177210薄膜硅集成型太阳能电池1.docx

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177210薄膜硅集成型太阳能电池1

）【公開番号】特開２００９－１７７２１０（Ｐ2009-177210Ａ）

（43）【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）

（54）【発明の名称】薄膜シリコン積層型太陽電池の製造方法

发明名称薄膜硅积层型太阳能电池的制造方法

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

【住所又は居所】東京都港区港南二丁目１６番５号

詳細な説明

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

技术领域

【0001】

本発明は、薄膜シリコン積層型太陽電池の製造方法に関する。

本发明涉及薄膜硅集层型太阳能电池的制造方法

【背景技術】

技术背景

【0002】

太陽電池の技術分野では、

（１）太陽からの光を半導体材料により形成されるｐｉｎ接合層などのエネルギー変換部にいかに効率良く取り込むか。

太阳能电池的技术领域有如下的开发项目，通过提高以下效率，来提高整个太阳能电池的发电效率。

（1）如何高效地将太阳光吸收到由半导体材料构成的PIN结等能量转换部

【0003】

（２）また、上記ｐｉｎ接合層等などのエネルギー変換部において、太陽エネルギーから電気エネルギーに変換する効率をいかに高めるか。

（2）如何利用上述的PIN结等能量转换部，高效地将光能转换成电能。

【0004】

という技術開発項目がある。

そして、これらの効率を向上させることにより、太陽電池全体の発電効率の向上が図られている。

【0005】

図１には、これらの効率を向上させることを目的とした従来のタンデム構造を有する太陽電池の概略積層構造が示されている。

図１に示される太陽電池は、順次積層された、透明絶縁基板１、第１透明電極（第１導電層）２、ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）３、ｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）４、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）５、ｐ型シリコン層（多結晶シリコン層）６、ｉ型シリコン層（多結晶シリコン層）７、ｎ型シリコン層（多結晶シリコン層）８、第２透明電極９、裏面電極１０をている。

为了达到提高上述效率的目的，在图1中，显示了以往叠层型的太阳能电池大致层间结构。

图1显示的太阳能电池具有依次积层透明绝缘基板1、第1透明电极（第1导电层）2、p型硅层（非晶硅层）3、i型硅层（非晶硅层）4、n型硅层（非晶硅层）5、p型硅层（多晶硅层）8、第二透明电极9、背面电极10.

【0006】

ｐ型シリコン層（非晶質シリコン層）３と、ｉ型シリコン層（非晶質シリコン層）４と、ｎ型シリコン層（非晶質シリコン層）５とにより非晶質シリコン太陽電池が形成される。

前記非晶質シリコン層は、シリコンを主成分とする層、例えば炭素を５０％未満添加したシリコンカーバイド、ゲルマニウムを２０％未満添加したシリコンゲルマニウムでも良いし、その他の元素を数％以下程度含んでも、実質的な主成分がシリコンであればよい。

前記非晶質シリコン層の結晶性は、主たる光電変換層であるｉ型シリコン層の大部分が非晶質であれば良く、ｐ型シリコン層およびｎ型シリコン層の結晶性にはこだわらない。

P型硅层（非晶硅层）3和i型硅层（非晶硅层）4、n型硅层（非晶硅层）5构成非晶硅太阳能电池。

上述非晶硅层是以硅为主要成分的层。

也可以是如添加50%以下碳的碳化硅、添加20%以下锗的锗化硅等。

即使含有百分之几的其他元素，但只要主要成分是硅就可以。

上述非晶硅层的结晶性只要在光电转换层的i层中是非晶硅层就可以。

至于P层和N层的结晶性就不受限制了。

【0007】

また、ｐ型シリコン層（多結晶シリコン層）６と、ｉ型シリコン層（多結晶シリコン層）７と、ｎ型シリコン層（多結晶シリコン層）８とにより結晶質シリコン太陽電池が形成される。

前記多結晶シリコン層は、シリコンを主成分とする層、例えば炭素を５０％未満添加したシリコンカーバイド、ゲルマニウムを２０％未満添加したシリコンゲルマニウムでも良いし、その他の元素を数％以下程度含んでも、実質的な主成分がシリコンであればよい。

