基板あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用い、前記基板の光入射面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備え、前記基板の裏面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備えたこととを特徴とする。
【００１６】
一般に、結晶シリコン基板へ入射した光が最も多く吸収される入射側のへテロ接合を逆接合として強い電場を設けることで、電子正孔対を効率的に分離回収することができる。よって入射側のヘテロ接合は逆接合とすることが好ましい。一方で、ホールと電子を比較した場合、有効質量及び散乱断面積の小さい電子の方が一般的に移動度は大きい。
【００１７】
以上の観点から、使用する半導体基板は、ｎ型単結晶シリコン半導体基板であることが好ましいが、本発明においては、コスト低減の観点から、ｐ型単結晶あるいは多結晶シリコン基板（以下、特に断りのない限りｐ型結晶シリコン基板ともいう）を用い、ｎ型結晶シリコン基板を用いた場合と同程度の変換効率を以下の形態によって実現するものである。
【００１８】
本発明の基本的な構成としては、結晶シリコン太陽電池１は、例えば、ｐ型結晶シリコン基板２に光入射面ｉ型非晶質シリコン系薄膜層３／ｎ型シリコン系薄膜層４／光入射面透明導電膜層５となり、光入射側がｎ層である。また裏面側は、ｐ型結晶シリコン基板２に裏面ｉ型非晶質シリコン系薄膜層６／ｐ型シリコン系薄膜層７／裏面透明導電膜層８とすることが好ましい。
【００１９】
前記のｐ型結晶シリコン基板２の厚みは、ｐ型結晶シリコン中のキャリア移動度の観点から、１５０μｍ以下であることが好ましく、更に好ましくは１００μｍ以下である。一方、ｐ型結晶シリコン基板２の厚みの下限値は、製造時の安定性と光吸収の観点から、３０μｍ以上が好ましく、さらには５０μｍ以上がより好ましい。
【００２０】
つぎに、光入射面透明導電膜層５及び裏面透明導電膜層８（以下、まとめて透明導電膜層５および８ともいう）については、例えばＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、ＳｎＯ2あるいは酸化亜鉛（以下、ＺｎＯともいう）等の導電性金属酸化物から形成されることが好ましく、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタ、蒸着、電着、塗布等の方法を用いて形成されることが好ましい。特に、導電性の観点から、酸化亜鉛層の上に酸化インジウムといった別種の導電性金属酸化物層を製膜することが好ましい。この場合、酸化亜鉛層の膜厚は、光学的に光を効果的に入射させる観点から、１０ｎｍ以上であることが好ましく、酸化亜鉛層を含む導電性金属酸化物層の膜厚は６０〜１４０ｎｍであることが好ましく、８０〜１２０ｎｍであることが更に好ましい。
【００２１】
前記のスパッタ蒸着を用いる場合、酸化亜鉛のドーパントはＡｌやＧａ、Ｉｎ、Ｓｉといったものが挙げられるが、Ａｌをドーパントとして１〜５％添加したものが好ましく用いられる。製膜時のスパッタガスはＡｒであることが好ましい。また、透明導電膜層５および８上に、公知の方法にて集電極９および１０を形成することが好ましい。
【００２２】
熱ＣＶＤ法によって製膜された酸化亜鉛は結晶粒が大きく、表面に微細なテクスチャを有する傾向がある。このテクスチャは、反射防止構造や光散乱構造として機能するため、光学的に好ましい。この場合のドーパントとしては、例えばＢが挙げられる。また、熱ＣＶＤ法による酸化亜鉛層を用いる場合、ｎ型シリコン層へのＢ原子の拡散を抑えるために、Ｂ添加量を製膜初期には無くすか、減らしておくと好ましい。また、熱ＣＶＤ法による製膜前に、結晶性の低いＩｎやＳｉといったドーパントを含む酸化亜鉛層を製膜しておいても良い。
【００２３】
裏面透明導電膜層８に反射層を形成すると更に好ましい（図１では図示せず）。反射層はＡｇやＡｌといった金属層でも良く、ＭｇＯやＡｌ2Ｏ3、白色亜鉛といった金属酸化物からなる白色高反射材料でも良い。但し、セラミック系材料は絶縁体であるため透明導電膜層上に集電極を形成した後に製膜することが好ましい。
【００２４】
