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技術 太陽電池の製造方法及び半導体材料からなる基板の製造方法

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 曽谷直哉
出願日 2012年3月27日 (7年11ヶ月経過) 出願番号 2012-070508
公開日 2013年10月7日 (6年5ヶ月経過) 公開番号 2013-206888
状態 特許登録済
技術分野 ウェットエッチング 光起電力装置
主要キーワード 反射抑制層 略図的断面図 n型半導体 四角錐台 型結晶シリコン アルカリ性エッチング液 アルカリ金属水酸化物水溶液 ピラミッド状
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この項目の情報は公開日時点(2013年10月7日)のものです。
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図面 (6)

課題

一主面にテクスチャ構造が設けられた半導体材料からなる基板を備える太陽電池を好適に製造し得る方法を提供する。

解決手段

半導体材料からなる基板20の他主面20b上の領域に基板20から離れる方向成分を有する電界を生じさせた状態で基板20をアルカリ性エッチング液21に浸漬してエッチングする。エッチングされた基板10を用いて光電変換部18を作製する。光電変換部18の上に、第1及び第2の電極14n、15pを形成する。

概要

背景

従来、改善された光電変換効率を実現し得る太陽電池として、裏面接合型の太陽電池が知られている。例えば特許文献1には、半導体材料からなる基板と、基板の一主面の上に設けられたp型半導体層及びn型半導体層とを有する裏面接合型の太陽電池が記載されている。

概要

一主面にテクスチャ構造が設けられた半導体材料からなる基板を備える太陽電池を好適に製造し得る方法を提供する。半導体材料からなる基板20の他主面20b上の領域に基板20から離れる方向成分を有する電界を生じさせた状態で基板20をアルカリ性エッチング液21に浸漬してエッチングする。エッチングされた基板10を用いて光電変換部18を作製する。光電変換部18の上に、第1及び第2の電極14n、15pを形成する。

目的

本発明は、一主面にテクスチャ構造が設けられた半導体材料からなる基板を備える太陽電池を好適に製造し得る方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

半導体材料からなる基板の他主面上の領域に、前記基板から離れる方向成分を有する電界を生じさせた状態で、前記基板をアルカリ性エッチング液に浸漬してエッチングする工程と、前記エッチングされた基板を用いて光電変換部を作製する工程と、前記光電変換部の上に、第1及び第2の電極を形成する工程と、を備える、太陽電池の製造方法。

請求項2

前記基板がシリコンにより構成されている、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。

請求項3

複数の前記基板を隣接して配置し、複数の前記基板のそれぞれに異なる電圧印加することにより、前記基板の他主面上の領域に、前記基板から離れる方向成分を有する電界を生じさせる、請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。

請求項4

前記基板として導電型がn型である基板を用い、前記基板の他主面の上にp型半導体層を設け、前記基板に光を照射させることにより前記基板の他主面の電位を一主面の電位よりも高くする、請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。

請求項5

半導体材料からなる基板の他主面上の領域に、前記基板から離れる方向成分を有する電界を生じさせた状態で、前記基板をアルカリ性エッチング液に浸漬してエッチングすることにより、一主面に凹凸構造が設けられた半導体材料からなる基板を得る、半導体材料からなる基板の製造方法。

請求項6

前記基板がシリコンにより構成されている、請求項5に記載の半導体材料からなる基板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、太陽電池の製造方法及び半導体材料からなる基板の製造方法に関する。

背景技術

0002

従来、改善された光電変換効率を実現し得る太陽電池として、裏面接合型の太陽電池が知られている。例えば特許文献1には、半導体材料からなる基板と、基板の一主面の上に設けられたp型半導体層及びn型半導体層とを有する裏面接合型の太陽電池が記載されている。

先行技術

0003

特開2011−44749号公報

発明が解決しようとする課題

0004

裏面接合型の太陽電池などにおいては、光の入射効率を高めるために、半導体材料からなる基板の一主面にテクスチャ構造を形成する一方、電極形状精度を高めるために、他主面にはテクスチャ構造を形成しないことも考えられる。

0005

本発明は、一主面にテクスチャ構造が設けられた半導体材料からなる基板を備える太陽電池を好適に製造し得る方法を提供することを主な目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明に係る太陽電池の製造方法では、半導体材料からなる基板の他主面上の領域に、基板から離れる方向成分を有する電界を生じさせた状態で、基板をアルカリ性エッチング液に浸漬してエッチングする。エッチングされた基板を用いて光電変換部を作製する。光電変換部の上に、第1及び第2の電極を形成する。