前記多結晶シリコン層の結晶性は主たる光電変換層であるｉ型シリコン層の過半数が結晶質であれば良く、ｐ型シリコン層及びｎ型シリコン層の結晶性にはこだわらない。

透明絶縁基板１側から入射した太陽光は、非晶質シリコン太陽電池において最初の電気エネルギーへの変換が行われる。

次に、非晶質シリコン太陽電池で吸収されなかった太陽光が、その下層に形成された結晶質シリコン太陽電池に到達し、そこで再び電気エネルギーへの変換が行われる。

図１に示される太陽電池においては、入射する太陽光の反射を減少させ、なるべく多くの太陽光が太陽電池中に取り込まれるように、第１透明電極２の厚さが調整される。

また、非晶質シリコン太陽電池では、光照射により劣化して発電量が低下する現象があるが、膜質向上、膜中の欠陥低減により光劣化率の低減（安定化効率の向上）が図られている。

另外，P型硅层（多晶硅层）6和I型硅层（多晶硅层）7和N型硅层（多晶硅层）8，构成晶硅太阳能电池。

上述的多晶硅层是以硅为主要成分的层.例如：

可以是添加有低于50%碳的碳化硅、也可以是添加低于20%的锗的锗化硅。

即使含有百分之几的其他元素，但实际的主要成分主要是硅就可以。

上述多晶硅层的结晶性只要在光电转换层的i层中占有半数以上的晶硅就可以。

至于P层和N层的结晶性就不受限制了。

从透明绝缘基板1射入的太阳光光线在非晶硅太阳能电池中转换成最初的电能源，如图1所示，在太阳能电池中，为了使射入的太阳光减少反射，为了使更多的太阳光线进入太阳能电池之中，需要调整第1电极2的厚度。

另外，在非晶硅太阳能电池中，有时会因太阳光的照射引起性能退化，引起发电量降低现象。

通过提高膜质、降低膜中的缺陷，降低光线的劣化率（提高稳定性效率）

【0008】

しかし、太陽電池の積層構成とそれらを構成する各層厚の最適化条件の決定など残された課題も多い。

特に、太陽電池の光劣化率を低減して安定化効率を向上させるためには非晶質シリコン太陽電池の膜厚を薄くする必要がある。

また、発電効率の向上を目指しつつ、生産性を向上させるためには、結晶質シリコン太陽電池の膜厚を薄くする必要がある。

非晶質シリコンからなる第１太陽電池層と、結晶質シリコンからなる第２太陽電池層は、タンデム太陽電池の電気回路として直列接続であるために、該電池の発電電流は、各々の層の少ない発電電流により律則される。

よって、その発電電流のバランスが良いことが望まれる。

これらを総合的に考慮して各層厚の最適化条件を決定することの重要性が増している。

然而，还有许多太阳能电池的集成结构和构成太阳能电池的各层厚度的适当条件等课题需要确定。

特别是为了降低太阳能电池的光劣化率、提高转化效率稳定性，需要将非晶硅太阳能电池的膜厚降低。

另外，由于太阳能电池的发电效率目标不断地提高，为了提高生产效率，需要减薄晶体硅太阳能电池的厚度。

由非晶硅构成的第1太阳能电池层和由晶体硅构成的第2太阳能电池层作为叠层太阳能电池相互间是串联连接的。

该电池的发电电流被各层中国很少的发电电流所限制。

搜易希望发电电流有所平衡，综合性地对这些进行考虑，提高了对各层厚度优化的重要性。

【0009】

上記した技術に関連して、以下に示すような提案がなされている。

结合上述技术，提出以下方案。

【0010】

特開平１０－１１７００６号公報に開示されている「薄膜光電変換装置」では、第１と第２の主面を有しかつ実質的に多結晶の光電変換層と、第２の主面を覆う金属薄膜とを含み、多結晶光電変換層は実質的に多結晶シリコン薄膜からなりかつ０．５～２０μｍの範囲内の平均厚さを有し、少なくとも第１の主面は表面テクスチャ構造を有し、そのテクスチャ構造は平均厚さの１／２より小さくかつ実質的に０．０５～３μｍの範囲内の高低差を有する微細な凹凸を含む薄膜光電変換装置が提案されている。