ｐ型結晶シリコン基板２が単結晶シリコン基板の場合の入射面は（１００）面であるように切り出されていることが好ましい。これは、エッチングする場合に（１００）面と（１１１）面のエッチングレートが異なる異方性エッチングによって容易にテクスチャ構造を形成できるためである。一般的にテクスチャサイズはエッチングが進行すればするほど大きくなる。例えば、エッチング時間を長くするとテクスチャサイズは大きくなるが、反応速度が大きくなるようにエッチャント濃度、供給速度の増加や液温の上昇等によってもテクスチャサイズを大きくすることができる。また、エッチングが開始される表面状態によってもエッチング速度が異なるため、ラビング等の工程を実施した表面とそうでない表面とではテクスチャサイズが異なる。また、基板表面に形成されたテクスチャの鋭い谷部では、薄膜を製膜する際の圧縮応力によって、欠陥が発生しやすいため、テクスチャ形成エッチング後に形成したテクスチャの谷や山の形状を緩和する工程として、（１００）面と（１１１）面の選択性の低い等方性エッチングを行うことが好ましい。またｐ型結晶シリコン基板２が多結晶シリコン基板の場合も基板表面にテクスチャを持つように加工することが好ましい。
【００２５】
テクスチャ形成後、ｐ型結晶シリコン基板２の表面にシリコン系薄膜を製膜する。製膜方法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。シリコン系薄膜の形成条件としては、基板温度１００〜３００℃、圧力２０〜２６００Ｐａ、高周波パワー密度０．００３〜０．５Ｗ／ｃｍ2が好ましく用いられる。シリコン系薄膜形成に使用する原料ガスとしては、例えばＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等のシリコン含有ガス、またはそれらのガスとＨ2を混合したものが好ましく用いられる。シリコン系薄膜におけるｐ型またはｎ型層を形成するためのドーパントガスとしては、例えば、Ｂ2Ｈ6またはＰＨ3等が好ましく用いられる。また、ＰやＢといった不純物の添加量は微量でよいため、予めＳｉＨ4やＨ2で希釈された混合ガスを用いることが好ましい。また、ＣＨ4、ＣＯ2、ＮＨ3、ＧｅＨ4等といった異種元素を含むガスを添加することで、合金化しエネルギーギャップを変更することもできる。
【００２６】
実質的に真正な光入射面ｉ型シリコン系薄膜層３および裏面ｉ型シリコン系薄膜層６は、シリコンと水素で構成されるｉ型非晶質シリコンであることが好ましい。ｉ型非晶質シリコン層のＣＶＤ製膜時にｐ型結晶シリコン基板２への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。また、膜中の水素量を変化させることで、エネルギーギャップにキャリア回収を行う上で有効なプロファイルを持たせることができる。
【００２７】
なお、本発明のように半導体のｐｎ接合を用いる光電変換装置の場合、光電変換に寄与するキャリアが発生するのはｐｎ接合界面近傍に形成される空乏層であり、そのため空乏層に入射する光を多くする必要がある。ｐ型結晶シリコン基板を用いる場合、光入射面に薄いｎ層を形成することで、光入射面の近傍に空乏層を形成し、空乏層に入射する光のロスを低減することができるため好ましい。また裏面側は、界面の欠陥によるロスを低減し、かつ導電性を高める観点からも同導電型であるｐ層を形成する構造が好ましい。
【００２８】
ｎ型シリコン系薄膜層４は、ｎ型シリコンカーバイド層かｎ型シリコン酸化物層であることが好ましく、非晶質であることが好ましいが、結晶成分を含んでいても構わない。ｎ型シリコンカーバイド層あるいはｎ型シリコン酸化物層は、ｎ型非晶質シリコンよりもｐ型結晶シリコン基板２と大きいバンドオフセットを形成し、またワイドギャップの低屈折率層として光学的なロスを低減できる点において好ましい。
【００２９】
ｐ型シリコン系薄膜層７は、裏面側でのキャリアの再結合によるロスを抑制するためにマイノリティーキャリアの拡散長が小さいｐ型シリコンカーバイド層あるいはｐ型シリコン酸化物層が好ましく、非晶質であるとより好ましい。
【００３０】
透明導電膜層５および８上には集電極９および１０が形成される。集電極は、インクジェット、スクリーン印刷、導線接着、スプレー等の公知技術によって作製できるが、生産性の観点からスクリーン印刷がより好ましい。スクリーン印刷は金属粒子と樹脂バインダーからなる導電ペーストをスクリーン印刷によって印刷し、集電極を形成する工程が好ましく用いられる。