0007

本発明に係る半導体材料からなる基板の製造方法では、半導体材料からなる基板の他主面上の領域に、基板から離れる方向成分を有する電界を生じさせた状態で、基板をアルカリ性エッチング液に浸漬してエッチングすることにより、一主面に凹凸構造が設けられた半導体材料からなる基板を得る。

発明の効果

0008

本発明によれば、一主面にテクスチャ構造が設けられた半導体材料からなる基板を備える太陽電池を好適に製造し得る方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の一実施形態におけるエッチング工程を説明するための模式図である。
本発明の一実施形態において製造された太陽電池の略図的断面図である。
第1の変形例におけるエッチング工程を説明するための模式図である。
第2の変形例におけるエッチング工程を説明するための模式図である。
第3の変形例におけるエッチング工程を説明するための模式図である。

実施例

0010

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態
は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

0011

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

0012

本実施形態では、図2に示す太陽電池1の製造方法について説明する。

0013

まず、図1に示される半導体材料からなる基板20を用意する。基板20は、例えば、結晶シリコンなどにより構成することができる。本実施形態では、基板20がn型結晶シリコンからなる例について説明する。

0014

基板20は、例えば、n型結晶シリコンのインゴットワイヤーソーなどを用いてスライスした後に、表面を等方性エッチングして平坦化することにより作製することができる。

0015

次に、基板20をエッチングするエッチング工程を行う。具体的には、基板20の主面20b上の領域(主面20b近傍の領域)に、基板20から離れる方向成分を有する電界を生じさせた状態で基板20をアルカリ性エッチング液21に浸漬する。具体的には、複数の基板20を対向して配し、隣り合う基板20の間に電圧印加し、一方の基板20の主面20bに印加する電圧を他方の基板20の主面20aに印加する電圧より高くすることによって、基板20の主面20bと他方の基板20の主面20aとの間に、電界を生じさせる。もっとも、基板20の主面20b上の領域に電圧を生じさせる方法は、特に限定されない。例えば、図3に示されるように、基板20の主面20bをマイナス電位を有する電極30に対向させると共に、隣り合う基板20の主面20a同士を対向させることにより、主面20aと主面20bとの間に電圧を印加してもよい。

0016

本実施形態による基板20のエッチングの原理は、次のように考えられる。基板20の主面20bの電位が隣接する基板20の主面20aの電位よりも高くされているため、基板20の主面20b側の表層陽極酸化される。よって、基板20の主面20b側に、例えば酸化ケイ素からなる酸化皮膜が形成される。ここで、酸化皮膜は、半導体材料よりもアルカリ性エッチング液21に対する溶解度が低い。また、酸化皮膜には、ピンホールが形成され難い。従って、主面20aは異方性エッチングされる一方、主面20bは、異方性エッチングされにくい。従って、図2に示される、主面10aにテクスチャ構造が設けられており、主面10bにテクスチャ構造が実質的に設けられていない半導体材料からなる基板10を好適に作製することができる。

0017

この方法では、窒化ケイ素や酸化ケイ素などからなる、主面20bを保護するための保護膜を主面20b上に必ずしも設ける必要がないため、基板10を容易に製造することができる。もっとも、窒化ケイ素や酸化ケイ素などからなる、主面20bを保護するための保護膜を主面20b上に設けることにより、主面20bにテクスチャ構造が設けられることをさらに抑制してもよい。この場合、例えば、単に保護膜を設けただけの場合とは異なり、保護膜にピンホールが形成されている場合であっても、主面20bにテクスチャ構造が設けられることが効果的に抑制される。

0018

なお、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部の光吸収量を増大させるために形成されている凹凸構造のことをいう。テクスチャ構造の具体例としては、(100)面を有する単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得ら
れるピラミッド状四角錐状や、四角錐台状)の凹凸構造が挙げられる。

0019

好ましく用いられるアルカリ性エッチング液21の具体例としては、例えば、水酸化カリウム水溶液水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ金属水酸化物水溶液、TMAHテトラメチルアンモニウム)水やEDP(エチレンジアミンピレカテコール)などの有機アルカリ水溶液、およびこれらの中の2種類以上を含む混合液などが挙げられる。

0020

次に、テクスチャ構造が形成された基板10を用いて、図2に示される光電変換部18を作製する。光電変換部18は、基板10を有するものである限り特に限定されない。以下、本実施形態における光電変換部18の構成について説明する。