特开平10-117006号公告展示的《薄膜光电变换装置》中，提出的薄膜光电装换装置中，具有第1和第2主要面，而且这两个面主要是由多晶硅构成的光电转换层，在第2面上覆盖着含有金属薄膜的多晶硅光电转换层实质上也是多晶硅薄膜其平均厚度在0.5—20um范围内，至少第1主要面中具有表面纹理，其纹理结构要小于平均厚度的1/2，其微细的凸凹高度差在0.05-3um范围内。

【００１１】

また、特開２００１－１７７１３４号公報に開示されている「集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置」では、透明絶縁基板上に順に積層された透明電極層、非晶質半導体光電変換ユニット層、結晶質半導体光電変換ユニット層、および裏面電極層が複数のハイブリッド光電変換セルを形成するようにレーザスクライブで形成された複数の平行な直線状の分離溝によって分離されていて、かつそれらの複数のセルは分離溝に平行な複数の接続用溝を介して互いに電気的に直列接続されており、非晶質光電変換ユニット層に含まれる非晶質光電変換層の厚さは２５０ｎｍ以上であり、結晶質光電変換ユニット層に含まれる結晶質光電変換層の厚さは３μｍ未満であり、かつ非晶質光電変換層の厚さの４～８倍の範囲内にある集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置が提案されている。

另外在特开2001-177134号公告中展示的是《集成型混合薄膜光电转换装置》，它是透明绝缘体基板上，为了在依次集成的透明电极层、非晶半导体光电转换装置层、结晶半导体光电转换层以及背面电极层上形成多个混合光电转换的单元电池，利用激光划线形成多个平行的条状分离沟槽，将彼此间分离开，然后，这些单元电池有多个与分离沟槽平行的连接沟槽使单元电池之间串联，其中非晶光电转换装置中的非晶光电转换层的厚度在250nm以上。

结晶光电转换装置中的结晶光电转换层的厚度在3um内，而且是非晶光电转换层的厚度的4-8倍范围内。

【００１２】

また、特開２００１－１７７１３４号公報に開示されている「集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置」では、透明絶縁基板上に順次積層された透明電極層、非晶質半導体光電変換ユニット層、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の光学的中間層、結晶質半導体光電変換ユニット層、および裏面電極層が複数のハイブリッド光電変換セルを形成するように複数の分離溝によって分離されていて、かつそれらの複数のセルは複数の接続用溝を介して互いに電気的に直列接続されており、非晶質光電変換ユニット層は０．０１～０．５μｍの範囲内の厚さを有し、結晶質光電変換ユニット層は０．１～１０μｍの範囲内の厚さを有し、光学的中間層は１０～１００ｎｍの範囲内の厚さを有するとともに１×１０－３～１×１０－１Ω・ｃｍの範囲内の抵抗率を有することを特徴とする集積型ハイブリッド薄膜光電変換装置が提案されている。

还有，在特开2001-177134号公告中展示的是《集成混合型薄膜光电装置》提出了在透明绝缘基板上，为了在依次集成透明电极层、非晶半导体光电转换装置层、具有部分反射或透过的导电性中间层、结晶半导体光电转换层以及背面电极层上形成多个混合光电转换的单元电池，利用激光划线形成多个平行的条状分离沟槽，将彼此间分离开，然后，这些单元电池有多个与分离沟槽平行的连接沟槽使单元电池之间串联，其中非晶光电转换装置层的厚度在0.01-0.5um范围内。