【００３１】
集電極に用いられる導電ペーストの固化も兼ねてセルのアニールが行われうる。アニールによって、透明導電膜層の透過率／抵抗率比の向上、接触抵抗や界面準位の低減といった各界面特性の向上なども得られる。アニール温度としては実質的に真正なシリコン系薄膜の製膜温度から１００℃前後の高温度領域が好ましい。アニール温度が高すぎると、導電型シリコン系薄膜層から真性シリコン系薄膜層へのドーパントの拡散、透明導電膜層からシリコン領域への異種元素の拡散による不純物準位の形成、実質的に真正なシリコン中での欠陥準位の形成などによって、特性が悪化する場合がある。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
図１は、本発明に従う実施例１の結晶シリコン太陽電池を示す模式的断面図である。本実施例の結晶シリコン太陽電池はヘテロ接合太陽電池であり、ｐ型単結晶シリコン基板２の両面にそれぞれテクスチャを備えている。ｐ型単結晶シリコン基板２の光入射面にはｉ型非晶質シリコン層３／ｎ型非晶質シリコンカーバイド層４／酸化インジウム層５が製膜されている。酸化インジウム層５の上には集電極９が形成されている。一方、ｐ型単結晶シリコン基板２の裏面にはｉ型非晶質シリコン層６／ｐ型非晶質シリコンカーバイド層７／酸化亜鉛層８が製膜されている。酸化亜鉛層８の上には集電極１０が形成されている。
【００３４】
図１に示す実施例１の結晶シリコン太陽電池１を以下のようにして製造した。
【００３５】
入射面の面方位が（１００）で、厚みが８０μｍのｐ型単結晶シリコン基板をアセトン中で洗浄した後、２重量％のＨＦ水溶液に３分間浸漬し、表面の酸化シリコン膜を除去し、超純水によるリンスを２回行った。次に７０℃に保持した５／１５重量％のＫＯＨ／イソプロピルアルコール水溶液に１５分間浸漬し、基板表面をエッチングすることでテクスチャを形成した。その後に超純水によるリンスを２回行った。ＡＦＭ（Ｐａｃｉｆｉｃ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のＮａｎｏ−Ｒシステム）によるｐ型単結晶シリコン基板２の表面観察を行ったところ、基板表面はエッチングが最も進行しており（１１１）面が露出したピラミッド型のテクスチャが形成されていた。
【００３６】
エッチングが終了したｐ型単結晶シリコン基板２をＣＶＤ装置へ導入し、入射面にｉ型非晶質シリコン層３を３ｎｍ製膜した。本実験において製膜した薄膜の膜厚は、ガラス基板上に同条件にて製膜した場合の膜厚を分光エリプソメトリー（ジェー・エー・ウーラム・ジャパン（株）のＶＡＳＥ）にて測定し、製膜速度を求め、同じ製膜速度にて製膜されていると仮定して算出した。ｉ型非晶質シリコン層３の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力１２０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｈ2流量比が３／１０、投入パワー密度が０．０１１Ｗ／ｃｍ-2であった。ｉ型非晶質シリコン層３の上にｎ型非晶質シリコンカーバイド層４を４ｎｍ製膜した。ｎ型非晶質シリコンカーバイド層４の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＨ4／ＰＨ3流量比が１／２／３、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ-2であった。なお、本実験でいうＰＨ3ガスは、ＰＨ3濃度を５０００ｐｐｍまでＨ2で希釈したガスを用いた。
【００３７】
次に裏面側にｉ型非晶質シリコン層６を６ｎｍ製膜した。ｉ型非晶質シリコン層６の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力１２０Ｐａ、ＳｉＨ4／Ｈ2流量比が３／１０、投入パワー密度が０．０１１Ｗ／ｃｍ-2であった。ｉ型非晶質シリコン層６上にｐ型非晶質シリコンカーバイド層７を４ｎｍ製膜した。ｐ型非晶質シリコンカーバイド層７の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＨ4／Ｂ2Ｈ6流量比が１／２／２、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ-2であった。なお、本実験でいうＢ2Ｈ6ガスは、Ｂ2Ｈ6濃度を５０００ｐｐｍまでＨ2で希釈したガスを用いた。