0021

基板10の主面(受光面)には、上述の方法によってテクスチャ構造が形成される。テクスチャ構造が形成された基板10の主面10aの上には、実質的に真性なi型半導体層17iと、基板10と同じ導電型を有するn型半導体層17nと、保護膜としての機能を兼ね備えた反射抑制層16とがこの順番で設けられている。i型半導体層17iは、例えば実質的に真性なi型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。i型半導体層17iは、例えば、数Å〜250Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みを有することが好ましい。n型半導体層17nは、例えば、n型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。反射抑制層16は、例えば、窒化ケイ素などにより構成することができる。

0022

基板10の主面(裏面)10bの上には、n型半導体層13nと、p型半導体層12pとが配されている。

0023

n型半導体層13nは、主面10bの一部分の上に配されている。n型半導体層13nは、例えば、n型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。n型半導体層13nと主面10bとの間には、実質的に真性なi型半導体層13iが配されている。i型半導体層13iは、例えば実質的に真性なi型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。i型半導体層13iは、例えば、数Å〜250Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みを有することが好ましい。

0024

p型半導体層12pは、主面10bのn型半導体層13nが配されていない部分の少なくとも一部の上に配されている。このp型半導体層12pとn型半導体層13nとにより主面10bの実質的に全体が覆われている。p型半導体層12pは、例えば、ホウ素などのp型ドーパントを含むp型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。p型半導体層12pと主面10bとの間には、実質的に真性なi型半導体層12iが配されている。i型半導体層12iは、例えば実質的に真性なi型アモルファスシリコンなどにより構成することができる。i型半導体層12iは、例えば、数Å〜250Å程度の、発電に実質的に寄与しない程度の厚みを有することが好ましい。

0025

次に、光電変換部18の上に、n側電極14n及びp側電極15pを形成することにより、太陽電池1を完成させる。具体的には、n型半導体層13nの上にn側電極14nを形成する。p型半導体層12pの上にp側電極15pを形成する。電極14n、15pは、それぞれ、例えば、Ag、Cu、Au、Pt、Ni、Snなどの少なくとも一種の金属により構成することができる。電極14n、15pは、単一の導電層により構成されていてもよいし、複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。

0026

なお、本実施形態では、基板20の主面20aと主面20bとの間に電圧を印加することにより、主面20b上の領域に、基板20から離れる方向成分を有する電界を生じさせる例について説明した。但し、本発明において、主面20b上の領域に、基板20から離
れる方向成分を有する電界を生じさせる方法は、特に限定されない。例えば、図4に示されるように、n型の基板20の主面20bの上にp型半導体層31を形成し、基板20に光照射を行うことにより、主面20b上の領域に、基板20から離れる方向成分を有する電界を生じさせてもよい。

0027

基板20に光照射をすることにより主面20aと主面20bとの間に電位差が生じる。このような基板20を、主面20aと主面20bとが向かい合うように並べると、並べられた複数の基板20のうち両端の基板20の間には並べた枚数に応じた電位差が生じることになる。しかし、複数の基板20は電解質のアルカリ性エッチング液21に浸されるため、両端の基板20の電位差は、並べた枚数に応じた電位差より小さくなる。電位差の低下に応じた電界が、隣り合う基板20の間に生じることとなる。従って、主面20bの近傍に、基板20から離れる方向成分を有する電界を生じさせることができる。

0028

また、本実施形態では、基板20の主面20aと主面20bとの間に電圧を印加することにより、基板20の主面20bの電位を主面20aの電位よりも高くする例について説明した。但し、本発明において、基板20の主面20bの電位を主面20aの電位よりも高くする方法は、特に限定されない。

0029

例えば、図5に示されるように、n型の基板20の主面20bの上方にマイナス電位を有する電極32を配置することによって、主面20b上の領域に、基板20から離れる方向成分を有する電界を生じさせてもよい。主面20b上の領域に、基板20から離れる方向成分を有する電界を生じさせた状態で、主面20aが浸るようにアルカリ性エッチング液21上に浮いた基板20の主面20bにアルカリ性エッチング液21を吹き付ける。すると、主面20b上の領域には、基板20と電極32との電位差により電界が生じる。一方、主面20aは、アルカリ性エッチング液21に浸されてエッチングされる。なお、図5に記載の方法において、電極の極性、位置、電位差などは適宜調整することができる。例えば、図5に記載の方法では、基板20を所定の電位としたが、アルカリ性エッチング液21内に図示しない電極をさらに設けて、その電極と電極32との間に基板20を配置してもよい。

0030

1…太陽電池
10…半導体材料からなる基板
10a、10b…主面
14n、15p…電極
18…光電変換部
20…半導体材料からなる基板
20a、20b…主面
21…アルカリ性エッチング液
31…p型半導体層

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