结晶光电转换装置层的厚度在0.1-10um范围内。

光学中间层的厚度在10-100nm范围内，同时具有1×10-3-1×10-1Ω・ｃｍ的电阻率。

【先行技術文献】

在先技术文献

【特許文献】

特许文献

【００１３】

【特許文献１】特開平１０－１１７００６号公報

专利文献1特开10-117006号公报

【特許文献２】特開２００１－１７７１３４号公報

专利文献2特开2001-177134号公报

【特許文献３】特開２００２－１１８２７３号公報

专利文献3特开2002-1182734号公报

【発明の概要】

发明的概要

【発明が解決しようとする課題】

发明要解决的课题

【００１４】

本発明の目的は、高効率で生産性の高い薄膜シリコン積層型太陽電池の製造方法を提供することである。

本发明提供是提供高效高生产效率的薄膜硅积层型太阳能电池的制造方法

【課題を解決するための手段】

解决的手段

【００１５】

以下に、［発明を実施するための形態］で使用する括弧付き符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。

これらの符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものであるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

以下是实施事例中使用的带括号符号，就解决问题的手段进行说明。

这些符号是为了明确“专利权利要求书范围”中记载的和“发明实施事例”记载的对应关系附加的。

但不作为解释“专利权利要求书范围”中记载的范明技术范围的而解释。

【００１６】

本発明における薄膜シリコン積層型太陽電池の製造方法は、透明基板上に、第１導電層と、第１太陽電池層と、第２太陽電池層とを備える薄膜シリコン積層型太陽電池の製造方法であって、前記第１導電層の前記透明基板と反対側の面に形成される凹凸部のピッチ及び高低差をそれぞれ所定値としたときの、前記第１太陽電池層の膜厚及び前記第２太陽電池層の膜厚と、該膜厚の組合せにおける太陽電池の安定化効率との関係を表すグラフを作成する工程と、該グラフに基づいて、所定の安定化効率が得られる前記第１太陽電池層の膜厚及び前記第２太陽電池層の膜厚を決定する工程と、該決定された膜厚となるように、前記第１太陽電池層及び前記第２太陽電池層を形成する工程とを含むことを特徴とする。

在本发明中的薄膜硅集成型太阳能电池制造方法是在透明基板上，具有第1导电层、第1太阳能太阳能电池层和第2太阳能导电层的薄膜硅积层型太阳能电池的制造方法，其特征在于:

分别确定上述第1导电层的透明基板和反面形成的凹凸部间距以及高低差的数值时与上述第1太阳能电池层的膜厚以及上述第2太阳能电池层的膜厚组合的太阳能电池稳定性效率相关的图表编制工序、根据该图表确定能够得到稳定性效率的上述第1太阳能电池层膜厚以及第2太阳能电池层膜厚工序、为了形成规定膜厚厚度的上述第1太阳能电池层以及上述第2太阳能电池层的工序。

【００１７】

本発明における薄膜シリコン積層型太陽電池の製造方法は、透明基板上に、第１導電層と、第１太陽電池層と、第２太陽電池層と、前記第１太陽電池層と前記第２太陽電池層との間に透明中間層とを備える薄膜シリコン積層型太陽電池の製造方法であって、前記第１導電層の前記透明基板と反対側の面に形成される凹凸部のピッチ及び高低差と、前記透明中間層の膜厚とをそれぞれ所定値としたときの、前記第１太陽電池層の膜厚及び前記第２太陽電池層の膜厚と、該膜厚の組合せにおける太陽電池の安定化効率との関係を表すグラフを作成する工程と、該グラフに基づいて、所定の安定化効率が得られる前記第１太陽電池層の膜厚及び前記第２太陽電池層の膜厚を決定する工程と、該決定された膜厚となるように、前記第１太陽電池層及び前記第２太陽電池層を形成する工程とを含むことを特徴とする。

本发明中的薄膜硅集成型太阳能电池制造方法是在透明的基板上形成了第1导电层、第1太阳能电池层、第2太阳能电池层、上述第1太阳能电池层和上述第2太阳能电池层中间的透明中间导电层的薄膜硅集层型太阳能电池。

其特征在于:

分别确定上述第1导电层的透明基板和反面形成的凹凸部间距以及高低差和上述透明中间层的数值时与上述第1太阳能电池层的膜厚以及上述第2太阳能电池层的膜厚组合的太阳能电池稳定性效率相关的图表编制工序、根据该图表确定能够得到稳定性效率的上述第1太阳能电池层膜厚以及第2太阳能电池层膜厚工序、为了形成规定膜厚厚度的上述第1太阳能电池层以及上述第2太阳能电池层的工序。