【００３８】
次に裏面のｐ型非晶質シリコンカーバイド層７上に、スパッタリング法により酸化亜鉛層８を１００ｎｍ製膜した。スパッタリングターゲットはＡｌ2Ｏ3をＺｎＯへ２％添加したものを用いた。ｎ型非晶質シリコンカーバイド層４上に酸化インジウム層５をスパッタリング法によって１００ｎｍ製膜した。スパッタリングターゲットはＩｎ2Ｏ3へＳｎを１０％添加したものを用いた。最後に、これら透明導電膜層５および８上に、銀ペーストをスクリーン印刷し、櫛形電極を形成し、集電極９および１０とした。
【００３９】
（実施例２）
実施例２においては、ｐ型結晶シリコン基板として８０μｍの厚みを有するｐ型多結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４０】
（実施例３）
実施例３においては、光入射側に４ｎｍの膜厚のｎ型非晶質シリコン酸化物層４を用いた点においてのみ実施例１と異なっていた。このときｎ型非晶質シリコン酸化物層４の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＯ2／ＰＨ3流量比が１／３／５、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ-2であった。
【００４１】
（実施例４）
実施例４においては、裏面側に４ｎｍの膜厚のｐ型非晶質シリコン酸化物層７を用いた点においてのみ実施例１と異なっていた。このときｐ型非晶質シリコン酸化物層７の製膜条件は、基板温度が１７０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ4／ＣＯ2／Ｂ2Ｈ6流量比が１／１／５、投入パワー密度が０．０１Ｗ／ｃｍ-2であった。
【００４２】
（参考例１）
参考例１においては、実施例１において基板としたｐ型単結晶シリコン基板の代わりに８０μｍの厚みを有するｎ型単結晶シリコン基板２を用い、光入射側にｐ型非晶質シリコン層４を用い、更に裏面側にｎ型非晶質シリコン層７を用い、ｐ層側から光入射した点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４３】
（参考例２）
参考例２においては、参考例１において基板としたｎ型単結晶シリコン基板の代わりに８０μｍの厚みを有するｎ型多結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ比較例１と異なっていた。
【００４４】
（実施例５）
実施例５においては、実施例１において製膜したｎ型非晶質シリコンカーバイド層の代わりに、ｎ型非晶質シリコン層４を４ｎｍ製膜した点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４５】
（実施例６）
実施例６においては、裏面のｐ型非晶質シリコンカーバイド層の代わりにｐ型非晶質シリコン層７を４ｎｍ製膜した点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４６】
（比較例１）
比較例１においては、厚みが２００μｍのｐ型単結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ実施例１と異なっていた。
【００４７】
（比較例２）
比較例２においては、厚みが２００μｍのｐ型単結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ実施例５と異なっていた。
【００４８】
（比較例３）
比較例３においては、厚みが２００μｍのｐ型単結晶シリコン基板２を用いた点においてのみ実施例６と異なっていた。
【００４９】
上記実施例及び比較例の太陽電池セルの光電変換特性を、ソーラーシミュレータを用いて評価した。比較例１の太陽電池モジュールの開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊｓｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）、変換効率を１として、それぞれを相対評価した。評価結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
実施例１はｐ型単結晶シリコン基板を用いたにもかかわらず、参考例１と同等の変換効率を示しており、ｐ型としては十分高い特性が得られたといえる。また実施例２はｐ型多結晶シリコン基板を用いたにもかかわらず、ｎ型多結晶シリコン基板を用いた参考例２とほぼ同等の結果が得られている。
【００５２】
また、比較例１は２００μｍという厚いｐ型単結晶シリコン基板を用いたことにより、実施例１と比較して十分な特性が得られていない。更に、実施例５および実施例６は、ｐ型シリコン薄膜層あるいはｎ型シリコン薄膜層について非晶質シリコン層を用いたことにより、十分なバンドオフセットが得られずＶｏｃが低く、実施例１に比べ明らかに低い変換効率となったが、２００μｍという厚いｐ型単結晶シリコン基板を用いた比較例２および比較例３よりは高い特性が得られており、薄いｐ型単結晶シリコン基板を用いた効果が得られている。
【符号の説明】
【００５３】
１．結晶シリコン太陽電池
２．ｐ型結晶シリコン基板（ｐ型単結晶シリコン基板）
３．光入射面：実質的に真正なシリコン系薄膜層（ｉ型非晶質シリコン層）
４．ｎ型シリコン系薄膜層（ｎ型非晶質シリコンカーバイド層）
５．光入射面透明導電膜層（酸化インジウム層）
６．裏面：実質的に真正なシリコン系薄膜層（ｉ型非晶質シリコン層）
７．ｐ型シリコン系薄膜層（ｐ型非晶質シリコンカーバイド層）
８．裏面透明導電膜層（酸化亜鉛層）
９．集電極
１０．集電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みが１５０μｍ以下のｐ型単結晶シリコン基板あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用い、前記基板の光入射面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備え、前記基板の裏面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備えたこととを特徴とする結晶シリコン太陽電池。
【請求項２】
前記ｎ型シリコン系薄膜層がｎ型シリコンカーバイド薄膜層またはｎ型シリコン酸化物薄膜層で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池。
【請求項３】
前記ｐ型シリコン系薄膜層がｐ型シリコンカーバイド薄膜層またはｐ型シリコン酸化物薄膜層で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶シリコン太陽電池。
【請求項１】
厚みが１５０μｍ以下のｐ型単結晶シリコン基板あるいはｐ型多結晶シリコン基板を用い、前記基板の光入射面にｎ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｎ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備え、前記基板の裏面にｐ型シリコン系薄膜層を有し、前記基板と前記ｐ型シリコン系薄膜層の間に実質的に真正なシリコン系薄膜層を備えたこととを特徴とする結晶シリコン太陽電池。
【請求項２】
前記ｎ型シリコン系薄膜層がｎ型シリコンカーバイド薄膜層またはｎ型シリコン酸化物薄膜層で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の結晶シリコン太陽電池。
【請求項３】
前記ｐ型シリコン系薄膜層がｐ型シリコンカーバイド薄膜層またはｐ型シリコン酸化物薄膜層で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の結晶シリコン太陽電池。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−３６５４（Ｐ２０１１−３６５４Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４４３８８（Ｐ２００９−１４４３８８）
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
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