【００１８】

上記発明において、前記膜厚を決定する工程において、前記所定の安定化効率を満たす前記第１太陽電池層の膜厚範囲及び前記第２太陽電池層の膜厚範囲を特定し、該特定された膜厚範囲の中で最も小さい値を、前記第１太陽電池層の膜厚及び前記第２太陽電池層の膜厚とすることが好ましい。

在本发明中确定上述膜厚的工序中，当定满足上述稳定性效率的上述第1太阳能电池层膜厚范围以及上述第2太阳能电池层膜厚范围后，膜厚范围中的最小值最好确定为上述第1太阳能电池膜厚和第2太阳能电池层膜厚。

【００１９】

本発明の参考例における薄膜シリコン積層型太陽電池は、透明基板上（１０）に形成される第１導電層（２０）と、第１導電層上に形成される第１太陽電池層（１５０）と、第１太陽電池層上に積層される第２太陽電池層（２００）を備え、第１導電層はピッチが０．２～２．５μｍで、高低差が前記ピッチの１／２～１／４である凹凸を有する。

在发明参考例中的薄膜硅基层太阳能电池是在透明基板（10）上形成第1导电层（20）、第1导电层上形成的第1太阳能电池层（150）和在第1太阳能电池层上基层的第2太阳能电池层（200），第1太阳能电池层上具有间距为0.2-2.5um,高低差为上述间距的1/2—1/4之间的凹凸状。

【００２０】

また、本発明の参考例の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる第１太陽電池層（１５０）は、第１導電層（２０）上に順番に積層されるｐ型（３０）とｎ型（５０）の一方の導電型のシリコン層、ｉ型シリコン層（４０）、及び他方の導電型のシリコン層とを備え、第２太陽電池層（２００）は、第１太陽電池層の他方の導電型のシリコン層の直接的あるいは間接的に上に順番に積層されるｐ型（６０）とｎ型（８０）の一方の導電型のシリコン層、ｉ型シリコン層（７０）、及び他方の導電型のシリコン層とを備える。

发明参考例中与薄膜硅集层型太阳能电池有关的第1太阳能电池层（150）是在第1导电层（20）上依次形成的P型硅层（30）和n型硅层（50）的导电性硅层，i型硅层（40），以及另外的导电性硅层；第2太阳能电池层（200）是在第1太阳能电池的另外的导电性硅层上直接或间接地依次积层p型（60）和p型（80）的导电性硅层，i型硅层（70）以及另外的导电性硅层。

【００２１】

また、本発明の参考例の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる第１太陽電池層（１５０）は、非晶質シリコンを主成分とする非晶質シリコン太陽電池で、その厚さは２００～４００ｎｍである。

第２太陽電池層（２００）は結晶質シリコンを主成分とする結晶シリコン太陽電池で、その厚さは１．５～３μｍであ

る。

另外，发明参考例中与薄膜硅积层型太阳能电池有关的第1太阳能电池层（150）是以非晶硅为主要成分的非晶硅太阳能电池；其厚度在200-400nm.第2太阳能电池层（200）是以晶硅为主要成分的晶硅太阳能电池层，其厚度在1.5-3um.

【００２２】

また、本発明の参考例の薄膜シリコン積層型太陽電池は、さらに、第１太陽電池層（１５０）と第２太陽電池層（２００）との間に中間導電層（３００）が積層される。

本发明参考例中的薄膜硅积层型太阳能电池还在第1电池层（150）和第2电池层（200）之间积层中间电池层。

【００２３】

また、本発明の参考例の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる第１太陽電池層（１５０）の厚さは１００～４００ｎｍであり、第２太陽電池層（２００）の厚さは１～３μｍである。

本发明参考例中与薄膜硅积层型太阳能电池有关的第1太阳能电池层（150）厚度在100-400nm,第2电池层（200）厚度在1-3um.

【００２４】

また、本発明の参考例の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる中間導電層（３００）は、ＺｎＯ，ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）またはＳｎＯ２のうちの少なくとも１つを主成分とする材料により形成され、中間導電層による波長６００～１２００ｎｍの光吸収率は１％以下である。

本发明参考例中与薄膜硅积层型太阳能电池有关的中间导电层（300）至少是由ZnO、ITO、或者是SnO2的一个为主要成分构成的材料，利用中间电极层在波长为600-1200nm范围内的光吸收率为1%以下。

【００２５】

また、本発明の参考例の薄膜シリコン積層型太陽電池において、さらに、第２太陽電池層（２００）上に形成される第２導電層（１００）を備え、第２導電層は、Ａｇにより形成される。

在本发明参考例中的薄膜硅积层型太阳能电池中，第2太阳能电池层（200）上有形成的第2导电层（100），第2导电层是由Ag构成的。

【００２６】

また、本発明の参考例の薄膜シリコン積層型太陽電池は、さらに、第２太陽電池層（２００）と第２導電層（１００）との間に第３導電層（９０）が積層される。

在本发明参考例中的薄膜硅积层型太阳能电池，还要在第2太阳能电池层（200）和第2导电层（100）之间积层第3导电层（90）。

【００２７】

また、本発明の参考例の薄膜シリコン積層型太陽電池に係わる第３導電層（９０）は、厚さ２０ｎｍ～１００ｎｍのＺｎＯを主成分とする材料で形成される。

在本发明参考例中，与薄膜硅积层型太阳能电池有关的第3导电层（90）的厚度在20nm-100nm,主要成分是由ZnO为主要成分的材料构成。

【発明の効果】

发明效果

【００２８】

本発明により、高効率で生産性の高い薄膜シリコン積層型太陽電池を提供することができる。

本发明可提供高效的薄膜硅积层型太阳能电池。

【図面の簡単な説明】

图纸的简单说明

【００２９】

【図１】従来の、タンデム構造を有した薄膜シリコン積層型太陽電池の概略積層構成を示す図である。

图1以往的叠层结构的薄膜硅积层型太阳能电池的大概积层结构。

【図２】実施の形態１に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池の概略積層構成を示す図である。

图2有管实施事例1的薄膜硅积层型太阳能电池的大概积层结构。

【図３】実施の形態２において、非晶質シリコン層および結晶質シリコン層の膜厚と、そのときの薄膜シリコン積層型太陽電池の安定化効率との関係を示す図である。

图3在实施事例2中，非晶硅层以及晶体硅层的膜厚和当时薄膜硅积层型太阳能电池的稳定性效率相关的图。

【図４】実施の形態３に係わる薄膜シリコン積層型太陽電池の概略積層構成を示す図である。

图4与实施事例3相关的薄膜硅积层型太阳能电池的大致积层结构。

【図５】実施の形態４において、中間層の膜厚と、中間層の膜厚に対応した結晶質太陽電池による波長８００ｎｍの量子効率との関係を示す図である。

图5在实施事例4中，中间层的厚度和相应中间层膜厚的晶体太阳能电池在800nm波长下量子效率之间的关系图。

【図６】実施の形態５において、非晶質シリコン層および結晶質シリコン層の膜厚と、そのときの薄膜シリコン積層型太陽電池の安定化効率を示す図である。

图6在实施事例5中，非晶硅层和晶体硅层的膜厚与此时薄膜硅积层型太阳能电池稳定性效率之间的图。

【図７】実施の形態６において、第２透明電極の膜厚と、第２透明電極の膜厚に対応した太陽電池の安定化効率との関係を示す図である。

图7实施事例5中非晶硅层以及晶体硅层与相应的第2透明电极膜厚的太阳能电池稳定性效率之间的关系图。

【発明を実施するための形態】

发明实施事例

【００３０】

添付図面を参照して、本発明による薄膜シリコン積層型太陽電池を実施するための形態を以下に説明する。

下面参考附图，就实施本发明的薄膜硅积层型太阳能电池进行说明。

【００３１】

本発明は、太陽電池の高効率化、および生産性の向上を目的としている。

このために、太陽光が入射する第１透明電極に形成された凹凸部の凹凸のピッチおよび高低差の値を最適化した。

これにより、太陽電池内における太陽光の入射経